智能化電能表的製作方法

2023-11-10 03:05:07 1

本發明是申請號為2016101800446、申請日為2016年3月25日、發明名稱為「智能化電能表」的專利的分案申請。

本發明涉及電能表領域，尤其涉及一種智能化電能表。

背景技術：

電能表是用來測量電能的儀表，又稱電度表，火表，千瓦小時表，指測量各種電學量的儀表。

電能表按用途來劃分，可分為：有功電能表、無功電能表、最大需量表、標準電能表、復費率分時電能表、預付費電能表(分投幣式、磁卡式、電卡式)、損耗電能表、多功能電能表和智能電能表。

電能表按工作原理來劃分，可分為：感應式(機械式)、靜止式(電子式)、機電一體式(混合式)。

電能表按接入相線來劃分，可分為單相、三相三線、三相四線電能表。

使用電能表需要注意以下事項：在低電壓(不超過500伏)和小電流(幾十安)的情況下，電能表可直接接入電路進行測量。在高電壓或大電流的情況下，電能表不能直接接入線路，需配合電壓互感器或電流互感器使用。對於直接接入線路的電能表，要根據負載電壓和電流選擇合適規格的，使電能表的額定電壓和額定電流，等於或稍大於負載的電壓或電流。另外，負載的用電量要在電能表額定值的10％以上，否則計量不準。甚至有時根本帶不動鋁盤轉動。所以電能表不能選得太大。若選得太小也容易燒壞電能表。

現有技術中的電能表向智能化方向發展，例如提供遠程抄表接口等，但一般來看，現有技術中的電能表存在以下缺陷：(1)電能表的測量精度仍有待提高；(2)電能表的功能單一，仍局限於對電力線路的檢測操作，沒有充分利用電能表所佔用的公共空間，例如樓梯間的公共空間。

因此，本發明提出了一種新的電能表，專用於樓梯間，一方面，提高自身的檢測效率和檢測精度，另一方面，能夠對樓梯間每一個人物目標的出現次數進行判斷，以確定是否觸發在線逃犯檢測操作，從而為樓宇居民的居住提供安全保障。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種智能化電能表，改造現有技術中的電能表的內部結構，優化其對電力線路的檢測機制，更關鍵的是，引入無線通信技術和圖像檢測技術對樓梯間出入的人物目標進行逃犯判定，在確定存在逃犯時發出相應報警信號，避免居民受到逃犯的傷害。

根據本發明的一方面，提供了一種智能化電能表，所述電能表包括flash存儲設備、三相電能計量設備、人物出現次數檢測設備和凌陽spce061a晶片，三相電能計量設備用於檢測並輸出三相電力線路的有功功率，人物出現次數檢測設備用於檢測樓梯間每一個人物的出現次數，凌陽spce061a晶片分別與flash存儲設備、三相電能計量設備和人物出現次數檢測設備連接，控制三相電能計量設備操作的同時基於人物出現次數檢測設備的輸出來確定人物的身份。

