基于多电源的智能电表及电源控制方法与流程

本发明涉及智能电表，尤其是涉及基于多电源的智能电表及电源控制方法。

背景技术：

1、智能电表作为一种现代化的电力计量设备，除了基本的电量计量功能外，还具有远程抄表、实时监测、故障诊断、预付费和峰谷电价等功能。这些特点使得智能电表在多种应用场景中都能发挥重要作用。下面是一些智能电表的多应用场景

2、居民家庭：实时监测家庭用电情况，帮助用户了解和管理家庭能源消耗。远程抄表，减少人工抄表带来的不便和错误。

3、商业建筑：对不同部门或租户的用电进行独立计量，便于能源管理和成本分摊。

4、工业用电：用于生产线和设备的能耗监测，优化生产流程，减少能源浪费。

5、分布式发电：在太阳能、风能等分布式发电系统中，智能电表可以精确计量发电量和用电量，为上网电价提供数据支持。

6、智能电网：作为智能电网的终端设备，智能电表支持需求响应，帮助电网运营商实现负荷管理。

7、智能电表主要使用电子元器件进行电能计量和数据采集，这些电子元器件需要定期供电才能工作。通常情况下，智能电表会通过电网进行供电，同时也可以备有电池或太阳能电池板等供电装备，以备不时之需。

8、对于采用电池进行供电的智能电表，智能电表在恶劣工况下，如极端温度、高湿度、强电磁干扰等，可能会导致电池失效。电池失效会影响到智能电表的正常工作，尤其是在停电时，电表可能无法保存数据、维持时间同步或执行远程通信等关键功能。为了解决这个问题现有技术通常选择高质量的电池能够更好地适应极端温度和湿度变化，具有更长的使用寿命和更好的化学稳定性，亦或是对电池采取保护措施，比如使用电池保护板、温度控制装置等，以防止电池过充、过放和过热。

9、这些方案一定程度能提高智能电表的供电电池的可靠性，但是在一些极端场景下出现异常碰撞等情况导致电池脱落或破坏的情况下，依然会出现断电的情形。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供基于多电源的智能电表及电源控制方法。采用如下的技术方案：

2、基于多电源的智能电表，包括智能电表本体、主供电电源、备用供电电源、异常状态供电电源组件和基于供电中断检测的供电切换控制模块，所述主供电电源与智能电表本体的供电输入端子电连接，备用供电电源通过供电切换控制模块与智能电表本体的供电输入端子电连接；

3、异常状态供电电源组件安装在智能电表本体周围设定距离内的固定点，采用无线供电的方式为智能电表本体供电；

4、供电切换控制模块检测智能电表本体的供电状态，当检测供电状态为主供电电源供电，且智能电表本体的电路板供电电压低于设定电压阈值时，控制切换备用供电电源与智能电表本体的供电输入端子接通进行备用供电；

5、供电切换控制模块检测智能电表本体是否发生超过设定振动阈值的振动，并在振动发生后分别控制主供电电源和备用供电电源为智能电表本体供电，若检测供电失败，则向异常状态供电电源组件无线交互供电检测异常信号，控制异常状态供电电源组件启动为智能电表本体无线供电。

6、通过采用上述技术方案，采用三种电源模式为智能电表本体进行供电，正常状态下采用主供电电源供电，主供电电源可以是干电池、锂电池、或者电网取电，当检测到主供电电源供电时智能电表本体的电路板供电电压低于设定阈值，此时认定主供电电源欠压或者异常，供电切换控制模块可以控制备用供电电源为智能电表本体供电，备用供电电源可以是干电池或锂电池等电池形式；

7、供电切换控制模块还会对智能电表本体的振动情况进行检测，当智能电表本体的振动情况超过设定振动阈值时，认为智能电表本体发生了剧烈碰撞等极端情况，此时需要对供电电压进行检测，若供电电压低于设置值或为0，则认定主供电电源或备用供电电源均无法接入智能电表本体供电，此时启用异常状态供电电源组件，异常状态供电电源组件采用无线供电的方式为智能电表本体供电，无线供电的方式可以是射频无线供电、磁感应无线供电或光能无线供电等形式实现，由于异常状态供电电源组件设置安装在智能电表本体周围设定距离内的固定点，例如智能电表本体附近五米范围内位置，智能电表本体的振动情况可能来自主动破坏、高空坠物或者地震等异常极端情形，而异常状态供电电源组件不在同一地点可以避免遭受同等破坏，而且异常状态供电电源组件不考虑智能电表本体同等的功能和结构设计，可以采用更加坚固的抗破坏设计，可以为智能电表本体提供更加可靠的供电冗余，为智能电表本体在野外极端工况提供更加稳定的供电。

8、可选的，异常状态供电电源组件包括防护盒体组件、万向云台、异常状态供电电池组、无线供电发射单元和无线供电接收单元，所述防护盒体组件可拆卸安装在智能电表本体周围设定距离内的固定点，异常状态供电电池组和万向云台的底座分别固定安装在防护盒体组件内壁底部，所述无线供电发射单元包括无线供电发射器和基于芯片的无线供电发射控制器，无线供电发射器可拆卸安装在万向云台的转动部，无线供电接收单元包括定位器和无线供电接收器，无线供电接收器和定位器分别安装在智能电表本体内部，并通过供电切换控制模块与智能电表本体的供电输入端子电连接，定位器用于采集无线供电接收器位置，所述无线供电发射控制器与定位器通信连接，根据定位器的定位数据控制万向云台动作，使无线供电发射器对准无线供电接收器并开启无线供电，无线供电发射控制器与供电切换控制模块无线通信连接。

