外框破損自動檢測的電能表的製作方法

2023-05-28 22:00:41 2

本發明是申請號為2016101783296、申請日為2016年3月25日、發明名稱為「外框破損自動檢測的電能表」的專利的分案申請。

本發明涉及電能表領域，尤其涉及一種外框破損自動檢測的電能表。

背景技術：

對於民用電能表來說，通常被安裝在居民樓的每層樓梯間的位置，用於對一戶或多戶的實時用電量進行測量，並在用戶預存電量不足的情況下及時進行報警，提醒相應居民進行充電，以避免停電的情況發生。

電能表在使用過程中，由於外界壓力或者長時間使用，其外框存在破損的可能，一旦外框破損，則電能表內部元器件容易暴露出來，對電能表本身的正常運行造成危害，例如導致內部元器件毀壞，測量精度下降，同時，也容易居民觸電，增加了電能表使用的不安全性。

因此，需要在電能表的使用過程中，定期對電能表進行設備檢查，尤其是外框的檢查，在發現存在外框破損的情況下，及時更換外框，甚至更換電能表，從而避免電能表被破壞以及避免居民觸電。

然而，現有技術中，對民用電能表的設備檢查一般是由電力設備管理中心定期安排人手進行巡視，過於依賴人工經驗，而且設備檢查不是實時性的，容易出現巡視間隔時間過長而沒有及時發現電能表外框破損的情況，另外，如果為電能表的外框檢查專門定製獨立的電子設備，為每個電能表安置一個，則佔據過多的設備公共空間。同時，現有的電能表的檢測精度不高，需要優化檢測機制，提高其對交流線路各個參數的檢測效率。

因此，需要一種外框破損自動檢測的電能表，能夠對電能表的電能參數的測量機制進行優化，提高其檢測精度，同時能夠對電能表的外框破損情況進行實時檢測，在發現外框破損時及時進行報警，以避免用電事故發生。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種外框破損自動檢測的電能表，節省設備公共空間，對現有技術中每個居民使用的樓梯間處的電能表進行性能優化，提高其對電量的檢測準確性，還引入了有針對性的、高精度的圖像檢測技術以確定電能表外框圖像和預設灰度基準外框之間的匹配程度，並基於匹配程度確定是否輸出外框正常信號、外框出現破損信號或外框破損嚴重信號，從而為電力管理部門的換表決策提供數據基礎。

根據本發明的一方面，提供了一種外框破損自動檢測的電能表，包括三相電能計量設備、外框檢測設備和主控制器，三相電能計量設備用於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，外框檢測設備用於檢測所述電能表的外框特徵，主控制器分別與三相電能計量設備和外框檢測設備連接，用於控制三相電能計量設備以及基於所述電能表的外框特徵確定所述電能表的外框破損程度。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中，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，通過串行外設接口spi與凌陽spce061a晶片進行雙向數據交換，flash存儲設備還用於存儲預設灰度基準外框；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，設置在電能表的上方，面向電能表的外框進行拍攝，以獲得高清外框圖像；複雜度檢測設備，與高清攝像頭連接，用於接收高清外框圖像圖像，並基於高清外框圖像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，用於接收高清外框圖像圖像，針對高清外框圖像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；輪廓檢測設備，分別與圖像校正設備和灰度轉化設備連接，用於基於預設電能表外框輪廓檢測校正圖像中電能表外框的位置，並基於校正圖像中電能表外框的位置從灰度化圖像處分割出對應的電能表外框圖像；凌陽spce061a晶片，與輪廓檢測設備和flash存儲設備連接，用於確定電能表外框圖像和預設灰度基準外框之間的匹配程度，並基於匹配程度確定是否輸出外框正常信號、外框出現破損信號或外框破損嚴重信號；無線通信接口，與凌陽spce061a晶片連接，用於將外框正常信號、外框出現破損信號或外框破損嚴重信號發送給遠端的電力設備管理中心，以便有電力設備管理中心確定是否需要更換電能表；其中，凌陽spce061a晶片還分別與變壓設備、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，用於實現對變壓設備、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操作，還用於從三相電能計量設備處接收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；其中，flash存儲設備採用容量為1m字節的at45db081晶片。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中：無線通信接口為gprs通信接口、3g通信接口和4g通信接口中的一種。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中：紅外發射器採用的通信速率為1200bps。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中：凌陽spce061a晶片採用內置的flash存儲設備替換flash存儲設備。

