技术领域
[0001] 本
发明实施例涉及电
力系统电测量技术，更特定言之，本发明一个较佳实施例涉及一种电表，又一较佳实施例涉及一种带有新颖近红外读数装置的电表。
背景技术
[0002] 近红外通讯广泛应用于手持式设备和电脑与电表的抄表应用中。近红外通讯具有高电气隔离，线路简单，抗干扰性好，可以方便的实现点对点通讯的特点。
[0003] 但是传统的近红外通讯头必须满足通讯头的红外发射管对准设备的红外接收管，通讯头的红外接收管对准设备的红外发射管才能通讯。同时IEC标准和ANSI标准对电表上的红外发射管和红外接收管的
位置定义刚好是相反的，导致红外通讯头设计时必须区分两种不同标准的设备。
发明内容
[0004] 本发明主要涉及一种应用于近红外通讯的360°全方向通讯装置，主要包括：近红外发射部，红外
信号接收部，斜率比较器，TXD信号屏蔽部。本
电路采用中心对称设计，不需要对准电表端近红外通讯的红外发射管和接收管，可以实现任意
角度通讯，本电路可以兼容IEC标准和ANSI标准的近红外通讯读数的要求，无需对准即可通讯。
[0005] 技术方案1：近红外读数装置，它用于与一个电表的红外通讯部之间的通讯耦合，包括一个近红外读数装置本体，其改进设计在于：所述近红外读数装置本体的一端设置有数据
接口。
[0006] 所述近红外读数装置本体的端部设有读数头壳体，所述读数头壳体内设有读数模
块，所述读数模块连接数据接口。
[0007] 在一个较佳实施例中，所述读数模块包括了DSP，信号发射部，信号接收部，斜率比较器以及TXD信号屏蔽部，其中所述DSP分别通过所述的信号发射部和信号接收部向电表的红外通讯部发送和接收红外信号，且在所述信号发射部与信号接收部之间连接了斜率比较器以及与之耦合的TXD信号屏蔽部。
[0008] 在一个较佳实施例中，近红外读数装置进一步包括电源，它为所述DSP，信号发射部和信号接收部提供工作
电压，且进一步连接所述数据接口，通过所述数据接口获取外部电力源。
[0009] 所述数据接口为航空插头或者USB接口。
[0010] 在一个较佳实施例中，所述信号发射部包括红外发射阵列以及与之耦合的
开关器件，通过所述开关器件受控于DSP的TXD信号端且进一步控制所述红外发射阵列，其中所述红外发射阵列包括若干个并行且对称设置的红外发射管。
[0011] 在一个较佳实施例中，所述的开关器件为
三极管Q1。
[0012] 在一个较佳实施例中，所述信号接收部包括上拉器件和与之连接的红外接收管T1，通过所述红外接收管T1接收电表的红外通讯部的红外信号。
[0013] 在一个较佳实施例中，所述电位上拉器件为上拉
电阻R4。
[0014] 在一个较佳实施例中，所述斜率比较器的输入端接入信号接收部，且包括：两个并联的第一受控通断器件和第二受控通断器件，它们连接至所述信号接收部，根据此信号接收部的红外接收管T1的信号而对后级电路造成通断控制；
[0015] 第一上拉器件，它连接所述第一受控通断器件，以将其通断得出的信号提升或衰减至第一电压；
[0016] 第一
分压器件，它连接所述第二受控通断器件，以将其通断得出的信号分压而获得第二电压；
[0017] 比较器U1B，它分别将所述第一上拉器件和第一分压器件的第一和第二电压作为正端和负端加以接入，以判断出一个
数字信号给DSP的RXD信号端。
[0018] 在一个较佳实施例中，所述第一、第二受控通断器件为相互并联的
二极管D7，D9；所述第一上拉器件为上拉电阻R8；所述第一分压器件为分压电阻R6，R12。
