一種電子式電能表的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子式電能表,包括前端電路調(diào)理模塊、電能計(jì)量芯片(20)、LED指示模塊(30)、微控制單元(40)、顯示模塊(50)、通訊模塊(60)、鍵盤控制模塊(70)、時(shí)鐘模塊(80)、存儲(chǔ)器(90)、電源模塊,所述前端電路調(diào)理模塊與電能計(jì)量芯片(20)連接,所述LED指示模塊(30)與電能計(jì)量芯片(20)連接,所述微控制單元(40)與電能計(jì)量芯片(20)連接,所述顯示模塊(50)、通訊模塊(60)、鍵盤控制模塊(70)、時(shí)鐘模塊(80)、存儲(chǔ)器(90)分別與微控制單元(40)連接。通過本發(fā)明所述的電能表,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能等電參量測(cè)量、顯示及采集處理的目的。
【專利說明】一種電子式電能表
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及電能計(jì)量技術(shù),具體而言,涉及一種電子式電能表。
【背景技術(shù)】
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[0002]為了實(shí)施可持續(xù)發(fā)展,解決環(huán)境與發(fā)展的矛盾,世界許多國家正在積極探索綠色能源來減少傳統(tǒng)發(fā)電方式對(duì)環(huán)境的污染和不可再生資源的損耗,或?yàn)榱斯?jié)省投資,降低能耗,提高系統(tǒng)安全性和靈活性,采用大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的供電方式。經(jīng)過系統(tǒng)科學(xué)地設(shè)計(jì)和電能市場(chǎng)合理地規(guī)劃,分布式的小規(guī)模供電系統(tǒng)不僅可以解決居民的能源問題而且可以把富余的電能反饋到電網(wǎng),以實(shí)現(xiàn)以電償電,從而減輕供電系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),減少不可再生資源的消耗。
[0003]目前,許多國家規(guī)定用戶自己的發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生并入電網(wǎng)的電能可以等價(jià)換取等量電網(wǎng)的電能。雖然在我們國家還沒有開始實(shí)施,但這是一種發(fā)展方向。為了滿足這種應(yīng)用需要,必須設(shè)計(jì)一種可以計(jì)量用戶消耗電能(即正向電能)又可以計(jì)量用戶反饋到電網(wǎng)的電能(即反向電能)的電能表,即雙向電能表。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題:用戶自己的發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生并入電網(wǎng)的電能可以等價(jià)換取等量電網(wǎng)的電能,如此,需要一種既能計(jì)量用戶消耗電能(即正向電能)又可以計(jì)量用戶反饋到電網(wǎng)的電能的雙向電能表。
[0005]本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種電子式電能表,包括電源模塊、顯示模塊、LED指示模塊、通訊模塊、鍵盤控制模塊、微控制單元、電能計(jì)量芯片、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器和前端電路調(diào)理模塊。所述前端電路調(diào)理模塊與電能計(jì)量芯片連接,所述LED指示模塊與電能計(jì)量芯片連接,所述微控制單元與電能計(jì)量芯片連接,所述顯示模塊、通訊模塊、鍵盤控制模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器分別與微控制單元連接。
[0006]按上述技術(shù)方案,本發(fā)明所述的電子式電能表主要由電源模塊、顯示模塊、LED指示模塊、通訊模塊、鍵盤控制模塊、MCU模塊、電能計(jì)量芯片、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器模塊和前端電路調(diào)理模塊部分組成。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選,所述前端電路調(diào)理模塊包括電子式電流型電壓互感器、電流互感器、精密電阻電路。電子式電流型電壓互感器、電流互感器和精密電阻電路變換電壓電流信號(hào)以差模電壓的形式接到電能計(jì)量芯片,取樣電阻的阻值由被測(cè)信號(hào)的最大值決定,然后經(jīng)電能計(jì)量芯片轉(zhuǎn)換后將電壓、電流、功率、電能等信號(hào)傳給微控制單元,微控制單元控制所有芯片的工作、截止及計(jì)算和模塊的顯示。顯示模塊正常顯示當(dāng)前測(cè)量的電能值、日期、時(shí)間。LED指示模塊可以指示電能方向和用電功率大小。通訊模塊實(shí)現(xiàn)電能表遠(yuǎn)程通信。時(shí)鐘模塊為電能表提供時(shí)間基準(zhǔn),為實(shí)現(xiàn)多費(fèi)率打下基礎(chǔ),存儲(chǔ)模塊為電能表提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ),可以做到掉電不丟失數(shù)據(jù),還可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)記錄。
