三相四線電子式預付費電能表平臺表的製作方法
2024-02-22 01:01:15 4
三相四線電子式預付費電能表平臺表的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供的這種三相四線電子式預付費電能表平臺表，包括MCU、電源模塊、RS485模塊、GPRS模塊、小無線模塊、吸附式紅外模塊，還有MBUS模塊或PLC模塊、RS485與GPRS接口轉換電路、MBUS與PLC模塊接口轉換電路和小無線與吸附式紅外接口轉換電路；RS485模塊或GPRS模塊通過RS485與GPRS接口轉換電路與MCU的串口連接；小無線模塊或吸附式紅外模塊通過小無線與吸附式紅外接口轉換電路與MCU的串口連接；MBUS模塊或PLC模塊通過MBUS與PLC模塊接口轉換電路與MCU的串口連接；電源模塊為上述模塊供電。本實用新型提升了PCB的利用空間，實現了模塊之間的交叉選用。
【專利說明】三相四線電子式預付費電能表平臺表
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電能表，特別涉及一種三相四線電子式預付費電能表平臺表。
【背景技術】
[0002]如圖1所示，現有的三相鍵盤表採用單晶片方案製作，功能複雜。開發周期長、開發成本高。在設計、製作、測試過程中會消耗大量的人力、物力、財力資源。鍵盤表設計時採用了 PLC模塊電路布置於PCB板上的方案，模塊佔用較大空間，限制表計上其他模塊的設計，如果客戶需要諸如MBUS、小無線、GPRS這些常用模塊時，則需要重新進行開發，造成資源浪費。另外由於PLC模塊對布局要求較高，直接布置在表計的PCB板上，會造成PLC本身靈敏度下降。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種可實現各通信功能模塊之間交叉選用的三相四線電子式預付費電能表平臺表。
[0004]本實用新型提供的這種三相四線電子式預付費電能表平臺表，包括MCU、電源模塊、RS485模塊、GPRS模塊、小無線模塊、吸附式紅外模塊、RS485與GPRS接口轉換電路、MBUS與PLC模塊接口轉換電路和小無線與吸附式紅外接口轉換電路；還有MBUS模塊或PLC模塊，RS485模塊或GPRS模塊通過RS485與GPRS接口轉換電路與MCU的串口連接；小無線模塊或吸附式紅外模塊通過小無線與吸附式紅外接口轉換電路與MCU的串口連接；MBUS模塊或PLC模塊通過MBUS與PLC模塊接口轉換電路與MCU的串口連接；電源模塊為上述模塊供電。
[0005]所述RS485與GPRS接口轉換電路包括光耦U8、光耦U13 ;光耦U8的陰極端與GPRS接口或與RS485接口晶片的接收器輸出端連接，該光耦的陽極通過電阻R165與電源V485連接，其集電極通過電阻R162與電源V3P3SYS連接，該集電極還與所述MCU的串口管腳連接，其射極接地；光耦U13的陽極通過電阻R163與電源V3P3SYS連接，其陰極與MCU的串口管腳連接；其集電極在裝備有所述GPRS模塊時通過電阻R17與電源V_485連接，該管腳還與GPRS接口中接收信號的管腳連接；該集電極在裝備有所述RS485模塊時通過電阻R66與電源V_485連接；其射極在裝備有所述GPRS模塊時通過電阻R67接地；該射極在裝備有所述RS485模塊時通過電阻R164接地，同時該射極還與RS485接口晶片的驅動器輸出使能端以及接收器輸出使能端連接。