[0019] 在一个较佳实施例中，进一步包括与所述第一分压器件并联的容性器件，它在所述第二受控通断器件的通断过程中进行充电和放电，以使得所述第一电压与第二电压之间产生一个固定差值。
[0020] 在一个较佳实施例中，所述容性器件为电容器C2。
[0021] 在一个较佳实施例中，所述TXD信号屏蔽部接入DSP的TXD信号端，且控制所述斜率比较器，它包括：
[0022] 第二开关器件，它接入所述TXD信号端且根据其电平进一步控制后级电路；
[0023] 第二上拉器件，它连接所述第二开关器件，以将其通断得出的信号提升或衰减至第一电压；
[0024] 第二分压器件，它连接所述第二开关器件，以将其通断得出的信号分压而获得第二电压；
[0025] 比较器U1A，它分别将所述上拉器件和分压器件的第三和第四电压作为正端和负端加以接入，以判断出一个数字信号控制斜率比较器的数字信号输出。
[0026] 在一个较佳实施例中，所述第二开关器件为二极管D8，所述第二上拉器件为上拉电阻R11，所述分压器件为分压电阻R9，R10。
[0027] 技术方案2：电表，它接设于
电网供电线与电网用户负载之间，其改进设计在于：包括根据前述的近红外读数装置，以及与之相配合的
表壳，在所述表壳内设置有处理器和红外通讯部，所述红外通讯部电连接至处理器，其中所述表壳内固定有
铁柱，所述近红外读数装置内固定有磁柱，所述铁柱与所述磁柱的位置相对应并可
吸附在一起。
[0028] 在一个较佳实施例中，电表实现与外部设备进行近红外数据通讯的方法包括了步骤：
[0029] 1)通过所述近红外读数装置的数据接口连接一个外部数据设备并获取工作电力支持；
[0030] 2)将所述近红外读数装置一端的凸台对准插入所述表壳对应的
定位槽中，使所述表壳内的红外通讯部与读数模块正对地相互通讯耦合；
[0031] 3)所述外部数据设备通过读数模块向红外通讯部发送读数信号：通过DSP将其TXD信号端置于低电平，通过电阻R5输入给信号发射部的开关器件一个低电平信号使之导通，进而使得所述电源的一个电压提供给红外发射阵列，使之向红外通讯部发送红外信号；
[0032] 4)所述电表的处理器通过红外通讯部接收此红外信号，并反馈数据信号给信号接收部；
[0033] 5)通过所述信号接收部的红外接收管T1接收此反馈的数据信号，所述红外接收管T1处于放大状态，其C极处于一个电平不确定的低电平状态，此时其C极电压是与所述电表的红外通讯部的红外发射强度和发散角度成比例关系，当所述红外通讯部的红外发射强度与发散角度增大时，C极电压逐渐趋近于0V；当所述红外通讯部结束发射数据信号时，所述红外接收管T1的C极电压被上拉器件提升至所述第一电压；
[0034] 6)通过数据接口传送数据信息给外部数据设备。
[0035] 在一个较佳实施例中，在步骤3)中，在所述信号发射部未接收到来自TXD信号端的信号时，所述DSP将其设置为高电平，通过电阻R5输入给信号发射部的开关器件一个
高电平信号使之截止；在步骤5)中，在未接收到红外通讯部的数据信号时，所述红外接收管T1的C极电压被上拉器件强置于第一电压。
[0036] 在一个较佳实施例中，当红外接收管T1接收到反馈的数据信号时，开始进入放大状态，其C极电压开始下降，使得斜率比较器的受控通断器件开始导通，分别导致比较器U1B的正端和负端所获得的第一和第二电压下降；
[0037] 通过容性器件将所述比较器U1B的正端电压下降速度控制为高于负端电压，使得比较器U1B输出为低电平，RXD信号端开始由高电平跳变为低电平；
[0038] 当红外接收管T1的C极电压稳定在一个低电平时，因受控通断器件上的压降不同，导致比较器U1B的正端电压小于负端电压，使得比较器U1B维持在低电平输出，RXD信号端继续输出为低电平信号；
