一种电能计量网关的制作方法

1.本实用新型涉及能效监控领域，特别涉及一种电能计量网关。


背景技术：

2.物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代的重要发展阶段。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，使其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，从而进行信息交换和通信，形成万物互联，实现信息化、远程监测和智能化控制的网络。
3.网关又称网间连接器或协议转换器，使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种设备或系统之间，在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备。
4.针对传统电能管理方式存在的电能浪费现象，现有技术中通常采用嵌入式系统构建电能计量管理系统的数据网关，以提高电能管理的智能化和信息化程度，但是现有技术中的电能计量网关的信号覆盖力低，并且长时间待机和数据接收会产生大量的功耗，同时还存在网关智能性低的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是：提供了一种电能计量网关，能够实时检测设备的运行状态，并实现智能化的电能节能管控。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种电能计量网关，包括处理器、信号采样单元、人机交互单元、窄带物联通信单元和设备状态监控单元；
8.所述信号采样单元包括电流采样电路和电压采样电路，所述电流采样电路和电压采样电路分别与所述处理器连接；
9.所述处理器分别与所述人机交互单元、窄带物联通信单元和设备状态监控单元连接。
10.进一步地，所述电流采样电路包括锰铜和第一滤波电路；
11.所述锰铜和所述第一滤波电路的一端连接，所述第一滤波电路的另一端与所述处理器连接。
12.进一步地，所述第一滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三电容；
13.所述锰铜的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一电容的一端和第二电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地；
14.所述锰铜的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电容的一端和第二电容的另一端连接，所述第三电容的另一端接地。
15.进一步地，所述电压采样电路包括分压电路和第二滤波电路；
16.所述分压电路的一端和预设电压连接，另一端和所述第二滤波电路的一端连接，所述第二滤波电路的另一端与所述处理器连接。
17.进一步地，所述分压电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
18.所述第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻依次串联，所述第三电阻远离所述第四电阻的一端与预设电压连接，所述第九电阻远离所述第八电阻的一端接地；
19.所述第九电阻与所述第二滤波电路的所述一端连接。
20.进一步地，所述第二滤波电路包括第十电阻、第十一电阻、第四电容、第五电容和第六电容；
21.所述第九电阻靠近所述第八电阻的一端与所述第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端分别与所述第四电容的一端和第五电容的一端连接，所述第四电容的另一端接地；
22.所述第九电阻远离所述第八电阻的一端与所述第十一电阻的一端连接，所述第十一电阻的另一端分别与所述第六电容的一端和第五电容的另一端连接，所述第六电容的另一端接地。
23.进一步地，还包括开关电源单元，所述开关电源单元分别与所述人机交互单元、窄带物联通信单元、设备状态监控单元和处理器连接。
24.进一步地，还包括控制主台；
25.所述窄带物联通信单元与所述控制主台连接。
26.进一步地，还包括性能检验单元和预警单元；
27.所述性能检验单元一端与所述处理器连接，另一端与预警单元连接。
