基于RN8209防窃电电能表设计
电能计量装置防窃电技术
电能计量装置防窃电技术发布时间：2023-01-04T08:28:03.067Z 来源：《福光技术》2022年24期作者：豆林林[导读] 为了保证采集数据能够及时、准确，目前研制了基于NB-IoT（窄带物联网）的电能计量装置，通过优化通信模块和计量芯片，提升了电能计量装置的数据采集效果。
国网晋中供电公司山西晋中 030600摘要：为了保证采集数据能够及时、准确，目前研制了基于NB-IoT（窄带物联网）的电能计量装置，通过优化通信模块和计量芯片，提升了电能计量装置的数据采集效果。
但一些用电企业的日常用电量较大，这些企业违反法律规定，将电能计量装置的接线私下短接，减少对用电数据的统计从而少缴大量用电费用。
该违法行为不仅损失了国家的供电收入，同时也给用电企业带来了极大的安全隐患，所以对于窃电监测的研究越来越重视。
本文在此基础上就电能计量装置防窃电技术的相关内容进行了简要的分析，以供参考。
关键词：电能计量装置；防窃电技术1研究背景窃电的形式及手法多种多样，层出不穷。
例如，在供电企业的供电设施上擅自接线用电，如直接从配电变压器的低压瓷柱上挂线，这种窃电行为既不需改变计量装置，又无法掌握其窃电规律，窃电后证据随之消失；绕越供电企业的用电计量装置用电，如短接计量箱进出线；故意损坏供电企业用电计量装置，如把高压电压互感器的熔丝弄断，使电能表慢行或者不转；故意使供电企业用电计量装置不准或失效，例如将电压线圈脱钩，短接电流线圈，在电能表相线加接导线至用电负荷或插座（包括用针刺人导线芯）导致部分电流不通过电流线圈等。
目前更出现了很多针对电子式电能表的强磁窃、高频等窃电方式，窃电手法极具隐蔽性，使得取证愈加困难。
2常见的窃电方法当前配网线路到终端用户采用都是固定计量方式，变电站内计量和用户侧计量采用三相的四五线接线，部分配网终端用户可能使用的是单相接线方式。
国家电网公司对配网终端用户的数据计量装置，其主要组成部分包括获取电压、电流、相位的电能表、互感器以及相关的二次回路。
基于RN8302三相多功能防窃电电能表的设计
信号采样 、 Ａ ／ Ｄ 转换 、 相位校 准、 比差与角差补偿后再计算
每相的有功、 无功 、 视在三种电能 量， 并将三种电能量累加 到电能计 量芯片Ｒ Ｎ ８ ３ ０ ２ 对应的寄存器 中。
摘婪 ： 本文针对采用ＡＤＥ ７ ７ ５ ８ 作为电能计量芯片而设计的 电表存在 着功能简单和精度低等缺点 ， 提 出了一种新型数字式三
相多功能防窃电电能袭的设计方案 。 该方案采用Ｒ Ｎ ８ ３ ０ ２ 芯片和Ｐ Ｉ Ｃ １ ６ Ｆ ８ ７ ７ Ａ 芯片， 不仅能计 量多种 电能参数以满足不 同的 实际需求， 而且可对芯片内 部寄存器 的参数进行微调 ， 使其达到很高的计量精度。 关键词： 三相多功能电能裹 ； 液晶显示； 防窃电 中图分类号： Ｔ Ｍ９ ３ ３ ． ４ 文献标志码 ： Ｂ
RN8209-SSOP24-天高微 单相计量芯片
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RN8209
MCU 在选通 CS 后，先通过 SPI 写入令字节（8bit，包含寄存器地址），再写入数 据字节。
1. 以字节为单位传输，高比特在前，低比特在后； 2. 多字节寄存器，先传输高字节内容，再传输低字节内容； 3. MCU 在 SCLK 上升沿写数据，RN8209在 SCLK 下降沿读数据； 4. 数据字节之间的时间 间隔 t1 要大于等于半个 SCLK 周期； 5. 最后一个字节的 LSB 传送完毕，CS 由低变高，结束数据传输。SCLK 下降沿和
2、功能框图与引脚说明
2. 1、功能框图
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2. 2、引脚排列图
RN8209
AVDD 1 REST 2
NC 3 V1P 4 V1N 5 V2P 6 V2N 7 V3P 8 V3N 9 REF 10 AGND 11 NC 12
24 QF 23 PF 22 IRQ 21 NC 20 OSCO 19 OSCI 18 DVDD 17 DGND 16 CS 15 SCLK 14 SDI 13 SDO
3. 在最后一个比特移出 SDO 后，CS 由低至高时将 RIF 寄存器的内容和 IF 同步。
除了读 RIF 寄存器操作，其他情况下 IF 和 RIF 都保持一致。为了在 SPI 读中断标志 过程中不丢失中断，在中断处理程序中推荐用户使用 RIF 寄存器。
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RN8209
单相防窃电多功能计量电路