[0039] 当红外接收管T1停止收到反馈的数据信号时，开始由放大状态变为截止状态，其C极电压开始上升到第一电压，使得所述受控通断器件的正极侧电压开始上升；
[0040] 通过分压电阻对容性器件进行充电，导致比较器U1B的负端电压提升速度低于正端电压，比较器U1B的输出通过上拉电阻输出高电平，RXD信号端输出高电平。
[0041] 在一个较佳实施例中，当DSP的TXD信号端设为高电平时，所述TXD信号屏蔽部的开关器件截止，使得比较器U1A的正端输入电压被上拉电阻提升至第三电压，其中所述比较器U1A的负端电压是通过分压电阻对所述第三电压分压得到的第四电压，此时比较器U1A的正端电压高于负端电压，使得比较器U1A不对斜率比较器的负端进行控制；
[0042] 当DSP的TXD信号端设为低电平时，所述TXD信号屏蔽部的开关器件导通，使得比较器U1A的正端电压被上拉器件设为低于负端电压而输出低电平；
[0043] 斜率比较器的比较器U1B负端电压被拉至低电平，使其正端输入电压恒大于负端输入电压而输出高电平，RXD信号端输出高电平。
[0044] 本发明的有益效果显而易见，本方案采用中心对称设计。通过斜率比较器来克服红外接收管与设备的红外发射管之间的角度差带来的红外接收信号上升沿/下降沿缓慢的问题，实现了红外发射管和红外接收管非中心对准时的通讯功能。
附图说明
[0045] 图1A为本发明近红外读数装置的一个较佳实施例的结构原理图一；
[0046] 图1B为本发明近红外读数装置的一个较佳实施例的结构原理图二；
[0047] 图2为本发明近红外读数装置的读数模块的主要电路原理图。
具体实施方式
[0048] 参照图1A、图1B，近红外读数装置与一个电表的红外通讯部之间实现通讯耦合，包括一个近红外读数装置本体4，近红外读数装置本体4的后端设置有数据接口5。
[0049] 所述近红外读数装置本体4的端部设有读数头壳体6，所述读数头壳体6内设有读数模块7，所述读数模块7连接数据接口5。
[0050] 参照图2，在一个较佳实施例中，所述读数模块7包括了DSP(数字
信号处理器)706，信号发射部702，信号接收部703，斜率比较器704以及TXD信号屏蔽部705，其中所述DSP 706分别通过所述的信号发射部702和信号接收部703向电表的红外通讯部201发送和接收红外信号，且在所述信号发射部702与信号接收部703之间连接了斜率比较器704以及与之耦合的TXD信号屏蔽部705。
[0051] 在一个较佳实施例中，近红外读数装置10进一步包括电源701，它为所述DSP 706，信号发射部702和信号接收部703提供工作电压，且进一步连接USB数据接口707，通过所述USB数据接口707获取外部+12V电力源。
[0052] 在一个较佳实施例中，所述数据接口为航空插头或者USB接口，一般选择USB接口，在工业级仪表上可选择航空接口。
[0053] 进一步参照图2，在一个较佳实施例中，信号发射部702包括一个红外发射阵列，以及与之耦合的开关器件(较佳选用三极管Q1)，通过所述三极管Q1受控于DSP的TXD信号端且进一步控制所述红外发射阵列，其中所述红外发射阵列包括若干个并行且对称设置的红外发射管。
[0054] 在图2中给出一个信号发射部702的较佳实施例，它是由电阻R1,R2,R3,R5，红外发射管D1,D2,D3,D4,D5,D6(选择红外发射管D1与D2，D3与D4，D5与D6相互连接组成阵列)，三极管Q1组成。正常时TXD信号端设为高电平，TXD信号端通过电阻R5输入到PNP型三极管Q1的B极信号为高电平，使其截止，则红外发射管D1,D2,D3,D4,D5,D6不发射红外信号。当TXD信号端置为低电平时，TXD信号端通过电阻R5输入开关管Q1的B极一个低电平信号，Q1导通，则来自电源701的+3.3V
