计量表及计量表功耗检测方法与流程

1.本技术涉及计量表技术领域，特别涉及一种计量表及计量表功耗检测方法。


背景技术：

2.随着计量技术的迅速发展，智能仪表技术快速发展，具备预付费、远程控制、远程抄表、低功耗等功能的智能计量表(例如智能燃气表、智能水表等)已经普遍用于家庭、企业等。智能计量表一般是采用碱性电池、或锂电池等电池供电，计量表的功耗决定了电池的使用寿命。
3.现有技术中，是在计量表装配前测试计量表的功耗，根据计量表的功耗预测电池的使用寿命。然而，在计量表的使用过程中，由于物料老化、外力、潮湿等原因可能会导致计量表的功耗偏高，最终导致电池的使用寿命达不到原本预测的年限，而用户又无法得知计量表的功耗情况，导致无法及时进行更换或者维修，最终影响用户的正常用水或用气。


技术实现要素：

4.为了解决无法得知计量表在实际使用过程中的功耗的问题，本技术提供了一种能够检测自身功耗的计量表及计量表功耗检测方法。
5.根据本技术实施例的一方面，公开了一种计量表，该计量表包括计量表本体、采样电阻以及储能电路，其中，所述计量表本体包括壳体和设置在所述壳体内的用电模块，所述壳体内设有分别用于连接供电电池的一端的第一连接端和第二连接端，所述用电模块连接所述第一连接端，所述用电模块包括控制单元；所述采样电阻的第一端连接所述第二连接端，所述采样电阻的第二端连接所述用电模块，所述控制单元用于根据所述采样电阻的采样信号计算所述用电模块的功耗；所述储能电路的第一端连接所述第一连接端，所述储能电路的第二端连接所述采样电阻的第二端与所述用电模块的相接处，所述储能电路用于吸收所述用电模块、采样电阻、供电电池形成的回路的电流或给所述回路放电。
6.在一种示例性实施例中，所述计量表还包括供电电池，所述供电电池设置在所述壳体内，所述供电电池的一端连接所述第一连接端，另一端连接所述第二连接端，用于给所述用电模块供电。
7.在一种示例性实施例中，所述供电电池的正极连接所述第一连接端，所述供电电池的负极连接所述第二连接端。
8.在一种示例性实施例中，所述储能电路包括储能电容，所述储能电容的正极连接所述第一连接端，所述储能电容的负极连接所述采样电阻的第二端并接地。
9.在一种示例性实施例中，所述计量表还包括差分放大电路，所述差分放大电路的两个输入端分别连接所述采样电阻的第一端和第二端，所述差分放大电路的输出端连接所述控制单元，所述差分放大电路用于将所述采样电阻的采样信号放大后输出至所述控制单元。
10.在一种示例性实施例中，所述差分放大电路包括一级放大电路和二级放大电路，
所述一级放大电路的两个输入端分别连接所述采样电阻的第一端和第二端，所述二级放大电路的一个输入端连接所述一级放大电路的输出端，所述二级放大电路的另一输入端接地，所述二级放大电路的输出端连接所述控制单元。
11.在一种示例性实施例中，所述一级放大电路包括第一差分放大器、第一调整电阻、第二调整电阻、第三调整电阻以及第四调整电阻；所述第一差分放大器的输出端连接所述二级放大电路的输入端；所述第一调整电阻连接在所述第一差分放大器的正相输入端与所述采样电阻的第二端之间；所述第二调整电阻连接在所述第一差分放大器的反相输入端与所述采样电阻的第一端之间；所述第三调整电阻的一端连接所述第一差分放大器的正相输入端，另一端接地；所述第四调整电阻连接在所述第一差分放大器的输出端与所述第一差分放大器的反相输入端之间。
12.在一种示例性实施例中，所述二级放大电路包括第二差分放大器、第五调整电阻、第六调整电阻以及第七调整电阻；所述第二差分放大器的输出端连接限流电阻的第一端，所述限流电阻的第二端连接所述控制单元和滤波电容，所述滤波电容的另一端接地；所述第五调整电阻连接在所述第二差分放大器的正相输入端与所述一级放大电路的输出端之间；所述第六调整电阻的一端连接所述第二差分放大器的反相输入端，另一端接地；所述第七调整电阻连接在所述第二差分放大器的输出端与所述第二差分放大器的反相输入端之间。
13.根据本技术实施例的一方面，公开了一种计量表功耗检测方法，包括：
