一种支持动态能耗管理的电能表及方法与流程

1.本发明属于电能表能耗管理领域，具体涉及一款既有继电器拉合闸功能也有plc远程通信模块的电能表。


背景技术：

2.随着全球经济的飞速发展，电能表上一般都带有一个远程通信模块、一个内部继电器。内部继电器一般选择12v3w，三相表就需要三个继电器，控制这样的继电器瞬时电流3*3w/12v＝0.75a，控制时间需要120ms。使用plc模块作为远程通信模块时，当plc模块向电力线发送数据时最大电流达到了800ma，就这两个模块同时工作就需要1.55a，再加上mcu及外围功耗250ma，瞬间电流最大是1.8a。
3.现有电能表的电源无法支持这么大的电流，容易造成电源被拉低，电表复位的异常情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有电能表的电源无法支持plc和继电器同时工作所产生的大电流，容易造成电源被拉低，电表复位异常情况的问题，提出一种支持动态能耗管理的电能表及方法；在控制继电器前确保没有远程通信，在远程通信时不会有继电器动作，降低了电能表的成本，提高了电能表的可靠性，具有良好的应用前景。
5.本发明的技术方案是：
6.本发明提供一种支持动态能耗管理的电能表，所述的电能表包括电能表mcu以及与之连接的远程通信模块和继电器驱动模块，且前述远程通信模块和继电器驱动模块错峰工作；
7.所述的远程通信模块采用plc模块和外围电路，固定在电能表内部，用于该电能表与集中器的远程通信；
8.所述的继电器驱动模块包括3.3v电源和12v继电器，通过3.3v电源驱动12v继电器工作。
9.进一步地，所述的远程通信模块包括：热敏电阻rt4，二极管d10，电阻r1、r95、r69、r38，电容c40、c42、c44、c1、c2、c3，电感l1、l2、l3、变压器t1、t2、t3以及plc模块；所述电阻r1一端连3.3v电源，另一端连接所述plc模块的状态标志端即7脚，且该状态标志端与电能表mcu的对应端相连，所述热敏电阻rt4的一端接12v电源，另一端连接二极管d10的正极，二极管d10的负极接plc模块的电源端即8脚；
10.所述plc模块与mcu通过uart串口进行通信，所述plc模块的9脚作为uart接收端接收来自电能表mcu的数据，记为mcu_rx_g3，所述plc模块的uart接收端同时与电容c44的一端相连，电容c44的另一端接地；
11.所述plc模块的10脚作为uart发送端向电能表mcu发送数据，记为mcu_tx_g3，plc模块的uart发送端同时与电阻r95、电容c42的一端相连，电容c42的另一端接地，电阻r95的
另一端接3.3v电源；
12.所述plc模块的11脚作为uart使能端与电能表mcu的io口相连，记为mcu_en_g3，plc模块的uart使能端同时与电容c40、电阻r38、r69的一端相连，电容c40和电阻r38的另一端相连，电阻r69的另一端接3.3v电源；
13.所述plc模块的接地端即12脚接地；
14.当所述的uart使能端mcu_en_g3为低时，所述的plc模块就进入休眠状态，不消耗能量，当所述的uart使能端mcu_en_g3为高时，所述的plc模块就进入工作状态；
15.市电的abc三相电信号分别串接电容c1电感l1、电容c2电感l2、电容c3电感l3，之后分别接变压器t1、t2、t3的一输入端，变压器t1、t2、t3的另一输入端分别接市电的零线，变压器t1、t2、t3的两输出端分别接plc模块的对应的载波信号输入端相连。
16.进一步地，所述的继电器驱动模块包括：热敏电阻rt6、电阻r218、r48、r44、r224、r186、r187、r188、r189、r190、r191、r193、r194、r195、r196、r197、r198、r192、三极管q3、q6、q12、q13、q10、q11、q14和双向稳压管d15；
17.所述热敏电阻rt6的一端连接12v电源，另一端分别与电阻r218、r224的一端相连，电阻r218的另一端串接电阻r48，电阻r224的另一端串接电阻r44，电阻r48和r44相连，且连接点分别与电阻r186、r187的一端、三极管q3、q6的e极相连，所述电阻r186的另一端与电阻r188的一端、三极管q10的c极相连，所述电阻r188的另一端与三极管q3的b极相连，三极管q3的c极同时接双向稳压管d15的一端和三极管q13的c极，且该点标记为relay_b，所述标记点relay_b连接继电器线圈的一端；所述双向稳压管d15的另一端接三极管q6和q12的c极，且该点标记为relay_a，所述标记点relay_a连接继电器线圈的另一端，所述三极管q6