一种低功耗基于无线通信的电能计量装置的制作方法

本实用新型属于电能计量领域，尤其涉及一种低功耗基于无线通信的电能计量装置。

背景技术：

传统的低功耗基于无线通信的电能计量装置包括低功耗微处理器和分别于低功耗微处理器连接的低功耗无线通信模块和电能计量模块，电能计量模块外围设置电流检测模块和电压检测模块，低功耗无线通信模块和低功耗微处理器双向通信连接。然而，传统的双电池充放电管理电路中的由于没有低功耗的可同时实现电能计量和控制的系统芯片，需要采用分立的低功耗微处理器和电能计量模块完成电能计量和控制功能，故电路复杂，且成本较高。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种低功耗基于无线通信的电能计量装置，旨在解决传统的低功耗基于无线通信的电能计量装置存在的采用分立的低功耗微处理器和电能计量模块完成电能计量和控制功能，故电路复杂，且成本较高的问题。

本实用新型是这样实现的，一种低功耗基于无线通信的电能计量装置，包括：

用于连接火线，进行电压检测以输出电压采样信号的电压检测电路；

用于连接火线，进行电流检测以输出电流采样信号的电流检测电路；

与所述电压检测电路和所述电流检测电路连接，配置为根据所述电压采样信号和所述电流采样信号生成电能计量信号的计量控制电路；

其特征在于，所述低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括：

与所述计量控制电路连接，配置为对所述电能计量信号进行电平转换的电平转换电路；

与所述电平转换电路连接，配置为根据电平转换后的所述电能计量信号生成无线通信信号并从无线链路发送的无线通信电路；

其中，电平转换后所述电能计量信号的电平低于转换之前所述电能计量信号的电平。

在其中一个实施例中，所述低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括：

用于串接在所述火线上，配置为接入交流电到所述电压检测电路和所述电流检测电路的继电器组件；和

与所述继电器组件和所述计量控制电路连接的继电器控制电路。

在其中一个实施例中，所述低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括：

与所述计量控制电路连接，配置为与上位机进行双向有线通信的有线通信电路。

在其中一个实施例中，所述低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括：

与所述计量控制电路连接，配置为对第一脉冲信号进行隔离的隔离模块；

所述计量控制电路还配置为根据所述电压采样信号和所述电流采样信号生成所述第一脉冲信号。

在其中一个实施例中，所述低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括：

与所述计量控制电路连接，配置为显示计量信息的显示组件。

在其中一个实施例中，所述计量控制电路包括电能计量控制芯片；

所述电能计量控制芯片的电源端与第一电源连接，所述电能计量控制芯片的正极电流模拟输入端和所述电能计量控制芯片的负极电流模拟输入端共同构成所述计量控制电路的电流采样信号输入端，所述电能计量控制芯片的正极电压模拟输入端和所述电能计量控制芯片的负极电压模拟输入端共同构成所述计量控制电路的电压采样信号输入端，所述电能计量控制芯片的uart发送端为所述计量控制电路的电能计量信号输出端，所述电能计量控制芯片的uart接收端为所述计量控制电路的第二有线通信信号输入端，所述电能计量控制芯片的接地端与电源地连接。

在其中一个实施例中，所述无线通信电路包括nb-iot无线通信模组、天线、第一电容、第二电容以及第一电阻；

所述nb-iot无线通信模组的电源端与第二电源连接，所述nb-iot无线通信模组的数据发送端为所述无线通信电路的第三有线通信信号输出端，所述nb-iot无线通信模组的数据接收端为所述无线通信电路的电能计量信号输入端，所述nb-iot无线通信模组的天线端与所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述天线和所述第二电容的第一端连接，所述nb-iot无线通信模组的接地端、所述第一电容的第二端以及所述第二电容的第二端共接于电源地。

在其中一个实施例中，所述电平转换电路包括第一场效应管、第二场效应管、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；

所述第一场效应管的漏极和所述第二电阻的第一端共同构成所述电平转换电路的第二有线通信信号输出端，所述第一场效应管的源极和所述第五电阻的第一端共同构成所述电平转换电路的第三有线通信信号输入端，所述第二场效应管的漏极和所述第三电阻的第一端共同构成所述电平转换电路的电能计量信号输入端，所述第二场效应管的源极和所述第四电阻的第一端共同构成所述电平转换电路的电能计量信号输出端，所述第一场效应管的栅极、所述第二场效应管的栅极、所述第四电阻的第二端以及所述第五电阻的第二端共接于第三电源，所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端共接于第四电源。

