一种电能表、费控方法及系统与流程

1.本发明涉及电能表费控领域，尤其是涉及一种电能表、费控方法及系统。


背景技术：

2.目前，支持峰谷电价计费的电能表一般集成有rtc芯片，通过内部时钟及费率表来判断当前应该执行的费率方案。
3.一方面，由于rtc在不接市电情况下，无法正常走时，即使增加超级电容或者电池给rtc芯片供电，可以解决rtc在不接市电情况下无法正常走时的现象，但是超级电容或者电池的电量是有限的，无法保证长时间不接市电情况下，rtc仍能正常走时。另一方面，由于超级电容和电池的成本较高，使用电池和超级电容来给rtc芯片当备用电源的话，这样无疑增加了电能表执行双费率的成本，而且电能表在执行单费率时，不需要rtc芯片及费率表来判断当前费率，亦不需要安装rtc芯片和电池和超级电容。这样，也使得现有方案灵活性差。


技术实现要素：

4.为了解决现有的费控方案灵活性较差的问题，本技术实施例提供一种电能表、费控方法及系统。
5.第一方面，本实施例提供了一种电能表费控系统，所述系统包括：费控信号接收装置和费控信号处理装置；所述费控信号接收装置包括：费控信号接收电路、半波整流电路和光发生单元；所述费控信号处理装置包括：光接收单元和处理单元；所述光发生单元和所述光接收单元构成光耦合器结构；其中，所述费控信号接收电路用于接收控制电能表的计量费率的交流电信号；所述半波整流电路用于将所述交流电信号整流为第一直流电信号；所述光发生单元用于根据所述第一直流电信号发光；所述光接收单元用于根据接收到的光信号产生第二直流电信号；所述处理单元用于根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率。
6.在其中的一些实施例中，所述费控信号接收装置和所述费控信号处理装置可拆卸地设置，且所述光发生单元和所述光接收单元构成分离式的光耦合器结构。
7.在其中的一些实施例中，所述半波整流电路包括整流二极管，所述整流二极管的阴极连接所述费控信号接收电路的一个交流输出端，所述整流二极管的阳极连接所述费控信号接收电路的另一个交流输出端。
8.在其中的一些实施例中，所述光发生单元包括发光二极管，所述发光二极管与所述整流二极管反向并联。
9.在其中的一些实施例中，所述光接收单元包括光敏二极管、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、开关管以及电容器；其中，所述光敏二极管、所述第一电阻器和所述第二电阻器依次串联在直流电源和接地端之间，且所述光敏二极管的阴极与直流电源连接，所述光敏二极管的阳极与所述第一电
阻器连接；所述电容器串联在所述直流电源和所述接地端之间；所述第三电阻器和所述开关管依次串联在所述直流电源和所述接地端之间，且所述开关管的输出端与所述第三电阻器连接，所述开关管的输入端与所述接地端连接，所述开关管的控制端连接于所述第一电阻器和所述第二电阻器的连接结点，以及所述开关管的输出端连接所述处理单元。
10.第二方面，本技术实施例提供了一种电能表，所述电能表包括如第一方面中任一项所述的电能表费控系统。
11.第三方面，本技术实施例提供了一种电能表的费控方法，所述方法包括：在电能表配置有费控信号接收装置的情况下，所述费控信号接收装置接收控制电能表的计量费率的交流电信号，将所述交流电信号整流为第一直流电信号，以及根据所述第一直流电信号发光；所述电能表的费控信号处理装置根据接收到的光信号产生第二直流电信号，以及根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率。
12.在其中的一些实施例中，所述费控信号接收装置和所述费控信号处理装置可拆卸地设置。
13.在其中的一些实施例中，所述费控信号处理装置根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率包括：所述费控信号处理装置识别所述第二直流电信号的频率特征；所述费控信号处理装置控制所述电能表的计量费率为与所述频率特征对应的计量费率，其中，所述电能表内置有一个或多个预设的计量费率，每个预设的计量费率对应于一种直流电信号的预设的频率特征。
