CN104345211A

CN104345211A - 一种多功能电子式电能表

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Publication number: CN104345211A
Application number: CN201410532072.0A
Authority: CN
Inventors: 付栋; 包宇航; 田文斌; 曾伟彬; 吴永鑫
Original assignee: SUZHOU KELANCI ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU KELANCI ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-10-11
Filing date: 2014-10-11
Publication date: 2015-02-11

Abstract

本发明公开了一种多功能电子式电能表，包括电压电流采样电路、电能计量芯片组电路(20)、主控芯片(30)、实时时钟(31)、看门狗电路(32)、存储器(33)、通信模块、键盘(35)、LED显示器(36)、电源模块(40)，所述电压电流采样电路与电能计量芯片组电路(20)连接，所述电能计量芯片组电路(20)通过同步串行外设接口与主控芯片(30)连接，所述实时时钟(31)、看门狗电路(32)、存储器(33)、通信模块、键盘(35)、LED显示器(36)分别与主控芯片(30)连接。本发明可以方便的计量电能的各种信息，并且实现远程通信完成抄表工作和实现配电网络自动化。

Description

一种多功能电子式电能表

技术领域：

本发明涉及电能计量技术，具体而言，涉及一种多功能电子式电能表。

背景技术：

电能是最重要的能源，在现代社会中电能己广泛应用到社会生产的各个领域和社会生活的各个方面。电能表是当前电能计量和经济结算的主要工具，它的准确与否直接关系到国家与用户的经济利益。

感应式电能表作为一种传统的电能表，在电能计量工作中发挥了极大的作用。但随着电力逐步走向市场，用电营销对电能计量工作提出了更高的要求。感应式电能表由于先天性在通信方面的不足，所以很难在集中自动化抄表方面有发展。之后发展起来的机电一体式电能表虽可以进行电能信息的远程通信，但其可提供的用电信息比较少，例如频率，有功，无功等，另外实现复费率计量也比较困难。虽然基于机电一体式的电能表实现了预付费，但鉴于安全性和其他方面的原因，国家并不主张大范围的使用这种电能表。

发明内容：

本发明所解决的技术问题：感应式电能表由于先天性在通信方面的不足，所以很难在集中自动化抄表方面有发展。机电一体式电能表可提供的用电信息比较少，实现复费率计量也比较困难。

本发明提供如下技术方案：一种多功能电子式电能表，包括电压电流采样电路、电能计量芯片组电路、主控芯片、实时时钟、看门狗电路、存储器、通信模块、键盘、LED显示器、电源模块。所述电压电流采样电路与电能计量芯片组电路连接，所述电能计量芯片组电路通过同步串行外设接口与主控芯片连接，所述实时时钟、看门狗电路、存储器、通信模块、键盘、LED显示器分别与主控芯片连接。

本***采用专用电能计量芯片+MCU(微控制器)的方式测量电能。本发明的主要模块有电源模块、电能计量芯片组电路、主控芯片。大电压、大电流经过电压电流采样电路变成小电压、小电流进入电能计量芯片组电路，实时时钟、看门狗电路、存储器、通信模块、键盘、LED显示器属主控芯片的***电路或设备，其配合主控芯片实现电能表的主控功能。本发明所述的电子电能表克服了上述感应式电能表和机电一体式电能表的缺点，可以方便的计量电能的各种信息，并且实现远程通信完成抄表工作和实现配电网络自动化。

作为对上述技术方案的进一步说明，所述电压电流采样电路包括电压采样电路、电流采样电路，所述电压采样电路包括电流型电压互感器，所述电流采样电路包括电流互感器。所述电流型电压互感器和电流互感器的铁心由高导磁率系数的坡莫合金或优质钢带制成。0.5级以下的电子电能表用的互感器二次侧负载较小，因此可以做的很小，铁心采用高导磁率系数的坡莫合金或优质钢带制成，以减小铁心损耗和有限导磁率所产生的相角差。作为一种改进，所述电压电流采样电路包括抗混叠滤波器，所述抗混叠滤波器包括结构对称的电阻1.2K和电容0.01μF。电压电流输入电路中电阻1.2K和电容0.01μF构成了抗混叠滤波器，其结构和参数要讲究对称，并采用温度性能较好的元器件，从而使电路达到良好的滤波，抗干扰作用，并保证电能表获得良好的温度特性。

