基于MCU的多功能电表底座的制作方法

本实用新型涉及供电设备技术领域，尤其是一种基于MCU的多功能电表底座。

背景技术：

随着我国智能电网建设的不断推进，越来越多的智能电表被用户采用。有别于传统电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，它还具有用电信息存储、双向多种费率计量、用户端控制、多种数据传输模式等功能。这种新型电表，由于功能增多，故障率相对于传统电表也大幅增加。为了保证智能电表计量的正确性，供电部门需要定期对辖区的电表进行巡检，对不能正确计量的电表进行更换。

在智能电表更换流程里，故障电表的更换通常采用整体更换的方式，即将电表整体直接拆除，其中包含供电线路的拆除和通信线路（常为RS485线）的拆除，拆除完成后，装接上新表以及相应线路（电源线和通信线），并记录电表的相关信息如设备编码、通信标准以及通信速率等信息，然后将上述信息返回至计量自动化管理系统，进行相关参数的配置，最后完成新表的数据传输测试，至此，更换流程终结。在更换电表的过程中，通常是带电操作，容易对工作人员的人身安全产生危害，且更换流程复杂，设备费用较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：提供一种基于MCU的多功能电表底座，它能有效简化电表与底座的连接、免拆线，提高了电表的更换效率，降低了更换电表的安全性，并且为免去每次更换电表后重新在系统录入更换电表参数的步骤以及实现电表的防盗功能提供可行的硬件设备，以克服现有技术的不足。

本实用新型是这样实现的：基于MCU的多功能电表底座，包括基板单元，在基板单元上设有上行通信接口单元、处理及存储单元及本地通信接口单元，上行通信接口单元及本地通信接口单元通过基板单元与处理及存储单元连接；在基板单元上连接有系统供电单元及表箱状态监控单元，表箱状态监控单元通过基板单元与处理及存储单元连接。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型基于MCU设计了一套硬件设备，该底座具备与智能电表的通信功能以及便于电表的插接接口，使用该底座后能有效简化电表与底座的连接方式，免去了每次更换电表拆接线路的步骤，减少了操作流程，降低了设备更换费用，并可以为实现免去每次更换电表重新在系统录入更换电表参数的步骤以及为电表底座加入防盗功能提供可行的硬件基础。在大幅提升更换电表的效率的同时，且使设备具有更多的可开发功能。本实用新型结构简单，成本低廉，使用效果好。

附图说明，

附图1为本实用新型的结构示意图；

附图2为处理及存储单元的电路图；

附图3为系统供电单元的电路图；

附图4为USB接口电路模块的电路图；

附图5为232接口电路模块的电路图；

附图6为485接口电路模块的电路图；

附图7为红外模块的电路图。

具体实施方式，

本实用新型的实施例：基于MCU的多功能电表底座，包括基板单元1，在基板单元1上设有上行通信接口单元2、处理及存储单元3及本地通信接口单元4，上行通信接口单元2及本地通信接口单元4通过基板单元1与处理及存储单元3连接；在基板单元1上连接有系统供电单元5及表箱状态监控单元6，表箱状态监控单元6通过基板单元1与处理及存储单元3连接。

为了便于理解，本实施例提供电表底座加入防盗功能时的使用方法，在将该电表底座安装好后，为了防止授权人员以外的人私自打开表箱，表箱状态监控单元6安装位置对准在表箱的开盖位置，当表箱被打开时，表箱状态监控单元6的红外发射电路检测到表箱被打开，立即向处理及存储单元3发送一高电平信号，处理及存储单元3通过中断方式接收该信号后，立即启动表箱内部的报警电路（采用普通的扬声器即可），并通过上行通信接口单元2构成的上行通信链路发送一告警信息给主站，主站工作人员接收该信息后，再执行后续管理操作。

本实施例中，基板单元1主要为电表的安放提供插针接口，确保电表可以轻易通过插拔安置在底座上，目前可以选用的电表插针模块主要有海盐华电创业电子有限公司生产的单（三）相多功能电能表接线装置，该装置具有“跳闸、控制、脉冲、多功能口、485接口”等多项功能的接出，可配锥形、半圆凹槽、1/4圆凹槽、圆形等直径大小不同的各种规格的表棒，用于适用于单相多功能电能表。

