电能表的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电能表，包括MCU、内卡、虚拟令牌接口电路、内卡连接电路和电源切换电路；虚拟令牌接口电路与MCU连接；内卡连接电路分别与MCU和虚拟令牌接口电路连接；电源切换电路包括为MCU供电的一号电源供电电路和借助外接电源为内卡供电的二号电源供电电路。本实用新型采用虚拟令牌接口将表计内卡直接连接，由于表计内卡也与MCU连接，因此当表计没有接入到自身常规供电电源或者用户接口损坏或者表计本身故障的情况下，本实用新型的内卡记录数据依然可以被读出，为电网公司和用户之间的纠纷提供一条有效依据，对表计异常故障处理与表计内卡数据读写有着重要意义。
【专利说明】电能表
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电能表。
【背景技术】
[0002]当电能表电源系统损坏以后，获取表计故障前的事件记录、剩余电量、负荷曲线数据是电力公司调查表计故障原因和与用户间费用结算的重要依据。现有技术无非是通过仿真器连接表计MCU去观察内卡数据，这个过程是极其困难、复杂的，而且MCU仿真仅存在于表计开发阶段，电力公司是没有这种设备的。更令人头疼的是，如果表计MCU也无法工作，获取表计内卡数据将成为无法完成的任务。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种在表计电源系统发生故障或表计本身故障的情况下，依然能将内卡数据供给外部设备抄读的电能表。
[0004]本实用新型提供的这种电能表，包括MCU、内卡、虚拟令牌接口电路、内卡连接电路和电源切换电路；虚拟令牌接口电路与MCU连接；内卡连接电路分别与MCU和虚拟令牌接口电路连接；电源切换电路包括为MCU供电的一号电源供电电路和借助外接电源为内卡供电的二号电源供电电路。
[0005]所述虚拟令牌接口电路包括虚拟令牌接口，该接口包括串口发送数据管脚0ΡΤΤΧ、串口接收数据管脚0PTRX、9V电源管脚、数据信号管脚SDA、时钟信号管脚SCL、写保护管脚WP、5V电源管脚和接地管脚；该接口的I脚通过电阻Rl与所述内卡的数据端口连接，用于传递数据信号SDA ;其2脚通过电阻R2与所述MCU的串口连接，用于发送数据信号OPTTX ；其3脚通过电阻R80与电源+DVCC连接，形成上拉电路，该管脚还通过电阻R3与所述MCU的串口连接，用于传递接收数据信号OPTRX ;其4脚通过电阻R4与所述内卡的写有效端口连接，用于传递写保护信号WP ;其5脚与所述内卡的接地端口连接；其6脚通过电阻R7串联分压电阻R8接地，该管脚通过电阻R7与所述MCU的1端口连接，用于传递虚拟令牌接口检测信号VTC_DETECT ;该6脚还与二极管Dl的阳极连接，该二极管的阴极与9V电源网络连接，二极管Dl用于防止表计正常上电时，电流倒灌入VTC接口 ；该虚拟令牌接口的7脚通过电阻R5与为所述内卡供电的5V电源连接；其8脚通过电阻R6与所述内卡的时钟端口连接，用于传递时钟信号SCL ；9V电源网络为具有虚拟令牌接口的外部设备向表计系统供电电源。
[0006]所述一号电源供电电路包括稳压芯片，该芯片的电压输入管脚Vin与9V电源连接，该管脚Vin还通过电容C38接地，该管脚Vin还与极性电容C79的正极端连接，该电容的负极端接地，该管脚Vin还与稳压二极管DZl的阴极端连接，该稳压二极管的阳极端接地，该管脚Vin与二极管Dll的阴极端连接，该二极管的阳极端通过电阻R105串联电容C78与零线端连接；该稳压芯片的调节管脚ADJ通过电容C40经由电感L8与火线端连接，该管脚ADJ还通过电容C40接地，该管脚ADJ通过电阻R45与该稳压芯片的电压输出管脚Vout连接；该电压输出管脚Vout通过电阻R45再经由电阻R64接地，该管脚Vout与极性电容C81的正极连接，该极性电容的负极端接地，该管脚Vout与电源+DVCC连接，电源+DVCC通过电容C34接地；电源+DVCC为电能表的系统供电电源。
[0007]所述二号电源供电电路的输入端与虚拟令牌接口电路连接，其输出端与内卡连接。