更具體地，在所述智能化電能表中，包括：電流傳感器，與三相電力線路連接，用於對三相電力線路中的電流信號進行大小轉換，輸出相對於三相電力線路中的電流信號較小的微電流信號；電壓傳感器，與三相電力線路連接，用於對三相電力線路中的電壓信號進行大小轉換，輸出相對於三相電力線路中的電壓信號較小的微電壓信號；抗混疊濾波電路，分別與電流傳感器和電壓傳感器連接，用於對接收到的微電流信號和微電壓信號進行抗混疊濾波處理，以輸出處理後的微電流信號和微電壓信號；三相電能計量設備，與抗混疊濾波電路連接，基於處理後的微電流信號和微電壓信號確定三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率；整流設備，與三相電力線路連接，用於將三相電力線路的交流電整流為直流電；穩壓設備，與整流設備連接，用於對直流電進行穩壓處理；變壓設備，與穩壓設備連接，用於對穩壓後的直流電進行變壓處理以獲得各個電子設備所需要的工作電壓，各個電子設備所需要的工作電壓包括36v、12v、5v和3.3v；日曆時鐘設備，包括日曆時鐘晶片和鋰電池，日曆時鐘晶片用於提供實時時鐘數據，還通過同步串行接口i2c與凌陽spce061a晶片連接，鋰電池與日曆時鐘晶片連接，用於在斷電情況下為日曆時鐘晶片提供備用電力支持；液晶顯示設備，包括筆段式液晶顯示驅動器和液晶顯示屏，筆段式液晶顯示驅動器通過同步串行接口i2c與凌陽spce061a晶片連接，用於控制液晶顯示屏上的顯示內容；flash存儲設備，採用容量為1m字節的at45db081晶片，通過串行外設接口spi與凌陽spce061a晶片進行雙向數據交換；集成通信設備，與凌陽spce061a晶片連接，包括紅外發射器、紅外接收器、光耦器件、rs485驅動器和rs485通信接口，紅外發射器採用38khz的調製光，紅外接收器採用集電極開路方式輸出從接收到的紅外光中解調出來的數位訊號，rs485驅動器與rs485通信接口連接，光耦器件用於將紅外發射器和紅外接收器隔離於rs485驅動器和rs485通信接口；高清攝像頭，設置在電能表外框上，拍攝方向朝向樓梯間，用於拍攝高清樓梯間圖像；複雜度檢測設備，與高清攝像頭連接，用於接收高清樓梯間圖像，並基於高清樓梯間圖像計算並輸出圖像複雜度；灰度轉化設備，與高清攝像頭連接，用於接收高清樓梯間圖像，針對高清樓梯間圖像中的每一個像素點，提取其r、g、b三顏色通道分量，對r、g、b三顏色通道分量賦予不同的權重值以進行加權平均，以獲得對應的灰度值，所有像素點的灰度值組成灰度化圖像，其中r、g、b三顏色通道分量的權重值分別為0.3、0.59和0.11；圖像濾波設備，分別與複雜度檢測設備和灰度轉化設備連接，用於基於圖像複雜度確定選擇的濾波策略，當圖像複雜度在預設複雜度範圍下限以下時，選擇高斯濾波策略對灰度化圖像進行濾波，當圖像複雜度在預設複雜度範圍上限以上時，選擇均值濾波策略對灰度化圖像進行濾波，當圖像複雜度在預設複雜度範圍以內時，選擇中值濾波策略對灰度化圖像進行濾波；全局二值化設備，分別與複雜度檢測設備和圖像濾波設備連接，用於基於圖像複雜度確定全局二值化閾值的確定策略，在確定全局二值化閾值之後，使用全局二值化閾值將灰度化圖像進行二值化處理，使得處理後的二值化圖像的像素值只有0或255這二種選擇，其中基於圖像複雜度確定全局二值化閾值的確定策略具體包括：當圖像複雜度在預設複雜度範圍下限以下時，採用雙峰法確定全局二值化閾值，當圖像複雜度在預設複雜度範圍上限以上時，採用最大類間方差法確定全局二值化閾值，當圖像複雜度在預設複雜度範圍以內時，採用平均值法確定全局二值化閾值；圖像校正設備，與全局二值化設備連接以接收二值化圖像，用於對二值化圖像依次進行旋轉校正處理、冗餘裁剪處理和圖像歸一化處理，以獲得校正圖像；人物識別設備，分別與高清攝像頭和圖像校正設備連接以接收高清樓梯間圖像和二值化圖像，用於基於預設的基準人物輪廓識別出二值化圖像的人物目標，並基於人物目標在二值化圖像處的位置從高清樓梯間圖像處分割出對應的人物目標圖像；人物出現次數檢測設備，與人物識別設備和flash存儲設備連接，接收人物目標圖像，將接收到的人物目標圖像中的人物目標與flash存儲設備內各個已有人物目標圖像進行匹配以確定人物目標是否第一次出現，匹配失敗則確定為第一次出現，則將人物目標對應的人物目標圖像作為新的已有人物目標圖像存儲到flash存儲設備內並標記對應的出現次數為1，匹配成功則確定為不是第一次出現，則將flash存儲設備內匹配到的已有人物目標圖像對應的出現次數增加1；人物出現次數檢測設備還將人物目標對應的已有人物目標圖像的出現次數作為人物出現次數輸出；在線識別啟動設備，分別與人物識別設備、人物出現次數檢測設備和無線通信設備連接，當接收到人物出現次數小於等於預設次數閾值時，從人物識別設備處接收人物目標圖像，並控制無線通信設備以啟動無線通信設備與遠端的公共安全管理中心的無線通信連接，從遠端的公共安全管理中心存儲的逃犯資料庫處獲取附近區域的各個在線逃犯圖像；凌陽spce061a晶片，分別與變壓設備、日曆時鐘設備、液晶顯示設備、flash存儲設備、集成通信設備和三相電能計量設備連接，實現對變壓設備、日曆時鐘設備、液晶顯示設備、flash存儲設備、集成通信設備和三相電能計量設備的控制，凌陽spce061a晶片還與在線識別啟動設備連接，將人物目標圖像與各個在線逃犯圖像逐一匹配，匹配成功則輸出匹配的在線逃犯圖像對應的逃犯名稱並發出存在逃犯信號，匹配失敗則發出不存在逃犯信號。

