CN104345212A

CN104345212A - 一种电子式电能表

Info

Publication number: CN104345212A
Application number: CN201410532175.7A
Authority: CN
Inventors: 马治远; 吴秋轩; 喻航; 黄敏峰; 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

本发明公开了一种电子式电能表，包括前端电路调理模块、电能计量芯片(20)、LED指示模块(30)、微控制单元(40)、显示模块(50)、通讯模块(60)、键盘控制模块(70)、时钟模块(80)、存储器(90)、电源模块，所述前端电路调理模块与电能计量芯片(20)连接，所述LED指示模块(30)与电能计量芯片(20)连接，所述微控制单元(40)与电能计量芯片(20)连接，所述显示模块(50)、通讯模块(60)、键盘控制模块(70)、时钟模块(80)、存储器(90)分别与微控制单元(40)连接。通过本发明所述的电能表，可以实现对电能等电参量测量、显示及采集处理的目的。

Description

一种电子式电能表

技术领域：

本发明涉及电能计量技术，具体而言，涉及一种电子式电能表。

背景技术：

为了实施可持续发展，解决环境与发展的矛盾，世界许多国家正在积极探索绿色能源来减少传统发电方式对环境的污染和不可再生资源的损耗，或为了节省投资，降低能耗，提高***安全性和灵活性，采用大电网***和分布式发电***相结合的供电方式。经过***科学地设计和电能市场合理地规划，分布式的小规模供电***不仅可以解决居民的能源问题而且可以把富余的电能反馈到电网，以实现以电偿电，从而减轻供电***的负担，减少不可再生资源的消耗。

目前，许多国家规定用户自己的发电***产生并入电网的电能可以等价换取等量电网的电能。虽然在我们国家还没有开始实施，但这是一种发展方向。为了满足这种应用需要，必须设计一种可以计量用户消耗电能(即正向电能)又可以计量用户反馈到电网的电能(即反向电能)的电能表，即双向电能表。

发明内容：

本发明所解决的技术问题：用户自己的发电***产生并入电网的电能可以等价换取等量电网的电能，如此，需要一种既能计量用户消耗电能(即正向电能)又可以计量用户反馈到电网的电能的双向电能表。

本发明提供如下技术方案：一种电子式电能表，包括电源模块、显示模块、LED指示模块、通讯模块、键盘控制模块、微控制单元、电能计量芯片、时钟模块、存储器和前端电路调理模块。所述前端电路调理模块与电能计量芯片连接，所述LED指示模块与电能计量芯片连接，所述微控制单元与电能计量芯片连接，所述显示模块、通讯模块、键盘控制模块、时钟模块、存储器分别与微控制单元连接。

按上述技术方案，本发明所述的电子式电能表主要由电源模块、显示模块、LED指示模块、通讯模块、键盘控制模块、MCU模块、电能计量芯片、时钟模块、存储器模块和前端电路调理模块部分组成。作为本发明的一种优选，所述前端电路调理模块包括电子式电流型电压互感器、电流互感器、精密电阻电路。电子式电流型电压互感器、电流互感器和精密电阻电路变换电压电流信号以差模电压的形式接到电能计量芯片，取样电阻的阻值由被测信号的最大值决定，然后经电能计量芯片转换后将电压、电流、功率、电能等信号传给微控制单元，微控制单元控制所有芯片的工作、截止及计算和模块的显示。显示模块正常显示当前测量的电能值、日期、时间。LED指示模块可以指示电能方向和用电功率大小。通讯模块实现电能表远程通信。时钟模块为电能表提供时间基准，为实现多费率打下基础，存储模块为电能表提供数据存储，可以做到掉电不丢失数据，还可以实现电力***参数的实时记录。

通过本发明所述的电能表，可以实现对电能等电参量测量、显示及采集处理的目的。

作为本发明的进一步改进，所述电源模块包括电源电路，所述电源电路包括电源变压器、与电源变压器连接的桥式整流电路、与桥式整流电路连接的固定式三端稳压器电路、与固定式三端稳压器连接的三端稳压器电路。电源电路是整个电能表能稳定工作的前提和关键，电能表中的各个单元电路都需要使用直流电源供电，特别是为电压互感器提供正负15V工作电源，保证电压的顺利采集。本发明采用自制电源供电方式，将220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路整流和滤波，在固定式三端稳压器的两端形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过三端稳压器的稳压和电容的频率补偿，便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。得到15V，5V，3.3V直流电源，为互感器，电能计量芯片，MCU等模块提供稳定的工作电源。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明一种电子式电能表的结构框图；

