一種電力品質(zhì)計量采集分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力品質(zhì)計量采集分析儀，包括MCU及與MCU相連接的液晶屏模塊、電源RS485通信模塊、計量模塊、數(shù)字模擬輸入輸出模塊、硬件時鐘模塊和FLASH存儲器模塊。本發(fā)明電力品質(zhì)計量采集分析儀可根據(jù)用戶的需求來對分析儀進行設置，可選擇電壓接線方式與電流接線方式在進行系統(tǒng)參數(shù)設定時是分別進行的，電壓接線可以設定為三相四線星型(3LN)，三相四線2PT星型(2LN)和三相三線開口三角型(2LL)三種；電流接線可根據(jù)接入的電流通道數(shù)設定為3CT，2CT和1CT三種。各種電壓接線與電流接線方式可以相互組合。其中液晶主板、計量板、電源板為必選，其它功能可任意選配，極大的節(jié)省了資源又方便了用戶，使用戶對產(chǎn)品功能的升級提供了便利，降低了資源的浪費。
【專利說明】
一種電力品質(zhì)計量采集分析儀
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種分析儀，具體是一種電力品質(zhì)計量采集分析儀?！颈尘凹夹g】
[0002]電力品質(zhì)是供電領域的重要參數(shù)，電力品質(zhì)對工業(yè)和公用事業(yè)用戶的安全生產(chǎn)、 經(jīng)濟效益和人民生活有著很大的影響。電力品質(zhì)惡化會引起用電設備的效率和功率因數(shù)降低，損耗增加，壽命縮短，產(chǎn)品品質(zhì)下降，電子和自動化設備失靈等，因此需要對電力品質(zhì)進行準確的計量。
[0003]現(xiàn)有的電力品質(zhì)計量信號采集一般為:采集信號輸入，然后通過電阻分壓比例所得信號值送給運放放大輸入給AD轉換電路;如果這種方法存在信號轉換和取樣過程中會使取樣電路的阻抗增大，從而使信號損耗過多，再經(jīng)運放放大后失真會很大，使AD轉換后數(shù)值與真值偏離過大。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電力品質(zhì)計量采集分析儀，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0006]—種電力品質(zhì)計量采集分析儀，包括M⑶及與M⑶相連接的液晶屏模塊、電源RS485 通信模塊、計量模塊、數(shù)字模擬輸入輸出模塊、硬件時鐘模塊和FLASH存儲器模塊，所述電源 RS485通信模塊上設有RS485通信電路、AC-DC電路模塊和繼電器輸出電路，計量模塊上設有計量芯片、三相電壓檢測電路和三相電流檢測電路，數(shù)字模擬輸入輸出模塊上設有4路數(shù)字量光隔輸入和3路脈沖光隔輸出。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案:所述三相電流檢測電路的核心元件是FCT204A型電流互感器。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案:所述三相電壓檢測電路的核心元件是FPT103A型電壓互感器。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案:所述計量芯片的型號為ADE7880。[〇〇1〇]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案:所述M⑶為STM32F103型單片機。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明電力品質(zhì)計量采集分析儀可根據(jù)用戶的需求來對分析儀進行設置，可選擇電壓接線方式與電流接線方式在進行系統(tǒng)參數(shù)設定時是分別進行的，電壓接線可以設定為三相四線星型(3LN)，三相四線2PT星型(2LN)和三相三線開口三角型(2LL)三種；電流接線可根據(jù)接入的電流通道數(shù)設定為3CT，2CT和1CT三種。各種電壓接線與電流接線方式可以相互組合。其中液晶主板、計量板、電源板為必選，其它功能可任意選配，極大的節(jié)省了資源又方便了用戶，使用戶對產(chǎn)品功能的升級提供了便利，降低了資源的浪費。【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結構框圖；
[0013]圖2為計量芯片的電路圖；[〇〇14] 圖3為RS485通信電路的電路圖；[〇〇15]圖4為液晶屏模塊的電路圖；