[0008]所述内卡连接电路包括内卡U6和肖特基二极管D7，内卡的内卡地址位管脚AO与电源+DVDD连接，其内卡地址位管脚Al与内卡地址位管脚AO连接后与肖特基二极管D7的共阴极端连接；其数据信号端口 SDA通过电阻R161与电源+DVDD连接，该数据端口与所述MCU的I2C数据口连接，该数据信号端口还与虚拟令牌接口电路的数据信号管脚连接；其时钟信号管脚SCL通过电阻R160与电源+DVDD连接，该时钟信号端口与所述MCU的I2C时钟口连接，该时钟信号端口还与虚拟令牌接口电路的时钟信号管脚连接；其写保护端口 WP通过电阻R159与电源+DVDD连接，该写保护端口与所述MCU的1端口连接，该写保护端口还与虚拟令牌接口电路的写有效管脚连接；其电源端口 VCC与电源+DVDD连接；其内卡地址位管脚A2和电源负端VSS均接地；肖特基二极管D7的一个阳极端与电源+DVCC连接，其另一阳极端与5V电源连接。
[0009]本实用新型采用虚拟令牌接口将表计内卡直接连接，由于表计内卡也与MCU连接，因此本实用新型具备两条可抄读电能表内卡数据的通信链路:其一是内卡数据传至MCU，外部设备通过虚拟令牌接口经由MCU的串口抄读该内卡数据；其二是由外部设备可经由该虚拟令牌接口直接抄读内卡数据。因此，当表计没有接入到自身常规供电电源或者用户接口损坏或者表计本身故障的情况下，本实用新型的内卡记录数据依然可以被读出，为电网公司和用户之间的纠纷提供一条有效依据，对表计异常故障处理与表计内卡数据读写有着重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的原理框图。
[0011]图2是本实用新型的虚拟令牌接口电路图。
[0012]图3是本实用新型的一号电源供电电路图。
[0013]图4是本实用新型的内卡连接电路图。
[0014]图5是本实用新型的MCU部分接口电路图。
[0015]图6是本实用新型的虚拟令牌接口示意图。
[0016]图7是本实用新型的虚拟令牌接口的PCB板布置图。
【具体实施方式】
[0017]虚拟令牌接口(VTC:Virtual Token interface)是当表计没有接入到自身常规供电电源或者用户接口损坏或者表计本身故障的情况下，表计本身应该具备这样一个接口，该接口可以使用户获取表计内卡记录数据。VTC通信功能是表计发生故障后电力公司获取表计运行数据的重要途径。
[0018]如图1所示，本实用新型包括MCU、内卡、虚拟令牌接口电路、内卡连接电路和电源切换电路。虚拟令牌接口电路与MCU连接；内卡连接电路分别与MCU和虚拟令牌接口电路连接；电源切换电路包括为MCU供电的一号电源供电电路和借助外接电源为内卡供电的二号电源供电电路。二号电源供电电路的输入端与虚拟令牌接口电路连接，其输出端与内卡连接。
[0019]配备了 VTC接口的通信�？榈囊欢丝捎隤C机连接，其另一端与电能表连接。该通信�？橛氲缒鼙碇浒教趼肪�:一是电能表管理系统通过供电电源I供电、内卡数据传至表计MCU，再由该MCU将数据经由虚拟令牌接口电路上传给该通信�？椋涣硪桓鍪堑缒鼙淼哪诳ㄍü┑绲缭�2供电，内卡经由该虚拟令牌接口直接上传数据给该通信�？�。
[0020]如图2所示，虚拟令牌接口电路包括虚拟令牌接口 VTC，该接口的I脚通过电阻Rl与内卡的数据端口连接，用于传递数据信号SDA ;其2脚通过电阻R2与MCU的串口连接，用于发送数据信号OPTTX ;其3脚通过电阻R80与电源+DVCC连接，该管脚还通过电阻R3与MCU的串口连接，用于传递接收数据信号OPTRX ;其4脚通过电阻R4与内卡的写有效端口连接，用于传递写保护信号WP ;其5脚与内卡的接地端口连接；其6脚通过电阻R7串联分压电阻R8接地，该管脚通过电阻R7与MCU的1端口连接，用于传递虚拟令牌接口检测信号VTC_DETECT ;该6脚还与二极管Dl的阳极连接，该二极管的阴极与电源V9.0连接；该虚拟令牌接口的7脚通过电阻R5与为内卡供电的电源V5.0连接；其8脚通过电阻R6与内卡的时钟端口连接，用于传递时钟信号SCL。
[0021]分压电阻R8将9V电压分出一个5V电平给MCU对该接口进行检测使用(检测信号VTC_DETECT)。二极管Dl用于防止表计正常上电时，电流倒灌入VTC接口。电源V9.0为9V电源网络，该电源网络为具有VTC�？榈耐獠可璞赶虮砑葡低彻┑绲缏�。
[0022]其中，电源V5.0作为供电电源2，时钟信号管脚SCL、数据信号管脚SDA、接地管脚GND构成通信链路2，用于电能表的内卡直接向具备VTC接口的通信模块上传内卡数据。而电源V9.0作为供电电源1，发送数据信号管脚0ΡΤΤΧ、接收数据信号管脚0PTRX、接地管脚GND、VTC检测管脚VTC_DETECT构建了通信链路I，用于电能表的内卡通过MCU向具备VTC接口的通信�？樯洗诳ㄊ�。