的b极串接r189后分别连接电阻r187的另一端和三极管q11的c极，所述三极管q11的b极同时接电阻r191、r198和三极管q14的c极，所述电阻r191的另一端与电阻r192相连，且连接点与电能表mcu的io引脚相接，标记该点为rly_on，所述电阻r192的另一端与三级管q14的e极一起接地，所述三极管q14的b极串接电阻r196后，同时与电阻r190、r194和三极管q10的b极相连，所述电阻r190的另一端与电阻r193相连，标记该点为rly_off，所述标记点rly_off也连接到电能表mcu的对应io口，所述电阻r193的另一端接地，所述三极管q10的e极同时与电阻r195、三极管q12的b极相连，所述电阻r194、r195和r198的另一端，以及三极管q12、q13的e极接地，所述三极管q11的e极和三极管q13的b极相连，且连接点串接电阻197后接地。
18.一种支持动态能耗管理的电能表的能耗管理方法，应用前述电能表，该方法使继电器与远程通信模块错峰工作，具体包含以下步骤：
19.第一步：电能表mcu在中断时检测所述plc模块的状态标志端即第7脚的状态，当连续检测n次都是低电平就允许继电器动作；
20.第二步：所述plc模块需要发送数据给集中器时，就先置所述plc模块的状态标志端即第7脚为高电平，然后延时时间t1后再把数据发给集中器；当发送结束时就拉低所述plc模块状态标志端的电平；
21.第三步：当所述的继电器驱动模块需要操作继电器时，先根据第一步的结果判断是否允许操作继电器，如果允许，就操作继电器，操作继电器时间为t2，且t2＜t1；否则，返回第一步。
22.进一步地，所述第一步中，当连续5次检测都是低电平就允许继电器动作。
23.进一步地，所述第二步中，延时时间t1为125ms；操作继电器时间为t2为120ms。
24.进一步地，所述第一步中，中断时间为1ms。
25.本发明的有益效果：
26.本发明的动态能耗管理系统使用时，最大功耗是250ma+800ma等于1.05a，降低了系统约42％的瞬时最大功耗，降低了电能表的成本，提高了电能表的可靠性。
27.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
28.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
29.图1是本发明的远程通信模块原理框图。
30.图2是本发明的继电器驱动模块电路图。
具体实施方式
31.下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
32.本发明提供一种支持动态能耗管理的电能表及方法，它包括电能表mcu、远程通信模块与继电器驱动模块，使用动态能耗管理的方式使这两个模块错峰工作降低了系统的瞬时最大功耗保证电能表整体系统平稳运行。所述的远程通信模块是固定在电能表内部的plc模块，用于电能表跟集中器进行远程通信；所述的继电器驱动模块是3.3v电源驱动12v继电器工作的电路。
33.其中，所述的远程通信模块包含：热敏电阻rt4，二极管d10，电阻r1、r95、r69、r38，电容c40、c42、c44、c1、c2、c3，电感l1、l2、l3，变压器t1、t2、t3；所述电阻r1一端连接到3.3v电源，另一端连接到所述plc模块的7脚，所述热敏电阻rt4的一端链接12v电源，所述12v电源标记成dc_12v，另一端连接所述二极管d10的正极，所述二极管d10的负极连接到所述的plc模块的8脚，所述的plc模块的跟mcu是通过uart通信，所述plc模块的9脚就是模块接收来自电能表mcu的数据，所述plc模块的10脚就是模块接发送数据到电能表mcu，所述plc模块的9脚同时跟所述电容c44相连、mcu的uart的发送引脚相连并标记为mcu_tx_g3,所述plc模块的10脚同时跟所述电阻r95、所述电容c42、mcu的uart的接收引脚相连并标记为mcu_rx_g3，所述plc模块的11脚同时跟所述电容c40、所述电阻r38、所述电阻r69、mcu的io口相连标记为mcu_en_g3；
34.当所述的mcu_en_g3为低时，所述的plc模块就进入休眠状态，不会消耗能量，当所述的mcu_en_g3为高时，所述的plc模块就进入工作状态；
35.所述plc模块的12脚同时跟所述电容c40的另一端、所述电容c42的另一端、所述电容c44的另一端、所述电阻r38的另一端、以及地连接在一起，所述电阻r95的另一端跟所述电阻r69的另一端一起连接到3.3v电源，所述变压器t1的第2脚连接到所述plc模块的第1脚，所述变压器t1的第3脚连接到所述plc模块的第2脚，所述变压器t1的第4脚连接到所述