14.在其中的一些实施例中，所述费控信号处理装置根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率包括：所述费控信号处理装置根据所述第二直流电信号判断所述费控信号接收装置是否按照预设的频率特征发光，或者所述电能表是否配置所述费控信号处理装置；当判断到所述费控信号接收装置未按照所述预设的频率特征发光，或者所述电能表未配置所述费控信号处理装置的情况下，所述费控信号处理装置控制所述电能表的计量费率为默认计量费率。
15.通过采用上述方案，可以解决现有的费控方案灵活性较差的问题，提高了费控方案的灵活性。
附图说明
16.图1是本技术实施例的电能表费控系统工作过程的示意图。
17.图2是本技术实施例的费控信号接收装置的电路图。
18.图3是本技术实施例的费控信号处理装置的电路图。
19.图4是本技术实施例的电能表费控方法的流程图。
具体实施方式
20.为更清楚地理解本技术的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本技术进行了描述和说明。然而，本领域的普通技术人员应该明白，可以在没有这些细节的情况下实施本技术。在一些情形下，为了避免不必要的描述使本技术的各方面变得晦涩难懂，对已经在较高的层次上描述了众所周知的方法、过程、系统、组件和/或电路将不作过多赘述。对于本领域的普通技术人员来说，显然可以对本技术所公开的实施例作出各种改变，并且在不偏离本技术的原则和范围的情况下，本技术中所定义的普遍原则可以适用于其他实施例和应用场景。因此，本技术不限于所示的实施例，而是符合与本技术所要求保护的范围一致的最广泛范围。
21.除另作定义外，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应具有本技术所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。本技术所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在于对本技术的限制。如本技术所使用的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本技术中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块（单元）的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块（单元），而可包括未列出的步骤或模块（单元），或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块（单元）。
22.在本技术中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本技术中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
23.下面结合说明书附图对本技术实施例作进一步详细描述。
24.费控电能表是指具有控制功能，可以按照协议好的付费方式实现电能计量、数据处理及用电控制的电能表。交流费控智能电能表工作原理是交流电压和电流经过高精度采样后送到专用电能计量芯片，经过一系列数字处理后，转换成与有功功率成正比的脉冲频率信号送给微处理器，微处理器将脉冲信号依据时段费率进行分时累加，得到总电量和各费率电量，结果保存在数据存储器中。
25.本实施例提供了一种电能表费控系统，图1是本实施例提供的电能表费控系统工作过程的示意图，该电能表费控系统包括：费控信号接收装置和费控信号处理装置。所述费控信号接收装置包括费控信号接收电路、半波整流电路以及光发生单元，所述费控信号处理装置包括光接收单元和处理单元。其中，费控信号接收电路用于接收交流电信号，然后接收到的交流电信号通过半波整流电路，输出直流电信号，再经过光发生单元，直流电信号转换为光信号，所述费控信号接收装置完成将交流电信号转换为光信号的操作；费控信号接收装置输出的光信号经过光接收单元，可转换为直流电信号，再经过处理单元来得到控制信号，控制电能表的计量费率，所述费控信号处理装置完成将光信号转换为控制信号，控制电能表的计量费率的操作。由于光发生单元和光接收单元通过光电耦合器结构实现信号的连接，因此费控信号接收装置和费控信号处理装置之间被设置为可拆卸的结构。
26.在一个可选实施例中，所述费控信号接收装置和所述费控信号处理装置可拆卸地设置，且所述光发生单元和所述光接收单元构成分离式的光耦合器结构。
27.具体而言，费控信号接收装置中的光发生单元可将电信号转换为光信号并进行输