电源电压流过D1、D2、R1，D3、D4、R2，D5、D6、R3，红外发射管D1,D2,D3,D4,D5,D6发射红外信号给电表。
[0055] 同时，在PCB设计上，红外发射管D1,D2,D3,D4,D5,D6为中心对称布置，加上红外发射管具有一定的圆锥发射角度，不管红外通讯头如何放置都保证了电表侧红外通讯部201均可收到足够强度的红外信号，保证了发射信号的可靠性。
[0056] 在一个较佳实施例中，所述信号接收部包括上拉器件(电阻R4)和与之连接的红外接收管T1，通过所述红外接收管T1接收电表的红外通讯部201的红外信号。
[0057] 在图2中给出一个信号接收部703的较佳实施例，它主要是由电阻R4和红外接收管T1组成。
[0058] 其中，当电表无红外发射信号给通讯部201时，红外接收管T1截止，T1的C极被电阻R4上拉到高电平。当接收到非中心对准的电表的红外发射管发射的红外信号时，红外接收管T1进入放大状态，T1的C极处于一个电平不确定的低电平状态，其C极的电压与电表侧的红外发射管的红外强度和红外发散角度有关，当电表的红外发射管红外强度越大，红外发散角度越大时，C极的电压越接近0V。当电表的红外通讯部201结束红外发射时，T1的C极被电阻R4上拉上升到3.3V电压。
[0059] 在一个较佳实施例中，所述斜率比较器704的输入端接入信号接收部703的红外接收管T1，且包括：两个并联的第一受控通断器件及第二受控通断器件(较佳为相互并联的二极管D7，D9)，它们连接至所述信号接收部703，根据其红外接收管T1的信号而对后级电路造成通断控制；第一上拉器件(电阻R8)，它连接所述第一受控通断器件(二极管D7)，以将其通断得出的信号提升或衰减至第一电压+3.3V；第一分压器件(分压电阻R6，R12)，它连接所述第二受控通断器件(二极管D9)，以将其通断得出的信号分压而获得第二电压(低于+3.3V，测试得出的值为+3.0V)；比较器U1B，它分别将所述第一上拉器件和第一分压器件的第一和第二电压作为正端和负端加以接入，以判断出一个数字信号给DSP 706的RXD信号端。
[0060] 在一个较佳实施例中，进一步包括与所述第一分压器件(电阻R12)并联的容性器件(电容器C2)，它在二极管D7和D9的通断过程中进行充电和放电，以使得所述第一电压+3.3V与第二电压+3.0V之间产生一个固定差值0.3V。
[0061] 在图2中给出一个斜率比较器704的较佳实施例，它是由电阻R8,R6,R12,R7，二极管D7,D9，电容C2，比较器U1B组成。
[0062] 当红外接收管T1没有接收到红外信号时输出高电平，此时二极管D7,D9都截止。比较器U1B的正端输入被电阻R8上拉到+3.3V电压，比较器U1B的负端输入通过电阻R6和R12分压得出一个接近+3.3V的电压，此时比较器U1B的正端电压大于负端电压，比较器U1B输出端被上拉电阻R7上拉到高电平，输出RXD信号为高电平。
[0063] 当红外接收管管T1接收到红外信号时，T1开始进入放大状态，其C极电压开始下降，二极管D7,D9开始导通，比较器U1B的正端和负端电压分别因导通的D7，D9而下降。但是因为负端的电容C2存在的原因，U1B的正端电压下降速度比负端快，随后在一个很短的工作时限内，正端电压低于负端电压，比较器U1B输出低电平，RXD信号端开始由高电平跳变为低电平。
