專利名稱：具有通信接口的電量監(jiān)控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有通信接口的電量監(jiān)控儀，屬于電控測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電量監(jiān)控儀是用于測量電子配電系統(tǒng)中某一支路的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電量，直接反映這一支路的運行情況，具有當(dāng)?shù)仫@示功能，可在儀表面板上直接顯示有關(guān)參數(shù)，并具有通信接口，主要有MODBUS與DeviceNet接口，可以接入相應(yīng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。在配電系統(tǒng)中只要配置適量的監(jiān)控儀就可以掌握整個系統(tǒng)的運行狀況。
現(xiàn)有技術(shù)的狀況是國外各電氣公司在八十年代后期推出的電量監(jiān)控儀，近年出現(xiàn)帶現(xiàn)場總線接口的監(jiān)控儀，如日本三菱電機(jī)的ECOMonitor(CC-Link接口)，美國Culter-Hammer的IQ2000(PowerNet接口)，法國Socomec的DIRIS(MODBUS接口)，國內(nèi)企業(yè)也正開發(fā)類似產(chǎn)品并已經(jīng)投入使用，但通信接口一般比較單一，使用MODBUS接口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有通訊接口、線路簡單、使用方便的電量監(jiān)控儀，該測量儀在測量精度，保證所有產(chǎn)品精度的一致性上有所進(jìn)步。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是硬件整體結(jié)構(gòu)包括信號輸入，信號處理，顯示，通信和電源幾部分，其特征在于所述的信號輸入電路包括電流信號輸入電路和電壓信號輸入電路；所述的信號處理電路包括主芯片處理部分，把數(shù)據(jù)處理后，送到顯示部分顯示出來。通訊電路根據(jù)需要進(jìn)行DeviceNet或MODBUS通訊。本解決方案的軟件，是為測量多相而設(shè)置的，其流程工序是先是A相，然后B相C相的方式進(jìn)行，為了保證測量精度，每相采樣6次進(jìn)行平均，顯示平均值。
本發(fā)明的效果由于采用模塊化的硬件設(shè)計，本測量儀是屬于升級換代產(chǎn)品，電源設(shè)計先進(jìn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計體積小，線路簡單、成本低，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
附圖況明

圖1為構(gòu)成本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖2(2A～2F)為構(gòu)成本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)框圖的具體電路圖；圖3為圖1中的電流信號輸入電路原理框圖；圖4為圖1中的電壓輸入電路原理框圖；圖5為本發(fā)明的軟件流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖與一個較隹的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，信號輸入電路1，經(jīng)過輸入的信號到信號處理電路2，信號處理電路2是本發(fā)明硬件的核心器件，經(jīng)過信號處理后的數(shù)據(jù)，輸入到顯示電路4，并根據(jù)需要與通信電路3進(jìn)行通信，通信電路3把處理后的數(shù)據(jù)送到顯示電路3顯示出來，通信電路根據(jù)需要進(jìn)行DeviceNet或MODBUS通信。
所述的信號輸入電路1，包括電壓信號輸入電路和電流信號輸入電路。這里所說的電流信號輸入電路是指如下電路構(gòu)成的，有0～5A的標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸入電流互感器，經(jīng)過信號放大濾波電路到電子開關(guān)，三相切換，經(jīng)過反向器再到電子開關(guān)經(jīng)整流成0～5V電壓，中間經(jīng)過零檢測，判斷功率等環(huán)節(jié)。
所述的信號輸入電路1，還包括電壓信號輸入電路。這里所述的電壓信號輸入電路是指如下電路構(gòu)成的，電阻分壓電路6，電子開關(guān)電路7、運算放大器8，正負(fù)反向器9，電子開關(guān)10，過零點檢測11，判斷功率電路12，其信號傳遞為電阻分壓電路6到電子開關(guān)10，經(jīng)過三相切換到正負(fù)反向器再到另一電子開關(guān)10，過零點檢測11、判斷功率電路12，其信號傳遞為電阻分壓電路6到電子開關(guān)10，經(jīng)過三相切換到正負(fù)反向器再到另一電子開關(guān)10，再由0～5V輸出，電阻分壓電路6到電子開關(guān)，經(jīng)過過零點檢測到功率判斷和電子開關(guān)10。
所述的電流輸入電路，由下述電路構(gòu)成，電流互感器13，信號放大器14，電子開關(guān)15，正負(fù)反向器16，電子開關(guān)17，過零點檢測19，功率判斷20組成，其信號傳遞為從電流互感器13到信號放大器14，經(jīng)過電子開關(guān)15切換到正負(fù)反向器16到電子開關(guān)17整流0～5V輸出。信號放大器14經(jīng)過電子開關(guān)15到過零點檢測18，到功率判斷19和切換電子開關(guān)17。
如圖2(圖2A～圖2F)所示，所述的信號處理電路2是本發(fā)明的核心器件，擔(dān)負(fù)著采集測量電網(wǎng)的電流、電壓、功率等參數(shù)，通過數(shù)據(jù)總線向上位機(jī)傳遞測量數(shù)據(jù)，還具有故障診斷功能。為此，采用帶A/D轉(zhuǎn)換器的16位單片機(jī)MCU，本發(fā)明選用的芯片為HD64F3664。