1、概述
RN8209是一个包含三个通道 sigma-delta 模-数转换器（ADC）的电能计量电路，它 可以精确测量和计算电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、有功能量、无功能 量等电能参数，主要应用于各种智能电表及其它电能计量领域中。其特点如下：
锐能微推出的三相计量芯片的芯片
RoadMap
公司致力于做一流集成电路设计公司，展望未来，锐能微将以务实的精神 进入更广阔的能源领域，为能源管理助力。
产品介绍
RN8302特点
拥 有 十 余 项 专 利 技 术
功能更全 性能更好 可靠性更高 功耗更低 价格更优
8
功能示意图
9
功能列表
基波全波的有功、无功、视在电能 正向和反向有功电能计量 能量绝对值、代数和可选 全波、基波和谐波的有效值 全波、基波的功率及功率因数 高精度的频率测量 精确的基波相角测量 阈值可调的潜动启动功能 有功、无功、视在的快速脉冲计数 4路可配置的脉冲输出口
RN8302 全失压实现
停电后 60s/次
Mcu
T0时刻 唤醒
开计量电源
T1时刻 查询标志
0
关电源
1
切换命令
t2时刻 电流5%IB比较
关电源
RN8302
NVM2
NVM1
150uA
2mA
t
t0
t1
t2
31
全失压应用 平均功耗： 状态1: 无电流 0.8μA
状态2：有电流 56μA
32
典型应用 校表 全失压应用 互感器开短路检测
环境温度影响试验 电压影响试验 频率影响试验 逆相序影响试验 电压不平衡影响试验 谐波影响试验
负载电流升降变差
10Ib~0.1%Ib 范围内 <0.1% <0.1% <0.04%
精度误差<0.1% 合格
-40~80℃-25ppm/℃ 无影响 跳差 <0.08% 无影响47.5~52.5hz 跳差 <0.07%
B 模拟
电
误差小于0.1%的单相多功能防窃电电表设计方案
误差小于0.1%的单相多功能防窃电电表设计方案
锐能微单相计量芯片RN8209 有功/无功电能误差在1500：1 动态范围内0.1%，具有电源监控功能，功耗典型值为32mW，内置2.5V±3%参考电压,温度系数典型值25ppm/℃。
RN8209 能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等，内部的电压监测电路可以保证上电和断电时正常工作，可以实现灵活的防窃电方案。
本文主要介绍RN8209 的功能简介、芯片特性，功能方框图及防窃电电能表设计应用方案。
功能简介
RN8209 能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等，可以实现灵活的防窃电方案。
RN8209 支持全数字的增益，相位和offset 校正。
有功、无功电能脉冲分别从PF、QF 管脚输出。
RN8209 提供两个串行接口SPI 和RSIO，方便与外部MCU 之间进行通信。
其中RSIO 为锐能微专有的单线通讯接口，可以使用一根数据线实现双向通讯。
RN8209 内部的电压监测电路可以保证上电和断电时正常工作。
芯片特性
计量
提供两路∑-△ADC
有功电能误差在1500：1 动态范围内0.1%，支持IEC62053-22：2003 标准要求
无功电能误差在1500：1 动态范围内0.1%，支持IEC62053-22：2003 标准。
基于智能电能表防窃电技术探析
基于智能电能表防窃电技术探析摘要：随着科技的不断进步，现今盗取电力的手段也是多种多样，层出不穷，多种类型的窃电技术在当今社会中盛行，甚至还动用了高科技的技术装备来进行窃电行为，这对电力企业的发展以及社会的稳定有着极大的威胁。
基于此，本文重点就智能电能表防窃电技术进行了研究。
关键词：智能电能表；防窃电技术窃电通常是采取一定的非法手段来谋取私利，损害电力企业经济利益的行为，一些单位尤其是私营企业或者是个体经营者通常会借助窃电的手段来降低企业的运营成本，这样一来也就使得我国的电能出现了非常大的损失。
窃电是一种比较明显的违法行为，这也是供电企业发展过程中一直都要面对的问题。
智能电表的应用为企业防窃电提出了更高的要求，因此，为了更好的保证电力企业的利益，我们要采取有效措施对其加以控制。
1 智能电能表的结构及其特点1.1 智能电能表的结构由于智能电能表的主要部件为16位单片机，并且专用程序都固化在flashROM内，因此智能电能表集成电路的设计与传统电表的集成电路有所不同。
因为安装智能电能表的用户每个月的用电量是通过减电脉冲来结算，所以电能计量装置是由供电部门提供的，供电部门不仅可以监控到用户耗用的电能数量，还可以具体规划供电企业与用电用户之间的电力交易。