更具體地，在所述智能化電能表中：紅外發射器的通信速率為1200bps。

更具體地，在所述智能化電能表中：無線通信設備還與凌陽spce061a晶片連接，用於將逃犯名稱和存在逃犯信號通過雙向無線通信鏈路發送到遠端的公共安全管理中心。

更具體地，在所述智能化電能表中：無線通信設備為頻分雙工通信接口。

更具體地，在所述智能化電能表中：預設次數閾值被存儲在flash存儲設備中。

附圖說明

以下將結合附圖對本發明的實施方案進行描述，其中：

圖1為根據本發明實施方案示出的智能化電能表的結構方框圖。

圖2為根據本發明實施方案示出的智能化電能表的液晶顯示設備的結構方框圖。

附圖標記：1flash存儲設備；2三相電能計量設備；3人物出現次數檢測設備；4凌陽spce061a晶片；5筆段式液晶顯示驅動器；6液晶顯示屏

具體實施方式

下面將參照附圖對本發明的智能化電能表的實施方案進行詳細說明。

電能表的工作原理如下：當把電能表接入被測電路時，電流線圈和電壓線圈中就有交變電流流過，這兩個交變電流分別在它們的鐵芯中產生交變的磁通；交變磁通穿過鋁盤，在鋁盤中感應出渦流；渦流又在磁場中受到力的作用，從而使鋁盤得到轉矩(主動力矩)而轉動。負載消耗的功率越大，通過電流線圈的電流越大，鋁盤中感應出的渦流也越大，使鋁盤轉動的力矩就越大。即轉矩的大小跟負載消耗的功率成正比。功率越大，轉矩也越大，鋁盤轉動也就越快。鋁盤轉動時，又受到永久磁鐵產生的制動力矩的作用，制動力矩與主動力矩方向相反；制動力矩的大小與鋁盤的轉速成正比，鋁盤轉動得越快，制動力矩也越大。當主動力矩與制動力矩達到暫時平衡時，鋁盤將勻速轉動。負載所消耗的電能與鋁盤的轉數成正比。鋁盤轉動時，帶動計數器，把所消耗的電能指示出來。這就是電能表工作的簡單過程。

從電能表的技術分析來看，當前電力行業電能計量儀表的主要方案一般都是基於半導體技術而實現精確計量目的。電能表一般均採用了高精度的a/d轉換器，將電網的電壓、電流信號進行採樣和模數轉換，然後利用高速微處理器對數位訊號進行分析、處理和數據再加工、分揀，從而產生各種計量數據；最後利用各種通訊接口、人機界面實現與各種設備進行對接。

然而，現有技術中的電能表的設計具有一定的局限性，由於電能表通常被放置在公共空間，但並沒有搭載輔助功能設備對公共空間的狀況進行監控或實現其他功能，電能表只局限於電力線路的參數測量，即使如此，現有技術中的電能表的結構尚具有優化和改造的空間，現有技術中的電能表的檢測效率不高，檢測精度仍有待提高。

為了克服上述不足，本發明搭建了一種智能化電能表，利用現有電能表所佔據的樓梯間公共空間對樓梯間的人物目標進行實時檢測，以確定是否存在逃犯並決定是否觸發逃犯報警，以第一時間通知警方出警，有效保護樓宇居民的人身安全和財產安全，同時，優化了現有的電能表的內部結構。

圖1為根據本發明實施方案示出的智能化電能表的結構方框圖，所述電能表包括flash存儲設備、三相電能計量設備、人物出現次數檢測設備和凌陽spce061a晶片，三相電能計量設備用於檢測並輸出三相電力線路的有功功率，人物出現次數檢測設備用於檢測樓梯間每一個人物的出現次數，凌陽spce061a晶片分別與flash存儲設備、三相電能計量設備和人物出現次數檢測設備連接，控制三相電能計量設備操作的同時基於人物出現次數檢測設備的輸出來確定人物的身份。