[0023]如图3所示，一号电源供电电路包括稳压芯片，该芯片的电压输入管脚Vin与9V电源连接，该管脚Vin还通过电容C38接地，该管脚Vin还与极性电容C79的正极端连接，该电容的负极端接地，该管脚Vin还与稳压二极管DZl的阴极端连接，该稳压二极管的阳极端接地，该管脚Vin与二极管Dll的阴极端连接，该二极管的阳极端通过电阻R105串联电容C78与零线端连接；该稳压芯片的调节管脚ADJ通过电容C40经由电感L8与火线端连接，该管脚ADJ还通过电容C40接地，该管脚ADJ通过电阻R45与该稳压芯片的电压输出管脚Vout连接；该电压输出管脚Vout通过电阻R45再经由电阻R64接地，该管脚Vout与极性电容C81的正极连接，该极性电容的负极端接地，该管脚Vout与电源+DVCC连接，电源+DVCC通过电容C34接地；电源+DVCC为电能表的系统供电电源。
[0024]当电能表的电源系统前端发生故障、电能表处于VTC通信模式时，图2中电源V9.0接入本图3中电源V9.0，二极管Dll用于切断与电源前端的连接，经电源稳压芯片Ul稳压后形成系统电源+DVCC，为整个电能表系统供电，从而使电能表MCU工作，配备了 VTC接口的通信�？榭赏ü齅CU抄读表计内卡数据。
[0025]如图4所示，内卡连接电路包括内卡U6和肖特基二极管D7，内卡的内卡地址位管脚AO与电源+DVDD连接，其内卡地址位管脚Al与内卡地址位管脚AO连接后与肖特基二极管D7的共阴极端连接；其数据信号端口 SDA通过电阻R161与电源+DVDD连接，该数据端口与MCU的1端口连接，该数据信号端口还与虚拟令牌接口电路的数据信号管脚连接；其时钟信号管脚SCL通过电阻R160与电源+DVDD连接，该时钟信号端口与MCU的1端口连接，该时钟信号端口还与虚拟令牌接口电路的时钟信号管脚连接；其写保护端口 WP通过电阻R159与电源+DVDD连接，该写保护端口与MCU的1端口连接，该写保护端口还与虚拟令牌接口电路的写有效管脚连接；其电源端口 VCC与电源+DVDD连接；其内卡地址位管脚A2和电源负端VSS均接地；肖特基二极管D7的一个阳极端与电源+DVCC连接，其另一阳极端与5B电源连接。
[0026]当电能表选用内卡直接向含有VTC通信�？榈耐獠可璞干洗菔保∮帽镜缏方校獠可璞赋聊诳ㄊ莶痪缒鼙淼腗CU。该VTC通信�？橥ü�2中的电源V5.0、时钟信号管脚SCL、数据信号管脚SDA、写保护WP、接地管脚GND与图4中内卡直接连接，形成数据链路。该VTC通信�？榈牡缭碫5.0直接为内卡提供电源，肖特基二极管D7用于防止电源+DVDD倒灌至+DVCC。
[0027]电能表MCU的部分接口与虚拟令牌接口电路以及内卡之间的连接如图5所示。当电能表的内卡通过MCU向含有VTC通信�？榈耐獠可璞干洗菔保∮帽镜缏方�。此时，电源+DVCC为MCU供电，该VTC通信�？槭褂媒邮帐莨芙�0PTRX、发送数据管脚OPTTX与MCU的串口连接，由此抄读电能表的内卡数据。
[0028]本实用新型的虚拟令牌接口在PCB板上的标准形式如图6所示，其包含8个焊盘接口，一个中心孔和一个定位孔。如图7所示，这8个焊盘分别表示该接口所需的8路信号:数据信号管脚SDA、时钟信号管脚SCL、串口发送数据管脚0ΡΤΤΧ、串口接收数据管脚0PTRX、写保护管脚WP、9V电源管脚、5V电源管脚和接地管脚。串口发送数据管脚0ΡΤΤΧ、串口接收数据管脚0PTRX、9V电源管脚三个管脚为链路一相关信号管脚；数据信号管脚SDA、时钟信号管脚SCL、写保护管脚WP、5V电源管脚和接地管脚三个管脚为链路二相关管脚。
[0029]本实用新型通过图2中电阻Rl至电阻R8的电阻的组合选用，实现了具有VTC接口的外部设备直接抄读内卡或是通过MCU方式抄读内卡两种获取电能表内卡数据的方式。
[0030]本发明结构简单、操作方便，即使更换其他型号MCU抄读内卡数据的功能同样可得以实现。
[0031]使用时，本实用新型可借助一个具有VTC接口的通信模块，将电能表与PC机连接起来，以实现电能表内卡数据的抄读；且对内卡的抄读不受电能表损坏与否的限制，方便电力公司分析表计故障原因，为表计异常提供有力证据。