作为对上述技术方案的进一步说明，所述主控芯片包括8位单片机，所述单片机包括一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器，所述放大器包括输入端和输出端，所述输入端和输出端之间跨接一个晶振和两个匹配的电容，所述晶振为11.0592MHZ的晶振。

作为对上述技术方案的进一步说明，所述键盘包括复位键、电量历史查询键、上移键、下移键，所述电量历史查询键、上移键、下移键连接在单片机的I/O口，所述复位键由硬件响应。

电能表经通信模块与外界进行数据交换，实现抄表数据传输、预置***参数等功能。本发明所述的电能表通信模块包括RS-485接口和红外通信接口。

作为本发明的进一步说明，本发明采用工频电源方式。即：三相电压经三个变压器降压后整流、滤波、稳压、再给***供电。电压互感器的二次电压分别经过全波整流器整流，再经过共模电感线圈进行滤波处理得到+15V左右稳定的电压，三端电压稳压器将电压变换成满足单片机***要求的+5V电压。为了防止由于电网电压过高对电路造成损害，在三相和零线之间接上一个压敏电阻，来衰减大能量、持续时间长的干扰(如闪电)。压敏电阻是对外加的电压十分敏感的非线性电阻型元件，在工作电压范围内，其电阻随电压的增加而减少，因此在过电压(超过两倍额定电压)期间形成一个低阻的分流器，从而可以防止被保护电路两端的电压进一步上升。当浪涌电压过后，电路电压恢复到正常工作，压敏电阻又恢复到高阻状态。本设计中选用参数为20K681的压敏电阻，当电网电压过高时电阻动作，可有效保护电路。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明一种多功能电子式电能表的***框图；

图2为图1中电压采样电路图；

图3为图1中电流采样电路图；

图4为图1中主控芯片的单片机时钟振荡电路图；

图5为本发明所述的多功能电子式电能表的电源电路图。

图中符号说明：

11－电压采样电路；12－电流采样电路；

20－电能计量芯片组电路；

30－主控芯片；31－实时时钟；32－看门狗电路；33－存储器；35－键盘；36－LED显示器；37－RS-485接口；38－红外通信接口；

T1－电压互感器；T2－电压互感器；T3－电压互感器；T4－电流型电压互感器；T9－电流互感器；

BG1－全波整流器；BG2－全波整流器；BG3－全波整流器；

LA－共模电感线圈；LB－共模电感线圈；

R3－电阻；R4－电阻；R21－电阻；R22－电阻；

C6－电容；C7－电容；C12－电容；C13－电容；C42－电容；C43－电容；

X1－单片机时钟振荡电路的输入端；X2－单片机时钟振荡电路的输出端；

Y2－晶振。

具体实施方式：

如图1所示，一种多功能电子式电能表，包括电压电流采样电路、电能计量芯片组电路20、主控芯片30、实时时钟31、看门狗电路32、存储器33、通信模块、键盘35、LED显示器36、电源模块40。所述电压电流采样电路与电能计量芯片组电路20连接，所述电能计量芯片组电路20通过同步串行外设接口与主控芯片30连接，所述实时时钟31、看门狗电路32、存储器33、通信模块、键盘35、LED显示器36分别与主控芯片30连接。

如图2、图3所示，所述电压电流采样电路包括电压采样电路11、电流采样电路12，所述电压采样电路11包括电流型电压互感器T4，所述电流采样电路12包括电流互感器T9。所述电流型电压互感器T4和电流互感器T9的铁心由高导磁率系数的坡莫合金或优质钢带制成。所述电压电流采样电路包括抗混叠滤波器，所述抗混叠滤波器包括结构对称的电阻R21、电阻R22、电阻R3、电阻R4和电容C12、电容C13、电容C6、电容C7。本发明所述的电压采样电路11采用元星电子公司生产的TV31B-02型电流型电压互感器。电流采样电路12采用元星TA20型精密交流电流互感器。

本发明采用专用的电能计量芯片ATT7022B完成电能的计量，它是珠海炬力公司生产的一种用于功率测量或电能计量的专用高精度集成电路。

本发明所述的主控芯片30采用AT89C52，AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机。

ATT7O22B与单片机有6条连线，其中四条为SPI接口线：CS、SCK、DIN、DOU，一条ATT7022B的复位控制线RESET，一条握手信号线SIG。ATT7022B的数据写入与读出采用四线制的SPI总线方式，软件编程考虑采取I/O口模拟SPI总线时序的方式，所以ATT7022B的四条SPI总线连接到CPU的任意四个双向的I/O口就可以了。ATT7O22A的复位信号线和与CPU之间的握手信号线直接接到CPU的双向I/0口。