接著，繼續對本發明的智能化電能表的具體結構進行進一步的說明。

所述電能表包括：電流傳感器，與三相電力線路連接，用於對三相電力線路中的電流信號進行大小轉換，輸出相對於三相電力線路中的電流信號較小的微電流信號；電壓傳感器，與三相電力線路連接，用於對三相電力線路中的電壓信號進行大小轉換，輸出相對於三相電力線路中的電壓信號較小的微電壓信號；抗混疊濾波電路，分別與電流傳感器和電壓傳感器連接，用於對接收到的微電流信號和微電壓信號進行抗混疊濾波處理，以輸出處理後的微電流信號和微電壓信號。

所述電能表包括：三相電能計量設備，與抗混疊濾波電路連接，基於處理後的微電流信號和微電壓信號確定三相電力線路中各相以及合相的有功功率、無功功率和視在功率；整流設備，與三相電力線路連接，用於將三相電力線路的交流電整流為直流電；穩壓設備，與整流設備連接，用於對直流電進行穩壓處理；變壓設備，與穩壓設備連接，用於對穩壓後的直流電進行變壓處理以獲得各個電子設備所需要的工作電壓，各個電子設備所需要的工作電壓包括36v、12v、5v和3.3v。

所述電能表包括：日曆時鐘設備，包括日曆時鐘晶片和鋰電池，日曆時鐘晶片用於提供實時時鐘數據，還通過同步串行接口i2c與凌陽spce061a晶片連接，鋰電池與日曆時鐘晶片連接，用於在斷電情況下為日曆時鐘晶片提供備用電力支持。

如圖2所示，所示電能表包括：液晶顯示設備，由筆段式液晶顯示驅動器和液晶顯示屏組成，筆段式液晶顯示驅動器通過同步串行接口i2c與凌陽spce061a晶片連接，用於控制液晶顯示屏上的顯示內容；flash存儲設備，採用容量為1m字節的at45db081晶片，通過串行外設接口spi與凌陽spce061a晶片進行雙向數據交換。

所述電能表包括：集成通信設備，與凌陽spce061a晶片連接，包括紅外發射器、紅外接收器、光耦器件、rs485驅動器和rs485通信接口，紅外發射器採用38khz的調製光，紅外接收器採用集電極開路方式輸出從接收到的紅外光中解調出來的數位訊號，rs485驅動器與rs485通信接口連接，光耦器件用於將紅外發射器和紅外接收器隔離於rs485驅動器和rs485通信接口；高清攝像頭，設置在電能表外框上，拍攝方向朝向樓梯間，用於拍攝高清樓梯間圖像；複雜度檢測設備，與高清攝像頭連接，用於接收高清樓梯間圖像，並基於高清樓梯間圖像計算並輸出圖像複雜度。

所述電能表包括：灰度轉化設備，與高清攝像頭連接，用於接收高清樓梯間圖像，針對高清樓梯間圖像中的每一個像素點，提取其r、g、b三顏色通道分量，對r、g、b三顏色通道分量賦予不同的權重值以進行加權平均，以獲得對應的灰度值，所有像素點的灰度值組成灰度化圖像，其中r、g、b三顏色通道分量的權重值分別為0.3、0.59和0.11；圖像濾波設備，分別與複雜度檢測設備和灰度轉化設備連接，用於基於圖像複雜度確定選擇的濾波策略，當圖像複雜度在預設複雜度範圍下限以下時，選擇高斯濾波策略對灰度化圖像進行濾波，當圖像複雜度在預設複雜度範圍上限以上時，選擇均值濾波策略對灰度化圖像進行濾波，當圖像複雜度在預設複雜度範圍以內時，選擇中值濾波策略對灰度化圖像進行濾波。