[0007]通過本發(fā)明所述的電能表,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能等電參量測(cè)量、顯示及采集處理的目的。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述電源模塊包括電源電路,所述電源電路包括電源變壓器、與電源變壓器連接的橋式整流電路、與橋式整流電路連接的固定式三端穩(wěn)壓器電路、與固定式三端穩(wěn)壓器連接的三端穩(wěn)壓器電路。電源電路是整個(gè)電能表能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵,電能表中的各個(gè)單元電路都需要使用直流電源供電,特別是為電壓互感器提供正負(fù)15V工作電源,保證電壓的順利采集。本發(fā)明采用自制電源供電方式,將220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓,再經(jīng)過橋式整流電路整流和濾波,在固定式三端穩(wěn)壓器的兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓,此直流電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓和電容的頻率補(bǔ)償,便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。得到15V,5V,3.3V直流電源,為互感器,電能計(jì)量芯片,MCU等模塊提供穩(wěn)定的工作電源。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:
[0010]圖1為本發(fā)明一種電子式電能表的結(jié)構(gòu)框圖;
[0011]圖2為本發(fā)明所述的電子式電能表的電源模塊的電源電路的原理圖。
[0012]圖中符號(hào)說明:
[0013]A—電壓信號(hào);
[0014]B—電流信號(hào);
[0015]C 一經(jīng)前端電路調(diào)理模塊調(diào)理后的電壓信號(hào);
[0016]D 一經(jīng)前端電路調(diào)理模塊調(diào)理后的電流信號(hào);
[0017]11 —電流型電壓互感器;12 —電流互感器;
[0018]20 一電能計(jì)量芯片;
[0019]30 —LED 指示模塊;
[0020]40 —微控制單元;
[0021]50 —顯示模塊;
[0022]60 —通訊模塊;
[0023]70 一鍵盤控制模塊;
[0024]80—時(shí)鐘模塊;
[0025]90 —存儲(chǔ)器。
【具體實(shí)施方式】
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[0026]如圖1所示,一種電子式電能表,包括前端電路調(diào)理模塊、電能計(jì)量芯片20、LED指示模塊30、微控制單元40、顯示模塊50、通訊模塊60、鍵盤控制模塊70、時(shí)鐘模塊80、存儲(chǔ)器90、電源模塊。所述前端電路調(diào)理模塊與電能計(jì)量芯片20連接,所述LED指示模塊30與電能計(jì)量芯片20連接,所述微控制單元40與電能計(jì)量芯片20連接,所述顯示模塊50、通訊模塊60、鍵盤控制模塊70、時(shí)鐘模塊80、存儲(chǔ)器90分別與微控制單元40連接。所述前端電路調(diào)理模塊包括電子式電流型電壓互感器11、電流互感器12、精密電阻電路。
[0027]其中,電能計(jì)量芯片20采用CS5460A。微控制單元40負(fù)責(zé)按鍵輸入掃描、工作狀態(tài)檢測(cè),計(jì)量數(shù)據(jù)的讀入、計(jì)算和存儲(chǔ)、電表參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)配置以及與外界的通信控制等。微控制單元40采用MSP430F2274單片機(jī)。顯示模塊50采用LCD12864液晶。通訊模塊60采用串口異步通信,使用RS-485做接口標(biāo)準(zhǔn)的通訊模塊。時(shí)鐘模塊80采用DALLAS公司推出的DS1302。存儲(chǔ)器90采用AT24C02存儲(chǔ)芯片。
[0028]本發(fā)明采用自制電源供電方式,將220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓,再經(jīng)過橋式整流電路整流和濾波,在固定式三端穩(wěn)壓器01的兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓,此直流電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器02的穩(wěn)壓和電容的頻率補(bǔ)償,便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。得到15V,5V,3.3V直流電源,為互感器,電能計(jì)量芯片,MCU等模塊提供穩(wěn)定的工作電源。自制電源原理如圖2所示。
