CN105675977A - 一种前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表以及方法 - Google Patents
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Abstract
一种前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表以及方法，它包括电源模块与控制模块，所述电源模块包括前级检测单元与整流分压单元；所述控制模块包括后级检测单元、数据存储单元、继电器单元、单片机和计量单元；所述的前级检测单元、整流分压单元、后级检测单元、数据存储单元、继电器单元和计量单元均与单片机的对应信号端相连。本发明实现了在掉市电的瞬间就能正确捕获到掉电，保证有充足的能量控制继电器拉闸与数据存储，使数据保存更安全，并降低了单纯后级检测的成本，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电能表掉电拉闸与数据保存领域，具体涉及一种前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表。
背景技术
目前，市场上做掉电拉闸与数据保存的电能表有单纯检测后级掉电，也有通过计量芯片发出掉电中断。单纯检测后级掉电的为了能在掉电时控制继电器拉闸与保存数据，必须在后级电路中增加很多电容，这样既增加了成本，也随着时间的推移电容储电能力变成差，不能再满足拉闸与数据保存。计量芯片检测掉电可以选择半个周波检测时间，也可以选择1个周波检测时间，检测时间短，电网有波动会导致继电器误动作，检测时间长时由于计量芯片检测是通过高通滤波器后检测的，由于市电掉电快在半个周期内电压就为0，导致计量芯片不能完全捕获到掉电。本发明能够正确捕获到掉电，也能有足够的能量控制继电器拉闸与数据保存，有效弥补了上述缺陷。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术在掉电时不能有效控制继电器拉闸与数据存储的问题，提出一种前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表。在掉市电的瞬间就能正确捕获到掉电，保证有充足的能量控制继电器拉闸与数据存储，使数据保存更安全，并降低了单纯后级检测的成本，具有良好的应用前景。
本发明的技术方案是：
一种前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表，它包括电源模块与控制模块，所述电源模块包括前级检测单元与整流分压单元；所述控制模块包括后级检测单元、数据存储单元、继电器单元、单片机和计量单元；所述的前级检测单元、整流分压单元、后级检测单元、数据存储单元、继电器单元和计量单元均与单片机的对应信号端相连。
本发明的前级检测单元包括由二极管D1-D3、电阻R1、R3、R4和稳压二极管VD1构成的整流限压电路、以及由三极管Q1M、电阻R51M、R50M、R52M、电容C51M、C53M构成的前级检测电路，所述的二极管D1-D3构成半波整流，二极管D1-D3的正极分别接电能表的三相电源端，二极管D1-D3的负极分别连接电阻R1、R3、R4的一端，电阻R1、R3、R4的另一端并接后接稳压二极管VD1的负极，稳压二极管VD1的正极作为整流限压电路的输出接前级检测电路的输入即三极管Q1M的基极，三极管Q1M的发射极接地，集电极串联电阻R51M后接3.3V电源，三极管Q1M的集电极也与单片机的IO口VT_CHK相连；当三相电源输入时使所述稳压二极管VD1的瞬时电压高于稳压二极管的稳压，所述单片机IO口VT_CHK为低电平，当三相电源输入时使所述稳压二极管VD1瞬时电压低于稳压，所述单片机IO口VT_CHK为高电平。
本发明的后级检测单元包括电阻R1P、R4P、R7P、稳压二极管D1P、三极管Q1P和电容C2P、C3P，所述的电阻R4P的一端接电源端DC，电阻R4P的另一端接稳压二极管D1P的负极，稳压二极管D1P的负极接三极管Q1P的基极，所述三极管Q1P的集电极连接上拉电阻R1P的一端，三极管Q1P的集电极与电阻R1P的连接点与单片机的对应输入端VIN_INT相连，所述三极管Q1P的发射极接地，三极管Q1P的发射极和基极之间并联电容C3P和电阻R7P，当输入电压高于稳压二极管的稳压和三极管Q1P的Vbe之和时，所述单片机VIN_INT脚为低电平，当输入电压低于稳压二极管的稳压和三极管Q1P的Vbe之和时，所述单片机VIN_INT脚为高电平。