所述单片机包括一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器，所述放大器包括输入端X1和输出端X2，所述输入端X1和输出端X2之间跨接一个晶振Y2和两个匹配的电容C42、电容C43，所述晶振Y2为11.0592MHZ的晶振，如图4所示。

本发明的实时时钟31电路使用DS1302作为时间基准。

本发明选用带有看门狗定时器和降压检测功能的低价格监控芯片IMP813L。

所述键盘包括复位键、电量历史查询键、上移键、下移键，所述电量历史查询键、上移键、下移键连接在单片机的I/O口。

本发明选择FM24C16来实现存储器33单元功能。

本设计采用以串并转换移位寄存器74HC164构成的静态显示电路。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码。AT89C52单片机的两个I/O端口P2.6、P2.7，外接7片74HC164作为7位LED显示器的静态显示接口，两位显示月份，五位显示其它数据。把AT89C52的P2.6作为数据输出线，P2.7作为移位时钟脉冲。复位端接+5V，只有这样，时钟脉冲才有效。

如图1所示，所述通信模块包括RS-485接口37和红外通信接口38。

如图5所示，所述电源模块包括电源电路，所述电源电路包括：电压互感器T1、电压互感器T2、电压互感器T3，与电压互感器T1、电压互感器T2、电压互感器T3连接的全波整流器BG1、全波整流器BG2、全波整流器BG3，与全波整流器BG1、全波整流器BG2、全波整流器BG3连接的共模电感线圈LA、共模电感线圈LB，与共模电感线圈LA、共模电感线圈LB连接的三端电压稳压器。

以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种多功能电子式电能表，包括电压电流采样电路、电能计量芯片组电路(20)、主控芯片(30)、实时时钟(31)、看门狗电路(32)、存储器(33)、通信模块、键盘(35)、LED显示器(36)、电源模块(40)，其特征在于：所述电压电流采样电路与电能计量芯片组电路(20)连接，所述电能计量芯片组电路(20)通过同步串行外设接口与主控芯片(30)连接，所述实时时钟(31)、看门狗电路(32)、存储器(33)、通信模块、键盘(35)、LED显示器(36)分别与主控芯片(30)连接。

2.如权利要求1所述的一种多功能电子式电能表，其特征在于：所述电压电流采样电路包括电压采样电路(11)、电流采样电路(12)，所述电压采样电路(11)包括电流型电压互感器(T4)，所述电流采样电路(12)包括电流互感器(T9)。

3.如权利要求2所述的一种多功能电子式电能表，其特征在于：所述电流型电压互感器(T4)和电流互感器(T9)的铁心由高导磁率系数的坡莫合金或优质钢带制成。

4.如权利要求2所述的一种多功能电子式电能表，其特征在于：所述电压电流采样电路包括抗混叠滤波器，所述抗混叠滤波器包括结构对称的电阻(R21；R22；R3；R4)和电容(C12；C13；C6；C7)。

5.如权利要求1所述的一种多功能电子式电能表，其特征在于：所述主控芯片(30)包括8位单片机，所述单片机包括一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器，所述放大器包括输入端(X1)和输出端(X2)，所述输入端(X1)和输出端(X2)之间跨接一个晶振(Y2)和两个匹配的电容(C42、C43)，所述晶振(Y2)为11.0592MHZ的晶振。

6.如权利要求5所述的一种多功能电子式电能表，其特征在于：所述键盘包括复位键、电量历史查询键、上移键、下移键，所述电量历史查询键、上移键、下移键连接在单片机的I/O口。

7.如权利要求1或5所述的一种多功能电子式电能表，其特征在于：所述通信模块包括RS-485接口(37)和红外通信接口(38)。

8.如权利要求1所述的一种多功能电子式电能表，其特征在于：所述电源模块包括电源电路，所述电源电路包括电压互感器(T1；T2；T3)、与电压互感器(T1；T2；T3)连接的全波整流器(BG1；BG2；BG3)、与全波整流器(BG1；BG2；BG3)连接的共模电感线圈(LA；LB)、与共模电感线圈(LA；LB)连接的三端电压稳压器。