出，而费控信号处理装置中的光接收单元可将光信号后转换为电信号，两者之间通过光进行通讯，因此，通过光信号进行通讯可以使得费控信号接收装置和费控信号处理装置可更方便地拆卸。费控信号接收装置和费控信号处理装置可拆卸地设置可以实现不同方式的计量费率。另外，由于光发生单元和光接收单元通过光进行通讯，且处于两个可拆分的装置，因此所述光发生单元和所述光接收单元构成分离式的光耦合器结构。
28.图2是本实施例中费控信号接收装置的电路图，参照图2，费控信号接收装置中的费控信号接收电路的两个输入端依次连接多个采样电阻，费控信号接收装置中的半波整流电路包括整流二极管df1，所述整流二极管df1的阴极连接所述费控信号接收电路的一个交流输出端，所述整流二极管的阳极连接所述费控信号接收电路的另一个交流输出端，光发生单元包括发光二极管df2，所述发光二极管df2与所述整流二极管df1反向并联。
29.所述费控信号接收电路的的两个输入端tr1和tr2来接收交流电信号。首先，所述费控信号接收电路中的多个采样电阻是对费控信号接收电路的输入端信号进行采样、降压处理，防止整流二极管df1和发光二极管df2的正向电压过大，使得电路中的电流超出所述整流二极管df1和所述发光二极管df2的上限电流，所述整流二极管df1和所述发光二极管df2因为温度过热而烧毁。接着，所述费控信号接收电路的两个输出端电信号为交流电信号，当tr1端的电信号为正，tr2的电信号为负时，无电流经过整流二极管df1，整流二极管df1关闭；当tr1端的电信号为负，tr2的电信号为正时，电流经过整流二极管df1，整流二极管df1导通，因此，通过整流二极管df1的导通和关断，将交流电信号整流为半波直流电信号。最后，光发生单元中的发光二极管df2接收到半波整流电路中的直流电信号后，发光二极管df2导通，将电信号转换为光信号进行发送。
30.由于费控信号接收装置和费控信号处理装置可拆卸地设置，在使用费控信号接收装置时，费控信号处理装置可接收费控信号接收装置输出的光信号；在未使用费控信号接收装置时，费控信号处理装置可用于接收其他设备发送的设定频率的光信号来进行工作。
31.图3是本实施例中费控信号处理装置的电路图，如图3所示，费控信号处理装置中的光接收单元包括光敏二极管d5、第一电阻器r77、第二电阻器r79、第三电阻器r80、开关管q9以及电容器c66，所述光敏二极管d5、所述第一电阻器r77和所述第二电阻器r79依次串联在直流电源vcc和接地端gnd之间，且所述光敏二极管d5的阴极与直流电源vcc连接，所述光敏二极管d5的阳极与所述第一电阻器r77连接，所述电容器c66串联在所述直流电源vcc和所述接地端gnd之间，所述第三电阻器r80和所述开关管q9依次串联在所述直流电源vcc和所述接地端gnd之间，且所述开关管q9的输出端与所述第三电阻器r80连接，所述开关管q9的输入端与所述接地端gnd连接，所述开关管q9的控制端连接于所述第一电阻器r77和所述第二电阻器r79的连接结点，以及所述开关管q9的输出端通过电阻器r15连接所述处理单元的外部中断口usart4_rxd，所述处理单元包含mcu芯片。
32.所述光敏二极管d5在接收到光信号后，光敏二极管d5导通（导通后的发光二极管d5电阻值极小，可认为是一段导线），直流电源端vcc与光敏二极管d5、第一电阻器r77、第二电阻器r79以及接地端gnd连通，开关管q9的控制端b点处有电信号产生，使得开关管q9导通（导通后的开关管q9电阻值极小，可认为电信号经过导通后的开关管q9之后，只有0.7v的压降），直流电源端vcc与第三电阻器r80、开关管q9以及接地端gnd连通，开关管q9的输出端c点处产生计量费率的控制信号，所述电容器c66连接在直流电源端vcc和接地端gnd之间，通
过充放电，防止电路中电流大小发生巨变，保护电路中的元器件。
33.所述光敏二极管d5在没有接到光信号后，光敏二极管d5关闭（关闭后的发光二极管d5电阻值极大，可认为不会有电流能够通过），直流电源端vcc与光敏二极管d5、第一电阻器r77、第二电阻器r79以及接地端gnd之间处于关断状态，开关管q9的控制端b点处无电信号产生，开关管q9也不会导通（开关管q9的输入端、控制端以及输出端处于两两断开的状态），直流电源端vcc与第三电阻器r80、开关管q9以及接地端gnd亦处于关断状态，电容器c66连接在直流电源端vcc和接地端gnd之间，通过充放电，防止电路中电流大小发生巨变，保护电路中的元器件。