换个角度而言，如果用户妄自安装计能表，那么就会出现供电混乱、偷电漏电等问题。
总而言之，安装智能电能表能够有效控制窃电行为。
智能电能表能够传输电能卡、电表中智能存储单元的用电数据，因此可以将用电信息随时反馈给供电方与用户，还可以认证电能卡在SAM模块中是否具有可用性。
持有电能卡的用电用户不仅缴费方便，而且也省去了供电方催缴电费的工作流程。
简而言之，智能电能表在用户与供电方起着连接作用，不仅操作简单快捷，而且元器设备性能很高，不会受温度影响，能够长期高效运作。
1.2 智能电能表的特点智能电能表身负浓郁的商业气息，具有“先买电再用电”的特点。
在日常生活中，用电用户可以根据用电量进行购电，一旦购买量超额，智能电能表就自动断电，不会对用电用户产生其他的经济损失，因此有效避免了用户因超额用电缴纳违约金的事故发生。
单相智能电表(RN8209)参考设计
富士通半导体设计（成都）有限公司 应用笔记F²MC-8FX 家族8-BIT 微型控制器MB95410H/470H 系列单相智能电表（RN8209）参考设计RN8209 操作应用笔记修改记录修改记录本手册包含14 页。
版权©2011富士通半导体设计（成都）有限公司目录目录修改记录 (2)目录 (3)1概要 (4)2背景 (5)2.1概要 (5)2.2RN8209的特性 (5)2.3功能框图 (5)3硬件框图 (6)3.1电能计量系统的硬件框图 (6)4硬件参考原理图 (7)5软件框图 (9)5.1SPI 帧格式 (9)5.2SPI 通信过程 (9)5.3软件系统框图 (10)6软件函数列表 (11)6.1上层应用函数 (11)6.2底层函数 (12)7更多信息 (13)8附录 (14)8.1图表索引 (14)1 概要这篇应用笔记介绍了电表方案的计量功能。
第2章介绍了背景。
第3章介绍了计量功能的硬件框图。
第4章介绍了硬件参考原理图。
第5章介绍了软件流程图。
第6章介绍了软件函数列表。
2 背景本章介绍了RN8209的背景2.1 概要RN8209能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等，可以实现灵活的防窃电方案。
RN8209支持全数字的增益、相位和offset校正。
2.2 RN8209的特性∙计量∙软件校表∙提供SPI/RSIO通信接口∙具有电源监控功能∙单+5V电源供电，功耗典型值为32mw∙内置2.5V±3%参考电压，温度系数典型值为25ppm/℃2.3 功能框图图 2-1: RN8209的功能框图第3章硬件框图3 硬件框图本章介绍了电能计量系统的硬件框图3.1 电能计量系统的硬件框图图 3-1: 硬件框图4 硬件参考原理图本章介绍了电能计量系统的硬件参考原理图图 4-1: RN8209 外围电路R1001K图 4-2: 火线电流采样电路图 4-3: 零线电流采样电路R105150KR107100K图 4-4: 电压采样电路图 4-5: SPI 通信电路5 软件框图本章介绍了电能计量系统的软件框图5.1 SPI 帧格式表 5-1: SPI 帧格式5.2 SPI 通信过程图 5-1: SPI 写过程图 5-2: SPI 读过程5.3 软件系统框图Array图 5-3: 软件系统框图6 软件函数列表6.1 上层应用函数表 6-1: 软件上层应用函数列表6.2 底层函数表 6-2: 软件底层函数列表第7章更多信息7 更多信息关于富士通半导体更多的产品信息，请访问以下网站：英文版本地址：/cn/fsp/services/mcu/mb95/application_notes.html 中文版本地址：/cn/fss/services/mcu/mb95/application_notes.html第8章附录8 附录8.1 图表索引表 5-1: SPI 帧格式 (9)表 6-1: 软件上层应用函数列表 (11)表 6-2: 软件底层函数列表 (12)图 2-1: RN8209的功能框图 (5)图 3-1: 硬件框图 (6)图 4-1: RN8209 外围电路 (7)图 4-2: 火线电流采样电路 (7)图 4-3: 零线电流采样电路 (7)图 4-4: 电压采样电路 (8)图 4-5: SPI 通信电路 (8)图 5-1: SPI 写过程 (9)图 5-2: SPI 读过程 (9)图 5-3: 软件系统框图 (10)。
国网单相智能电表嵌入式软件设计
国网单相智能电表嵌入式软件设计金蜂通信有限公司研发中心吴述梗摘要：本文以金蜂单相电表飞思卡尔MZ60CPU方案为实例，结合国网智能电表系列标准(宣贯材料)的具体功能要求，详细分析了其嵌入式软件设计需求，阐明了为达到产品较高性价比和可靠性对CPU片上资源合理优化分配方案，并以实例详尽说明软件中部分关键模块设计思路及编程实现技巧。
