一種多功能電子式電能表的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多功能電子式電能表，包括電壓電流采樣電路、電能計量芯片組電路(20)、主控芯片(30)、實時時鐘(31)、看門狗電路(32)、存儲器(33)、通信模塊、鍵盤(35)、LED顯示器(36)、電源模塊(40)，所述電壓電流采樣電路與電能計量芯片組電路(20)連接，所述電能計量芯片組電路(20)通過同步串行外設(shè)接口與主控芯片(30)連接，所述實時時鐘(31)、看門狗電路(32)、存儲器(33)、通信模塊、鍵盤(35)、LED顯示器(36)分別與主控芯片(30)連接。本發(fā)明可以方便的計量電能的各種信息，并且實現(xiàn)遠程通信完成抄表工作和實現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)自動化。
【專利說明】一種多功能電子式電能表

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及電能計量技術(shù)，具體而言，涉及一種多功能電子式電能表。

【背景技術(shù)】
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[0002]電能是最重要的能源，在現(xiàn)代社會中電能己廣泛應(yīng)用到社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域和社會生活的各個方面。電能表是當(dāng)前電能計量和經(jīng)濟結(jié)算的主要工具，它的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到國家與用戶的經(jīng)濟利益。
[0003]感應(yīng)式電能表作為一種傳統(tǒng)的電能表，在電能計量工作中發(fā)揮了極大的作用。但隨著電力逐步走向市場，用電營銷對電能計量工作提出了更高的要求。感應(yīng)式電能表由于先天性在通信方面的不足，所以很難在集中自動化抄表方面有發(fā)展。之后發(fā)展起來的機電一體式電能表雖可以進行電能信息的遠程通信，但其可提供的用電信息比較少，例如頻率，有功，無功等，另外實現(xiàn)復(fù)費率計量也比較困難。雖然基于機電一體式的電能表實現(xiàn)了預(yù)付費，但鑒于安全性和其他方面的原因，國家并不主張大范圍的使用這種電能表。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題:感應(yīng)式電能表由于先天性在通信方面的不足，所以很難在集中自動化抄表方面有發(fā)展。機電一體式電能表可提供的用電信息比較少，實現(xiàn)復(fù)費率計量也比較困難。
[0005]本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種多功能電子式電能表，包括電壓電流采樣電路、電能計量芯片組電路、主控芯片、實時時鐘、看門狗電路、存儲器、通信模塊、鍵盤、LED顯示器、電源模塊。所述電壓電流采樣電路與電能計量芯片組電路連接，所述電能計量芯片組電路通過同步串行外設(shè)接口與主控芯片連接，所述實時時鐘、看門狗電路、存儲器、通信模塊、鍵盤、LED顯示器分別與主控芯片連接。
[0006]本系統(tǒng)采用專用電能計量芯片+MCU(微控制器)的方式測量電能。本發(fā)明的主要模塊有電源模塊、電能計量芯片組電路、主控芯片。大電壓、大電流經(jīng)過電壓電流采樣電路變成小電壓、小電流進入電能計量芯片組電路，實時時鐘、看門狗電路、存儲器、通信模塊、鍵盤、LED顯示器屬主控芯片的外圍電路或設(shè)備，其配合主控芯片實現(xiàn)電能表的主控功能。本發(fā)明所述的電子電能表克服了上述感應(yīng)式電能表和機電一體式電能表的缺點，可以方便的計量電能的各種信息，并且實現(xiàn)遠程通信完成抄表工作和實現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)自動化。