14.储能电路在用电模块工作在第一电流下时吸收所述用电模块、采样电阻、供电电池形成的回路的电流，在所述用电模块工作在第二电流下时给所述回路放电，所述第一电流大于所述第二电流，所述储能电路的第一端连接第一连接端，所述储能电路的第二端连接所述采样电阻的第二端与所述用电模块的相接处，所述采样电阻的第一端连接第二连接端，所述第一连接端、第二连接端分别连接所述供电电池的一端，所述用电模块连接在所述第一连接端与所述采样电阻的第二端之间，所述用电模块包括控制单元；
15.所述控制单元间隔第一时间采集所述采样电阻的采样信号，并根据所述采样电阻的采样信号计算所述用电模块的功耗；
16.所述控制单元选择预设时间段内所述用电模块的功耗中的最小值作为目标功耗，若所述目标功耗超出功耗阈值，判断为功耗异常。
17.在一种示例性实施例中，所述控制单元计算预设时间段内的相邻采样时间点的用电模块的功耗的差值，若所述差值超出差值阈值，判断为功耗异常，并在判断为功耗异常的情况下，将所述采样电阻的采样信号作为计算参数计算所述供电电池的电量。
18.本技术的实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：
19.本技术提供的技术方案，通过设置采样电阻采集计量表用电模块的供电回路电压，再利用控制单元根据采样电压计算用电模块的功耗，实现计量表在使用过程中的功耗自检，从而使得用户可以根据用电模块的功耗情况及时进行供电电池或计量表的更换或者维修，保障用户的正常使用。进一步地，由于用电模块在静态工作状态下的工作电流远小于动态工作状态下的工作电流，在进行功耗自检时，用电模块会变为动态工作状态，因此，在采样电阻的后端设置储能电路，利用储能电路吸收动态工作状态下的电流，使得采样电阻采集的是储能电路将电流平衡之后的电压值，提高了静态采样的准确性，从而提高了计量
表功耗检测的准确性。
20.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
21.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并于说明书一起用于解释本技术的原理。
22.图1是根据一种示例性实施例示出的计量表的组成框图。
23.图2是根据一种示例性实施例示出的计量表的逻辑示意图。
24.图3是根据一种示例性实施例示出的采样电路的电路原理图。
25.附图标记说明如下：
26.10、供电电池；j1、电池插座；1、第一连接端；2、第二连接端；20、用电模块；21、控制单元；22、计量单元；23、显示单元；24、通信单元；ec1、储能电容；r32、采样电阻；r37、第一调整电阻；r38、第二调整电阻；r52、第三调整电阻；r41、第四调整电阻；r54、第五调整电阻；r49、第六调整电阻；r48、第七调整电阻；r47、限流电阻；c56、滤波电容；u10、集成芯片；q6、开关管；r31、限流电阻。
具体实施方式
27.尽管本技术可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本技术原理的示范性说明，而并非旨在将本技术限制到在此所说明的那样。
28.由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本技术的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本技术的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
30.在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。
31.需要说明的是，本技术实施例中，“示例性”或者“例如”或者“举例地”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性”或者“例如”或者“举例地”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性”或者“例如”或者“举例地”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