一：单相智能电表软件设计需求分析根据国家电网行业标准的要求，结合本方案的硬件，单相智能电表内的嵌入式软件需完成以下功能：(一)：实现以下与硬件相关的底层接口，包括:1：通过SPI口驱动专用计量芯片RN8209, 完成与其命令的交互和数据读写。
2：通过模拟I2C总线，驱动液晶控制器BU9792, 完成与其命令的交互和数据读写。
3：通过模拟I2C总线，驱动接RTC芯片PCF2129, 完成与其命令的交互和数据读写。
4：通过模拟I2C总线，驱动接EEPROM AT24L512, 完成与其命令的交互和数据读写。
5：通过软件模拟的ISO7816协议时序，完成ESAM芯片的热复位、读/写操作。
6：通过软件模拟的ISO7816协议时序，完成IC卡的插入检测、上电控制、复位、数据读/写和下电操作。
7：通过软件模拟的带38KHz调制的异步红外串口，完成红外数据的接收和发送。
8：利用片内A/D,配合相关外围电路，完成电表交流供电状态、后备电池电压、跳闸断电检测等A/D数据的采集和滤波。
9：利用片内I/O腿，完成跳闸控制继电器的开关双向驱动、报警、跳闸、电量脉冲LED 灯和液晶背光、报警蜂鸣器、载波控制等的输出控制信号的实时控制。
10：利用片内I/O腿，完成巡显、编程按键和开盖检测、载波状态等开关输入信号的检测。
11：利用片内两个异步串口，完成电表485口和载波接口的物理层及链路层数据收/发。
（二）：在实现上述底层驱动的基础上，实现以下国网电表标准要求的应用功能：1：电能量和实时电参数的采集、计算，以及由此触发的数据存储。
基于FM3308和RN8209的单相智能电表
１ 设 计 要 求
（ Ｉ ） 采集 电能信号并处理 ； （ ２ ） 显示 电量 的使用和 电费情况 ； （ ３ ） 电 量使 用情况数据存储 ； （ ４ ） 电表数据 与电 网数据 中心 的传送 ； （ ５ ） 断电 的数据保持 ： （ ６ ） 电表欠费与缴费的通断 自动控制 。
智能电表是 以微 型计 算机为主体 ．融合 了计算机技术 和检测 技 术． 采用微处理器核心 ． 具 备计算机所具备 的数据存储与处理 等功能 的智能仪器 近年来 ． 随着智能电 网的快速发展 和建设 ， 智能 电表作为 高级测量体系重要的组成部分 ． 智能 电表的发展将对我国智能电网实 现信息化 、 自动化 、 规范化 、 多元化起 到重要 的支撑作用 ； 同时智能算 法 的引入为智能电表提供 了巨大 的发展契机 ． 与传统相 比不仅节省 了 大量 的人 力物力并大大提高了工作效率 ．使 电网 自动化成为可能 ， 实 现 电网的统一管理与 自动检测计量 号干扰 ． 均采用光 电耦合器隔离 。 电能信号采集模块采用 了 Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ ， 该 芯片 ５ ｖ供 电， 工作 基本频 率为 ３ ． ５ ７ ９ ５ ４ ５ Ｍ ． 其脉 冲由数据处理模块提供 ．有功无功电能误差在 １ ５ ０ ０ ： １ 动态范 围内＜ ０ ． １ ％． 均满 足 Ｉ Ｅ Ｃ ６ ２ ０ ５ ３ — ２ ０ ０ ３ 标准要求 。电流采 样分两路 ． 分别采集火线 和零线 电流 。 火线 电流采样选用 ２ ０ ０ ￣ Ｉ Ｉ 的锰 铜片 ． 零线采样为通过电流互感器 。 数据处理模块采用的是 Ｆ Ｍ ３ ３ ０ ８ ，芯片内置硬件实时时钟和液 晶 驱动 电路 ． 具有 ８ 位Ｔ Ｕ Ｒ Ｂ Ｏ ５ １ Ｍ Ｃ Ｕ核 、 大容量程 序存储器 和 Ｒ Ａ Ｍ， 集成 Ｌ Ｃ Ｄ、 Ｕ Ａ Ｒ Ｔ Ｓ 、 ７ ８ １ ６ 协议栈 等多种 功能 ， 并在 内部集成各种接 口， 最大 限度地 简化外 围设计 ．在保证整 体设计功能满 足性能最优 的同 时． 降低系统成本 远程通信模块采 用的是 Ｒ Ｓ ４ ８ ５ 接Ｅ ｌ 和宏 电集团 Ｈ ７ ７ １ ０ Ｄ Ｔ Ｕ配合 使用 ４ ８ ５ 接Ｅ ｌ 相对 于 ２ ３ ２ 接口 具 有 良好的抗噪声干扰性 ． 长 的传 输 距离 和多站能力 ：无线传输工具 Ｄ Ｔ Ｕ可 以实现数据 的超远程无线 传 输． 克服 了以前数据的传输距离问题 宏 电集 团的 Ｄ Ｔ Ｕ与 ４ ８ ５ 的配合使用 ． 可 以将数据发送到 网络 ． 通 过已有的网络覆盖来进行数据远距离 的准确传输 ． Ｈ ７ ７ １ ０ Ｄ Ｔ Ｕ内部采 用Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ 协议 ． 既可 以由数据 中心控制也可 以通过定 时的方 式发送 。 该Ｄ Ｔ Ｕ硬件组成部分 主要包括 Ｃ Ｐ Ｕ控制模块 、 无线通讯模块 以及 电 源模块 ． 在使用 的过 程中只需在 Ｄ Ｔ Ｕ内部插入一 张普通 的电话 卡然