上行通信接口单元2的主要目的是将采集到的用电信息（如电量、有功、无功等参数）通过某种通信方式上传至集中器单元，在由集中器单元统一汇集后上传到电力公司主站，形成最终的用户计量信息。采集终端与集中器之间的常用通信方式有电力线载波通信技术、微功率无线技术、RS-485总线。在三种方式中，尤以电力线载波通信技术不用重新敷设专用通信线路，无需额外施工，节约相应投资；可直接接入计量装置中而被大量使用。目前，市场电力产品主要有青岛东软、青岛鼎信、北京福星晓程、深圳力合微等几大公司产品可供选择。由于本地区电力载波产品的使用主要以青岛东软产品为主，因此，在本实施例中采用了EASTSOFT^® SSC1643芯片作为电力载波芯片。该芯片是一款高集成度的电力线载波通信芯片，内部集成BFSK/DBPSK 收发器。芯片采用数模混合集成电路设计，发挥模拟电路对微弱信号的增益和低噪声（相对于数字量化噪声）特性；采用自适应滤波设计，在10k～500kHz 内，载波通信频率可任意编程设置；信号动态范围80dB；集成高性能的增益控制的低噪声放大器LNA 和低中频信号放大PGA；充分利用DSP 的信号处理能力，内部高度集成BFSK及DBPSK调制解调模块，可以与目前国内外主要的窄带低速电力线载波方案作兼容设计。

处理及存储单元3作为装置的核心单元，处理器单元肩负着整体系统的控制、协调以及传输数据协议转换的任务，在充分考虑性价比以及系统性能的前提条件下，本实施例选用STM32F103C8T6作为核心控制芯片，STM32F103C8T是意法半导体 (ST-Microelectronics) 公司生产的基于超低功耗 ARM Cortex-M3 处理器内核的32位 STM32 微控制器，其工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM）和程序存储器（容量64K字节的FLASH），丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。芯片内包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：2个I2C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。在本设计中，智能电表通过485接口与通过电平转换电路模块SP3232与STM32F103C8T6的SPI口相连，实现计量数据的传输。传输进来的数据将放在外扩的存储芯片IS62WV51216中进行存储。存储后的计量数据通过透传功能经串口传输到电力载波SSC1643芯片中，由该芯片将数据上传到集中器，最终汇集到集抄主站系统。

本地通信接口单元4主要实现电表底座与电表的通信，在本单元中，共设计了两个接口：RS485接口（主要实现与智能电表的通信）、USB接口（用于现场读取存储在底座中的数据实现）。在本地接口单元，采用LX08A作为接口转换模块，该模块可进行双向数据传输,作为232/485总线产品开发过程中的重要调试工具使用。该模块具有一个标准的232接口、一个标准485接口和一个USB接口模拟一个串行口。通过该模块，可以轻松实现外接装置对存储单元数据的访问。

系统供电单元5主要将进入的380V市电分成多路，并与基板单元的电表插针相连，形成用电客户的入户线；此外，为了给智能底座的其它部分提供直流供电，还需对进入的交流电源进行整流变换，常见的整流方案有变压器+全桥+滤波+三端稳压器和采用小型开关电源得到。第一种方案电路器件较多，精密度较低，不适合小型化，因此，在本实用新型的供电方案中，选取开关电源的方式得到直流电源。设计中选取LM2575系列开关稳压集成电路作为核心模块，LM2575系列是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下不需散热片；内部有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等；芯片可提供外部控制引脚。是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。该系列分为LM1575、LM2575及LM2575HV三个系列，其中LM1575为军品级产品，LM2575为标准电压产品，LM2575HV为高电压输入产品。每一种产品系列均提供3.3V、5V、12V、15V及可调（ADJ）等多个电压档次产品。

表箱状态监控单元6为了防止用户私自打开表箱，在实施例中，该单元由红外传感器构成。