更具體地，在所述外框破損自動檢測的電能表中：液晶顯示設備還用於顯示外框正常信號、外框出現破損信號或外框破損嚴重信號。

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外框破損自動檢測的電能表的結構方框圖。

附圖標記：1三相電能計量設備；2外框檢測設備；3主控制器

具體實施方式

下面將參照附圖對本發明的外框破損自動檢測的電能表的實施方案進行詳細說明。

電能表是用來測量電能的儀表，又稱電度表，電能表，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。

當前，缺乏專門的電能表外框破損實時檢測設備，以及現有的電能表的結構冗餘過多，檢測效率低下，同時需要將電能表外框破損實時檢測設備集成到電能表結構內，以節省原本擁擠的公共設備空間。

為了克服上述不足，本發明搭建了一種外框破損自動檢測的電能表，對電能表的結構進行改進，而且能夠對電能表的外框破損情況進行實時檢測，從而在避免浪費公共設備空間的情況下，提高電能表的智能化水平。

圖1為根據本發明實施方案示出的外框破損自動檢測的電能表的結構方框圖，包括三相電能計量設備、外框檢測設備和主控制器，三相電能計量設備用於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，外框檢測設備用於檢測所述電能表的外框特徵，主控制器分別與三相電能計量設備和外框檢測設備連接，用於控制三相電能計量設備以及基於所述電能表的外框特徵確定所述電能表的外框破損程度。

接著，繼續對本發明的外框破損自動檢測的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；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，通過串行外設接口spi與凌陽spce061a晶片進行雙向數據交換，flash存儲設備還用於存儲預設灰度基準外框。

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。

所述電能表包括：高清攝像頭，設置在電能表的上方，面向電能表的外框進行拍攝，以獲得高清外框圖像；複雜度檢測設備，與高清攝像頭連接，用於接收高清外框圖像圖像，並基於高清外框圖像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，用於接收高清外框圖像圖像，針對高清外框圖像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。

所述電能表包括：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。

所述電能表包括：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；輪廓檢測設備，分別與圖像校正設備和灰度轉化設備連接，用於基於預設電能表外框輪廓檢測校正圖像中電能表外框的位置，並基於校正圖像中電能表外框的位置從灰度化圖像處分割出對應的電能表外框圖像。

所述電能表包括：凌陽spce061a晶片，與輪廓檢測設備和flash存儲設備連接，用於確定電能表外框圖像和預設灰度基準外框之間的匹配程度，並基於匹配程度確定是否輸出外框正常信號、外框出現破損信號或外框破損嚴重信號；無線通信接口，與凌陽spce061a晶片連接，用於將外框正常信號、外框出現破損信號或外框破損嚴重信號發送給遠端的電力設備管理中心，以便有電力設備管理中心確定是否需要更換電能表。

其中，凌陽spce061a晶片還分別與變壓設備、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，用於實現對變壓設備、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操作，還用於從三相電能計量設備處接收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。

其中，flash存儲設備採用容量為1m字節的at45db081晶片。

可選地，在所述電能表中：無線通信接口為gprs通信接口、3g通信接口和4g通信接口中的一種；紅外發射器採用的通信速率為1200bps；凌陽spce061a晶片採用內置的flash存儲設備替換flash存儲設備；以及液晶顯示設備還可以用於顯示外框正常信號、外框出現破損信號或外框破損嚴重信號。

另外，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。

電能表是採樣技術、微處理技術、設計技術和經驗相結合的產物，是跨學科的高技術產品。電能表製造商根據自身設計的理解和應用技巧，實現電能表的各項功能。電能表產品上，目前已經具備了多功能、網絡化、智能化、數位化的需求，能夠滿足當前各種計量的要求，如有功計量、無功計量、需量計算，電網質量檢測、電網事件記錄等複雜功能，並能夠作為通訊從站與中央控制主站進行數據交互。

採用本發明的外框破損自動檢測的電能表，針對現有技術無法在提高電能表性能的同時實現對電能表外框實時檢測的技術問題，將檢測平臺搭載在電能表上以避免浪費公共設備空間，通過改善電能表結構以準確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，通過外框檢測設備用於檢測電能表的外框特徵，並基於所述電能表的外框特徵確定所述電能表的外框破損程度。

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。