基于RN8209防窃电电能表设计
基于RN8209防窃电电能表设计梁方英;何日阳;陈妙芳【摘要】针对当前严重的窃电现象以及现有防窃电措施不足的问题,提出并设计了一种基于RN8209防窃电电能表,该电能表能够完成相线、零线电流与电网电压的采集与计算,解决了数据采集与处理的实时性问题,单片机根据相线与零线的功率大小对用户用电状况进行实时监测,对各种窃电方式准确甄别.研究结果表明,该系统能够准确、实时地检测出窃电行为,并具有高精度、运行稳定可靠等特点.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2010(027)011【总页数】4页(P106-109)【关键词】电能表;RN8209;防窃电【作者】梁方英;何日阳;陈妙芳【作者单位】浙江机电职业技术学院电气工程系,浙江,杭州,310053;浙江万胜电力仪表有限公司,浙江,杭州,310007;浙江工业职业技术学院电气工程分院,浙江,绍兴,312000【正文语种】中文【中图分类】TH71随着进入家庭的各类电器越来越多,民用电量剧增,受经济利益的驱使,窃电现象也日益严重[1]。
不论在发达国家还是在发展中国家,窃电都是一个非常棘手的问题,每年都给供电企业造成巨大损失。
由于窃电方法千变万化,防窃电电表设计一直是电表工程师面临的严峻挑战,数字式电表的发展为解决窃电问题提供了新途径[2]。
现有供电计量监测仪和基于专用防窃电计量芯片的防窃电电能表可实现实时窃电监测,但成本偏高,不适合居民用户单相电子式电能表采用[3]。
本研究介绍的单相数字式防窃电电能表采用了计量芯片RN8209[4],可以有效防止多种窃电行为。
RN8209能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量,并能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等,可以灵活地实现防窃电方案。
RN8209提供两个串行接口SPI和RSIO,方便与外部MCU之间进行通信。
RN8209内部的电源监控电路可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。
RN8209功能框图如图1所示。
基于RN8209的用电器识别监测系统
３．２ 软件设计程序 流程图
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图 １系 统 结 构 示 意 图 ３系统 软件设 计 本 系 统 提 供 两 套 模 式 ：学 习模 式 和 监 测 模 式 。在 学 习模 式 下 单 片 机 首 先 对 年 口进 行 捡 测 如 果 有 数 据 输 人 则 延 时 ３到 ５秒 ，待 用 电
参 考文 献 ［１】熊春 ，李 鑫 ，朱石超 ，等 ．电器识别方法及应用该方法的家庭用户碳
自动化与仪表 ，２０１２，２７（１）：２４－２７．
浅谈变压器的检修与维护
张 帅 魏颖 沈 阳工学 院 信 息与控 制学院
摘 要：在高速 发展的今天，变压器设备的使 用比较 频繁，变压器设备的检修要求、变压 器日常维护以及变压器常见故障的分析处理显得尤为重要 ， 从 实际 出发实 行 电力 变压 器状 态检 修 是现 代 高可靠性 电网发展 的必 然要 求 。本文 阐述 了实 行状 态检 修 应开展 的检 修 维 护工作 及 实施 电力变压 器 状 态
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图 ２软件 设计 程 序流 程 图 ４结 束 语 本 文提 出一 种 基 丁 Ｃｏｔｅｘ—Ｍ３ 片 与 ＲＮｇ２０９的 低 成 本 、高 精 确 度 的 用 电器 识 别 监 挖 系 统 该 系 统 不 仪 可 以精 确 地 学 习和 别 电器类型，同时还可 以对单个用电器 电能消耗进 行统计 避 免了增 加 额 外 器件 与 电路 的 麻 烦 。
基于ATmega128L和RN8209的多功能数字功率表的设计
基于ATmega128L和RN8209的多功能数字功率表的设计林屹清;施火泉
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2010(000)011
【摘要】介绍了一种以ATmega 128L单片机为核心,采用专用电能计量芯片RN8209设计的单相多功能数字功率表.提供了其硬件设计,并在此硬件平台的基础上采用模块化软件设计方法实现有功功率、无功功率、视在功率和功率因数测量.该功率表具有多功能、高精度、高性能、低成本等特点,有一定推广价值.