一种前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的方法，应用前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表，它包括以下步骤：
（1）、前级检测单元进行掉电检测，如果检测到掉电，单片机控制继电器单元拉闸并由数据存储单元储存数据，如果检测不到掉电，则持续检测；
（2）、后级检测单元进行掉电检测，如果也检测到掉电，单片机降低主频进入休眠状态从而降低功耗，如果没有检测到掉电，则持续检测10S；
如果在10S内后级检测仍未检测到掉电，单片机控制前述继电器合闸，返回步骤（1），如果在10S内检测到掉电，则单片机降低主频进入休眠状态。
本方法还包括以下步骤：
（3）、后级检测单元进行后级上电检测，当检测到后级上电，用户通过按键控制继电器单元合闸，返回步骤（1），当未检测到后级上电时，持续检测。
本发明的有益效果：
本发明的电能表工作时所述单片机每毫秒检测一次所述前级检测的电平，发现所述前级检测检测到掉电，所述单片机控所述制继电器拉闸与所述数据保存，若所述后级检测也检测到掉电并且所述制继电器已经拉闸与所述数据保存已经结束则所述电能表进入休眠模式，等待所述后级检测检测到上电，所述电能表正常工作。若所述前级检测到掉电，所述后级检测在10S内未检测到掉电，所述电能表控制所述继电器合闸，并正常运行。
本发明实现了在掉市电的瞬间就能正确捕获到掉电，保证有充足的能量控制继电器拉闸与数据存储，使数据保存更安全，并降低了单纯后级检测的成本，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的前级检测单元原理框图之一。
图2是本发明的前级检测单元原理框图之二。
图3是本发明的后级检测单元原理框图。
图4是本发明的三相输入瞬时电压图
图5是本发明的二相输入瞬时电压图
图6是本发明的一相输入瞬时电压图
图7是本发明的没有输入瞬时电压图
图8是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示交流电A、B、C三相输入，经过D1、D2、D3二极管再经过限流电阻R1、R3、R4电阻，要使20V的所述稳压管导通并且所述Q1M三极管基极电压达到0.7V，则所述交流电A、B、C三相输入的瞬时电压大于等于20.7V。
在三相电输入中会出现四种情况，情况一：所述交流电A、B、C三相全部有电压；情况二：所述交流电A、B、C三相只有两相有电压；情况三：所述交流电A、B、C三相只有一相有电压；情况四：所述交流电A、B、C三相全部没电压输入。
情况一：所述交流电A、B、C三相全部有电压（如图4）。在这个情况下在一个周期内最低瞬时电压为220V*sin45约等于155.5V。全部大于20.7V。则所述前级检测一直为低电平。
情况二：所述交流电A、B、C三相只有两相电压（如图5）。在这个情况下在一个周期内只有t1、t2之间的电压是大于20.7V的。在t1的角度=arcsin(20.7/230)，角度在0到90度之间，所以t1的角度为6度，t2的角度为174+120=294度。市电频率为50Hz，则在一个周期内瞬时电压大于20.7V的时间等于（294-6）/360/50=16ms。所述前级检测有16毫秒的低电平4毫秒的高电平。
情况三：所述交流电A、B、C三相只有一相电压（如图6）。在这个情况下在一个周期内只有t1、t2之间的电压是大于20.7V的。在t1的角度=arcsin(20.7/230)，角度在0到90度之间，所以第一个蓝线的角度为6度，t2的角度为174度。市电频率为50Hz，则在一个周期内瞬时电压大于20.7V的时间等于（174-6）/360/50约为9.5ms。所述前级检测有9.5毫秒的低电平10.5毫秒的高电平。
情况四：所述交流电A、B、C三相全部没电压输入（如图7）。在这个情况下在一个周期内没有电压是大于20.7V的。所述前级检测有0毫秒的低电平20毫秒的高电平。
根据以上四种情况得出以下结论：
| 三相有电 | 两相有电 | 一相有电 | 都没电 | |
| 一个周期内前级检测高电平时间 | 0ms | 4ms | 10.5ms | 20ms |
| 一个周期内前级检测低电平时间 | 20ms | 16ms | 9.5ms | 0ms |