32.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本技术的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本技术的示意性图解，图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它
们的重复描述。
33.本技术提供了一种计量表，该计量表除了设置有控制单元和用于执行计量功能的计量单元之外，还进一步设置采样电路和储能电路，以实现计量表在出厂之后在使用过程中的功耗自检，使得用户可以根据计量表的功耗情况及时进行计量表供电电池或计量表的更换或者维修，从而保障用户正常使用能源。该计量表可以是燃气表，也可以是水表，还可以是除了燃气表和水表之外的其它计量表。
34.下面以一些具体实施例为例，结合本说明书的附图，对本技术的计量表予以详细阐述。
35.参阅图1至图3所示，本技术的计量表包括计量表本体、供电电池10、采样电路以及储能电路。其中，计量表本体是计量表中用于完成计量等功能的组成单元，其包括壳体(图未示)和设置在壳体内的用电模块20，用电模块20包括一个或多个用电单元；壳体内设有电池插座j1，电池插座j1包括第一连接端1和第二连接端2。供电电池10设置在电池插座j1，供电电池10的一端连接第一连接端1，另一端连接第二连接端2。用电模块20连接第一连接端1，从而连接到供电电池10，以通过供电电池10给用电模块20供电。采样电路包括采样电阻r32，采样电阻r32的第一端连接第二连接端2，采样电阻r32的第二端连接用电模块20。即是，供电电池10、用电模块20、采样电阻r32依次连接形成回路。用电模块20包括控制单元21，控制单元21用于根据采样电路的采样信号计算用电模块20的功耗。
36.储能电路的第一端连接第一连接端1，储能电路的第二端连接采样电阻r32的第二端与用电模块20的相接处并接地，储能电路用于吸收供电电池10、用电模块20、采样电阻r32形成的回路的电流或给回路放电。
37.可以理解地，用电模块20除了包括控制单元21之外，还会包括用于实现计量功能的计量单元。对于具备数据显示功能和通信功能的计量表，用电模块20还会包括显示单元和通信单元。
38.举例地，计量表为水表时，在一个示例性实施例中，如图1所示，用电模块20包括控制单元21、计量单元22、显示单元23以及通信单元24，计量单元22、显示单元23及通信单元24分别与控制单元21连接，控制单元21控制计量单元22、显示单元23及通信单元24的工作状态。其中，计量单元22用于计量用水量，并将用水量传送至控制单元21，控制单元21将用水量、剩余金额、电池电量等数据传送至显示单元23进行显示，并通过通信单元24与远程服务器交互，以实现远程抄表等功能。
39.再举例地，计量表为燃气表时，在一个示例性实施例中，如图1所示，用电模块20包括控制单元21、计量单元22、显示单元23以及通信单元24，计量单元22、显示单元23及通信单元24分别与控制单元21连接，控制单元21控制计量单元22、显示单元23及通信单元24的工作状态。其中，计量单元22用于计量用气量，并将用气量传送至控制单元21，控制单元21将用气量、剩余金额、电池电量等数据传送至显示单元23进行显示，并通过通信单元24与远程服务器交互，以实现远程抄表等功能。
40.当然，用电模块20还可以包括其它用电单元，例如用于在监测到燃气泄漏时报警的报警单元等。
41.在一个示例性实施例中，控制单元21为mcu(微控制单元，microcontroller unit)。
42.由于计量表是在静态工作状态和动态工作状态交替工作，其中静态工作状态的时间达到99％以上，若静态工作状态下的计量表的功耗是正常的，则可以说明计量表的整机硬件处于正常的工作状态，因此，可以通过检测计量表在静态工作状态下的功耗，来判断计量表的功耗情况。然而，当控制单元21采集采样电阻r32的采样信号以及进行功耗计算时，控制单元21必然会变为动态工作状态，此时，控制单元21所需的工作电流变大，因此，供电电池10、用电模块20、采样电阻r32形成的回路的电流将从较小的第二电流变为较大的第一电流，回路电流波动将会影响采样电阻r32采集到的采样信号(电压信号)，进而影响功耗检测结果的准确性。