在其中一个实施例中，所述低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括：

串接在所述计量控制电路和所述电平转换电路之间的隔离组件。

在其中一个实施例中，所述隔离组件包括光耦隔离芯片；

所述光耦隔离芯片的第一电源端与第五电源连接，所述光耦隔离芯片的第二电源端与第六电源连接，所述光耦隔离芯片第一数据输入端为所述隔离组件的电能计量信号输入端，所述光耦隔离芯片第一数据输出端为所述隔离组件的电能计量信号输出端，所述光耦隔离芯片第二数据输入端为所述隔离组件的第二有线通信信号输入端，所述光耦隔离芯片第二数据输出端为所述隔离组件的第二有线通信信号输出端，所述光耦隔离芯片的第一接地端和所述光耦隔离芯片的第二接地端共接于电源地。

本实用新型实施例还一种电能表，所述电能表包括如上述的低功耗基于无线通信的电能计量装置。

本实用新型实施例通过计量控制电路根据电压采样信号和电流采样信号生成电能计量信号；电平转换电路对电能计量信号进行电平转换；无线通信电路将电能计量信号从无线链路发送；由于电平转换后电能计量信号的电平远低于转换之前电平，无线通信电路可以相适应的采样低功耗无线通信模组，而计量控制电路可以相适应的采用可同时实现电能计量和控制的系统芯片；故在简化电路设计的同时降低了功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术实用新型，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的一种模块结构图；

图2为本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的另一种模块结构图；

图3为本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的另一种模块结构图；

图4为本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的另一种模块结构图；

图5为本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的另一种模块结构图；

图6为本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的另一种模块结构图；

图7为本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的示例电路结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

上述低功耗基于无线通信的电能计量装置包括电压检测电路11、电流检测电路12、计量控制电路13、电平转换电路14以及无线通信电路15。

电压检测电路11用于连接火线，进行电压检测以输出电压采样信号；电流检测电路12用于连接火线，进行电流检测以输出电流采样信号；计量控制电路13与电压检测电路和电流检测电路连接，配置为根据电压采样信号和电流采样信号生成电能计量信号；电平转换电路14与计量控制电路连接，配置为对电能计量信号进行电平转换；无线通信电路15与电平转换电路连接，配置为根据电平转换后的所述电能计量信号生成第一无线通信信号并从无线链路发送；其中，电平转换后电能计量信号的电平低于转换之前电能计量信号的电平。

其中，无线通信电路15根据电能计量信号生成第一无线通信信号并从无线链路发送具体为：无线通信电路15根据第一有线通信信号生成第一无线通信信号。

具体地，无线通信电路15可以为公网通信模块，如通用无线分组业务(generalpacketradioservice，gprs)模块或窄带物联网(narrowbandinternetofthings,nb-iot)模块，避免了部署网关，利于现场安装，无需调试，适用于野外分散的应用场景。nb-iot模块可以实现短时连接，减小了流量。

如图2所示，低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括继电器组件16和继电器控制电路17。

继电器组件16用于串接在所述火线上，配置为接入交流电到电压检测电路和电流检测电路；继电器控制电路17与继电器组件16和计量控制电路13连接。

具体地，继电器组件16串接在火线上，配置为根据第一控制信号关断交流电；继电器控制电路17与继电器组件16和计量控制电路13连接，配置为根据第二控制信号生成第一控制信号；计量控制电路13还配置为根据电压采样信号和电流采样信号生成第二控制信号。

通过计量控制电路13根据电压采样信号和电流采样信号获取功率值，并在功率值大于预设阈值时生成第二控制信号，继电器控制电路17根据第二控制信号生成第一控制信号以使继电器组件16根据第一控制信号关断交流电，故防止了交流电功率过大而引起的安全隐患。

如图3所示，低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括有线通信电路18。

有线通信电路18与计量控制电路13连接，配置为与上位机进行双向有线通信。

具体地，有线通信电路18配置为根据第五有线通信信号生成第六有线通信信号以发送至上位机；计量控制电路13还配置为根据电压采样信号和电流采样信号生成第五有线通信信号。

