一种基于ZigBee无线传输模块的电度表的制作方法

本发明的实施例大体上涉及一种电度表，并且更具体地说，涉及基于zigbee无线传输模块的电度表。

背景技术：

电在现代人们的生活工作中扮演着必不可少的角色，而发电集团发了多少点电，用户用了多少电，都需要用电能表来计量，所以电能表也常见于日常生活当中。电能表的应用十分广泛，大到各大发电集团及电网，小到普通居民小区及工厂电力管理部门，都使用到了电能表，只是其精度与功能上有所差别。发电集团与电网对电能表的精度及功能要求高，所以多采用价格高、功能强的智能电表，而普通居民及工厂电力管理部门对电能表要求不如电力集团高，在满足一定的精度要求下，越经济实用越好，那么感应式或者电子式电能表是就是比较好的选择。

从发展趋势上看，数字化智能电表是会取代传统电能表的，但是功能的完善必将伴随着成本的上升，特别是当该技术还不是非常完善的时候，而传统电能表早已成熟和稳定。在这样的一个背景下，如果能在传统电能表上做出改进，实现智能电表的部分功能，例如监测电能质量、历史数据查询、电能无线抄收等，而无需替换成智能电表。此外，通过整合，一台改进电能表可同时监测三户的用电情况，这将会节约很大的经济成本。

自1880年第一台电能表的出现，距今已有一百多年的历史，电能表主要是测量电路中消耗的电能量。最早期的电能表非常的笨重，单单一只就有几十公斤重，也没有办法保证精度。但是在当时，这也是科技界的一项重大发明，并且迅速地应用在工程上。

技术实现要素：

部分或所有上述需要和/或问题可以通过本发明的某些实施例解决。根据一项实施例，本发明公开一种基于zigbee无线传输模块的电度表，包含:电压、电流互感器，用于将测量的大电压、电流信号其转换成小电压信号；计量芯片，接收电流、电压互感器输出的信号，进行处理；处理芯片，接收计量芯片输出的信号，进行处理；经过计量芯片处理过的信息存储后，传输到zigbee发送模块；zigbee接收模块收到数据后传到后台显示界面，进行数据实时的刷新。

可选的，还包含显示屏，计量芯片处理得到的数据存储在内部存储区后，将其显示在显示屏上。

可选的，显示屏的数据是通过外部mcu进行数据读取的。

可选的，计量芯片用于测量三相的电流、电压、功率因数、有功功率以及电能。

可选的，计量芯片也用于测量单相的参数，同时测量三户用电用户。

可选的，计量芯片内部有dsp处理模块、计量参数寄存器，所述计量芯片接收到的参数，经过所述dsp处理模块处理后，存储在不同的寄存器内。

可选的，传到后台界面的信息存储于数据库以便进行历史数据的查询。

可选的，还包含采集电路，所述采集电路包含电压采集电路和电流采集电路，用于采集电表信息。

对于所属领域的技术人员而言，本发明的其他实施例、方面以及特征将从以下详细说明、附图以及所附权利要求书中显而易见。

附图说明

现将参照附图，其中附图不必按比例绘制，在附图中：

图1是本发明电度表的部件连接关系示意图；

图2是本发明中计量芯片结构示意图；

图3是采集电路中的电压采集电路示意图；

图4是采集电路中的电流采集电路示意图；

图5是zigbee三种网络拓补结构；

图6是mcu结构示意图；

图7是mcu结构示意图；

图8是液晶显示设计示意图。

具体实施方式

现将参照附图在下文中更完整地描述示例性实施例，其中仅示出部分实施例而非所有实施例。本发明可以采用许多不同形式实施，并且不应理解为限于在本说明书中阐述的实施例。在本说明书中，类似数字是指类似元件。

图1是本发明电度表的部件连接关系示意图，通过电压、电流互感器将测量的大电压、电流信号其转换成小电压信号，输入到att7022计量芯片11进行处理，计量芯片11处理得到的数据存储在内部存储区，外部mcu通过spi接口进行数据的读取，并将其显示在显示屏13上，也可以通过串口传输到zigbee发送模块12，zigbee接收模块15收到数据后传到后台显示界面16，进行数据实时的刷新，并存储于mysql数据库以便进行历史数据的查询。

可选的，使用是att7022三相计量芯片，可用于测量三相的电流、电压、功率因数、有功功率以及电能，也可用于测量单相的上述参数，同时测量三户用电用户。使用stc90c58ad作为处理芯片14，因其采用了宏晶第七代加密技术，相比于已经被解密的89系列单片机，其保密性就现在来说是不可破解的，在编程语言上也是完全兼容c语言的。使用的zigbee无线传输模块型号为zm5168，使用该无线传输方式的优点是传输距离较长、传输稳定、组网能力强。界面设计由软件labview8.6完成，该软件广泛用于工业领域，界面设计快，程序开发时间短。数据库由mysql建立，对数据源odbc的配置以及通过labview工具包labsql，来进行修改与访问。