电感l1的一端，所述电感l1的另一端连接到a相的市电，所述变压器t1的第1脚连接到市电的零线上，所述变压器t2的第2脚连接到所述plc模块的第3脚，所述变压器t2的第3脚连接到所述plc模块的第4脚，所述变压器t2的第4脚连接到所述电感l2的一端，所述电感l2的另一端连接到b相的市电，所述变压器t2的第1脚连接到市电的零线上，所述变压器t3的第2脚连接到所述plc模块的第5脚，所述变压器t3的第3脚连接到所述plc模块的第6脚，所述变压器t3的第4脚连接到所述电感l3的一端，所述电感l3的另一端连接到c相的市电，所述变压器t3的第1脚连接到市电的零线上。
36.所述的继电器驱动模块包含：热敏电阻rt6、电阻r218、r48、r44、r224、r186、r187、r188、r189、r190、r191、r193、r194、r195、r196、r197、r198、r192、三极管q3、q6、q12、q13、q10、q11、q14、双向稳压管d15。所述热敏电阻rt6一端连接所述dc_12v，另一端与所述r218、r224相连，所述电阻r218跟所述电阻r48相连，所述电阻r48另一端分别与所述电阻r189、所述电阻r44、所述电阻r187、所述三极管q3的e极、所述三极管q6的e极相连，所述电阻r44的另一端跟所述电阻r224的另一端相连，所述电阻r186的另一端跟所述电阻r188、所述三极管q10的c极相连，所述电阻r188的另一端跟所述三极管q3的b极相连，所述三极管q3的c极同时跟所述双向稳压管d15、所述三极管q13的c极相连并把该点标记为relay_b，所述标记点relay_b是连接到的继电器的线圈，所述双向稳压管d15的另一端同时跟所述三极管q6的c极、q12的c极相连，标记该点为relay_a，所述标记点relay_a是连接到所述继电器线圈的另一端，所述三极管q6的b极连接到所述电阻r189的一端，所述电阻r189的另一端同时跟所述电阻r187的另一端、所述三极管q11的c极相连，所述三极管q11的b极同时跟所述电阻r191、所述电阻r198、所述三极管q14的c极相连，所述电阻r191的另一端与所述电阻r192一起连接到mcu的io引脚，标记该点为rly_on，所述电阻r192的另一端跟所述三级管q14的e极一起连接到地，所述三极管q14的b极跟所述电阻r196相连，所述电阻r196的另一端同时跟所述电阻r190、所述电阻r194、所述三极管q10的b极相连，所述电阻r190的另一端跟所述电阻r193相连，标记该点为rly_off，所述标记点rly_off也连接到mcu的io口，所述电阻r193的另一端连接到地，所述三极管q10的e极同时跟所述电阻r195、所述三极管q12的b极相连，所述电阻r194的另一端同时跟所述电阻r195的另一端、所述三极管q12的e极、所述三极管q13的e极、所述电阻197的一端、所述电阻r198的另一端、以及地连接在一起，所述三极管q13的b极跟所述三极管q11的发射极、所述电阻r197的另一端相连。
37.如图1所示，plc模块通过引脚1-6向远程发送数据时有两种情况，第一种：plc模块自己跟集中器的一些入网参数的交互；第二种：电能表的mcu需要向集中器发送数据时plc模块就作为透传。通过plc模块上的第7脚提供状态标志，有了第7脚mcu就知道plc模块何时准备向集中器发送数据，能够有效的避开继电器控制。
38.如图2所示，mcu通过rly_off引脚为低，rly_on引脚为高就可以控制继电器合闸,控制rly_off引脚为高，rly_on引脚为低就可以控制继电器拉闸，不控制继电器时控制rly_off引脚为低，rly_on引脚为低。三极管q14是保证q10跟q11不能同时导通。控制继电器拉合闸需要使relay_a跟relay_b有120ms的12v电压差才能保证继电器能完全拉开，消耗的电流为0.75a。
[0039][0040]
如表1所示，详细列出了电能表的能量消耗与耗时，mcu在1ms中断中检查所述plc模块的第7脚的状态，当连续5次都是低电平就允许继电器动作，保证了在控制继电器时的前5ms不会存在远程通信，控制继电器时间是5ms。plc模块需要发送数据给集中器时就先置所述plc模块的第7脚为高电平，然后125ms后再把数据发出来。当发送结束时就拉低所述plc模块的第7脚的电平，该设计保证了当正在控制继电器时正好需要远程通信也不会出现问题，因为继电器的控制时间是120ms，当控制继电器结束后5ms后才会发送数据到远程模块。
[0041]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。