專利名稱:總線供電式多功能電力儀表的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種總線供電式多功能電力儀表，該儀表包括：電源管理模塊、嵌入式MCU微控制器、數(shù)字量輸入與輸出模塊、交流量采集與處理模塊及通信模塊；通信模塊包括兩個相互連接的RJ45插座，并引出有一路電源接口和二路通信接口；電源管理模塊為各模塊供電，至少設(shè)有一路電源，包括低壓交直流電源、AC/DC轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路和DC/DC隔離電路；嵌入式MCU微控制器用于控制數(shù)字信號的輸入輸出和交流量的采集，并對數(shù)據(jù)進行運算，經(jīng)通信模塊的通信接口實現(xiàn)遠程通信。該儀表的供電電源可以經(jīng)過所述通信總線供電，只需一點供電，串聯(lián)在所述總線上的其它儀表都可以獲得電源，大大簡化了接線，具有非常積極的工程應(yīng)用意義。
【專利說明】
總線供電式多功能電力儀表
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
[0002]本實用新型涉及一種多功能電力儀表，特別是一種可以采用總線方式供電的多功能電力儀表。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]目前常見的多功能電力儀表，其供電電源一般由儀表內(nèi)部提供，可分為開關(guān)電源和工頻變壓器降壓兩種，開關(guān)電源可支持較寬的交直流電壓輸入，效率較高，但要做到高可靠性技術(shù)難度較高，工頻變壓器有較高的可靠性，但效率較低，小體積內(nèi)功率做不大。且每塊儀表都要單獨敷設(shè)電源線及相應(yīng)的電源短路保護開關(guān)等，安裝較繁瑣。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本實用新型提供了一種可以從總線式通信接口取電的多功能電力儀表。
[0007]本實用新型的具體技術(shù)方案如下:
[0008]—種總線供電式多功能電力儀表，該儀表包括:電源管理模塊、嵌入式MCU微控制器、數(shù)字量輸入與輸出模塊、交流量采集與處理模塊及通信模塊;嵌入式MCU微控制器分別與各模塊相連；
[0009]通信模塊，包括兩個相互連接的RJ45插座，并引出有一路電源接口和二路通信接P；
[0010]電源管理模塊為各模塊供電，至少設(shè)有一路電源，包括低壓交直流電源、AC/DC轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路和DC/DC隔離電路，低壓交直流電源經(jīng)通信模塊的一個RJ45插座接入，并由所述電源接口接至AC/DC轉(zhuǎn)換電路；
[0011]嵌入式MCU微控制器用于控制數(shù)字信號的輸入輸出和交流量的采集，并對數(shù)據(jù)進行運算，經(jīng)通信模塊的通信接口實現(xiàn)遠程通信。
[0012]本實用新型的進一步設(shè)計在于:
[0013]電源管理模塊還設(shè)有另一路電源，包括與外部交直流電源連接的AC/AD開關(guān)電源，兩路電源的輸出端分別設(shè)有二極管，再連接后共同輸出。
[0014]外部交直流電源選用60?265V交直流電源。
[0015]低壓交直流電源選用9?30V交直流電源。
[0016]通信模塊采用CAN總線或者RS485總線。
[0017]交流量采集與處理模塊包括電壓互感器、電流互感器和信號調(diào)理電路，電壓互感器和電流互感器采集的信號經(jīng)信號調(diào)理電路調(diào)制后送入嵌入式MCU微控制器。
[0018]本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點:
[0019]1、本實用新型能夠采集交流信號，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能、頻率、諧波等多種電力參數(shù)，并可以通過選配開入開出組件，實現(xiàn)數(shù)字信號檢測及控制輸出。