9、可选的，防护盒体组件包括盒体框架和四个电控升降门，盒体框架的四面为开口状态，智能电表本体周围设定距离内的固定点设置预埋件，所述盒体框架的底部通过地脚螺栓可拆卸安装在智能电表本体预埋件顶部，四个电控升降门分别安装在盒体框架的四面开口处，无线供电发射控制器分别控制四个电控升降门的升降。

10、可选的，四个电控升降门的门采用非金属高强度材质制成。

11、通过采用上述技术方案，在实际应用中，异常状态供电电池组可以是锂电池、干电池或电网取电的形式，一个异常状态供电电源组件的异常状态供电电池组可以为区域范围内的一个或者多个智能电表本体进行异常状态供电，供电时可以控制四个电控升降门打开这样可以使无线供电的效率更高；定位器采集无线供电接收器位置数据，无线供电发射控制器控制万向云台动作，使无线供电发射器对准无线供电接收器并开启无线供电，从而避免在异常状态下进行线路连接，保障了极端异常状态下的无线供电需求。

12、可选的，无线供电发射控制器包括无线通信模块、存储器、主控芯片和定位接收器，所述主控芯片通过无线通信模块与供电切换控制模块无线通信连接，并与存储器通信连接，定位接收器与定位器无线通信交互定位器的定位数据，主控芯片分别控制万向云台、无线供电发射单元和四个电控升降门的执行动作。

13、通过采用上述技术方案，无线供电发射控制器的无线通信可以采用近距离的无线通信技术实现，例如蓝牙、无线微波、zigbee技术等。

14、可选的，无线通信模块和定位接收器采用uwb无线通信芯片实现。

15、通过采用上述技术方案，超宽带（uwb）技术是一种无线通信技术，它使用非常宽的频谱带宽（通常大于500mhz）来传输数据。uwb芯片的收发实现涉及多个方面，包括射频（rf）前端、调制解调、数据处理和接口等。可以实现近距离的定位及无线通信。

16、可选的，供电切换控制模块包括壳体、基于无线信号控制的多路逻辑开关电路、振动传感器、检测端存储器、数据分析芯片、控制芯片、检测端无线收发模块和无线电压传感器，所述壳体通过螺栓固定安装在智能电表本体的壳体内壁上，所述振动传感器安装在壳体内壁，检测壳体的振动数据，并与检测端存储器通信连接，主供电电源、备用供电电源和异常状态供电电源组件分别通过多路逻辑开关电路与智能电表本体的供电输入端子电连接，无线电压传感器检测智能电表本体电路板的供电电压，并与检测端无线收发模块无线通信连接，数据分析芯片采集振动传感器的振动数据，并与设定振动阈值比较，若超过设定振动阈值与控制芯片交互结果，控制芯片控制多路逻辑开关电路动作，使主供电电源、备用供电电源或异常状态供电电源组件接入为智能电表本体供电。

17、可选的，多路逻辑开关电路是无线多路复用器开关模块。

18、通过采用上述技术方案，多路逻辑开关电路可以无线多路复用器开关模块，多路逻辑开关电路的基本组成部分包括：输入端：多路开关电路有多个输入信号，通常表示为i_0,i_1,i_2,...,i_{n-1}，其中n是输入信号的数量。

19、控制端：控制信号（s_0,s_1,...,s_m）用于选择哪个输入信号被传送到输出端。控制信号的数量m决定了电路能够选择的输入信号的数量。

20、输出端：输出端接收被选中的输入信号。

21、开关元件：开关元件可以是机电继电器、晶体管（如mosfet）、二极管等，它们根据控制信号的状态来导通或截止。

22、可以实现无线信号控制下各个供电电路之间的自动切换，

23、基于多电源的智能电表电源控制方法，采用基于多电源的智能电表实现多电源供电控制，包括以下两种异常供电控制方法：

24、正常供电状态下主供电电源通过多路逻辑开关电路为智能电表本体供电，当无线电压传感器检测到电路板供电电压低于设置电压阈值时，认定主供电电源欠压，控制芯片通过检测端无线收发模块向多路逻辑开关电路无线发送切换指令，更换备用供电电源通过多路逻辑开关电路为智能电表本体供电；

25、当备用供电电源进行备用供电时，若数据分析芯片分析振动数据超过设定振动阈值与控制芯片交互结果，控制芯片控制多路逻辑开关电路动作使异常状态供电电池组接入为智能电表本体供电。

26、可选的，当采用异常状态供电电池组接入为智能电表本体供电时，控制芯片通过检测端无线收发模块向远端控制中心无线广播异常状态信号。

27、通过采用上述技术方案，检测端无线收发模块可以通过无线通信接入电网的网络，从而实现向远端控制中心无线广播异常状态信号，使工作人员第一时间了解智能电表本体的异常情况，情况达到现场检修。

28、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

29、本发明能提供基于多电源的智能电表及电源控制方法，采用三种电源模式为智能电表本体进行供电，正常状态下采用主供电电源供电，当检测到主供电电源供电时智能电表本体的电路板供电电压低于设定阈值，供电切换控制模块可以控制备用供电电源为智能电表本体供电；

30、供电切换控制模块还会对智能电表本体的振动情况进行检测，当智能电表本体的振动情况超过设定振动阈值时，认为智能电表本体发生了剧烈碰撞等极端情况，此时需要对供电电压进行检测，若供电电压低于设置值或为0，此时启用异常状态供电电源组件，异常状态供电电源组件采用无线供电的方式为智能电表本体供电，由于异常状态供电电源组件设置安装在智能电表本体周围设定距离内的固定点，异常状态供电电源组件不考虑智能电表本体同等的功能和结构设计，可以采用更加坚固的抗破坏设计，可以为智能电表本体提供更加可靠的供电冗余，为智能电表本体在野外极端工况提供更加稳定的供电。