[0006]所述MBUS與PLC模塊接口轉換電路包括光耦NS3、光耦NS4，或還包括光耦Ul ;光耦NS3的集電極通過電阻R215與電源V3P3SYS連接，該管腳還與所述MCU的串口管腳連接，其射極接地；其陽極在與PLC模塊連接時通過電阻R219與電源V_485連接；該陽極在裝備有所述MBUS模塊時通過電阻R216與電源V12連接；其陰極與PLC模塊的發送數據端連接或與MBUS模塊的發送數據端連接，該陰極在裝備有所述MBUS模塊時還通過電阻R190與電源V12連接；
[0007]光耦NS4的陽極通過電阻R191與電源V3P3SYS連接，其陰極與所述MCU的串口管腳連接；其集電極端與PLC接收數據埠連接或者與MBUS接收數據埠連接，該集電極在裝備有所述PLC模塊時還通過電阻R220與電源V_485連接；其射極接地；在裝備有所述PLC模塊時，光耦Ul接入電路，光耦Ul的陽極通過電阻R7與電源V3P3SYS連接，其陰極與所述MCU的IO埠連接，其集電極通過電阻Rll與電源V_485連接，該集電極還通過電阻R12串聯電阻R9與電源板連接；其射極接地。
[0008]所述小無線與吸附式紅外接口轉換電路包括兩組電阻，每組電阻包含2個電阻，在裝備有小無線模塊時，小無線模塊接收數據端通過某一組電阻中的一個電阻與所述MCU的串口管腳A連接，其發送數據端通過該組電阻的另一個電阻與所述MCU的串口管腳B連接；在裝備有吸附式紅外模塊時，吸附式紅外模塊的接收數據端通過另一組電阻中的一個電阻與所述MCU的串口管腳A連接，其發送數據端通過該組電阻的另一個電阻與所述MCU的串口管腳B連接。
[0009]所述小無線模塊和GPRS模塊布置在邏輯PCB板上，所述MBUS模塊或PLC模塊布置在電源PCB板上。
[0010]本實用新型對原理圖電路和PCB布局進行全新設計，通過對PLC、MBUS、小無線、GPRS功能單元模塊化設計，提升了 PCB空間的利用效率，實現了模塊之間的交叉選用，滿足不同用戶對不同模塊的需求。本實用新型可以大大縮短開發周期、降低開發成本、減少資源消耗、提聞各功能單兀性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是現有技術的功能框圖。
[0012]圖2是本實用新型的功能模塊圖。
[0013]圖3是本實用新型的裝備有GPRS模塊時的RS485與GPRS接口轉換電路圖。
[0014]圖4是本實用新型的裝備有RS485模塊時的RS485與GPRS接口轉換電路圖。
[0015]圖5是本實用新型的MBUS模塊電路。
[0016]圖6是本實用新型的裝備有PLC模塊時MBUS與PLC模塊接口轉換電路。
[0017]圖7是是本實用新型的裝備有MBUS模塊時MBUS與PLC模塊接口轉換電路。
[0018]圖8是本實用新型的小無線與吸附式紅外接口轉換電路。
[0019]圖9是本實用新型的爆炸圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖2所示，本實用新型包括MCU，電壓及電流採樣單模塊，開關電源，RS485模塊或GPRS模塊，MBUS模塊或PLC模塊，LCD/LED,外部存儲器，機械繼電器控制模塊，外部電壓輸入檢測模塊，吸附式紅外模塊或小無線模塊。
[0021]本實用新型採用MAXM公司的型號為71M6543G晶片為MCU實現表計的管理和計量，可以進行A、B、C三相電壓電流的採樣及功率計算。GPRS模塊通過接口轉換電路與RS485共用MCU的同一串口。PLC模塊通過接口轉換電路與MBUS模塊共用MCU的同一串口。小無線模塊通過接口轉換電路可以與吸附式紅外共用MCU同一串口。利用以上模塊化所帶來的空間結餘可實現對外部電壓輸入檢測電路和機械繼電器控制電路的集成。
[0022]如圖3所示，RS485與GPRS接口轉換電路可讓RS485模塊與GPRS模塊共用MCU的