[0029]對(duì)于系統(tǒng)的前端電壓調(diào)理部分,我們采用新型有源交流電壓互感器,該互感器由于內(nèi)置運(yùn)算放大器,所以測(cè)量精度高,該互感器同時(shí)可以外接電容,補(bǔ)償相移,可將相移補(bǔ)償?shù)?lt;15°。同時(shí)需要為該電壓互感器提供正負(fù)15V工作電源。然后在二次側(cè)得到大約5V交流電壓,再經(jīng)過精密電阻分壓得到131.6mv的輸入電壓,可以為CS5460A提供電壓信號(hào),不超出芯片的測(cè)量范圍。并加入RC濾波網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)初步濾波,并加入放抖動(dòng)電容保護(hù)芯片。電流調(diào)理部分采用變比2000:1的電流互感器,然后經(jīng)一精密電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。并加入RC濾波網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)初步濾波,并加入放抖動(dòng)電容保護(hù)芯片。經(jīng)變換后的補(bǔ)測(cè)信號(hào)以差模電壓的形式接到CS5460A的模擬信號(hào)輸入端。由于互感器角差的影響,可能造成輸入信號(hào)的相移,使功率測(cè)量的誤差增大。而CS5460A具有相位補(bǔ)償功能,可以大大減小互感器角差的影響。
[0030]經(jīng)調(diào)理電路調(diào)理的電壓信號(hào)(:、電流信號(hào)0通過1爪+、1爪-、¥爪+、¥爪-接口送入電能表芯片CS5460,芯片經(jīng)放大、濾波、采樣、計(jì)算,計(jì)算出瞬時(shí)功率,并根據(jù)周期計(jì)數(shù)寄存器內(nèi)設(shè)定的計(jì)數(shù)周期計(jì)算出電能值、電流有效值、電壓有效值,并將其存入相應(yīng)的寄存器中,然后單片機(jī)通過與芯片通信將相應(yīng)寄存器中的電能值、電壓有效值、電流有效值讀出,并送予液晶顯示。CS5460可將電能轉(zhuǎn)化成與電能成正比的脈沖,將EOUT 口和EDIR 口配置成正向電能和負(fù)向電能脈沖輸出,以便于電能表的檢定,也可指示電能方向。
[0031]采用兩個(gè)不同顏色的LED指示電能方向和用電負(fù)載大小,方便以后電能表檢定。為了保護(hù)LED,必須在LED上串聯(lián)限流電阻。由于紅色和綠色LED壓降不同,所有限流電阻有所差別。
[0032]鍵盤控制模塊70中的鍵盤用四個(gè)按鍵和四個(gè)下拉電阻構(gòu)成簡單的鍵盤,四個(gè)按鍵分別與單片機(jī)的平P2.4、P2.5、P2.6、P2.7 口連接,當(dāng)鍵盤被按下后相應(yīng)口被拉低為低電平,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的控制,方便時(shí)間不準(zhǔn)時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間及Icd顯示更多電能信息等實(shí)現(xiàn)更多的功能。
[0033]本發(fā)明米用串行接口的液晶,單片機(jī)通過液晶的串行口 S1向液晶寄存器與命令,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶顯示的控制。
[0034]以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式,對(duì)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(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種電子式電能表,包括前端電路調(diào)理模塊、電能計(jì)量芯片(20).1^0指示模塊(30)、微控制單元(40)、顯示模塊(50)、通訊模塊¢0)、鍵盤控制模塊(70)、時(shí)鐘模塊(80)、存儲(chǔ)器(90)、電源模塊,其特征在于:所述前端電路調(diào)理模塊與電能計(jì)量芯片(20)連接,所述120指示模塊(30)與電能計(jì)量芯片(20)連接,所述微控制單元(40)與電能計(jì)量芯片(20)連接,所述顯示模塊(50),通訊模塊(60),鍵盤控制模塊(70),時(shí)鐘模塊(80)、存儲(chǔ)器(90)分別與微控制單元(40)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電子式電能表,其特征在于:所述前端電路調(diào)理模塊包括電子式電流型電壓互感器(111電流互感器(12)、精密電阻電路。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電子式電能表,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源變壓器、與電源變壓器連接的橋式整流電路、與橋式整流電路連接的固定式三端穩(wěn)壓器(01)電路、與固定式三端穩(wěn)壓器(01)電路連接的三端穩(wěn)壓器(02)電路。
【文檔編號(hào)】G01R22/06GK104345212SQ201410532175
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】馬治遠(yuǎn), 吳秋軒, 喻航, 黃敏峰, 吳永鑫 申請(qǐng)人:蘇州克蘭茲電子科技有限公司