[0007]作為對上述技術(shù)方案的進一步說明，所述電壓電流采樣電路包括電壓采樣電路、電流采樣電路，所述電壓采樣電路包括電流型電壓互感器，所述電流采樣電路包括電流互感器。所述電流型電壓互感器和電流互感器的鐵心由高導(dǎo)磁率系數(shù)的坡莫合金或優(yōu)質(zhì)鋼帶制成。0.5級以下的電子電能表用的互感器二次側(cè)負載較小，因此可以做的很小，鐵心采用高導(dǎo)磁率系數(shù)的坡莫合金或優(yōu)質(zhì)鋼帶制成，以減小鐵心損耗和有限導(dǎo)磁率所產(chǎn)生的相角差。作為一種改進，所述電壓電流采樣電路包括抗混疊濾波器，所述抗混疊濾波器包括結(jié)構(gòu)對稱的電阻1.2K和電容0.01 μ F。電壓電流輸入電路中電阻1.2Κ和電容0.01 μ F構(gòu)成了抗混疊濾波器，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)要講究對稱，并采用溫度性能較好的元器件，從而使電路達到良好的濾波，抗干擾作用，并保證電能表獲得良好的溫度特性。
[0008]作為對上述技術(shù)方案的進一步說明，所述主控芯片包括8位單片機，所述單片機包括一個用于構(gòu)成振蕩器的可控高增益反向放大器，所述放大器包括輸入端和輸出端，所述輸入端和輸出端之間跨接一個晶振和兩個匹配的電容，所述晶振為11.0592MHZ的晶振。
[0009]作為對上述技術(shù)方案的進一步說明，所述鍵盤包括復(fù)位鍵、電量歷史查詢鍵、上移鍵、下移鍵，所述電量歷史查詢鍵、上移鍵、下移鍵連接在單片機的I/o 口，所述復(fù)位鍵由硬件響應(yīng)。
[0010]電能表經(jīng)通信模塊與外界進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)抄表數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)置系統(tǒng)參數(shù)等功能。本發(fā)明所述的電能表通信模塊包括RS-485接口和紅外通信接口。
[0011]作為本發(fā)明的進一步說明，本發(fā)明采用工頻電源方式。即:三相電壓經(jīng)三個變壓器降壓后整流、濾波、穩(wěn)壓、再給系統(tǒng)供電。電壓互感器的二次電壓分別經(jīng)過全波整流器整流，再經(jīng)過共模電感線圈進行濾波處理得到+15V左右穩(wěn)定的電壓，三端電壓穩(wěn)壓器將電壓變換成滿足單片機系統(tǒng)要求的+5V電壓。為了防止由于電網(wǎng)電壓過高對電路造成損害，在三相和零線之間接上一個壓敏電阻，來衰減大能量、持續(xù)時間長的干擾(如閃電)。壓敏電阻是對外加的電壓十分敏感的非線性電阻型元件，在工作電壓范圍內(nèi)，其電阻隨電壓的增加而減少，因此在過電壓(超過兩倍額定電壓)期間形成一個低阻的分流器，從而可以防止被保護電路兩端的電壓進一步上升。當(dāng)浪涌電壓過后，電路電壓恢復(fù)到正常工作，壓敏電阻又恢復(fù)到高阻狀態(tài)。本設(shè)計中選用參數(shù)為20K681的壓敏電阻，當(dāng)電網(wǎng)電壓過高時電阻動作，可有效保護電路。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:
[0013]圖1為本發(fā)明一種多功能電子式電能表的系統(tǒng)框圖；
[0014]圖2為圖1中電壓采樣電路圖；
[0015]圖3為圖1中電流采樣電路圖；
[0016]圖4為圖1中王控芯片的單片機時鐘振湯電路圖；
[0017]圖5為本發(fā)明所述的多功能電子式電能表的電源電路圖。
[0018]圖中符號說明:
[0019]11 一電壓采樣電路；12—電流采樣電路；
[0020]20 —電能計量芯片組電路；
[0021]30 —主控芯片；31 —實時時鐘；32 —看門狗電路；33 —存儲器；35 —鍵盤；36 —LED顯示器；37 - RS-485接口 ；38 —紅外通信接口 ；
[0022]Tl -電壓互感器；T2 -電壓互感器；Τ3 —電壓互感器；Τ4 一電流型電壓互感器；T9 -電流互感器；