同一串口。
[0023]當裝備有GPRS模塊時，RS485與GPRS接口轉換電路包括光耦U8、光耦U13、GPRS接口。
[0024]光耦U8的陰極端與GPRS接口連接，該光耦的陽極通過電阻R165與電源V485連接，其集電極通過電阻R162與電源V3P3SYS連接，該集電極還與MCU的串口管腳連接，用於傳遞接收的信息RX485_RX ;其射極接地。光耦U13的陽極通過電阻R163與電源V3P3SYS連接，其陰極與MCU的串口管腳連接，用於傳遞發出的信息RX485_TX ;其集電極通過電阻Rl7與電源V_485連接，該管腳還與GPRS接口中接收信號的管腳連接；其射極通過電阻R67接地。
[0025]此時，該電路配置為:電阻R17為lkQ，電阻R67為0Ω，電阻R165為IkQ，電阻R162和電阻R163均為680 Ω，這樣可以保證通信邏輯的正確傳輸。此處，對電阻R17、電阻R67的阻值選擇要求比較高，這樣設計可以保證9600的通信速率。
[0026]如圖4所示，當裝備有RS485模塊時，RS485與GPRS接口轉換電路包括光耦U8、光耦 U13、RS485 接 口晶片 U15。
[0027]光耦U8的陰極端與RS485接口晶片的接收器輸出端RO連接，該光耦的陽極通過電阻R165與電源V485連接，其集電極通過電阻R162與電源V3P3SYS連接，該集電極還與MCU的串口管腳連接，用於傳遞接收的信息RX485_RX ;其射極接地。光耦U13的陽極通過電阻R163與電源V3P3SYS連接，其陰極與MCU的串口管腳連接，用於傳遞發出的信息RX485_TX ;其集電極通過電阻R66與電源V_485連接；其射極通過電阻R164接地，同時該射極還與RS485接口晶片U15的驅動器輸出使能端DE以及接收器輸出使能端/RE連接。
[0028]此時，該電路配置為:電阻R66為OkQ，電阻R164為680Ω，電阻R165為IkQ，電阻R162和電阻R163均為680 Ω，可實現雙光耦RS485通信。同樣，此處對電阻R66和電阻R164的阻值要求比較高，否則很難實現多波特率通信的穩定性。
[0029]如圖5所示，MBUS模塊電路包括電源轉換晶片U18、比較器U16A和接插件J2。電源V33為MBUS驅動電源33V，由開關電源輔助迴路輸出的電源V12電源升壓獲得。
[0030]MBUS數據向MCU的發送是靠比較器U16A的翻轉實現的，在這個過程中二極體D9、電容C118、電阻R193起到了至關重要的作用。二極體D9要求採用慢恢復二極體。電容C118與電阻R193組成充電電路，其充電周期小於通信波特率周期的1/2。電容C118與電阻R193的阻值決定了 MBUS的通信速度。電阻R222和電容C118組成放電電路，其放電周期大於通信波特率周期的2倍。
[0031]MCU向MBUS發送數據是靠控制穩壓管V3兩端的電壓來實現的。穩壓管V3兩端的電壓直接影響了電源轉換晶片U18的2腳參考電壓，引起該轉換晶片的輸出I腳的電壓發生變化，從而達到了信號傳送的目的。
[0032]接插件J2為MBUS模塊與表計接口，該接口設計成與國網三相PLC模塊低壓端信號接口相一致的方式，保證兩種模塊可以交叉選用。接插件J2為插針型接口，其絕緣阻抗大於1000M Ω，接觸阻抗小雨20m Ω，黃銅材質，表面鍍金。
[0033]MBUS與PLC模塊接口轉換電路包括光耦NS3、光耦NS4 ;當與PLC模塊連接時，該接口轉換電路還包括光耦Ul。
[0034]如圖6所示，連接有PLC模塊時，光耦NS3的集電極通過電阻R215與電源V3P3SYS連接，該管腳還與MCU的串口管腳HU_RX連接，其射極接地；其陽極通過電阻R219與電源V.485連接；其陰極與PLC模塊的發送數據端MBUS/PLC_TX連接。