【总页数】4页(P66-68,71)
【作者】林屹清;施火泉
【作者单位】江南大学电气自动化研究所,江苏,无锡,214122;江南大学电气自动化研究所,江苏,无锡,214122
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于ATmega128L单片机太阳能路灯的设计 [J], 熊慧芳
2.基于RN8209防窃电电能表设计 [J], 梁方英;何日阳;陈妙芳
3.基于数字功率表WT230的计算机测量系统设计 [J], 陈雷;姜周曙
4.基于ATmega128L微处理器太阳能路灯控制系统的设计 [J], 王小龙
5.基于51单片机的数字功率表设计 [J], 伊元梅;温宗周
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单相防窃电智能电能表的设计
科技 ｌ向导
２ ０ １ ３ 年２ ３ 期
单相防窃电智能电能表的设计
（ １ ． 银 川 华 能 电 力 仪 表 有 限公 司 宁夏
陈国斌 ， 蔡春林 ２ 银川 ７ ５ ０ ０ ０ ４ ； ２ ． 宁夏 职 业 技 术 学 院
宁夏
银川
７ ５ ０ ０ ２ １ ）
【 摘 要】 针 对实际计量 中存在 的窃 电现 象， 研制 了具有防窃 电功能 的单相 防窃电本地费控 电能表 ， 该 电能表 的电能计量基于 火线和零 线 两个电流 中较大者进行 ， 即使在 两线 中有一线 没有任 何 负载 电流流过 ， 电能表也能 正确 的计量 电能和 电费 ， 因此 能有 效遏制常见短接 窃 电行
为， 减 少不 法窃电给供 电部 门造成 的经 Байду номын сангаас损 失。
【 关键词 】 单相 防窃电； 本地 费控 ； 智 能电能表 ； 设计
硬 件的设计在满 足用户和计 量部门要求 的前 提下 ．充分考虑 精 度、 功 能、 成本及 可靠性等 ． 同时遵循器件及部件 的统一性 和模块 化设 计 的原则 。 ２ ． １电源模块 电能表属 于不 间断工作 的电力计量产品 ． 因而其 电源电路 是其 硬 件设计 的关键部分之一 ． 电源 电路负 责给各个硬件模块 供 电． 以保 证 整个 电能表 的正 常运行 。主 电源采用三路互相隔离 的直流 电源 。 第 一 路 提供计 量电路工作 ， 第二路提供 给 Ｒ Ｓ ４ ８ ５ 及载波通信 电路 ． 第三 路 供Ｍ Ｃ Ｕ及其 它电路使用 锂 电池 主要用于停 电后给时钟 电路 和微 控 １ ． 总体 设 计 方 案 单相 防窃 电本地 费控智能 电能表 电路功能模 块总体 框 图如 图 １ 制器 电路供 电 ２ ． ２ ＭＣ Ｕ主控芯片 所示。 电能表 主要功 能单元 包括主控制器 Ｍ Ｃ Ｕ 、 电源模块 、 断送 电模 主控制器 ＭＣ Ｕ负责按键输入扫描 、 工作状态检测 ， 计量数据 的读 块、 计 模块 、 显示模 块 、 存储模 块、 时钟模块、 通信模块 、 预付 费模块 ； 辅 计算和存储 、 电表参数的现场配置以及 与外界 的通信控制等 。 本设 助模 块主要有 ： 工作 异常报警 电路 、 按 键输入 电路、 开盖检测电路 等。 入、 计选用 Ｒ Ｅ Ｎ Ｅ Ｓ Ａ Ｓ 半导体 的单片机 ７ ８ Ｆ ０ ５ ２ ６为主控 芯片。７ ８ Ｆ ０ ５ ２ ６ 具 有 的功 能 ： ９ ６ ｋ字节 Ｈａ ｓ ｈ闪速存 储器 ． ４ ｋ字节 内部 Ｒ ＡＭ． ４ ５个 可编 程Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ Ｉ ／ Ｏ口， 可选 择上拉 电阻 ， ２ 个专用输入 口． ７ 个定 时计 数器 ． ５ 个外部 中断 ， ２ ３ 个 内部 中断 ，内置按 键中断功能 ， １ 个软件 中断 ． 允 许 中断嵌套 ， ２ 个全双工 串行 通信 口，一个 Ｉ ２ Ｃ口， １ ６ 位硬件乘 法器 ． 片内高低速振 荡器及 时钟 电路 ． ２种低功耗 电工作方式 ２ ＿ ３ 计量 电路 计量 芯片采用深圳锐能微 Ｒ Ｎ ８ ２ ０ ９ 单相多功能专用计量芯 片 ． 该 芯片提供两路电流和一路 电压有效值 测量 ．在 ４ ０ ０ ： １ 动态范 围内 ． 有 效 值误差 ＜ Ｏ ． ５ ％：有 功 电能 误差在 １ ５ ０ ０ ： １ 动态 范 围 内＜ ０ ． １ ％．支 持 Ｉ Ｅ Ｃ ６ ２ ０ ５ ３ — ２ ２ ： ２ ０ ０ ３ 标准要求 。能够测量有 功功率 、 无 功功率 、 有功 能 量、 无功能量 ． 并能提供 ２ 路独立的有功功率和有效值 、 电压 电流有效 值、 线频率 、 过零 中断等 ， 可以实现灵活的防窃电方案 。支持全数字 的 增益 、 相位 和 Ｏｆ ｆ ｓ ｅ ｔ 校正 。内部 的电源监 控电路可以保证上 电和断 电 时芯片 的可靠工作 ． 提供串行 Ｓ Ｐ Ｉ 与 ＭＣ Ｕ之间通讯 图１ 电能表 电路功能模块总体框 图 Ｍ Ｃ Ｕ ｆ ３ ５ ￣ ＿ Ｓ Ｐ Ｉ 总线对计量芯片进行配置和数据读 取， 其中电压、 电流、 工作 时 ． 