基于载波通信方式的STS分体式电能表的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种基于低功耗载波通信方式的STS分体式电能表。该专利由江苏林洋能源股份有限公司申请，并于2017年2月22日获得授权公告。

内容说明

本发明属于智能电网通信领域，尤其是一种基于低功耗载波通信方式的STS分体式电能表。

发明背景

目前集中器载波模块是接在火线/零线进（继电器输入端）来对主表进行抄表，户内单元载波模块是接在火线进（继电器输入端）与主表通信。这样不管继电器通断户内单元一直有电，有窃电隐患，且需单独布线。另外一种是集中器载波模块是接在火线/零线进（继电器输入端）来对主表进行抄表，户内单元载波模块是接在火线出（继电器输出端）与主表通信。当欠费拉闸后户内单元使用电池供电通过载波与主表进行数据通信，这种方案中缺少高效的电源管理和动态调整载波发射功率功能，存在静态漏电流大、动态功耗大、电池寿命短更换频繁等不足。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种基于低功耗载波通信方式的STS分体式电能表。

本发明的技术方案是：一种基于低功耗载波通信方式的STS分体式电能表，它包括集中器、主表和户内单元；集中器包括主控制器一和与之连接的外设模块一、载波模块一，所述的载波模块一的两端分别接火线进线端和零线进线端，所述的载波模块一与火线进线端之间接入耦合电容C1，所述的火线进线端即主表的继电器输入端，集中器通过耦合电容C1接火线进线端来对主表进行抄表。

主表包括主控制器二和与之连接的计量模块、外设模块二、载波模块二，所述的载波模块二的两端分别串接载波电容C2、C3后接在继电器的两端，该继电器的两端分别接火线进线端和火线出线端，对家用电器的用电量进线计量，该家用电器的两端分别接火线和零线的出线端。

户内单元包括主控制器三和与之连接的外设模块三、载波模块三，所述的载波模块三的两端分别接火线出线端和零线出线端，所述的载波模块三与火线出线端之间接入耦合电容C4，所述的火线出线端即主表的继电器输出端，载波模块三通过耦合电容C4接火线输出端与主表通信，进行购电和电量查询。

本发明的耦合电容C1为220nF，耦合电容C2为220nF，耦合电容C3为100nF，耦合电容C4为100nF。

本发明的户内单元中，外设模块三包括键盘、电源管理模块、电池、背光电路、LCD显示器、蜂鸣器和存储模块；所述的键盘为供用户使用的输入设备，其信号输出端与主控制器三的对应信号输入端相连；所述的电源管理模块的输入端作为电信号采集端接电能表的火线、零线出线端，电源管理模块的输出端接主控制器三的对应信号输入端；所述的电池提供备用电源；所述的主控制器三与存储模块双向连接，主控制器三的各信号输出端分别连接背光电路、LCD显示器和蜂鸣器的对应信号输入端。

本发明的电源管理模块采用降低静态功耗的方法：当欠费时主表继电器断开，电源管理模块切换到电池供电，若30s没有键盘操作则LED显示器关闭所有外设进入休眠状态，降低静态功耗。

本发明的电源管理模块包括变压器、低压差线性稳压器、电池电压检测电路、升压电路和市电检测电路，变压器作为电源管理模块的一信号输入端接市电的火线和零点，变压器的另一端接市电检测电路的信号输入端，市电检测电路的信号输出端接主控制器三，电池电压检测电路作为电源管理模块的另一信号输入端接电池，电池电压检测电路的信号输出端接主控制器三的对应信号输入端，电池通过升压电路升压后为各模块供电。

本发明的有益效果：本发明的市电和电池切换时间快；电池模式下系统功耗8uA，只有需要载波发送数据时才打开升压电路，大大降低系统功耗，提高电池使用寿命。

本发明通过两个电容C2和C3使主表载波信号耦合到继电器输入输出端联通集中器和户内单元；户内单元载波模块为主模块，主表载波模块为从模块。主表欠费拉闸后由户内单元电源管理模块切换到电池供电，并提供载波通讯需要的12V电源。户内单元硬件由低静态漏电流部件构成，结合互锁自切换/分时分区供电技术以延长电池寿命，市电掉电后系统能在无缝切换到备用电池供电，微处理器由全速运行切换为智能调节能耗模式，按时按需给载波供电；同时，用户无操作30S后进入休眠，仅在从户内单元微处理器接收到用户操作数据时才被唤醒；另外，模块在发送数据时，会根据各通道的接收信号强度、信噪比和误码率，动态地调整发送功率和所选用通道，使得在保证数据可靠传输的情况下最大限度地降低发送功率。