[0035]光耦NS4的陽極通過電阻R191與電源V3P3SYS連接，其陰極與MCU的串口管腳πυ_τχ連接；其集電極端與PLC接收數據埠 MBUS/PLC_RX連接，該集電極還通過電阻R220與電源V_485連接；其射極接地。光耦Ul的陽極通過電阻R7與電源V3P3SYS連接，其陰極與MCU的IO管腳PLC_RST連接，其集電極通過電阻Rll與電源V_485連接，該集電極還通過電阻R12串聯電阻R9與電源板連接；其射極接地。
[0036]此時，光耦Ul作為PLC復位功能使用。
[0037]如圖7所示，連接有MBUS模塊時，光耦NS3的集電極通過電阻R215與電源V3P3SYS連接，該管腳還與MCU的串口管腳連接，其射極接地；其陽極通過電阻R216與電源V12連接；其陰極與MBUS模塊的發送數據端MBUS/PLC_RX連接，該陰極還通過電阻R190與電源V12連接。
[0038]光耦NS4的陽極通過電阻R191與電源V3P3SYS連接，其陰極與MCU的串口管腳UIU_TX連接；其集電極端與MBUS接收數據埠 MBUS/PLC_RX連接；其射極接地。
[0039]此時，光耦NS4的第4腳在此僅用來表示對地阻抗。
[0040]MBUS與PLC模塊的切換，主要由電阻R216、電阻R190、電阻R219、電阻R220、電阻R9、電阻R21來控制。
[0041]當要求使用PLC模塊時，光耦NS3配置電阻R215、電阻R219，光耦NS4配置電阻R191、電阻R220，光耦Ul配置電阻R7、電阻R11、電阻R12，同時配置電阻R9。此時如果安裝了 PLC模塊，則通過光耦NS3、光耦NS4、光耦Ul實現了模塊與MCU之間的電平轉換和通信。
[0042]當要求使用MBUS模塊時，光耦NS3配置電阻R216、電阻R190、電阻R215，光耦NS4配置電阻R191，光耦Ul不焊接，同時配置電阻R21。通過光耦NS3、光耦NS4實現MBUS模塊與MCU之間的電平轉換和通信。
[0043]通過以上配置方式的轉換，可以輕易實現MBUS模塊與PLC模塊之間的切換。
[0044]如圖8所示，小無線與吸附式紅外接口轉換電路包括兩組電阻，每組電阻包含2個電阻，分別是電阻R25和電阻R27、電阻R26和電阻R28。
[0045]在裝備有小無線模塊時，小無線模塊發送數據端通過電阻R25與MCU的串口管腳UIU_TX連接，其接收數據端通過該組電阻R27與MCU的串口管腳HU_RX連接。
[0046]在裝備有吸附式紅外模塊時，吸附式紅外模塊的發送數據端0ΡΤ_ΤΧ通過電阻R26串聯電阻R25與MCU的串口管腳Πυ_ΤΧ連接，其接收數據端0PT_RX通過電阻R28串聯電阻R27與MCU的串口管腳UIU_RX連接。
[0047]經過多次調試，在如下配置時，小無線與吸附試紅外不同時通信的情況下，小無線與吸附式紅外均可正常工作，且波形良好。
[0048]如圖9所示，小無線模塊和GPRS模塊布置在邏輯PCB板上，MBUS模塊或PLC模塊布置在電源PCB板上。本實用新型將電源板與邏輯板進行兩層分離的方式實現了強電與弱點的隔尚，提聞安全性。
[0049]本實用新型重新調整電源板布局，利用模塊化方式將PLC模塊和MBUS模塊兼容於電源板上，解放出邏輯板上大部分空間，使更多的輔助功能電路，例如機械繼電器控制、夕卜部電壓輸入檢測等功能的集成成為可能，從而使電能表成為一種真正意義上滿足多用戶、多功能需求的平臺型表計。
【權利要求】