34.本技术实施例提供了一种电能表，该电能表中包含有费控系统，在电能表使用时，使得电能表可以执行前述系统中相应的内容。
35.图4是本实施例提供的电能表费控方法的流程图。该费控方法可以在上述电能表中执行。如图4所示，该流程包括如下步骤：步骤s401,在电能表配置有费控信号接收装置的情况下，所述费控信号接收装置接收控制电能表的计量费率的交流电信号，将所述交流电信号整流为第一直流电信号，以及根据所述第一直流电信号发光。
36.步骤s402，所述电能表的费控信号处理装置根据接收到的光信号产生第二直流电信号，以及根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率。
37.在步骤s401中，费控信号接收装置将接收到的单相交流电信号转换为光信号，在半波整流电路中的整流二极管导通时，费控信号接收装置可以输出固定强度的光信号，在半波整流电路中的整流二极管断开时，费控信号接收装置没有光信号输出。因此，费控信号接收装置可以为费控信号处理装置提供一定频率的光信号，所述光信号的一定频率是由费控信号接收装置接收到的交流电信号的频率决定的。
38.在步骤s402中，费控信号处理装置中的光接收单元在接收到有效光信号后，触发开关管q9导通，使得开关管q9的输出端产生第二直流电信号，通过开关管q9的输出端连接处理单元的外部中断口usart4_rxd，使得第二直流电信号来控制电能表的计量费率。因此，费控信号处理装置根据第二直流电信号控制所述电能表的计量费率。
39.上述有效光信号由光敏二极管的特性决定的，能够使所述光敏二极管导通的光信号都可被认定为有效光信号。
40.上述计量费率是根据第二直流电信号的不同频率来进行电能的一种计费方式。即第二直流电信号的不同频率对应着消耗1度电所需要支付的不同费用。
41.由于费控信号接收装置和费控信号处理装置是可拆卸地设置，因此，在步骤s402中的费控信号处理装置并不一定能够接收到由费控信号接收装置产生的有效光信号。
42.在一个可选实施例中，所述电能表配置有费控信号接收装置，包括：所述费控信号处理装置能够接收到由费控信号接收装置产生的有效光信号的情况下，那么所述有效光信号通过费控信号处理装置，可以给控制单元提供第二直流电信号。由于费控信号处理装置接收到的光信号就是按照一定频率进行发光的信号，因此开关管q9也会按照所述频率进行导通和关断，第二直流电信号亦会有所述频率的频率特征。处理单元的外部中断口亦会接收到具有所述频率特征的第二直流电信号。所述电能表中有多种预设的计量费率。在处理单元的外部中断口usart4_rxd检测到第二直流电信号后，由处理单
元内部的定时器来确定第二直流电信号的频率特征，再根据第二直流电信号的频率特性来找到对应预设的计算费率，从而计算电能表的费率。
43.当所述费控信号接收装置未按照所预设的频率特性进行发光时，所述费控信号接收装置的光接收单元也会根据所述费控信号接收装置发光的频率导通和关闭，只是所述费控信号接收装置输出的光信号不能按照所预设的频率特性进行发光，所述费控信号处理装置不能输出预设频率的第二直流电信号，所述处理单元的外部中断口usart4_rxd亦不能接收到预设频率的第二直流电信号。此时，电能表按照默认计量费率来计算电能表的费率。
44.在一个可选实施例中，所述电能表未配置费控信号接收装置，所述费控信号处理装置中的光敏二极管接收到自然光，所述处理单元的外部中断口usart4_rxd不能接收到预设频率的第二直流电信号。此时，电能表按照默认计量费率来计算电能表的费率。
45.应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。