被测交 流电压 和电流经 过高精 度采样后送到专用 电能计 功率为寄存器直读 ． 电能计量信号为数字输 出． Ｍ Ｃ Ｕ通过 中断捕获电量 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 脉冲并计数 ． 通过查询获取电量方向． Ｍ Ｃ Ｕ软件配合实现软件校表 率信 号传 送给主控 制器 Ｍ Ｃ Ｕ． ＭＣ Ｕ将脉 冲信 号依据 时段 费率进行分 ２ ． ４时钟模块 时累计 ， 得到 总电量 和各费率 电量 ， 并保存 到储存 器中 ． 同时对剩余金 时钟 电路采用 Ｅ Ｐ Ｓ Ｏ Ｎ公司的 Ｒ Ｘ ８ ２ ０ ５ Ｔ芯片完成 ． 具有很 高的精 额进行递 减 ： 当剩余金 额减至报警 电量时 ． 报 警灯点亮提 醒用户及 时 度 ． 内置温度补偿 晶振 ． 可在宽 温范围内实现精 确计时低功耗 时钟芯 充值 ； 当剩余 金额减至零时 ． 断开内部继电器禁止用户用 电 。Ｍ Ｃ Ｕ定 片 ．通过 ２线 Ｉ ２ Ｃ方式 与 Ｃ Ｐ Ｕ连接 ． Ｓ Ｄ Ａ脚和 Ｓ Ｃ Ｌ脚分别与 ＭＣ Ｕ的 期读取并 比较计量芯片火线和零线 电流寄存器 的值 ． 如果这两个 电流 引脚 相连 ． 并有 ２个 中断报警引脚可设置为输出秒或分同步脉冲 相差值超过设定 的阀值 ． 单片机选择计量芯 片两个 电流中较大 的电流 ＭＣ Ｕ通过 Ｉ ２ Ｃ通讯接 口可读取当前的时间 ． 计算 出该 时刻所 属的 通道作为 当前电能计量的通道 ． 同时输出声光报警信 号指示窃 电状态 时段 ． 实 现多 费率 电能表 的分时段计量电能 时钟 电路带有备用 锂电 发生 ． 因电能计 量基于这两 个电流 中较 大者进行 ． 即使在两线 中有一 池 ， 正 常工作 时有主 电源 ｖ ｃ ｃ 供 电； 当出现停 电时 ， 自动切换锂 电池为 线没有任何负载电流流过 ． 电能表也能正确 的计量 电能 微控制器可 时钟 电路 供 电 通过 Ｒ Ｓ ４ ８ ５和红外 通信接 口与外部进 行通信 电能表 内置有 温度补 ２ ． ５存 储 模 块 偿的实时时钟 ． 可以提供准确 的 日期和 时间 ． 用于微 控制器进行 复费 采用美 国 ＡＴ ＭＥ Ｌ公 司的 ２ ４ Ｌ Ｃ ５ １ ２低功耗 串行存储器 芯片 ． 采用 率计 量、 事件记录等。 带汉字字符 的 Ｌ Ｃ Ｄ液晶屏可显示电能表运行参 Ｉ ２ ｃ 接 口与 Ｍ Ｃ Ｕ通讯 ， 待机 电流和工作 电流分别是 １ Ａ和 ｌ ｍ Ａ ， 存储 数和用 电信 息 ． 具有背光照亮 功能。 通过 Ｉ ｃ卡 口可 以对电能表进行充 容量达到 ６ ４ Ｋ字节 ． １ Ｏ 万次擦写次数 ． 数据保存时间超过 １ ０ ０ 年 值． 并将 电能表内的用电信息 返写到 Ｉ ｃ卡 中 ２ ． ６液 晶 显 示
单相智能电表(RN8209)参考设计
富士通半导体设计（成都）有限公司 应用笔记F²MC-8FX 家族8-BIT 微型控制器MB95410H/470H 系列单相智能电表（RN8209）参考设计RN8209 操作应用笔记修改记录修改记录本手册包含14 页。
版权©2011富士通半导体设计（成都）有限公司目录目录修改记录 (2)目录 (3)1概要 (4)2背景 (5)2.1概要 (5)2.2RN8209的特性 (5)2.3功能框图 (5)3硬件框图 (6)3.1电能计量系统的硬件框图 (6)4硬件参考原理图 (7)5软件框图 (9)5.1SPI 帧格式 (9)5.2SPI 通信过程 (9)5.3软件系统框图 (10)6软件函数列表 (11)6.1上层应用函数 (11)6.2底层函数 (12)7更多信息 (13)8附录 (14)8.1图表索引 (14)1 概要这篇应用笔记介绍了电表方案的计量功能。
第2章介绍了背景。
第3章介绍了计量功能的硬件框图。
第4章介绍了硬件参考原理图。
第5章介绍了软件流程图。
第6章介绍了软件函数列表。
2 背景本章介绍了RN8209的背景2.1 概要RN8209能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等，可以实现灵活的防窃电方案。
RN8209支持全数字的增益、相位和offset校正。