【权利要求】
1.一种电能表，包括MCU和内卡，其特征在于，该电能表还包括虚拟令牌接口电路、内卡连接电路和电源切换电路；虚拟令牌接口电路与MCU连接；内卡连接电路分别与MCU和虚拟令牌接口电路连接；电源切换电路包括为MCU供电的一号电源供电电路和借助外接电源为内卡供电的二号电源供电电路。
2.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述虚拟令牌接口电路包括虚拟令牌接口，该接口包括串口发送数据管脚OPTTX、串口接收数据管脚0PTRX、9V电源管脚、数据信号管脚SDA、时钟信号管脚SCL、写保护管脚WP、5V电源管脚和接地管脚；该接口的I脚通过电阻Rl与所述内卡的数据端口连接，用于传递数据信号SDA ;其2脚通过电阻R2与所述MCU的串口连接，用于发送数据信号OPTTX ;其3脚通过电阻R80与电源+DVCC连接，形成上拉电路，该管脚还通过电阻R3与所述MCU的串口连接，用于传递接收数据信号OPTRX ;其4脚通过电阻R4与所述内卡的写有效端口连接，用于传递写保护信号WP ;其5脚与所述内卡的接地端口连接；其6脚通过电阻R7串联分压电阻R8接地，该管脚通过电阻R7与所述MCU的1端口连接，用于传递虚拟令牌接口检测信号VTC_DETECT ;该6脚还与二极管Dl的阳极连接，该二极管的阴极与9V电源网络连接，二极管Dl用于防止表计正常上电时，电流倒灌入VTC接口 ；该虚拟令牌接口的7脚通过电阻R5与为所述内卡供电的5V电源连接；其8脚通过电阻R6与所述内卡的时钟端口连接，用于传递时钟信号SCL ；9V电源网络为具有虚拟令牌接口的外部设备向表计系统供电电源。
3.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述一号电源供电电路包括稳压芯片，该芯片的电压输入管脚Vin与9V电源连接，该管脚Vin还通过电容C38接地，该管脚Vin还与极性电容C79的正极端连接，该电容的负极端接地，该管脚Vin还与稳压二极管DZl的阴极端连接，该稳压二极管的阳极端接地，该管脚Vin与二极管Dll的阴极端连接，该二极管的阳极端通过电阻R105串联电容C78与零线端连接；该稳压芯片的调节管脚ADJ通过电容C40经由电感L8与火线端连接，该管脚ADJ还通过电容C40接地，该管脚ADJ通过电阻R45与该稳压芯片的电压输出管脚Vout连接；该电压输出管脚Vout通过电阻R45再经由电阻R64接地，该管脚Vout与极性电容C81的正极连接，该极性电容的负极端接地，该管脚Vout与电源+DVCC连接，电源+DVCC通过电容C34接地；电源+DVCC为电能表的系统供电电源。
4.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述二号电源供电电路的输入端与虚拟令牌接口电路连接，其输出端与内卡连接。
5.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述内卡连接电路包括内卡U6和肖特基二极管D7，内卡的内卡地址位管脚AO与电源+DVDD连接，其内卡地址位管脚Al与内卡地址位管脚AO连接后与肖特基二极管D7的共阴极端连接；其数据信号端口 SDA通过电阻R161与电源+DVDD连接，该数据端口与所述MCU的I2C数据口连接，该数据信号端口还与虚拟令牌接口电路的数据信号管脚连接；其时钟信号管脚SCL通过电阻R160与电源+DVDD连接，该时钟信号端口与所述MCU的I2C时钟口连接，该时钟信号端口还与虚拟令牌接口电路的时钟信号管脚连接；其写保护端口 WP通过电阻R159与电源+DVDD连接，该写保护端口与所述MCU的1端口连接，该写保护端口还与虚拟令牌接口电路的写有效管脚连接；其电源端口 VCC与电源+DVDD连接；其内卡地址位管脚A2和电源负端VSS均接地；肖特基二极管D7的一个阳极端与电源+DVCC连接，其另一阳极端与5V电源连接。
【文档编号】G01R22/00GK204116453SQ201420566242
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】王宝, 龙志进, 胡晋湘 申请人:威胜集团有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
