CN204989311U

CN204989311U - 一种数字功率表

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Publication number: CN204989311U
Application number: CN201520443113.9U
Authority: CN
Inventors: 张新安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2025-06-26

Abstract

一种数字功率表，由功率采样电路、功率计量电路、单片机电路、LED显示电路和电源电路组成，其连接关系如附图所示。功率采样采用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量用电器消耗的有功功率，应用AT89C2051单片机进行数据处理和显示驱动，采用四位八段LED数码管显示测量值，运用非隔离＋5V电源供电。功率表的最大测量功率为4400W，可准确到0.1W。将数字表的L、N两端接交流市电，使用交流市电供电的用电器的电源输入端，接在数字功率表的J1、J2两接线端，即可测量用电器消耗的有功功率。其积极效果在于：电路简单、体积小、重量轻，成本低、功耗小、精度高、价格便宜，操作简单，使用方便。

Description

一种数字功率表

技术领域

本实用新型涉及电子测量仪器技术领域，具体涉及一种数字功率表。

背景技术

实验室中测量电功率P，一般是用电压表测出用电器两端的电压U，用电流表测出用电器中的电流I，再根据P＝UI计算出用电器消耗的功率，不仅测量过程复杂，而且还要通过计算才能得到用电器消耗的功率。电动系功率表结构复杂，灵敏度低，体积大，价格高。同时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，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功率的功率表。

发明内容

为解决现有功率表的不足，本实用新型公开一种数字功率表。该数字功率表的功率采样采用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量用电器消耗的有功功率，应用AT89C2051单片机进行数据处理和显示驱动，采用四位八段LED数码管显示测量值，运用非隔离＋5V电源供电，功率表的最大测量功率为4400W，可准确到0.1W。将数字表的L、N两端接交流市电，使用交流市电供电的用电器的电源输入端，接在数字功率表的J1、J2两接线端，即可测量用电器消耗的有功功率。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种数字功率表，由功率采样电路、功率计量电路、单片机电路、LED显示电路和电源电路组成。功率采样电路由电阻R1～R8和电容C1、C2、C3组成。功率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和晶振X1组成。LED显示电路由四位八段LED数码管DPY1和排阻R10组成。电源电路由集成电路芯片78L05，电阻R11、R12，电容C9～C12，二极管D1、D2和稳压二极管DZ1组成。功率采样电路的输入端接交流市电，输出端接功率计量电路的输入端；单片机电路的输入端接功率计量电路的输出端，输出端接LED显示电路输入端；电源电路的输入端接交流市电，输出端接功率计量电路、单片机电路和LED显示电路的电源端。

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、功耗小、精度高、价格便宜，操作简单，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型的结构方框图。

图2为本实用新型的功率采样电路。

图3为本实用新型的功率计量电路。

图4为本实用新型的单片机电路。

图5为本实用新型的LED显示电路。

图6为本实用新型的电源电路。

具体实施方式

如附图1所示，本实用新型由功率采样电路、功率计量电路、单片机电路、LED显示电路和电源电路组成。功率采样电路的输入端接交流市电，输出端接功率计量电路的输入端；单片机电路的输入端接功率计量电路的输出端，输出端接LED显示电路输入端；电源电路的输入端接交流市电，输出端接功率计量电路、单片机电路和LED显示电路的电源端。

如附图2所示，功率采样电路由电阻R1～R8和电容C1、C2、C3组成。电阻R1与R2一端的连接点接接线端J2，J2接用电器的一端，用电器的另一端接接线端J1，J1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，与功率计量电路的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。

功率采样可分为电流和电压采样，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。用电器的电流流过电阻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0.001Ω/2W的锰铜电阻，最大采样电流为20A。电压采样是利用电阻R4～R8串联分压采样，将R8分得的电压经C3滤波得到采样电压。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，功率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脚接功率采样电路的输出端V1P；3脚接功率采样电路的输出端V1N；4脚接功率采样电路的输出端V2P；5脚接地；6脚接单片机电路的AT89C2051的6脚，7、8脚悬空不用。

HLW8012是深圳市合力为科技公司设计的单相电能计量芯片，可测量有功功率、电流和电压的有效值。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，工作时的功耗不大于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%。

如附图4所示，单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5～C8和晶振X1组成。AT89C2051的1脚接R9一端与C6负极的连接点，2、3、7、8脚分别接LED显示电路的DPYI的6、8、9、12脚，4脚接晶振X1一端与电容C8一端的连接点，5脚接晶振X1另一端与电容C7一端的连接点，6脚接HLW8012的6脚，9、11脚悬空不用，10脚与R9、C5、C7、C8的另一端都接地，12～19脚分别接DPYI的11、7、4、2、1、10、5、3脚，12～19脚还分别接LED显示电路的排阻R10的2～9脚，20脚与C6的正极和C5一端都接＋5V电源。