计量控制电路13根据电压采样信号和电流采样信号获取电能计量信息，并根据电能计量信息生成第五有线通信信号，有线通信电路18根据第五有线通信信号生成第六有线通信信号以发送至上位机，实现了电能计量信息的有线传输。电能计量信息可以包括电流值、电压值、功率值。

如图4所示，低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括隔离模块19。

隔离模块19与计量控制电路13连接，配置为对第一脉冲信号进行隔离；计量控制电路13还配置为根据电压采样信号和电流采样信号生成第一脉冲信号。

通过计量控制电路13根据电压采样信号和电流采样信号获取功率值，并根据功率值生成第一脉冲信号，其中，第一脉冲信号的频率与功率值成正比，隔离模块19对对第一脉冲信号进行隔离，从而使得外部设备可以根据第一脉冲信号生成指示信号，其中，第一脉冲信号的频率与指示信号的频率成正比，实现了对功率值的指示。

如图5所示，低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括显示组件20。

显示组件20与计量控制电路13连接，配置为显示计量信息。

具体地，显示组件20配置为根据显示信号进行显示；计量控制电路13还配置为根据电压采样信号和电流采样信号生成显示信号。

计量控制电路13根据电压采样信号和电流采样信号获取电能计量信息，并根据电能计量信息生成显示信号，即显示信号携带电能计量信息，显示组件20根据显示信号进行显示，实现了对电能计量信息的显示。

如图6所示，所述低功耗基于无线通信的电能计量装置还包括隔离组件21。

隔离组件21串接在所述计量控制电路和所述电平转换电路之间。

隔离组件21配置为对电能计量信号进行隔离。

图7示出了本实用新型实施例提供的低功耗基于无线通信的电能计量装置的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

计量控制电路13包括电能计量控制芯片u1。

电能计量控制芯片u1的电源端vcc与第一电源vaa连接，电能计量控制芯片u1的正极电流模拟输入端iap和电能计量控制芯片u1的负极电流模拟输入端ian共同构成计量控制电路13的电流采样信号输入端，电能计量控制芯片u1的正极电压模拟输入端up和电能计量控制芯片u1的负极电压模拟输入端un共同构成计量控制电路13的电压采样信号输入端，电能计量控制芯片u1的异步收发传输器(universalasynchronousreceiver/transmitter，uart)发送端tx0为计量控制电路13的电能计量信号输出端，电能计量控制芯片u1的uart接收端rx0为计量13的第二有线通信信号输入端，电能计量控制芯片u1的接地端gnd与电源地连接。

无线通信电路15包括nb-iot无线通信模组u2、天线ant、第一电容c1、第二电容c2以及第一电阻r1；

nb-iot无线通信模组u2的电源端vcc与第二电源vbb连接，nb-iot无线通信模组u2的数据发送端txd为无线通信电路15的第三有线通信信号输出端，nb-iot无线通信模组u2的数据接收端rxd为无线通信电路15的电能计量信号输入端，nb-iot无线通信模组u2的天线端ant与第一电容c1的第一端和第一电阻c1的第一端连接，第一电阻c1的第二端与天线ant和第二电容c2的第一端连接，nb-iot无线通信模组的接地端gnd、第一电容c1的第二端以及第二电容c2的第二端共接于电源地。

电平转换电路14包括第一场效应管m1、第二场效应管m2、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4以及第五电阻r5；

第一场效应管m1的漏极和第二电阻r2的第一端共同构成电平转换电路14的第二有线通信信号输出端，第一场效应管m1的源极和第五电阻r5的第一端共同构成电平转换电路14的第三有线通信信号输入端，第二场效应管m2的漏极和第三电阻r3的第一端共同构成电平转换电路14的电能计量信号输入端，第二场效应管m2的源极和第四电阻r4的第一端共同构成电平转换电路14的电能计量信号输出端，第一场效应管m1的栅极、第二场效应管m2的栅极、第四电阻r4的第二端以及第五电阻r5的第二端共接于第三电源vcc，第二电阻r2的第二端和第三电阻r3的第二端共接于第四电源vdd。

隔离组件21包括光耦隔离芯片u3；

光耦隔离芯片u3的第一电源端vdd1与第五电源vee连接，光耦隔离芯片u3的第二电源端vdd2与第六电源vff连接，光耦隔离芯片u3第一数据输入端via为隔离组件21的电能计量信号输入端，光耦隔离芯片u3第一数据输出端voa为隔离组件21的电能计量信号输出端，光耦隔离芯片u3第二数据输入端vib为隔离组件21的第二有线通信信号输入端，光耦隔离芯片u3第二数据输出端vob为隔离组件21的第二有线通信信号输出端，光耦隔离芯片u3的第一接地端gnd1和光耦隔离芯片u3的第二接地端gnd2共接于电源地。