这样以1ms的分辨率检测所述前级检测检测的高电平时间若大于10.5ms则认为掉电。由于市电可能存在抖动，需要持续检测50ms的时间为高电平则认为掉电，有一次低电平则时间清0从新开始计时；当所述前级检测检测到掉电，则控制继电器拉闸与数据保存。
如图3所示：当12V的输入电压低于7.5V时单片机IO口VIN_INT脚会从低变高，单片机会触发上升沿中断。则认为所述后级检测检测到掉电，单片机进入休眠。当有12V电压输入时单片机IO口VIN_INT脚会从高变低，单片机会触发下降沿中断，电能表从休眠状态唤醒。
如图8所示：为所述电能表工作流程。所述单片机每毫秒检测前级是否掉电，当前级掉电，控制继电器拉闸与数据保存，后级检测到掉电，电能表进入休眠状态。当所述后级检测检测到上电电表工作，但继电器必须由用户通过按键合闸，避免家用电器的损坏。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表，其特征是：它包括电源模块与控制模块，所述电源模块包括前级检测单元与整流分压单元；所述控制模块包括后级检测单元、数据存储单元、继电器单元、单片机和计量单元；所述的前级检测单元、整流分压单元、后级检测单元、数据存储单元、继电器单元和计量单元均与单片机的对应信号端相连。
2.根据权利要求1所述的前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表，其特征是：所述前级检测单元包括由二极管D1-D3、电阻R1、R3、R4和稳压二极管VD1构成的整流限压电路、以及由三极管Q1M、电阻R51M、R50M、R52M、电容C51M、C53M构成的前级检测电路，所述的二极管D1-D3构成半波整流，二极管D1-D3的正极分别接电能表的三相电源端，二极管D1-D3的负极分别连接电阻R1、R3、R4的一端，电阻R1、R3、R4的另一端并接后接稳压二极管VD1的负极，稳压二极管VD1的正极作为整流限压电路的输出接前级检测电路的输入即三极管Q1M的基极，三极管Q1M的发射极接地，集电极串联电阻R51M后接3.3V电源，三极管Q1M的集电极也与单片机的IO口VT_CHK相连；当三相电源输入时使所述稳压二极管VD1的瞬时电压高于稳压二极管的稳压，所述单片机IO口VT_CHK为低电平，当三相电源输入时使所述稳压二极管VD1瞬时电压低于稳压，所述单片机IO口VT_CHK为高电平。
3.根据权利要求1所述的前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表，其特征是：所述后级检测单元包括电阻R1P、R4P、R7P、稳压二极管D1P、三极管Q1P和电容C2P、C3P，所述的电阻R4P的一端接电源端DC，电阻R4P的另一端接稳压二极管D1P的负极，稳压二极管D1P的负极接三极管Q1P的基极，所述三极管Q1P的集电极连接上拉电阻R1P的一端，三极管Q1P的集电极与电阻R1P的连接点与单片机的对应输入端VIN_INT相连，所述三极管Q1P的发射极接地，三极管Q1P的发射极和基极之间并联电容C3P和电阻R7P，当输入电压高于稳压二极管的稳压和三极管Q1P的Vbe之和时，所述单片机VIN_INT脚为低电平，当输入电压低于稳压二极管的稳压和三极管Q1P的Vbe之和时，所述单片机VIN_INT脚为高电平。
4.一种前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的方法，应用权利要求1-3之一所述的前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的电能表，其特征在于：它包括以下步骤：
（1）、前级检测单元进行掉电检测，如果检测到掉电，单片机控制继电器单元拉闸并由数据存储单元储存数据，如果检测不到掉电，则持续检测；
（2）、后级检测单元进行掉电检测，如果也检测到掉电，单片机降低主频进入休眠状态从而降低功耗，如果没有检测到掉电，则持续检测10S；
如果在10S内后级检测仍未检测到掉电，单片机控制前述继电器合闸，返回步骤（1），如果在10S内检测到掉电，则单片机降低主频进入休眠状态。
5.根据权利要求4所述的前后级掉电检测及控制磁保持继电器拉闸与数据保存的方法，其特征在于：它还包括以下步骤：
（3）、后级检测单元进行后级上电检测，当检测到后级上电，用户通过按键控制继电器单元合闸，返回步骤（1），当未检测到后级上电时，持续检测。
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