CN204807638U

CN204807638U - 一种多功能插座式电能测量仪

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Publication number: CN204807638U
Application number: CN201520381711.8U
Authority: CN
Inventors: 张新安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-06
Filing date: 2015-06-06
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2025-06-06

Abstract

一种多功能插座式电能测量仪，由电流电压采样电路、电能计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成，其连接关系如附图所示。电能测量仪的电流和电压的采样都使用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量负载的有功功率、电流和电压的有效值，应用AT89C2051单片机进行控制和数据处理，采用LCD1602液晶显示器显示测量值。将用电器的电源插头***多功能电能测量仪的插座上，即可测量用电器的有功功率、电流和电压的有效值，自身耗电小于1W，最大负载电流为10A。其积极效果在于：电路简单、体积小、重量轻、成本低、操作简单，使用方便，灵敏度高、功耗小、精度高。

Description

一种多功能插座式电能测量仪

技术领域

本实用新型涉及电能测量技术领域，具体涉及一种多功能插座式电能测量仪。

背景技术

随着经济发展和人们生活水平的不断提高，家用电器越来越多，随之而来的则是电费的增加。绿色环保、低碳经济、科学发展，更要求人们节约能源，因此，不少家庭对家用电器的耗电量十分重视，需要一种能简单快速测量用电器消耗的功率、电流和市电电压的多功能电能测量仪。目前市场上用于专业电能测量的多功能电能测量仪，价格高，普通居民家庭难以接受。

发明内容

为解决现有多功能电能测量仪的不足，本实用新型公开一种多功能插座式电能测量仪。该多功能插座式电能测量仪的电流和电压的采样都使用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量负载的有功功率、电流和电压的有效值，应用AT89C2051单片机进行控制和数据处理，采用LCD1602液晶显示器显示测量值，运用非隔离＋5V开关电源供电。电能测量仪的最大负载电流为10A，将用电器的电源插头***该多功能电能测量仪的插座上，即可测量用电器的有功功率、电流和电压的有效值，操作简单，使用方便，测量的灵敏度高、功耗小、精度高。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种多功能插座式电能测量仪，由电流电压采样电路、电能计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成。电流电压采样电路由电阻R1～R8和电容C1、C2、C3组成。电能计量电路由集成电路芯片HLW8012和电容C4组成。单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5～C8，按钮K1和晶振X1组成。LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成。电源电路由集成电路芯片LNK304，电阻R10～R13，电容C9～C12，电感L1和二极管D1、D2、D3组成。

本实用新型的积极效果在于：电路简单、体积小、重量轻、成本低、操作简单，使用方便，灵敏度高、功耗小、精度高。

附图说明

图1为本实用新型的结构方框图。

图2为本实用新型的电流电压采样电路。

图3为本实用新型的电能计量电路。

图4为本实用新型的单片机和LCD显示电路。

图5为本实用新型的电源电路。

具体实施方式

如附图1所示，本实用新型由电流电压采样电路、电能计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成。电能计量电路的电流电压采样输入端接电流电压采样电路的输出端，输出电流/电压选择输入端接单片机的输出电流/电压选择输出控制端，输出端接单片机电路的输入端；单片机电路的显示驱动输出端接LCD显示电路的驱动输入端；电源电路的输出端接电能计量电路、单片机电路和LCD显示电路的电源端。

如附图2所示，电流电压采样电路由电阻R1～R8和电容C1、C2、C3组成。电阻R1与R2一端的连接点接负载，负载的另一端接交流市电的火线；R3一端与R1另一端的连接点接地，并连接交流市电的零线；R2的另一端与C1的一端相连为电流采样的输出端V1P，与电能计量电路的THLW8012的2脚V1P相连接；R3的另一端与C2的一端相连为电流采样的输出端V1N，与THLW8012的3脚V1N相连接；C1与C2的另一端相连并接地。R4、R5、R6、R7串联，R4的另一端接交流市电的火线，R8与C3并联的一端接地，并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样的输出端V2P，接THLW8012的4脚电压采样输入端V2P。