[0064] 当红外接收管T1的C极电压稳定在一个低电平时，因为流过通断开关D7,D9的
电流不同，且压降不同(且D7的压降小于D9的压降)，导致正端电压小于负端电压，比较器U1B维持在低电平输出，RXD信号端继续输出低电平信号。当T1停止收到红外信号，红外接收管T1开始由放大状态变为截止状态，T1的C极电压开始上升到+3.3V，通断开关D7和D9的正极侧电压开始上升，因为电阻R6需要对电容C2进行充电，导致比较器U1B负端的电压上升速度慢于正端的电压上升，随后又会在一个很短的工作时限内，比较器U1B的正端电压高于负端电压，比较器U1B输出通过上拉电阻R7输出高电平，从而RXD信号输出高电平。
[0065] 在一个较佳实施例中，所述TXD信号屏蔽部705接入DSP 706的TXD信号端，且控制所述斜率比较器704，它包括：第二开关器件(二极管D8)，它接入所述TXD信号端且根据其电平进一步控制后级电路；第二上拉器件(上拉电阻R11)，它连接前述第二开关器件，以将其通断得出的信号提升或衰减至第一电压+3.3V；第二分压器件(分压电阻R9，R10)，它连接比较器U1A的负端，以将其通断得出的信号分压而获得第二电压+2.4V；比较器U1A，它分别将所述上拉器件和分压器件的第三和第四电压作为正端和负端加以接入，以判断出一个数字信号控制斜率比较器的数字信号输出。
[0066] 在图2中给出一个TXD信号屏蔽部705的较佳实施例，它是由电阻R11,R9,R10，电容C1，二极管D8，比较器U1A组成。因为红外接收管T1接收到的
模拟信号距离、发射强度等的不同，常规技术的比较器无法正确处理为数字信号，所以本实施例设计了此斜率比较器。
[0067] 当TXD为高电平时，开关D8截止，比较器U1A的正端输入电压被R11上拉到+3.3V，比较器U1A的负端输入电压通过R9和R10对+3.3V分压得到。此时U1A的正端电压高于负端电压，比较器U1A输出高阻态，不对斜率比较器的负端进行控制，对模拟信号斜率的变化进行判断。
[0068] 例如，在模拟信号
波形上选择两点A和B，我们对A、B两点进行判断，其中A点是电压开始下降点，B点是电压开始上升点，映射在象限坐标中，表示为在第一和第四象限的线，上升的线在第一象限，斜率为正，比较器输出高电平。下降为第四象限，斜率为负，比较器输出低电平。对于一直为高或一直为低的情况，斜率为0，比较器输出不做变化。
[0069] 当TXD输出低电平时，开关D8导通，比较器U1A的正端电压被D8下拉后小于负端的电压，比较器输出低电平，斜率比较器U1B的负端被下拉到低电平，U1B的正端输入恒大于U1B的负端输入，U1B输出高电平，RXD为高。当TXD信号端由低到高发生跳变时，开关D8又截止，但是因为电阻R11对电容C1充电需要一定的时间才能充到高于U1A的负端电压，这段充电时间保证了在TXD跳变之后红外接收管因为结电容效应造成的关断时间晚于红外发射管关断时间而产生的滞后信号被TXD信号给屏蔽，RXD信号端在TXD信号端跳变为高电平后不会出现一个短暂的低电平脉冲。当通讯头接收到电表发射的红外信号时，TXD信号屏蔽电路已经释放了对斜率比较器负端的控制，斜率比较器又可以正常处理红外接收电路接收到的红外信号。
[0070] 在此
基础上发明一种电表，它接设于电网供电线与电网用户负载之间，如图1A、图1B和图2，其包括根据前述的近红外读数装置，以及与之相配合的表壳2，在所述表壳2内设置有处理器和红外通讯部201，所述红外通讯部201电连接至处理器，其中所述表壳2内固定有铁柱1，所述近红外读数装置内固定有磁柱3，所述铁柱1与所述磁柱3的位置相对应并可吸附在一起。