28.本实用新型的有益效果在于：电能计量网关中包括处理器、信号采样单元、人机交互单元、窄带物联通信单元和设备状态监控单元，通过信号采样单元获取电流信息和电压信息，将电流信息和电压信息输入处理器，处理器对电流信息和电压信息进行转换和实时传输，得到电能计量数据；通过人机交互单元和设备状态监控单元对处理器发送的电能计量数据进行实时监测、电能计算以及对通信时间间隔等参数进行设置，从而实现实时监测和实时查看当前的运行状态；根据窄带物联通信单元获取到的运行数据，将运行数据和电能计量数据进行大数据分析，根据大数据分析结果实现智能化的节能管控、异常预警和实时控制。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例的一种电能计量网关的系统结构图；
30.图2为本实用新型实施例的一种电能计量网关的信号采样单元的电流采样电路示意图；
31.图3为本实用新型实施例的一种电能计量网关的信号采样单元的电压采样电路示意图。
具体实施方式
32.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
33.请参照图1，本实用新型提供了一种电能计量网关，包括处理器、信号采样单元、人机交互单元、窄带物联通信单元和设备状态监控单元；
34.所述信号采样单元包括电流采样电路和电压采样电路，所述电流采样电路和电压采样电路分别与所述处理器连接；
35.所述处理器分别与所述人机交互单元、窄带物联通信单元和设备状态监控单元连接。
36.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：电能计量网关中包括处理器、信号采样单元、人机交互单元、窄带物联通信单元和设备状态监控单元，通过信号采样单元获取电流信息和电压信息，将电流信息和电压信息输入处理器，处理器对电流信息和电压信息进行转换和实时传输，得到电能计量数据；通过人机交互单元和设备状态监控单元对处理器发送的电能计量数据进行实时监测、电能计算以及对通信时间间隔等参数进行设置，从而实现实时监测和实时查看当前的运行状态；根据窄带物联通信单元获取到的运行数据，将运行数据和电能计量数据进行大数据分析，根据大数据分析结果实现智能化的节能管控、异常预警和实时控制。
37.进一步地，所述电流采样电路包括锰铜和第一滤波电路；
38.所述锰铜和所述第一滤波电路的一端连接，所述第一滤波电路的另一端与所述处理器连接。
39.由上述描述可知，使用锰铜作为电阻进行电流采样，电流经过锰铜能够直接转化为采样信号，并且使用锰铜能够降低电阻的温度漂移系数，从而准确采集电流信息。
40.进一步地，所述第一滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三电容；
41.所述锰铜的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一电容的一端和第二电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地；
42.所述锰铜的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电容的一端和第二电容的另一端连接，所述第三电容的另一端接地。
43.由上述描述可知，将第一电阻的另一端与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地，能够形成共模滤波电路，同理，第二电阻的另一端与第三电容的一端连接，第三电容的另一端接地，也形成了共模滤波电路，从而消除电流采样的共模干扰，准确地对电流信息进行采集。
44.进一步地，所述电压采样电路包括分压电路和第二滤波电路；
45.所述分压电路的一端和预设电压连接，另一端和所述第二滤波电路的一端连接，所述第二滤波电路的另一端与所述处理器连接。
46.由上述描述可知，通过分压电路采集电压信息，并通过第二滤波电路保留直流信号，从而将采集到的电压信息输入处理器中。
47.进一步地，所述分压电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
48.所述第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻依次串联，所述第三电阻远离所述第四电阻的一端与预设电压连接，所述第九电阻远离所述第八电阻的一端接地；
49.所述第九电阻与所述第二滤波电路的所述一端连接。
50.由上述描述可知，通过电阻分压能够起到保护电阻的作用，采集第九电阻两端的电压数据后经过滤波电路，实现电压信息的准确采集。
51.进一步地，所述第二滤波电路包括第十电阻、第十一电阻、第四电容、第五电容和第六电容；