[0023]BGl 一全波整流器；BG2 —全波整流器；BG3 —全波整流器；
[0024]LA —共模電感線圈；LB —共模電感線圈；
[0025]R3 -電阻；R4 —電阻；R21 —電阻；R22 —電阻；
[0026]C6 -電容；C7 -電容；C12 —電容；C13 —電容；C42 —電容；C43 —電容；
[0027]Xl 一單片機時鐘振蕩電路的輸入端；X2 —單片機時鐘振蕩電路的輸出端；
[0028]Y2—晶振。

【具體實施方式】
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[0029]如圖1所示，一種多功能電子式電能表，包括電壓電流采樣電路、電能計量芯片組電路20、主控芯片30、實時時鐘31、看門狗電路32、存儲器33、通信模塊、鍵盤35、LED顯示器36、電源模塊40。所述電壓電流采樣電路與電能計量芯片組電路20連接，所述電能計量芯片組電路20通過同步串行外設(shè)接口與主控芯片30連接，所述實時時鐘31、看門狗電路
32、存儲器33、通信模塊、鍵盤35、LED顯示器36分別與主控芯片30連接。
[0030]如圖2、圖3所示，所述電壓電流采樣電路包括電壓采樣電路11、電流采樣電路12，所述電壓采樣電路11包括電流型電壓互感器T4，所述電流采樣電路12包括電流互感器T9。所述電流型電壓互感器T4和電流互感器T9的鐵心由高導(dǎo)磁率系數(shù)的坡莫合金或優(yōu)質(zhì)鋼帶制成。所述電壓電流采樣電路包括抗混疊濾波器，所述抗混疊濾波器包括結(jié)構(gòu)對稱的電阻R21、電阻R22、電阻R3、電阻R4和電容C12、電容C13、電容C6、電容C7。本發(fā)明所述的電壓采樣電路11采用元星電子公司生產(chǎn)的TV31B-02型電流型電壓互感器。電流采樣電路12采用元星TA20型精密交流電流互感器。
[0031]本發(fā)明采用專用的電能計量芯片ATT7022B完成電能的計量，它是珠海炬力公司生產(chǎn)的一種用于功率測量或電能計量的專用高精度集成電路。
[0032]本發(fā)明所述的主控芯片30采用AT89C52，AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機。
[0033]ATT7022B與單片機有6條連線，其中四條為SPI接口線:CS、SCK、DIN、D0U，一條ATT7022B的復(fù)位控制線RESET，一條握手信號線SIG。ATT7022B的數(shù)據(jù)寫入與讀出采用四線制的SPI總線方式，軟件編程考慮采取I/O 口模擬SPI總線時序的方式，所以ATT7022B的四條SPI總線連接到CPU的任意四個雙向的I/O 口就可以了。ATT7022A的復(fù)位信號線和與CPU之間的握手信號線直接接到CPU的雙向I/O 口。
[0034]所述單片機包括一個用于構(gòu)成振蕩器的可控高增益反向放大器，所述放大器包括輸入端Xl和輸出端X2，所述輸入端Xl和輸出端X2之間跨接一個晶振Y2和兩個匹配的電容C42、電容C43，所述晶振Y2為11.0592MHZ的晶振，如圖4所示。
[0035]本發(fā)明的實時時鐘31電路使用DS1302作為時間基準(zhǔn)。
[0036]本發(fā)明選用帶有看門狗定時器和降壓檢測功能的低價格監(jiān)控芯片MP813L。
[0037]所述鍵盤包括復(fù)位鍵、電量歷史查詢鍵、上移鍵、下移鍵，所述電量歷史查詢鍵、上移鍵、下移鍵連接在單片機的I/o 口。
[0038]本發(fā)明選擇FM24C16來實現(xiàn)存儲器33單元功能。
[0039]本設(shè)計采用以串并轉(zhuǎn)換移位寄存器74HC164構(gòu)成的靜態(tài)顯示電路。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/o接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼。AT89C52單片機的兩個I/O端口 P2.6、P2.7，外接7片74HC164作為7位LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，兩位顯示月份，五位顯示其它數(shù)據(jù)。把AT89C52的P2.6作為數(shù)據(jù)輸出線，P2.7作為移位時鐘脈沖。復(fù)位端接+5V，只有這樣，時鐘脈沖才有效。