[0071] 在一个较佳实施例中，电表实现与外部设备进行近红外数据通讯的方法包括了步骤：
[0072] 1)通过所述近红外读数装置的数据接口连接一个外部数据设备并获取工作电力支持；
[0073] 2)将所述近红外读数装置一端的凸台对准插入所述表壳对应的定位槽中，使所述表壳内的红外通讯部与读数模块正对地相互通讯耦合；
[0074] 3)所述外部数据设备通过读数模块向红外通讯部发送读数信号：通过DSP将其TXD信号端置于低电平，通过电阻R5输入给信号发射部的开关器件一个低电平信号使之导通，进而使得所述电源的一个第一电压提供给红外发射阵列，使之向红外通讯部发送红外信号；
[0075] 4)所述电表的处理器通过红外通讯部接收此红外信号，并反馈数据信号给信号接收部；
[0076] 5)通过所述信号接收部的红外接收管T1接收此反馈的数据信号，所述红外接收管T1处于放大状态，其C极处于一个电平不确定的低电平状态，此时其C极电压是与所述电表的红外通讯部的红外发射强度和发散角度成比例关系，当所述红外通讯部的红外发射强度与发散角度增大时，C极电压逐渐趋近于0V；当所述红外通讯部结束发射数据信号时，所述红外接收管T1的C极电压被上拉器件提升至所述第一电压；
[0077] 6)通过数据接口传送数据信息给外部数据设备。
[0078] 在一个较佳实施例中，在步骤3)中，在所述信号发射部未接收到来自TXD信号端的信号时，所述DSP将其设置为高电平，通过电阻R5输入给信号发射部的开关器件一个高电平信号使之截止；在步骤5)中，在未接收到红外通讯部的数据信号时，所述红外接收管T1的C极电压被上拉器件强置于第一电压。
[0079] 在一个较佳实施例中，当红外接收管T1接收到反馈的数据信号时，开始进入放大状态，其C极电压开始下降，使得斜率比较器的受控通断器件开始导通，分别导致比较器U1B的正端和负端所获得的第一和第二电压下降；
[0080] 通过容性器件将所述比较器U1B的正端电压下降速度控制为高于负端电压，使得比较器U1B输出为低电平，RXD信号端开始由高电平跳变为低电平；
[0081] 当红外接收管T1的C极电压稳定在一个低电平时，因受控通断器件上的压降不同，导致比较器U1B的正端电压小于负端电压，使得比较器U1B维持在低电平输出，RXD信号端继续输出为低电平信号；
[0082] 当红外接收管T1停止收到反馈的数据信号时，开始由放大状态变为截止状态，其C极电压开始上升到第一电压，使得所述受控通断器件的正极侧电压开始上升；
[0083] 通过分压电阻对容性器件进行充电，导致比较器U1B的负端电压提升速度低于正端电压，比较器U1B的输出通过上拉电阻输出高电平，RXD信号端输出高电平。在一个较佳实施例中，当DSP的TXD信号端设为高电平时，所述TXD信号屏蔽部的开关器件截止，使得比较器U1A的正端输入电压被上拉电阻提升至第一电压，其中所述比较器U1A的负端电压是通过分压电阻对所述第三电压分压得到的第四电压，此时比较器U1A的正端电压高于负端电压，使得比较器U1A不对斜率比较器的负端进行控制；
[0084] 当DSP的TXD信号端设为低电平时，所述TXD信号屏蔽部的开关器件导通，使得比较器U1A的正端电压被上拉器件设为低于负端电压而输出低电平；
[0085] 斜率比较器的比较器U1B负端电压被拉至低电平，使其正端输入电压恒大于负端输入电压而输出高电平，RXD信号端输出高电平。
[0086] 前述实施方式仅仅是对本发明技术方案的较佳体现，并非是对本发明技术方案的限定，本发明的技术范畴和权利主张是以所附
权利要求为准的。