52.所述第九电阻靠近所述第八电阻的一端与所述第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端分别与所述第四电容的一端和第五电容的一端连接，所述第四电容的另一端接地；
53.所述第九电阻远离所述第八电阻的一端与所述第十一电阻的一端连接，所述第十一电阻的另一端分别与所述第六电容的一端和第五电容的另一端连接，所述第六电容的另一端接地。
54.由上述描述可知，将第十电阻的另一端与第四电容的一端连接，第四电容的另一端接地，能够形成共模滤波电路，同理，第十一电阻的另一端与第六电容的一端连接，第六电容的另一端接地，也形成了共模滤波电路，从而消除电压采样的共模干扰，从而准确地对电压信息进行采集。
55.进一步地，还包括开关电源单元，所述开关电源单元分别与所述人机交互单元、窄带物联通信单元、设备状态监控单元和处理器连接。
56.进一步地，还包括控制主台；
57.所述窄带物联通信单元与所述控制主台连接。
58.由上述描述可知，窄带物联通信单元与控制主台连接，能够通过控制主台远程对电能计量网关的采集参数或监测参数进行设置，并且能够通过控制主台将采集到的电能计量数据和运行数据进行整合和大数据分析，实现智能化的电能节能管控。
59.进一步地，还包括性能检验单元和预警单元；
60.所述性能检验单元一端与所述处理器连接，另一端与预警单元连接。
61.由上述描述可知，通过性能检验单元能够实时监控设备的运行性能，对异常的运行信息进行预警，保证电能计量网关正常运行。
62.本实用新型上述一种电能计量网关能够实时检测设备运行状态，并实现智能化节能管理，适用于各种电能计量环境，以下通过具体实施方式进行说明：
63.实施例一
64.请参照图1，一种电能计量网关，包括处理器、信号采样单元、人机交互单元、窄带物联通信单元和设备状态监控单元，其中处理器采用型号为mkm33z128aclh5的芯片；
65.所述信号采样单元包括电流采样电路和电压采样电路，其中电流采样电路和电压采样电路是采样220v，50hz的强电信号，所述电流采样电路和电压采样电路分别与所述处理器连接；
66.其中，所述电流采样电路包括锰铜和第一滤波电路；
67.所述锰铜和所述第一滤波电路的一端连接，所述第一滤波电路的另一端与所述处
理器连接；
68.具体的，请参照图2，锰铜rl2和第一滤波电路的一端连接，第一滤波电路的另一端与处理器连接，锰铜相当于低值电阻器，并且锰铜的温度漂移系数低，电阻值较为稳定，根据欧姆定理能够对电流进行采样；使用滤波电路能够过滤交流电，从而准确地对电流信息进行采集；
69.其中，所述电压采样电路包括分压电路和第二滤波电路；
70.所述分压电路的一端和预设电压连接，另一端和所述第二滤波电路的一端连接，所述第二滤波电路的另一端与所述处理器连接；
71.其中，所述分压电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
72.所述第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻依次串联，所述第三电阻远离所述第四电阻的一端与预设电压连接，所述第九电阻远离所述第八电阻的一端接地；
73.所述第九电阻与所述第二滤波电路的所述一端连接；
74.具体的，请参照图3，分压电路的一端与预设的额定电压连接，另一端与第二滤波电路的一端连接，第二滤波电路的另一端与处理器连接，能够直接且方便地得到电压信息，其中分压电路由第三电阻ra3、第四电阻ra4、第五电阻ra5、第六电阻ra6、第七电阻ra7、第八电阻ra8和第九电阻ra9依次串联，ra3远离ra4的一端与预设的额定电压un连接，ra9远离ra8的一端接地，并采集ra9两端的电压，ra9与第二滤波电流的一端连接，因此采集到的电压经过滤波电路后进入处理器中；
75.所述处理器分别与所述人机交互单元、窄带物联通信单元和设备状态监控单元连接；
76.具体的，在本实施例中，人机交互单元包括按键和液晶显示屏，通过按键设置液晶显示屏对数据采集参数和监测参数进行设置，并且能够通过液晶显示屏显示当前的设备状态数据，便于后期的维护；
77.设备状态监控单元包括型号为max705esa的芯片，以实现获取监测设备的运行数据，比如连接情况、状态参数和故障参数等，以便后续对运行数据的处理与分析；
78.其中，还包括控制主台，所述窄带物联通信单元与所述控制主台连接；
79.具体的，窄带物联(narrow band internet of things，nb
‑