电流、电压的采样有电阻采样和互感器采样两种方式，互感器采样方式的体积大、成本高，本实用新型的电流和电压采样都采用电阻采样方式。负载电流流过电阻R1，经R2、C1和R3、C2阻容滤波，将电流信号转换成电压信号。电流采样电阻R1设计为0.002Ω/2W的锰铜电阻，最大负载电流为10A。电压采样是利用电阻R4～R8串联分压，将市电电压降至100mV左右进行采样。电阻R4～R7的电阻值都设计为470KΩ，R8的电阻值为1KΩ，实用于对220V交流市电的电压采样。

如附图3所示，电能计量电路由集成电路芯片HLW8012和电容C4组成。THLW8012的1脚接＋5V电源和C4的一端，C4的另一端接地；2脚接电流电压采样电路的输出端V1P；3脚接电流电压采样电路的输出端V1N；4脚接电流电压采样电路的输出端V2P；5脚接地；6、7、8脚分别接单片机电路的AT89C2051的6、8、9脚。

HLW8012是深圳市合力为科技公司推出的单相电能计量芯片，可以测量有功功率、电流有效值和电压有效值。采用CMOS工艺，SOP8封装，内置晶振、2.43V电压参考源和电源监控电路，＋5V单电源供电，工作时的功耗不超过15mW。输出的高频脉冲CF是占空比为1:1的方波，通过测量CF引脚输出的高频脉冲的频率计算有功功率，精度为±0.3%。输出的高频脉冲CF1是占空比为1:1的方波，通过测量CF1引脚输出的高频脉冲的频率计算电流有效值或电压有效值，使用SEL选择，精度为±0.5%。SEL为高电平时，CF1输出的脉冲频率表示电压有效值，SEL为低电平时，CF1输出的脉冲频率表示电流有效值。

如附图4所示，单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5～C8，按钮K1和晶振X1组成。AT89C2051的1脚接R9一端与C7负极的连接点，2、3、7脚分别接LCD1602的6、5、4脚，4脚接晶振X1一端与电容C6一端的连接点，5脚接晶振X1另一端与电容C5一端的连接点，6、8、9脚分别接HLW8012的6、7、8脚，10脚与R9、C5、C6、C8、K1的另一端都接地，11脚接K1的一端，12～19脚分别接LCD1602的14～7脚，20脚、C7的正极和的C8一端都接＋5V电源。

AT89C2051是ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机。AT89C2051的1脚是复位端，R9、C7组成单片机的复位电路。AT89C2051的4脚、5脚内部电路与外部的晶振X1和电容C5、C6组成时钟振荡电路。AT89C2051通过测量电能计量芯片HLW8012的CF和CF1引脚输出的高频脉冲的频率来计算有功功率、电流和电压的有效值，并驱动LCD1602显示测量值。单片机上电复位时，测量的是有功功率，按压按钮K1，可循环选择电流有效值、电压有效值和有功功率的测量。

如附图4所示，LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成。LCD显示电路的LCD1602的1脚接地，2脚接＋5V电源，3脚接电位器RP1的滑动端，RP1的一端接＋5V电源，另一端接地，LCD1602的4、5、6脚分别接AT89C2051的7、3、2脚，7～14脚分别接AT89C2051的19～12脚。电位器RP1用于调节字符的对比度。

如附图5所示，电源电路由集成电路芯片LNK304，电阻R10～R13，电容C9～C12，电感L1和二极管D1、D2、D3组成。LNK304的1脚接C10的一端，2脚与R11、R12的一端相连接，4脚与D1的负极和C9的正极相连接，5、6、7、8脚、L1的一端、C11的负极、D2的负极、C10的另一端、R11的另一端相连接，C11的正极、R12的另一端、D3的负极相连接，R10的一端与D1的正极连接，R10的另一端接交流市电的火线，L1的另一端、D3的正极、C12的正极、R13的一端相连接为电源的＋5V输出端，C9的负极、D2的正极、C12的负极、R13的另一端都接地，并连接交流市电的零线。为了配合电流、电压的电阻非隔离采样方式，电源电路必须为非隔离电源，本实用新型采样非隔离＋5V开关电源。