电流检测电路12包括第三电容c3、第四电容c4、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9以及第十电阻r10。

第六电阻r6的第一端、第六电阻r6的第二端、第七电阻r7的第一端、第八电阻r8的第一端、第九电阻r9的第一端以及第十电阻r10的第一端共同构成电流检测电路12的输入交流电输入端，第九电阻r9的第二端、第十电阻r10的第二端、第三电容c3的第一端以及第四电容c4的第一端共同构成电流检测电路12的电流采样信号输出端，第七电阻r7的第二端、第八电阻r8的第二端、第三电容c3的第二端以及第四电容c4的第二端共接于电源地。

电压检测电路11包括第五电容c5、第六电容c6、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17以及第十八电阻r18。

第十一电阻r11的第一端为电压检测电路11的输入交流电输入端，第十一电阻r11的第二端与第十二电阻r12的第一端连接，第十二电阻r12的第二端与第十三电阻r13的第一端连接，第十三电阻r13的第二端与第十四电阻r13的第一端连接，第十四电阻r13的第二端与第十五电阻r15的第一端连接，第十五电阻r15的第二端与第十六电阻r16的第一端连接，第十六电阻r16的第二端、第十七电阻r17的第一端、第五电容c5的第一端、第十八电阻r18的第一端以及第六电容c6的第一端共同构成电压检测电路11的电压采样信号输出端，第十七电阻r17的第二端、第五电容c5的第二端、第十八电阻r18的第二端以及第六电容c6的第二端共接于电源地。

以下结合工作原理对图7所示的作进一步说明：

第十一电阻r11至第十六电阻r16依次导通输入交流电，并且第十七电阻r17以及第十八电阻r18对输入交流电进行分压，得到正极的电压采样信号和负极的电压采样信号，正极的电压采样信号和负极的电压采样信号分别经第五电容c5和第六电容c6滤波后发送至电能计量控制芯片u1的正极电压模拟输入端up和电能计量控制芯片u1的负极电压模拟输入端。

由第六电阻r6至第十电阻r10、第三电阻r3以及第四电阻r4组成的电阻网络串接在火线上，并在电阻网络的两端分别生成正极的电流采样信号和负极的电流采样信号，正极的电流采样信号和负极的电流采样信号分别经第三电容c3和第四电容c4滤波后，发送至电能计量控制芯片u1的正极电流模拟输入端iap和电能计量控制芯片u1的负极电流模拟输入端ian。

电能计量控制芯片u1根据电流采样信号和电压采样信号生成电能计量信号并经光耦隔离芯片u3隔离后输出至第二场效应管m2的漏极，第二场效应管m2对电能计量信号进行电平转换并输出至nb-iot无线通信模组u2的数据接收端rxd，nb-iot无线通信模组u2根据电平转换后的电能计量信号生成第一无线通信信号经天线ant发送至无线通信链路。

天线ant还从无线通信链路上接收第二无线通信信号，nb-iot无线通信模组u2根据第二无线通信信号生成第二有线通信信号并从nb-iot无线通信模组u2的数据发送端txd发送至第一场效应管m1的源极，第一场效应管m1对第二有线通信信号进行电平转换以生成第三有线通信信号，第三有线通信信号经光耦隔离芯片u3隔离后输出至电能计量控制芯片u1的uart接收端rx0。

本实用新型实施例还提供一种电能表，所述电能表包括上述的低功耗基于无线通信的电能计量装置。

本实用新型实施例通过电压检测电路进行电压检测以输出电压采样信号；电流检测电路进行电流检测以输出电流采样信号；计量控制电路根据电压采样信号和电流采样信号生成电能计量信号；电平转换电路对电能计量信号进行电平转换；无线通信电路根据电平转换后的电能计量信号生成无线通信信号并从无线链路发送；由于电平转换后电能计量信号的电平远低于电平转换前电能计量信号的电平，无线通信电路可以相适应的采样低功耗无线通信模组，而计量控制电路可以相适应的采用可同时实现电能计量和控制的系统芯片；故在简化电路设计的同时降低了功耗。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。