iot)通信单元采用bc95模组，通过控制主台或人机交互单元对设备状态监控单元进行检测参数的设置，可最多对256个设备的运行状态进行检测；
80.通过远程nb
‑
iot通信单元或本地人机交互单元对处理器进行单一或多个设备的实时状态监测、电能计算和通信时间间隔等参数进行设置，处理器通过设备状态监测单元获取监测设备的运行数据，处理器对信号采样单元传输的模拟信号进行模数转换并对电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素等数据进行实时运算得到电能计量数据，处理器对监测设备的运行数据、电能计量数据进行统计分析以后，nb
‑
iot通信单元响应控制主站对运行状态信息和电能信息的传输要求和控制命令，根据预设的间隔时间定时通过nb
‑
iot通信单元将统计分析后的信息上传到服务器，便于控制主站通过设备运行信息和电能信息综合进行大数据分析，实现智能化节能管控、设备运行异常判断和实时控制；
81.其中，还包括开关电源单元，所述开关电源单元分别与所述人机交互单元、窄带物联通信单元、设备状态监控单元和处理器连接；
82.具体的，开关电源单元为人机交互单元、nb
‑
iot通信单元、设备状态监控单元和处理器供电，开关电源单元采用型号为altair04
‑
900的芯片，能够降低功耗、提高效率；
83.在一个可选的实施方式中，还包括性能检验单元和预警单元；
84.所述性能检验单元一端与所述处理器连接，另一端与预警单元连接；
85.具体的，性能检验单元含有可编程看门狗监控x25165芯片，能够获取运行状态监控单元采集的故障参数，根据故障参数实时判断网关是否能够继续使用，若否，则通过人机交互单元中的液晶显示屏显示故障参数对应的故障原因，并使用预警单元中的蜂鸣器和led灯进行提示，从而保证能够实时对网关的性能进行检验，保证电能计量网关的正常运行。
86.实施例二
87.请参照图2，本实施例与实施例一的不同在于，进一步对滤波电路进行限定：
88.具体的，电流采样电路中的第一滤波电路包括第一电阻ra1、第二电阻ra2、第一电容ca1、第二电容ca2和第三电容ca3；
89.锰铜rl2的一端与ra1的一端连接，ra1的另一端分别与ca1的一端和ca2的一端连接，ca1的另一端接地；
90.rl2的另一端与ra2的一端连接，ra2的另一端分别与ca3的一端和ca2的另一端连接，ca3的另一端接地；
91.电压采样电路中的第二滤波电路包括第十电阻ra10、第十一电阻ra11、第四电容ca4、第五电容ca5和第六电容ca6；
92.ra9靠近ra8的一端与ra10的一端连接，ra10的另一端分别与ca4的一端和ca5的一端连接，ca4的另一端接地；
93.ra9远离ra8的一端与ra11的一端连接，ra11的另一端分别与ca6的一端和ca5的另一端连接，ca6的另一端接地；
94.其中，叠加于信号对地之间的干扰视为共模干扰；此处电流信号i 经过锰铜rl2后转化为电压信号，叠加于此电压信号上的干扰可由ra1与ca1组成的低通滤波电路通过接地过滤掉，因此ra1的另一端与ca1的一端连接，ca1的另一端接地，形成了共模滤波电路；
95.同理，ra2的另一端与ca3的一端连接，ca3的另一端接地；ra10的另一端与ca4的一端连接，ca4的另一端接地；ra11的一端接地，另一端与ca6的一端连接，ca6的另一端接地，这三处的电路也形成了共模滤波电路。
96.综上所述，本实用新型提供的一种电能计量网关，电能计量网关中包括开关电源单元、处理器、信号采样单元、人机交互单元、窄带物联通信单元、设备状态监控单元和性能检验单元，信号采样单元包括电流采样电路和电压采样电路，通过电流采样电路中的锰铜和第一滤波电路获取电流信息，通过电压采样电路中的分压电路和第二滤波电路获取电压信息，将电流信息和电压信息输入处理器，处理器对电流信息和电压信息进行转换和实时传输，得到电能计量数据；通过远程的窄带物联通信单元或本地的人机交互单元和设备状态监控单元对处理器发送的电能计量数据进行实时监测、电能计算以及对通信时间间隔等参数进行设置，提高参数设置的灵活性，并且实现设备的实时监测以及实时查看设备的运
行状态；根据窄带物联通信单元获取到的运行数据，将运行数据和电能计量数据进行大数据分析，根据大数据分析结果实现智能化的节能管控、异常预警和实时控制；根据性能检验单元能够对故障参数进行判断，若存在故障则进行异常预警，从而保证电能计量网关能够正常运行。
97.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。