在上世纪80年代，国外的发达国家就开始使用电子电能表了，所以市场也被国外的一些国际公司如tdk、adi等占据。十几年后，我国也开始引进电子式电能表技术，并且随着在芯片方面不断加大的支持力度，使的国内的一些公司逐渐掌握了核心技术，通过降低成本打入计量芯片市场，目前比较知名的厂家有上海贝岭、珠海炬力等等。可选的，本申请文件所用到的计量芯片具有如图2所示结构。

图2中，v1p、v1n、v3p、v3n、v5p、v5n是三相电流的采样口，最大工作电压为1.5v；v2p、v2n、v4p、v4n、v6p、v6n是三相电压的采样口，最大工作电压也是1.5v；osci、osco是晶振的输入、输出端，晶振频率为24.576mhz；sel是工作方式的选择，低电平时三相三线，高电平时三相四线；sig端口在芯片上电复位后，将输出低电平，而当外部处理单元通过串行数据接口写入较表数据后sig将马上输出高电平^[19]，所以常用于判断校表数据是否成功写入；reset端口是芯片的复位脚；cf1、cf2分别是有、无功电能脉冲的输出端口，用于误差校验；revp端口检测到某一相的有功功率为负值时，将输出高电平，而当所有相的有功功率都为正时，又回到低电平状态^[19]，用于提供报警信息；din、dout为串口数据的输入、输出，主要用于和外部mcu进行通讯；sclk为串行时钟输入，上升沿放数据，下降沿取数据；cs为片选信号，低电平有效；电源管理和参考电压口直接采用使用手册上的应用电路，并联电容去耦。

可选地，该计量芯片内部有dsp处理模块，以及许多的计量参数寄存器，计量芯片接收到的参数，经过内部dsp处理后，存储在不同的寄存器内，通过mcu对不同地址的访问，就可以读取相应的参数了。

图3是采集电路中的电压采集电路，电压采样电路有三种采样方式：一、电阻分压；二、经由电压互感器；三、先将电压转换成电流，通过电流互感器，再将电流转换成电压信号。采用互感器的方式，将芯片与电网进行了隔离，抗干扰性会得到很大的提高，但是精确度取决于互感器，电阻分压精确度高但是抗干扰性不强，这里采用电流互感器的方式。

图3是采集电路中的电压采集电路示意图，在图3中，经由一个限流电阻，将220v电压限制在2ma左右，经过1：1的变换器后，流过50ω的电阻后变成0.1v的电压，满足电压通道的电压有效值在10mv至1v间线形误差小于0.1％的要求。后面的0.01uf电容和1.2kω电阻起到滤波的作用。

电流采样都是通过电流互感器来进行的，电流通道的电压有效值在2mv至1v间线性误差小于0.1％。本设计的应用见图4，图4是采集电路中的电流采集电路示意图。当流入2a电流时，二次侧电流为1.25ma，电压有效值为62.5mv，满足要求。

目前应用十分广泛的三种无线传输技术为蓝牙、wifi以及zigbee，三种方式各有优缺点，表1是三种无线传输方式的比较。

表1三种无线通信方式对比表^[17]

由上表可知，zigbee无线传输距离最远，使用方式简单，安全可靠性较强，但是传输速率较低，对电表来说，传输参数有限，对速率的要求不是很高，但是对安全性和可靠性要求高，信号强度要高，传输距离要远，所以，在设计该电表的时候，选用zigbee无线传输方式无疑是最理想的。

图5是zigbee的三种经典网络拓补结构，分别是星型结构、簇数型结构以及网状型结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点^[24]；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网，在整个网络范围内，每一个zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

两个互联的星型网络或者是单个星型网络扩展之后可以构成互联星型网络拓扑结构，在网状网络拓扑结构中，网络中的每一个ffd(即fullfunctiondevice，又称全功能设备)，都可以同时当做路由器来使用。

本设计采用的是单片机(mcu)具体引脚功能可详见表2及图6所示。

表2mcu引脚分配表

有几点值得注意一下：p4.0—p4.4未连接，p0和p1口需加上拉电阻；所采用的12864为带字库的液晶显示屏，工作电压为5v，若选用工作电压为3.3v的液晶显示将不能正常工作，甚至将其烧毁；ds1302是一块低功耗的时钟芯片，用于对时间进行计时；at24c02是一块e2prom，用于数据的拓展存储；s9013是npn型小功率三极管，它起到开关的作用，控制液晶屏背光的亮灭。

根据此芯片的特性，p0和p1口需加上拉电阻，如图7所示。

由于工业领域常采用rs-232通讯方式，所以在此处加上max3232芯片，将单片机输出的ttl电平转换成pc机能接收的rs232电平。采用12864液晶显示，p1.0、p1.1、p1.2为控制信号输入脚，p2.0-p2.7为数据信号输入脚，p0.6为复位信号输入脚，p0.7控制液晶背光的亮灭，如图8所示。

尽管已经针对结构特征和/或方法行为进行语言描述，但应理解，本发明并不限于所述特定特征或行为。相反，所公开的特定特征和行为是作为实施例的示例性实施形式。