[0020]2、本實用新型能夠支持總線式供電，同一通信總線上只需在任意點接入一個低壓交直流電源，該總線上的其他儀表均可獲得電源，極大的方便了接線，同時由于采用低壓電源集中供電，儀表內(nèi)部電源回路大大簡化，大大提高安全性和可靠性。
[0021]3、本實用新型提供兩個完全一致的標準RJ45插座，通過普通預制網(wǎng)線即可實現(xiàn)通信總線的快速連接。也可實現(xiàn)多儀表串聯(lián)式供電。
[0022]4、該儀表具有兩個完全相同且相互連通的接口插座，儀表的供電電源可以經(jīng)過所述通信總線供電，只需一點供電，串聯(lián)在所述總線上的其它儀表都可以獲得電源，大大簡化了接線，具有非常積極的工程應(yīng)用意義。
[0023]【附圖說明】
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[0024]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本實用新型中的電源管理模塊原理示意圖。
[0026]圖3為本實用新型中的交流量采集與處理模塊原理圖。
[0027]圖4為本實用新型中的數(shù)字量輸入與數(shù)字量輸出模塊原理圖。
[0028]圖5為本實用新型中的通信模塊接口原理示意圖。
[0029]圖6為本實用新型的一種組網(wǎng)供電系統(tǒng)圖。
[0030]【具體實施方式】:
[0031]實施示例一:參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6。
[0032]本實用新型總線供電式多功能電力儀表，包括:電源管理模塊、嵌入式MCU微控制器、數(shù)字量輸入與輸出模塊、交流量采集與處理模塊、通信模塊。其內(nèi)部連接狀態(tài)如圖1，電源管理模塊和其他各模塊連接，提供各模塊所需電源;嵌入式MCU微控制器分別與電源管理模塊、數(shù)字量輸入與輸出模塊、交流量采集與處理模塊及通信模塊連接。
[0033]電源管理模塊負責提供儀表各電路所需的電源，如圖2，電源管理模塊由兩路電源提供，第一路電源采用外部60?265V交直流電源經(jīng)AC/DC開關(guān)電源后輸出隔離的12V、5V(1)、5V(2)，其中12V供數(shù)字量輸入與輸出模塊使用，一路5V(1)為儀表主電源，另一路5V(2)為通信模塊電源，此為傳統(tǒng)電源供應(yīng)模式。
[0034]第二路電源采用低壓交直流電源輸入經(jīng)通信模塊的RJ45插座輸入的低壓交直流9?30V電源，經(jīng)整流降壓后提供12V電源，與第一路電源的12V輸出連接；12V輸出再經(jīng)穩(wěn)壓器7805降壓為5V，此5V輸出與第一路電源的5V(2)輸出連接；因可靠性的要求，主5V與通信5V需要隔離，故使用一個DC/DC隔離電路隔離后的5V再與第一路電源的5V(1)連接。一般情況下，第一路電源不是必須同時存在，當同時存在時，為防止兩路電源相互影響，兩路電源之間的連接可使用低壓降的快速二極管單相導通后再相接。
[0035]嵌入式M⑶微控制器是儀表的運算處理核心，其AD通過采集交流量采集與處理模塊提供的低壓信號，經(jīng)計算處理獲取到電壓、電流、功率、諧波等電力參數(shù)及計量電能，通過與數(shù)字量輸入輸出模塊連接實現(xiàn)開入信號檢測及開出控制功能，通過和通信模塊連接實現(xiàn)遠方通信功能，可將電量參數(shù)的遠傳以及遠程設(shè)置儀表參數(shù)。
[0036]交流量采集與處理模塊，如圖3，電壓互感器將外部接入的高電壓轉(zhuǎn)換為MCU能承受的低電壓，電流互感器將外部接入的大電流轉(zhuǎn)化為MCU能承受的低電壓，轉(zhuǎn)換后的低電壓信號經(jīng)濾波等信號調(diào)理后提供給嵌入式MCU微控制器采集計算。
[0037]數(shù)字量輸入與輸出模塊包括數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出兩部分，如圖4，輸入輸出信號都需要經(jīng)過光耦隔離處理后再與嵌入式MCU微控制器連接。