43.为此，在采样电阻r32的后端设置储能电路，利用储能电路吸收短暂的动态工作状态下的电流，储能电路再慢慢放电，使得采样电阻r32采集的是储能电路将动态工作电流和静态工作电流平衡之后的电压值，提高了静态采样的准确性，从而提高了计量表功耗检测的准确性。
44.举例地，计量表采用低功耗的控制单元21，当控制单元21为静态工作状态下时，用电模块20的电流消耗为微安级，即是，第二电流为微安级；当控制单元21为动态工作状态下时，用电模块20的电流消耗为毫安级，即是，第一电流为毫安级。通过设置储能电路，利用储能电路在用电模块20工作在第一电流下时吸收供电电池10、用电模块20、采样电阻r32形成的回路的电流，在用电模块20工作在第二电流下时慢慢给回路放电，使得采样电阻r32采集的是储能电路将第一电流和第二电流平衡之后的电流，从而使得静态采样的精度达到微安级，提高了计量表功耗检测的准确性。
45.可以理解地，上述静态工作状态和动态工作状态并非特指控制单元21的工作状态，还可以是包括用电模块20的其他组成单元的工作状态。例如，通信单元24的工作状态，在需要通过通信单元24与远程服务器交互时，控制单元21控制通信单元24工作；反之，通信单元24不工作；再例如，在需要采集供电电池10、用电模块20、采样电阻r32形成的回路的电压信号时，控制单元21控制采样电路工作；反之，采样电路不工作。
46.接下来参阅图2所示，详细地，在一个示例性实施例中，第一连接端1连接供电电池10的正极，第二连接端2连接供电电池10的负极。即是，采样电阻r32连接在供电电池10的负极与用电模块20之间。供电电池10的负极电压波动小，干扰小，采样结果更准确。当然，在其他实施例中，也可以将采样电阻r32连接在供电电池10的正极与用电模块20之间。
47.如图2所示，详细地，储能电路包括储能电容ec1，储能电容ec1的正极连接第一连接端1(供电电池10的正极)，储能电容ec1的负极连接采样电阻r32的第二端并接地。当用电模块20工作在较大的第一电流下时储能电容ec1吸收供电电池10、用电模块20、采样电阻r32形成的回路的电流；当用电模块20工作在较小的第二电流下时储能电容ec1再慢慢给回路放电。
48.采用储能电容ec1作为储能电路，成本低。可以理解地，不限于是采用储能电容ec1作为储能电路，在其他实施例中，也可以是采用储能电池替代储能电容ec1，还可以是将储能电池与储能电容ec1串联，作为储能电路。
49.详细地，采样电路包括采样电阻r32和差分放大电路(参阅图3所示)，差分放大电路的两个输入端分别连接采样电阻r32的第一端和第二端，差分放大电路的输出端连接控制单元21，差分放大电路用于将采样电阻r32的采样信号放大后输出至控制单元21。通过差
分放大电路将采样电阻r32的采样信号放大，使得控制单元21可以识别采样信号；且，差分放大电路抗干扰能力强，有助于提高功耗检测的准确性。
50.如图3所示，差分放大电路为多级放大电路，其包括一级放大电路和二级放大电路。其中，一级放大电路的两个输入端分别连接采样电阻r32的第一端和第二端，通过一级放大电路对采样电阻r32的微小信号(电压信号)进行电压放大得到电压v_op1。二级放大电路的一个输入端连接一级放大电路的输出端，二级放大电路的另一输入端接地，二级放大电路的输出端连接控制单元21，通过二级放大电路对电压v_op1进行线性放大得到控制单元21可以识别的电压v_op2。
51.详细地，如图3所示，一级放大电路包括第一差分放大器、第一调整电阻r37、第二调整电阻r38、第三调整电阻r52以及第四调整电阻r41，其中，第一调整电阻r37连接在第一差分放大器的正相输入端ina+与采样电阻r32的第二端之间；第二调整电阻r38连接在第一差分放大器的反相输入端ina-与采样电阻r32的第一端之间；第三调整电阻r52的一端连接第一差分放大器的正相输入端ina+，另一端接地i-gnd；第四调整电阻r41连接在第一差分放大器的输出端outa与第一差分放大器的反相输入端ina-之间；第一差分放大器的输出端outa连接二级放大电路的输入端。