46.以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种电能表费控系统，其特征在于，包括：费控信号接收装置和费控信号处理装置；所述费控信号接收装置包括：费控信号接收电路、半波整流电路和光发生单元；所述费控信号处理装置包括：光接收单元和处理单元；所述光发生单元和所述光接收单元构成光耦合器结构；其中，所述费控信号接收电路用于接收控制电能表的计量费率的交流电信号；所述半波整流电路用于将所述交流电信号整流为第一直流电信号；所述光发生单元用于根据所述第一直流电信号发光；所述光接收单元用于根据接收到的光信号产生第二直流电信号；所述处理单元用于根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述费控信号接收装置和所述费控信号处理装置可拆卸地设置，且所述光发生单元和所述光接收单元构成分离式的光耦合器结构。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述半波整流电路包括整流二极管，所述整流二极管的阴极连接所述费控信号接收电路的一个交流输出端，所述整流二极管的阳极连接所述费控信号接收电路的另一个交流输出端。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光发生单元包括发光二极管，所述发光二极管与所述整流二极管反向并联。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光接收单元包括光敏二极管、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、开关管以及电容器；其中，所述光敏二极管、所述第一电阻器和所述第二电阻器依次串联在直流电源和接地端之间，且所述光敏二极管的阴极与直流电源连接，所述光敏二极管的阳极与所述第一电阻器连接；所述电容器串联在所述直流电源和所述接地端之间；所述第三电阻器和所述开关管依次串联在所述直流电源和所述接地端之间，且所述开关管的输出端与所述第三电阻器连接，所述开关管的输入端与所述接地端连接，所述开关管的控制端连接于所述第一电阻器和所述第二电阻器的连接结点，以及所述开关管的输出端连接所述处理单元。6.一种电能表，其特征在于，所述电能表包括如权利要求1至5中任一项所述的电能表费控系统。7.一种电能表的费控方法，其特征在于包括：在电能表配置有费控信号接收装置的情况下，所述费控信号接收装置接收控制电能表的计量费率的交流电信号，将所述交流电信号整流为第一直流电信号，以及根据所述第一直流电信号发光；所述电能表的费控信号处理装置根据接收到的光信号产生第二直流电信号，以及根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述费控信号接收装置和所述费控信号处理装置可拆卸地设置。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述费控信号处理装置根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率包括：所述费控信号处理装置识别所述第二直流电信号的频率特征；
所述费控信号处理装置控制所述电能表的计量费率为与所述频率特征对应的计量费率，其中，所述电能表内置有一个或多个预设的计量费率，每个预设的计量费率对应于一种直流电信号的预设的频率特征。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述费控信号处理装置根据所述第二直流电信号控制所述电能表的计量费率包括：所述费控信号处理装置根据所述第二直流电信号判断所述费控信号接收装置是否按照预设的频率特征发光，或者所述电能表是否配置所述费控信号处理装置；当判断到所述费控信号接收装置未按照所述预设的频率特征发光，或者所述电能表未配置所述费控信号处理装置的情况下，所述费控信号处理装置控制所述电能表的计量费率为默认计量费率。

技术总结
本发明公开了一种电能表费控系统、电能表和电能表的费控方法。其中，该系统包括：费控信号接收装置和费控信号处理装置；费控信号接收装置包括费控信号接收电路、半波整流电路和光发生单元，费控信号处理装置包括光接收单元和处理单元；光发生单元和光接收单元构成光耦合器结构；其中，费控信号接收电路用于接收控制电能表的计量费率的交流电信号；半波整流电路用于将交流电信号整流为第一直流电信号；光发生单元用于根据第一直流电信号发光；光接收单元用于根据接收到的光信号产生第二直流电信号；处理单元用于根据第二直流电信号控制电能表的计量费率。本发明能够解决现有的费控方案灵活性较差的问题。灵活性较差的问题。灵活性较差的问题。


技术研发人员：吴宏军 陈江涛 葛钱宝 胡光超 楼跃飞
受保护的技术使用者：杭州明特科技有限公司
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2022/5/25