图2为本发明所述的电子式电能表的电源模块的电源电路的原理图。

图中符号说明：

A－电压信号；

B－电流信号；

C－经前端电路调理模块调理后的电压信号；

D－经前端电路调理模块调理后的电流信号；

11－电流型电压互感器；12－电流互感器；

20－电能计量芯片；

30－LED指示模块；

40－微控制单元；

50－显示模块；

60－通讯模块；

70－键盘控制模块；

80－时钟模块；

90－存储器。

具体实施方式：

如图1所示，一种电子式电能表，包括前端电路调理模块、电能计量芯片20、LED指示模块30、微控制单元40、显示模块50、通讯模块60、键盘控制模块70、时钟模块80、存储器90、电源模块。所述前端电路调理模块与电能计量芯片20连接，所述LED指示模块30与电能计量芯片20连接，所述微控制单元40与电能计量芯片20连接，所述显示模块50、通讯模块60、键盘控制模块70、时钟模块80、存储器90分别与微控制单元40连接。所述前端电路调理模块包括电子式电流型电压互感器11、电流互感器12、精密电阻电路。

其中，电能计量芯片20采用CS5460A。微控制单元40负责按键输入扫描、工作状态检测，计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。微控制单元40采用MSP430F2274单片机。显示模块50采用LCD12864液晶。通讯模块60采用串口异步通信，使用RS-485做接口标准的通讯模块。时钟模块80采用DALLAS公司推出的DS1302。存储器90采用AT24C02存储芯片。

本发明采用自制电源供电方式，将220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路整流和滤波，在固定式三端稳压器01的两端形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过三端稳压器02的稳压和电容的频率补偿，便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。得到15V，5V，3.3V直流电源，为互感器，电能计量芯片，MCU等模块提供稳定的工作电源。自制电源原理如图2所示。

对于***的前端电压调理部分，我们采用新型有源交流电压互感器，该互感器由于内置运算放大器，所以测量精度高，该互感器同时可以外接电容，补偿相移，可将相移补偿到≤15°。同时需要为该电压互感器提供正负15V工作电源。然后在二次侧得到大约5V交流电压，再经过精密电阻分压得到131.6mv的输入电压，可以为CS5460A提供电压信号，不超出芯片的测量范围。并加入RC滤波网络对信号初步滤波，并加入放抖动电容保护芯片。电流调理部分采用变比2000：1的电流互感器，然后经一精密电阻将电流信号转变成电压信号。并加入RC滤波网络对信号初步滤波，并加入放抖动电容保护芯片。经变换后的补测信号以差模电压的形式接到CS5460A的模拟信号输入端。由于互感器角差的影响，可能造成输入信号的相移，使功率测量的误差增大。而CS5460A具有相位补偿功能，可以大大减小互感器角差的影响。

经调理电路调理的电压信号C、电流信号D通过IIN+、IIN-、VIN+、VIN-接口送入电能表芯片CS5460，芯片经放大、滤波、采样、计算，计算出瞬时功率，并根据周期计数寄存器内设定的计数周期计算出电能值、电流有效值、电压有效值，并将其存入相应的寄存器中，然后单片机通过与芯片通信将相应寄存器中的电能值、电压有效值、电流有效值读出，并送予液晶显示。CS5460可将电能转化成与电能成正比的脉冲，将EOUT口和EDIR口配置成正向电能和负向电能脉冲输出，以便于电能表的检定，也可指示电能方向。

采用两个不同颜色的LED指示电能方向和用电负载大小，方便以后电能表检定。为了保护LED，必须在LED上串联限流电阻。由于红色和绿色LED压降不同，所有限流电阻有所差别。

键盘控制模块70中的键盘用四个按键和四个下拉电阻构成简单的键盘，四个按键分别与单片机的平P2.4、P2.5、P2.6、P2.7口连接，当键盘被按下后相应口被拉低为低电平，进而实现对单片机的控制，方便时间不准时调节时间及lcd显示更多电能信息等实现更多的功能。

本发明采用串行接口的液晶，单片机通过液晶的串行口SIO向液晶寄存器写命令，进而实现对液晶显示的控制。

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

1.一种电子式电能表，包括前端电路调理模块、电能计量芯片(20)、LED指示模块(30)、微控制单元(40)、显示模块(50)、通讯模块(60)、键盘控制模块(70)、时钟模块(80)、存储器(90)、电源模块，其特征在于：所述前端电路调理模块与电能计量芯片(20)连接，所述LED指示模块(30)与电能计量芯片(20)连接，所述微控制单元(40)与电能计量芯片(20)连接，所述显示模块(50)、通讯模块(60)、键盘控制模块(70)、时钟模块(80)、存储器(90)分别与微控制单元(40)连接。

2.如权利要求1所述的一种电子式电能表，其特征在于：所述前端电路调理模块包括电子式电流型电压互感器(11)、电流互感器(12)、精密电阻电路。

3.如权利要求1所述的一种电子式电能表，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源变压器、与电源变压器连接的桥式整流电路、与桥式整流电路连接的固定式三端稳压器(01)电路、与固定式三端稳压器(01)电路连接的三端稳压器(02)电路。