本实用新型设计的多功能插座式电能测量仪，工作电压为220V的交流市电，自身耗电小于1W，最大负载电流为10A，测量有功功率的误差小于±0.5%，测量电流和电压有效值的误差小于±0.3%。电路简单、体积小、重量轻，成本低、灵敏度高、功耗小、精度高、价格便宜，操作简单，使用方便，拥有广阔的市场前景。

Claims

1.一种多功能插座式电能测量仪，其特征是：一种多功能插座式电能测量仪，由电流电压采样电路、电能计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成；电流电压采样电路由电阻R1～R8和电容C1、C2、C3组成；电能计量电路由集成电路芯片HLW8012和电容C4组成；单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5～C8，按钮K1和晶振X1组成；LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成；电源电路由集成电路芯片LNK304，电阻R10～R13，电容C9～C12，电感L1和二极管D1、D2、D3组成。

2.根据权利要求1所述的一种多功能插座式电能测量仪，其特征是：电流电压采样电路的电阻R1与R2一端的连接点接负载，负载的另一端接交流市电的火线；R3一端与R1另一端的连接点接地，并连接交流市电的零线；R2的另一端与C1的一端相连为电流采样的输出端V1P，与电能计量电路的THLW8012的2脚V1P相连接；R3的另一端与C2的一端相连为电流采样的输出端V1N，与THLW8012的3脚V1N相连接；C1与C2的另一端相连并接地；R4、R5、R6、R7串联，R4的另一端接交流市电的火线，R8与C3并联的一端接地，并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样的输出端V2P，接THLW8012的4脚电压采样输入端V2P；电流采样电阻R1设计为0.002Ω/2W的锰铜电阻，最大负载电流为10A；电压采样电阻R4～R7的电阻值都设计为470KΩ，R8的电阻值为1KΩ，实用于对220V交流市电的电压采样。

3.根据权利要求1所述的一种多功能插座式电能测量仪，其特征是：电能计量电路的THLW8012的1脚接＋5V电源和C4的一端，C4的另一端接地；2脚接电流电压采样电路的输出端V1P；3脚接电流电压采样电路的输出端V1N；4脚接电流电压采样电路的输出端V2P；5脚接地；6、7、8脚分别接单片机电路的AT89C2051的6、8、9脚。

4.根据权利要求1所述的一种多功能插座式电能测量仪，其特征是：单片机电路的AT89C2051的1脚接R9一端与C7负极的连接点，2、3、7脚分别接LCD1602的6、5、4脚，4脚接晶振X1一端与电容C6一端的连接点，5脚接晶振X1另一端与电容C5一端的连接点，10脚与R9、C5、C6、C8、K1的另一端都接地，11脚接K1的一端，12～19脚分别接LCD1602的14～7脚，20脚、C7的正极和的C8一端都接＋5V电源。

5.根据权利要求1所述的一种多功能插座式电能测量仪，其特征是：LCD显示电路的LCD1602的1脚接地，2脚接＋5V电源，3脚接电位器RP1的滑动端，RP1的一端接电源正端，另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种多功能插座式电能测量仪，其特征是：电源电路的LNK304的1脚接C10的一端，2脚与R11、R12的一端相连接，4脚与D1的负极和C9的正极相连接，5、6、7、8脚、L1的一端、C11的负极、D2的负极、C10的另一端、R11的另一端相连接，C11的正极、R12的另一端、D3的负极相连接，R10的一端与D1的正极连接，R10的另一端接交流市电的火线，L1的另一端、D3的正极、C12的正极、R13的一端相连接为电源的＋5V输出端，C9的负极、D2的正极、C12的负极、R13的另一端都接地，并连接交流市电的零线。