1.一種三相四線電子式預付費電能表平臺表，包括MCU、電源模塊、RS485模塊、GPRS模塊、小無線模塊、吸附式紅外模塊，還有MBUS模塊或PLC模塊，其特徵在於，該平臺表還包括RS485與GPRS接口轉換電路、MBUS與PLC模塊接口轉換電路和小無線與吸附式紅外接口轉換電路；RS485模塊或GPRS模塊通過RS485與GPRS接口轉換電路與MCU的串口連接；小無線模塊或吸附式紅外模塊通過小無線與吸附式紅外接口轉換電路與MCU的串口連接；MBUS模塊或PLC模塊通過MBUS與PLC模塊接口轉換電路與MCU的串口連接；電源模塊為上述模塊供電。
2.根據權利要求1所述的三相四線電子式預付費電能表平臺表，其特徵在於，所述RS485與GPRS接口轉換電路包括光耦U8、光耦U13 ;光耦U8的陰極端與GPRS接口或與RS485接口晶片的接收器輸出端連接，該光耦的陽極通過電阻R165與電源V485連接，其集電極通過電阻R162與電源V3P3SYS連接，該集電極還與所述MCU的串口管腳連接，其射極接地；光耦U13的陽極通過電阻R163與電源V3P3SYS連接，其陰極與MCU的串口管腳連接；其集電極在裝備有所述GPRS模塊時通過電阻R17與電源V_485連接，該管腳還與GPRS接口中接收信號的管腳連接；該集電極在裝備有所述RS485模塊時通過電阻R66與電源V_485連接；其射極在裝備有所述GPRS模塊時通過電阻R67接地；該射極在裝備有所述RS485模塊時通過電阻R164接地，同時該射極還與RS485接口晶片的驅動器輸出使能端以及接收器輸出使能端連接。
3.根據權利要求1所述的三相四線電子式預付費電能表平臺表，其特徵在於，所述MBUS與PLC模塊接口轉換電路包括光耦NS3、光耦NS4，或還包括光耦Ul ;光耦NS3的集電極通過電阻R215與電源V3P3SYS連接，該管腳還與所述MCU的串口管腳連接，其射極接地；其陽極在與PLC模塊連接時通過電阻R219與電源V_485連接；該陽極在裝備有所述MBUS模塊時通過電阻R216與電源V12連接；其陰極與PLC模塊的發送數據端連接或與MBUS模塊的發送數據端連接，該陰極在裝備有所述MBUS模塊時還通過電阻R190與電源V12連接； 光耦NS4的陽極通過電阻R191與電源V3P3SYS連接，其陰極與所述MCU的串口管腳連接；其集電極端與PLC接收數據埠連接或者與MBUS接收數據埠連接，該集電極在裝備有所述PLC模塊時還通過電阻R220與電源V_485連接；其射極接地；在裝備有所述PLC模塊時，光耦Ul接入電路，光耦Ul的陽極通過電阻R7與電源V3P3SYS連接，其陰極與所述MCU的IO埠連接，其集電極通過電阻Rll與電源V_485連接，該集電極還通過電阻R12串聯電阻R9與電源板連接；其射極接地。
4.根據權利要求1所述的三相四線電子式預付費電能表平臺表，其特徵在於，所述小無線與吸附式紅外接口轉換電路包括兩組電阻，每組電阻包含2個電阻，在裝備有小無線模塊時，小無線模塊接收數據端通過某一組電阻中的一個電阻與所述MCU的串口管腳A連接，其發送數據端通過該組電阻的另一個電阻與所述MCU的串口管腳B連接；在裝備有吸附式紅外模塊時，吸附式紅外模塊的接收數據端通過另一組電阻中的一個電阻與所述MCU的串口管腳A連接，其發送數據端通過該組電阻的另一個電阻與所述MCU的串口管腳B連接。
5.根據權利要求1所述的三相四線電子式預付費電能表平臺表，其特徵在於，所述小無線模塊和GPRS模塊布置在邏輯PCB板上，所述MBUS模塊或PLC模塊布置在電源PCB板上。
【文檔編號】G01R22/10GK203772954SQ201420181571
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】王寶, 龍志進, 劉孫斌 申請人:威勝集團有限公司