[0016]圖5為FLASH存儲器模塊的電路圖；
[0017]圖6是電壓采樣電路的電路圖；[〇〇18]圖7是電流采樣電路的電路圖；
[0019]圖8是MCU的電路圖；
[0020]圖9為電源電路的電路圖；
[0021]圖10為繼電器電路的電路圖?！揪唧w實施方式】[〇〇22]下面將結合本實用發(fā)明例中的附圖，對本實用發(fā)明例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。[〇〇23]請參閱圖1 -10，本實用發(fā)明例中，一種電力品質(zhì)計量采集分析儀，包括M⑶及與MCU 相連接的液晶屏模塊、電源RS485通信模塊、計量模塊、數(shù)字模擬輸入輸出模塊、硬件時鐘模塊和FLASH存儲器模塊，所述電源RS485通信模塊上設有RS485通信電路、AC-DC電路模塊和繼電器輸出電路，計量模塊上設有計量芯片、三相電壓檢測電路和三相電流檢測電路，數(shù)字模擬輸入輸出模塊上設有4路數(shù)字量光隔輸入和3路脈沖光隔輸出。[〇〇24]三相電流檢測電路的核心元件是FCT204A型電流互感器。三相電壓檢測電路的核心元件是FPT103A型電壓互感器。計量芯片的型號為ADE788(LMCU為STM32F103型單片機。 [〇〇25]本發(fā)明的工作原理是:主板上裝有單片機控制電路；電源RS485通信電路板上設有 RS485通信電路、繼電器輸出電路、電源電路;計量電路上設有三相電壓檢測電路、電流檢測電路;數(shù)字模擬輸入輸出電路板上設有數(shù)字量輸入，脈沖輸出電路;上述數(shù)字量輸入電路、 脈沖輸出電路為可擴展的功能電路，由用戶根據(jù)需要選配。
[0026]進一步地:
[0027]所述的計量電路是該分析儀的核心電路，內(nèi)置的電壓、電流檢測電路均選用性能優(yōu)良的互感器進行數(shù)據(jù)采集，然后經(jīng)過電阻分壓比例把信號電壓傳遞給ADE7880計量芯片進行處理。[〇〇28] 所述RS485通信電路由通信接口電路和隔離電路兩部分組成，通信接口電路為通信接口芯片，隔離電路是由三個光電耦合器組成的接口芯片控制電路;其中:第一光電耦合器的輸出連接到接口芯片的發(fā)送接收控制端;接口芯片的接收端和發(fā)送端分別連接第二光電親合器和第三光電親合器的輸入端。[〇〇29] 所述繼電器輸出電路由繼電器和三極管組成，電源通過繼電器的線圈與三極管的集電極相連接，單片機通過控制三極管的導通和截止來控制繼電器的線圈是否通電，從而來控制繼電器輸出常閉的報警信號。
[0030]所述的數(shù)字模擬輸入輸出電路，就是可以外接各種開關、數(shù)字信號，經(jīng)過處理送到單片機內(nèi)部進行處理。
[0031]所述的模擬量脈沖輸出可以作為功率校準電表使用，也可以作為開關信號控制外部的設備。
[0032]所述電源電路由LC濾波電路、電壓轉換模塊和輸出穩(wěn)壓電路組成，電源經(jīng)濾波電路濾波后由電壓轉換模塊將AC220V轉換為DC5V電源輸出給用電器件，輸出端接穩(wěn)壓二極管實現(xiàn)對輸出電壓的控制。
[0033]1.計量電路
[0034]圖1所示為計量電路。其中:計量芯片ADE7880，該芯片是美國ADI公司生產(chǎn)的一款高精度、三相電能計量1C，在溫度為25°C，動態(tài)范圍2000:1內(nèi)時，電壓電流有效值誤差、有功功率和基波無功功率誤差均小于0.1%，基準電壓為1.2V，且具有外部過驅功能，采用串行接口，并提供三路靈活的脈沖輸出。該器件內(nèi)置多個二階Σ-Λ型模數(shù)轉換器(ADC)、數(shù)字積分器、基準電壓源電路及所有必需的信號處理電路，實現(xiàn)總(基波和諧波)有功/視在功率測量和有效值計算，以及基波有功/無功功率測量。此外，ADE7880可以計算相位和零線電流以及相位電壓上的諧波均方根、有功/無功/視在功率，以及所有相位的各諧波上功率因數(shù)和諧波失真。同時可針對所有電流和電壓計算總諧波失真(THD)。一個固定功能數(shù)字信號處理器(DSP)負責實現(xiàn)這種信號處理。DSP程序存儲在內(nèi)部ROM存儲器中。其精度和功能能夠滿足本設計的精度要求。
[0035]2.單片機電路
[0036]圖8所示為單片機控制電路。該系統(tǒng)是單片機控制系統(tǒng)，采用的MCU是STM32F103VCT6，STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。其時鐘頻率達到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當于0.5mA/MHz。因此考慮到本設計的成本和功能需求，選用了該型號的單片機作為本三相智能電表系統(tǒng)的主控制器。