[0040]如圖1所示，所述通信模塊包括RS-485接口 37和紅外通信接口 38。
[0041]如圖5所示，所述電源模塊包括電源電路，所述電源電路包括:電壓互感器Tl、電壓互感器T2、電壓互感器T3，與電壓互感器Tl、電壓互感器T2、電壓互感器T3連接的全波整流器BGl、全波整流器BG2、全波整流器BG3，與全波整流器BGl、全波整流器BG2、全波整流器BG3連接的共模電感線圈LA、共模電感線圈LB，與共模電感線圈LA、共模電感線圈LB連接的三端電壓穩(wěn)壓器。
[0042]以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施方式，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能電子式電能表，包括電壓電流采樣電路、電能計量芯片組電路(20).主控芯片(30)、實時時鐘(31)、看門狗電路(32)、存儲器(33)、通信模塊、鍵盤(35)、120顯示器(36),電源模塊(40),其特征在于:所述電壓電流采樣電路與電能計量芯片組電路(20)連接，所述電能計量芯片組電路(20)通過同步串行外設(shè)接口與主控芯片(30)連接，所述實時時鐘(31)、看門狗電路(32)、存儲器(33)、通信模塊、鍵盤(35)420顯示器(36)分別與主控芯片(30)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多功能電子式電能表，其特征在于:所述電壓電流采樣電路包括電壓采樣電路(^)、電流采樣電路(12),所述電壓采樣電路(11)包括電流型電壓互感器(14),所述電流采樣電路(12)包括電流互感器(19)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種多功能電子式電能表，其特征在于:所述電流型電壓互感器(14)和電流互感器(19)的鐵心由高導(dǎo)磁率系數(shù)的坡莫合金或優(yōu)質(zhì)鋼帶制成。
4.如權(quán)利要求2所述的一種多功能電子式電能表，其特征在于:所述電壓電流采樣電路包括抗混疊濾波器，所述抗混疊濾波器包括結(jié)構(gòu)對稱的電阻￠21 #22 ；1？3 ^4)和電容(012 ；013 ；06 ^07)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種多功能電子式電能表，其特征在于:所述主控芯片(30)包括8位單片機，所述單片機包括一個用于構(gòu)成振蕩器的可控高增益反向放大器，所述放大器包括輸入端01)和輸出端02),所述輸入端01)和輸出端02)之間跨接一個晶振(12)和兩個匹配的電容￠42^43),所述晶振(12)為11.0592冊12的晶振。
6.如權(quán)利要求5所述的一種多功能電子式電能表，其特征在于:所述鍵盤包括復(fù)位鍵、電量歷史查詢鍵、上移鍵、下移鍵，所述電量歷史查詢鍵、上移鍵、下移鍵連接在單片機的1/0 0。
7.如權(quán)利要求1或5所述的一種多功能電子式電能表，其特征在于:所述通信模塊包括尺3-485接口 (37)和紅外通信接口 (38)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種多功能電子式電能表，其特征在于:所述電源模塊包括電源電路，所述電源電路包括電壓互感器(11 ；12 43)、與電壓互感器(11 ；12 ^3)連接的全波整流器；862 5063)、與全波整流器；862 ^63)連接的共模電感線圈山8)、與共模電感線圈山8)連接的三端電壓穩(wěn)壓器。
【文檔編號】G01R22/06GK104345211SQ201410532072
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】付棟, 包宇航, 田文斌, 曾偉彬, 吳永鑫 申請人:蘇州克蘭茲電子科技有限公司