2.2 RN8209的特性∙计量∙软件校表∙提供SPI/RSIO通信接口∙具有电源监控功能∙单+5V电源供电，功耗典型值为32mw∙内置2.5V±3%参考电压，温度系数典型值为25ppm/℃2.3 功能框图图 2-1: RN8209的功能框图第3章硬件框图3 硬件框图本章介绍了电能计量系统的硬件框图3.1 电能计量系统的硬件框图图 3-1: 硬件框图4 硬件参考原理图本章介绍了电能计量系统的硬件参考原理图图 4-1: RN8209 外围电路R1001K图 4-2: 火线电流采样电路图 4-3: 零线电流采样电路R105150KR107100K图 4-4: 电压采样电路图 4-5: SPI 通信电路5 软件框图本章介绍了电能计量系统的软件框图5.1 SPI 帧格式表 5-1: SPI 帧格式5.2 SPI 通信过程图 5-1: SPI 写过程图 5-2: SPI 读过程5.3 软件系统框图Array图 5-3: 软件系统框图6 软件函数列表6.1 上层应用函数表 6-1: 软件上层应用函数列表6.2 底层函数表 6-2: 软件底层函数列表第7章更多信息7 更多信息关于富士通半导体更多的产品信息，请访问以下网站：英文版本地址：/cn/fsp/services/mcu/mb95/application_notes.html 中文版本地址：/cn/fss/services/mcu/mb95/application_notes.html第8章附录8 附录8.1 图表索引表 5-1: SPI 帧格式 (9)表 6-1: 软件上层应用函数列表 (11)表 6-2: 软件底层函数列表 (12)图 2-1: RN8209的功能框图 (5)图 3-1: 硬件框图 (6)图 4-1: RN8209 外围电路 (7)图 4-2: 火线电流采样电路 (7)图 4-3: 零线电流采样电路 (7)图 4-4: 电压采样电路 (8)图 4-5: SPI 通信电路 (8)图 5-1: SPI 写过程 (9)图 5-2: SPI 读过程 (9)图 5-3: 软件系统框图 (10)。
一种防窃电的电能表[实用新型专利]
![一种防窃电的电能表[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/84fbe2efeff9aef8951e06b0.png)
专利名称：一种防窃电的电能表专利类型：实用新型专利
发明人：徐建荣,胡波,朱礁,陈亘琳申请号：CN201220559658.2申请日：20121029
公开号：CN202886436U
公开日：
20130417
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种防窃电的电能表，旨在提供一种加工简单，防窃电能力较强的电能表。
包括底座、表盖，底座和表盖采用固定连接，采用铅封对底座和表盖的固定连接部位进行密封。
在表盖和铅封的第一接触部位、底座和表盖的第二接触部位均采用超声波焊接。
通过对电能表构件进行超声波焊接，极大的增强了电能表的密封性，有效的阻止了通过打开电能表表盖进行窃电的不法行为。
申请人：重庆华虹仪表有限公司
地址：重庆市北碚区龙凤桥258号
国籍：CN
代理机构：云南派特律师事务所
代理人：岳亚苏
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机
电
工
程
Ｖｏ ． ７ １ ２ Ｎｏ． １１ ＮＯ Ｖ．２ ０ ０１
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基 于 ＲＮ ２ ９防 窃 电 电 能 表 设 计 ８０
３１ ０ ０ ５３，Ｃｈ ｎ ｉ ａ；２． Ｗ ｅｌｕ ｅ ｔｉ ｅｅ ｌｓ ｎ Ｅｌｃ ｒｃ Ｍ ｔ ｒＣｏ．， ｔ Ｌ ｄ．， Ｈａ ｇ ｈ ｕ ３１ ０ ７， Ｃｈ ｎ ｎ ｚ ｏ ０ ０ ｉ ａ；
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摘要 ： 针对 当前严重 的窃 电现象 以及现有防窃 电措施不足 的问题 ， 出并设计 ＿一 种基于 Ｒ ８０ 提 ｒ Ｎ ２ ９防窃 电电能表 ， 该电能表能够完
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梁 方 英 ， 日阳２， 何 陈妙芳
（ ． 江机 电职业 技术 学 院 电气工程 系 ， １浙 浙江 杭州 ３ ０ ５ ； ． 江万胜 电力 仪表有 限公 司 ， １０ ３ ２ 浙 浙江 杭州 ３ ０ ０ １０ ７； ３ 浙 江工 业职业 技术 学 院 电气 工程 分 院 ， ． 浙江 绍 兴 ３ ２ ０ ） １０ ０
可靠等特点 。
关 键 词 ： 能表 ； Ｎ ２ ９ 防 窃 电 电 Ｒ ８０ ； 中图 分 类 号 ：Ｈ １ Ｔ ７ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １ ４ ５ （０ ０ １ ０ ０ ０ １０ — ５ １ ２ １ ）１— １６— ４
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｇ ｅ ｐ ａ ｅ ｅ ｅ ｔ ｏ ｉ ｎ ｉｓｅ ｌＷ ａ ｔｈ ｕ ｅ ｅ ａ ｅ ｎ ＲＮ８ ０ ｓｇ ｆｓｎ ｌ — ｈ ｓ ｌｃ ｒ ｎ ｃ ａ ｔ－ｔ ａ ｔ－ ｏ ｒ ｍ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ２９
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