所述電能表包括：全局二值化設備，分別與複雜度檢測設備和圖像濾波設備連接，用於基於圖像複雜度確定全局二值化閾值的確定策略，在確定全局二值化閾值之後，使用全局二值化閾值將灰度化圖像進行二值化處理，使得處理後的二值化圖像的像素值只有0或255這二種選擇，其中基於圖像複雜度確定全局二值化閾值的確定策略具體包括：當圖像複雜度在預設複雜度範圍下限以下時，採用雙峰法確定全局二值化閾值，當圖像複雜度在預設複雜度範圍上限以上時，採用最大類間方差法確定全局二值化閾值，當圖像複雜度在預設複雜度範圍以內時，採用平均值法確定全局二值化閾值；圖像校正設備，與全局二值化設備連接以接收二值化圖像，用於對二值化圖像依次進行旋轉校正處理、冗餘裁剪處理和圖像歸一化處理，以獲得校正圖像；人物識別設備，分別與高清攝像頭和圖像校正設備連接以接收高清樓梯間圖像和二值化圖像，用於基於預設的基準人物輪廓識別出二值化圖像的人物目標，並基於人物目標在二值化圖像處的位置從高清樓梯間圖像處分割出對應的人物目標圖像。

所述電能表包括：人物出現次數檢測設備，與人物識別設備和flash存儲設備連接，接收人物目標圖像，將接收到的人物目標圖像中的人物目標與flash存儲設備內各個已有人物目標圖像進行匹配以確定人物目標是否第一次出現，匹配失敗則確定為第一次出現，則將人物目標對應的人物目標圖像作為新的已有人物目標圖像存儲到flash存儲設備內並標記對應的出現次數為1，匹配成功則確定為不是第一次出現，則將flash存儲設備內匹配到的已有人物目標圖像對應的出現次數增加1；人物出現次數檢測設備還將人物目標對應的已有人物目標圖像的出現次數作為人物出現次數輸出；在線識別啟動設備，分別與人物識別設備、人物出現次數檢測設備和無線通信設備連接，當接收到人物出現次數小於等於預設次數閾值時，從人物識別設備處接收人物目標圖像，並控制無線通信設備以啟動無線通信設備與遠端的公共安全管理中心的無線通信連接，從遠端的公共安全管理中心存儲的逃犯資料庫處獲取附近區域的各個在線逃犯圖像。

所述電能表包括：凌陽spce061a晶片，分別與變壓設備、日曆時鐘設備、液晶顯示設備、flash存儲設備、集成通信設備和三相電能計量設備連接，實現對變壓設備、日曆時鐘設備、液晶顯示設備、flash存儲設備、集成通信設備和三相電能計量設備的控制，凌陽spce061a晶片還與在線識別啟動設備連接，將人物目標圖像與各個在線逃犯圖像逐一匹配，匹配成功則輸出匹配的在線逃犯圖像對應的逃犯名稱並發出存在逃犯信號，匹配失敗則發出不存在逃犯信號。

可選地，在所述智能化電能表中：紅外發射器的通信速率為1200bps；無線通信設備還與凌陽spce061a晶片連接，用於將逃犯名稱和存在逃犯信號通過雙向無線通信鏈路發送到遠端的公共安全管理中心；無線通信設備為頻分雙工通信接口；以及預設次數閾值可被存儲在flash存儲設備中。

另外，4glte是一個全球通用的標準，包括兩種網絡模式fdd和tdd，分別用於成對頻譜和非成對頻譜。運營商最初在兩個模式之間的取捨純粹出於對頻譜可用性的考慮。大多運營商將會同時部署兩種網絡，以便充分利用其擁有的所有頻譜資源。fdd和tdd在技術上區別其實很小，主要區別就在於採用不同的雙工方式，頻分雙工(fdd)和時分雙工(tdd)是兩種不同的雙工方式。

fdd是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發送，用保護頻段來分離接收和發送信道。fdd必須採用成對的頻率，依靠頻率來區分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續的。fdd在支持對稱業務時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業務時，頻譜利用率將大大降低。

tdd用時間來分離接收和發送信道。在tdd方式的移動通信系統中,接收和發送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載,其單方向的資源在時間上是不連續的，時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基站發送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發送信號給基站，基站和移動臺之間必須協同一致才能順利工作。

採用本發明的智能化電能表，針對現有技術中電能表功能單一、檢測精度不高的技術問題，通過改造電能表的自身結構，去除設備冗餘，提高檢測效率和精度，同時，充分利用電能表所在的樓梯間的公共空間對附近人物目標進行實時監控，有力地保證居民的人身和財產安全。

可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例並非用以限定本發明。對於任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。