[0038]通信模塊主要是遠程通信用，在本實用新型里，還有一個重要功能就是其RJ45插座能為儀表接入一路9?30V的低壓交直流電源，由于采用總線式通信方式，為方便接線，通信模塊提供了兩個相同的RJ45插座COMl和COM2，兩個RJ45插座相連，示意圖如圖5，一個RJ45提供8個引腳，分別提供2路總線式通信接口和一路電源接口，通信接口可以是CAN或者RS485等方式，為兼容現(xiàn)有預制網(wǎng)線，第一通信接口使用第一組雙絞線接1、2腳，第二通信接口使用第四組雙絞線接7、8腳，考慮到電源回路在總線上流經(jīng)的電流較大，故電源接口使用4芯線，電源地使用第二組雙絞線接3、6腳，電源正使用第三組雙絞線接4、5腳。因電源和通信信號之間均有地線相隔，有效的避免了電源對通信的影響。
[0039]圖6展示了本實用新型的常見組網(wǎng)供電系統(tǒng)圖，如圖所示，裝置供電電源由一個專用電源(低壓交直流電源)提供，用預制網(wǎng)線直接掛接在通信總線上，多功能電力儀表之間采用總線方式一一連接，最后與通信主機連接即可。需要注意的是，專用電源的位置不是固定的，只需在通信總線任意節(jié)點接入即可。
[0040]本實用新型總線供電式多功能電力儀表，通信接口接入的電源為安全電壓范圍內(nèi)的9?30V交直流電源，由專用電源提供，由于采用總線式供電，往往只需采用一個外部專用電源模塊接在總線上任意一點，該總線上的所有儀表均可獲得電源，當采用預制的RJ45插座電纜時，使得通信和電源接線變得非常簡單，極大的提供了安裝效率；由于采用專用電源模塊和安全電壓范圍內(nèi)的供電電壓，即可簡化儀表內(nèi)部電源設(shè)計，也大大提高了安全性和可靠性。同時考慮到在沒有通信需求或者總線式供電的應(yīng)用場合，該電力儀表仍保留傳統(tǒng)的獨立高壓交直流輸入的能力，可以做到兼容獨立電源和總線式供電的供電模式，有非常好的適用性。
[0041]上述技術(shù)方案僅體現(xiàn)了本實用新型技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種總線供電式多功能電力儀表，其特征在于，該儀表包括:電源管理模塊、嵌入式MCU微控制器、數(shù)字量輸入與輸出模塊、交流量采集與處理模塊及通信模塊;嵌入式MCU微控制器分別與各模塊相連； 通信模塊，包括兩個相互連接的RJ45插座，并引出有一路電源接口和二路通信接口 ； 電源管理模塊為各模塊供電，至少設(shè)有一路電源，包括低壓交直流電源、AC/DC轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路和DC/DC隔離電路，低壓交直流電源經(jīng)通信模塊的RJ45插座接入，并由所述電源接口接至AC/DC轉(zhuǎn)換電路； 嵌入式MCU微控制器用于控制數(shù)字信號的輸入輸出和交流量的采集，并對數(shù)據(jù)進行運算，經(jīng)通信模塊的通信接口實現(xiàn)遠程通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述總線供電式多功能電力儀表，其特征在于，電源管理模塊還設(shè)有另一路電源，包括與外部交直流電源連接的AC/AD開關(guān)電源，兩路電源的輸出端分別設(shè)有二極管，再連接后共同輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述總線供電式多功能電力儀表，其特征在于，外部交直流電源選用60?265V交直流電源。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述總線供電式多功能電力儀表，其特征在于，低壓交直流電源選用9?30V交直流電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述總線供電式多功能電力儀表，其特征在于，通信模塊采用CAN總線或者RS485總線。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述總線供電式多功能電力儀表，其特征在于，所述交流量采集與處理模塊包括電壓互感器、電流互感器和信號調(diào)理電路，電壓互感器和電流互感器采集的信號經(jīng)信號調(diào)理電路調(diào)制后送入嵌入式MCU微控制器。
【文檔編號】G01R23/02GK205720377SQ201620342955
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】王中云
【申請人】南京國高電氣自動化有限公司