52.通过第一调整电阻r37、第二调整电阻r38、第三调整电阻r52以及第四调整电阻r41调整第一差分放大器的放大倍数。
53.如图3所示，二级放大电路包括第二差分放大器、第五调整电阻r54、第六调整电阻r49以及第七调整电阻r48，其中，第五调整电阻r54连接在第二差分放大器的正相输入端inb+与一级放大电路的输出端outa之间；第六调整电阻r49的一端连接第二差分放大器的反相输入端inb-，另一端接地i-gnd；第七调整电阻r48连接在第二差分放大器的输出端outb与第二差分放大器的反相输入端inb-之间，第二差分放大器的输出端outb连接控制单元21。
54.通过第五调整电阻r54、第六调整电阻r49以及第七调整电阻r48调整第二差分放大器的放大倍数。
55.进一步地，在图3所示实施例中，第二差分放大器的输出端outb与连接控制单元21之间连接有限流电阻r47。限流电阻r47与控制单元21的相接处还连接一滤波电容c56的第一端，滤波电容c56的第二端接地i-gnd。
56.在图3所示实施例中，第一差分放大器和第二差分放大器集成在一集成芯片u10中，该集成芯片u10的vs-脚接地i-gnd，vs+脚连接开关管q6的第一端，开关管q6的第二端连接供电电源vdd，开关管q6的控制端通过限流电阻r31连接至控制单元21，控制单元21输出控制信号ctrll控制开关管q6导通时，集成芯片u10的vs+脚接通供电电源vdd，差分放大电路开始工作；反之，控制单元21输出控制信号ctrll控制开关管q6截至时，集成芯片u10的vs+脚无电压输入，差分放大电路停止工作。
57.在图3所示实施例中，开关管q6为场效应管，控制单元21输出的控制信号ctrll为低电平信号时，开关管q6导通，控制信号ctrll为高电平信号时，开关管q6截至。
58.另外，本技术还提供了一种计量表功耗检测方法，该计量表功耗检测方法包括：
59.储能电路在用电模块20工作在第一电流下时吸收用电模块20、采样电阻r32、供电电池10形成的回路的电流，在用电模块20工作在第二电流下时给回路放电，第一电流大于
第二电流，储能电路的第一端连接第一连接端1，储能电路的第二端连接采样电阻r32的第二端与用电模块20的相接处，采样电阻r32的第一端连接第二连接端2，第一连接端1、第二连接端2分别连接供电电池10的一端，用电模块20连接在第一连接端1与采样电阻r32的第二端之间，用电模块20包括控制单元21。
60.控制单元21间隔第一时间采集采样电阻r32的采样信号，并根据采样电阻r32的采样信号计算用电模块20的功耗。
61.控制单元21选择预设时间段内用电模块20的功耗中的最小值作为目标功耗，若目标功耗超出功耗阈值，判断为功耗异常。
62.进一步地，在一个示例性实施例中，控制单元21计算预设时间段内的相邻采样时间点的用电模块20的功耗的差值，若差值超出差值阈值，判断为功耗异常，并在判断为功耗异常的情况下，将采样电阻r32的采样信号作为计算参数计算供电电池10的电量。
63.通过在判断为功耗异常的情况下，将采样电阻r32的采样信号作为计算参数计算供电电池10的电量，实现及时更正供电电池10的使用寿命。
64.其中，预设时间段可以是同一日期内。
65.此外，还可以将同一日期内的所有采样时间点对应的用电模块功耗绘制成功耗曲线图，根据不同日期之间功耗曲线图的差异程度，判断是否存在功耗异常。
66.进一步地，在一个示例性实施例中，在控制单元21判断计量表为功耗异常的情况下，输出表征功耗异常的报警信号至上位机。其中，该上位机可以是用于实现远程抄表等功能的远程服务器。可选地，还可以配置控制单元21与用户的智能手机等终端设备通信连接，此时，该上位机可以是用户的终端设备。
67.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。