AT89C2051是ATMEL公司生产的高性能、低电压CMOS8位单片机。AT89C2051的1脚是复位端，R9、C6组成单片机的复位电路。AT89C2051的4脚、5脚内部电路与外部晶振X1和电容C7、C8组成时钟振荡电路。AT89C2051通过测量电能计量芯片HLW8012的CF引脚输出的高频脉冲的频率来计算有功功率，并驱动DPY1显示测量值。

如附图5所示，LED显示电路由四位八段LED数码管DPY1和排阻R10组成。排阻R10的1脚接＋5V电源，2～9脚分别接AT89C2051单片机的12～19脚；DPY1的11、7、4、2、1、10、5、3脚分别接AT89C2051单片机的12～19脚，6、8、9、12脚分别接AT89C2051单片机的2、3、7、8脚。

如附图6所示，电源电路由集成电路芯片78L05，电阻R11、R12，电容C9～C12，二极管D1、D2和稳压二极管DZ1组成。C9与R11并联的一端接交流市电的火线，另一端接R12的一端，R12的另一端接D1负极与D2正极的连接点，D2的负极、DZ1的负极、C10的正极、C11的一端和78L05的1脚相连接，78L05的3脚与C12的正极相连接为＋5V电源的输出端，D1的正极、DZ1的正极、C10的负极、C11的另一端、78L05的2脚和C12的负极都接地，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，本实用新型采样阻容降压型的非隔离电源。

本实用新型设计的数字功率表，工作电压为220V的交流市电，自身耗电小于1W，最大测量功率为4400W，可准确到0.1W，测量误差小于±0.3%。电路简单、体积小、重量轻，成本低、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

1.一种数字功率表，其特征是：一种数字功率表，由功率采样电路、功率计量电路、单片机电路、LED显示电路和电源电路组成；功率采样电路由电阻R1～R8和电容C1、C2、C3组成；功率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和晶振X1组成；LED显示电路由四位八段LED数码管DPY1和排阻R10组成；电源电路由集成电路芯片78L05，电阻R11、R12，电容C9～C12，二极管D1、D2和稳压二极管DZ1组成；功率采样电路的输入端接交流市电，输出端接功率计量电路的输入端；单片机电路的输入端接功率计量电路的输出端，输出端接LED显示电路输入端；电源电路的输入端接交流市电，输出端接功率计量电路、单片机电路和LED显示电路的电源端。

2.根据权利要求1所述的一种数字功率表，其特征是：功率采样电路的电阻R1与R2一端的连接点接接线端J2，J2接用电器的一端，用电器的另一端接接线端J1，J1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，与功率计量电路的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0.001Ω/2W的锰铜电阻，最大采样电流为20A；电压采样是利用电阻R4～R8串联分压采样，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所述的一种数字功率表，其特征是：功率计量电路的THLW8012的1脚接＋5V电源和C4的一端，C4的另一端接地；2脚接功率采样电路的输出端V1P；3脚接功率采样电路的输出端V1N；4脚接功率采样电路的输出端V2P；5脚接地；6脚接单片机电路的AT89C2051的6脚，7、8脚悬空不用。

4.根据权利要求1所述的一种数字功率表，其特征是：单片机电路的AT89C2051的1脚接R9一端与C6负极的连接点，2、3、7、8脚分别接LED显示电路的DPYI的6、8、9、12脚，4脚接晶振X1一端与电容C8一端的连接点，5脚接晶振X1另一端与电容C7一端的连接点，6脚接HLW8012的6脚，9、11脚悬空不用，10脚与R9、C5、C7、C8的另一端都接地，12～19脚分别接DPYI的11、7、4、2、1、10、5、3脚，12～19脚还分别接LED显示电路的排阻R10的2～9脚，20脚与C6的正极和C5一端都接＋5V电源。

5.根据权利要求1所述的一种数字功率表，其特征是：电源电路的C9与R11并联的一端接交流市电的火线，另一端接R12的一端，R12的另一端接D1负极与D2正极的连接点，D2的负极、DZ1的负极、C10的正极、C11的一端和78L05的1脚相连接，78L05的3脚与C12的正极相连接为＋5V电源的输出端，D1的正极、DZ1的正极、C10的负极、C11的另一端、78L05的2脚和C12的负极都接地，并连接交流市电的零线。