[0037]3.RS485 電路
[0038]圖3為RS485通信電路。RS485通信模塊，支持Modbus RTU，所有量測參數(shù)可通過通訊方式傳送至上位機。
[0039]4.按鍵、LCD顯示電路
[0040]圖4為按鍵、IXD液晶電路。按鍵使用了四個按鍵，從左至右分別為:“上翻鍵”、“下翻鍵”、“確認鍵”、“返回鍵”；主要完成菜單的選擇、切換，系統(tǒng)參數(shù)的設置等操作。顯示部分采用160*160點陣液晶，主要是用來顯示智能電表的運行狀態(tài)，字體識別度高，可顯示英文大小寫及各種語言；良好的視角范圍和背光方便光線差的環(huán)境下和夜間查看。
[0041 ] 5.Flash 存儲電路
[0042]圖5為Flash存儲電路。128M的Flash存儲器，適合大量的數(shù)據(jù)存儲，無掉電失憶功會K。
[0043]6.電壓采樣電路
[0044]圖6為電壓檢測電路。本設計中所用匝數(shù)比為1:1的電壓互感器型號是FPT103A，其作用是將高電壓按照一定比例轉換成供計量或者儀表使用的低電壓，同時通過電壓互感器將高電壓和電氣設備的隔離，保證工作人員的安全。該型號的電壓互感器的額定輸入電流為2mA，額定輸出電流為2mA，非線性度小于0.1%，隔離耐壓為4000V，工作溫度范圍-35°C?+70。。。
[0045]電壓互感器的輸入電流由電阻R22的阻值決定，以U表示A相電壓，則輸入電流為公式:
[0046]Iin = U/R2
[0047]在三相四線中，I in = 2mA,則電壓互感器的輸出電流lout = 2mA。
[0048]由于采樣電路中都存在混疊效應的缺陷，為防止信號失真必須引入抗混疊濾波器，一般采用低通濾波器進行濾波，為了使采樣頻率在50HZ時獲得足夠大的衰減，使用了轉折頻率為5kHZ的RC濾波器。
[0049]7.電流采樣電路
[0050]圖7為電流檢測電路。本設計中所用的電流互感器的型號是FCT204A，電流互感器的作用是將較大的一次電流按照一定比例轉換為較低的二次電流供測量和儀表使用。電流采樣電路采用的是匝數(shù)比為1:2000的電流互感器，額定輸入電流為5A，額定輸出電流為2.5mA，非線性度小于0.1 %，隔離耐壓大于5000V，工作溫度范圍_35°C?+70°C。
[0051 ] ADE7880的電流通道為差分輸入，如果互感器的輸入電流為5A，則輸出電流為
2.5mA，因此ADE7880電流采樣端的差分電壓為:
[0052]U = 2.5mA*(51+51)=250mV
[0053]R16和C19，R17和C20構成抗混疊濾波器，即低通濾波器R16 = R17 = 1.2K，C19 = C20= O-OluF0
[0054]8.電源電路
[0055]圖9為電源電路。電源電路提供了 5V和24V兩路電源輸出，供單片機和ADE7880以及其他模塊使用，兩路繼電器輸出節(jié)點，方便控制報警器的其他外掛設備。
[0056]9.其他輔助電路
[0057]圖10為繼電器電路。3路脈沖輸出可以作為功率校準電表使用，也可以作為開關信號控制外部的設備。
【主權項】
1.一種電力品質(zhì)計量采集分析儀，其特征在于，包括MCU及與MCU相連接的液晶屏模塊、 電源RS485通信模塊、計量模塊、數(shù)字模擬輸入輸出模塊、硬件時鐘模塊和FLASH存儲器模 塊，所述電源RS485通信模塊上設有RS485通信電路、AC-DC電路模塊和繼電器輸出電路，計 量模塊上設有計量芯片、三相電壓檢測電路和三相電流檢測電路，數(shù)字模擬輸入輸出模塊 上設有4路數(shù)字量光隔輸入和3路脈沖光隔輸出。2.根據(jù)權利要求1所述的一種電力品質(zhì)計量采集分析儀，其特征在于，所述三相電流檢 測電路的核心元件是FCT204A型電流互感器。3.根據(jù)權利要求1所述的一種電力品質(zhì)計量采集分析儀，其特征在于，所述三相電壓檢 測電路的核心元件是FPT103A型電壓互感器。4.根據(jù)權利要求1所述的一種電力品質(zhì)計量采集分析儀，其特征在于，所述計量芯片的 型號為ADE7880。5.根據(jù)權利要求1所述的一種電力品質(zhì)計量采集分析儀，其特征在于，所述MCU為 STM32F103型單片機。
【文檔編號】G01R31/00GK106018989SQ201610140184
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】李晨陽, 焦慶鑫
【申請人】北京博頓電氣有限公司