這里要說明是，配電系統(tǒng)中的電壓、電流量均為交流正弦波，對這種信號的測量可以通過測量求出正弦有效值。當(dāng)然電網(wǎng)也會帶來畸變的正弦波。為了適應(yīng)這種現(xiàn)實，測量儀必須采取有效值測量。
所述的電源電路為開關(guān)電源5，使用TOP223芯片，根據(jù)測量儀需要，其變壓器有4路輸出，1路輸入。此開關(guān)電源將220V變換為±9V和兩個+5V共有4組電源，用于MCU微處理器和數(shù)碼管，另一組+5V為通用接口供電。
所述的顯示電路，有串轉(zhuǎn)并芯片74HC595和74HC373進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存，PNP管驅(qū)動數(shù)碼管顯示組成，串轉(zhuǎn)并芯片與鎖存器相結(jié)合。
通過數(shù)碼管顯示時，數(shù)碼管通過動態(tài)刷新，使用PNP管驅(qū)動。數(shù)碼管采用共陽極，通過LM317調(diào)整輸出電壓以改變亮度。因為數(shù)碼管較多，如果只是通過狀態(tài)刷新，亮度顯然不足，所示動態(tài)刷新只選擇4個數(shù)碼管，再用3個373鎖存器。為了節(jié)省口線，進(jìn)行數(shù)碼數(shù)據(jù)輸入時，通過串轉(zhuǎn)并數(shù)據(jù)輸入。
如圖5所示，這是本發(fā)明的軟件流程圖。根據(jù)硬件方案的需要與軟件結(jié)合，才能完滿完成電量的監(jiān)控測量。
軟件程序包括三相切換和每相測量，所述的三相切換的步驟是第一步為外部中斷(A相過零點)到第二步判斷是否需要進(jìn)行A相測量，如果是，進(jìn)入第三步測量定時器開始；進(jìn)入每相測量程序時，其步驟是第一步是A/D定時器中斷到第二步一相測量是否完成(根據(jù)一次測量100個點判斷)，如果是，便進(jìn)入第三步切換相(等1/3周期再測量另一相，等運算放大器穩(wěn)定)。為了保證其測量精度，每相采樣六次，算出平均值。
綜上所述，本發(fā)明的特點是使用先進(jìn)的微處理器MCU，使用帶A/D轉(zhuǎn)換器的16位單片機(jī)，保證監(jiān)控儀的功能和精度和以后的擴(kuò)展；采用電流互感器是本發(fā)明的重要環(huán)節(jié)，使測量儀達(dá)到較高的精度；本發(fā)明接入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)需要開發(fā)出相應(yīng)的規(guī)約芯片和接口電路。同時考慮升級換代要求，本發(fā)明的電量監(jiān)控儀采用模塊設(shè)計，顯示本產(chǎn)品的優(yōu)良。明的重要環(huán)節(jié)，使測量儀達(dá)到較高的精度；本發(fā)明接入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)需要開發(fā)出相應(yīng)的規(guī)約芯片和接口電路。同時考慮升級換代要求，本發(fā)明的電量監(jiān)控儀采用模塊設(shè)計，顯示本產(chǎn)品的優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種具有通信接口的電量監(jiān)控儀，包括信號輸入電路1、信號處理電路2、通信電路3、顯示電路4和電源電路5，其特征在于所述的信號輸入電路1還包括電壓信號輸入和電流信號輸入兩種電路；所述的信號處理電路，其核心是一種微處理器MCU，對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，并通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行檢測，并通過數(shù)據(jù)總線向上位機(jī)傳送；所述的顯示電路，是一種串轉(zhuǎn)并芯片與鎖存器結(jié)合的電路；上述電路的信號傳輸是信號輸入電路到信號處理電路，通過快速運算后，數(shù)據(jù)送往顯示電路，并根據(jù)需要與通信電路進(jìn)行通信；上述電路的運行，還需要與軟件結(jié)合，其軟件的流程包括三相順序的切換和每一相測量運行。
2.如權(quán)利要求1所述的電量監(jiān)控儀，其特征在于所述的信號輸入電路中的電壓輸入電路，包括電阻分壓電路6，電子開關(guān)電路7，運算放大器8，正負(fù)反向器9，電子開關(guān)10，過零點檢測11，判斷功率電路12，其信號傳遞為電阻分壓電路到電子開關(guān)經(jīng)過三相切換到正、負(fù)反向器再到電子開關(guān)再到0～5V輸出，如果需要過零檢測到功率判斷或切換到電子開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的電量監(jiān)控儀，其特征在于所述的信號輸入電路中的電流輸入電路，包括電流互感器13、信號放大器14、電子開關(guān)15、正負(fù)反向器16、電子開關(guān)17、過零點檢測18、功率判斷電路19；其信號傳遞為，從電流互感器到信號放大器經(jīng)過電子開關(guān)相切換到正負(fù)反向器到電子開關(guān)整流0～5V輸出，如果需要，過零點檢測到功率判斷電路或切換到電子開關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的電量監(jiān)控儀，其特征在于所述的信號處理電路為本發(fā)明的核心電路，采用帶A/D轉(zhuǎn)換器的16位單片機(jī)，選用的HD64F3664。
5.如權(quán)利要求1所述的電量監(jiān)控儀，其特征在于所述的顯示電路包括三組數(shù)碼管，每組數(shù)碼管為4位十進(jìn)制數(shù)，監(jiān)視三相的平衡。
6.如權(quán)利要求1所述的電量監(jiān)控儀，其特征在于所述的電源電路為開關(guān)電源，使用TOP223芯片，根據(jù)測量儀需要，其變壓器有4路輸出。
7.如權(quán)利要求1或5所述的電量監(jiān)控儀，其特征在于所述的顯示電路由串口轉(zhuǎn)并口芯片74HC595傳送數(shù)據(jù)，74HC373鎖存數(shù)據(jù)，PNP管驅(qū)動數(shù)碼管顯示，串轉(zhuǎn)并芯片與鎖存器結(jié)合。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的電量監(jiān)控儀，其特征在于所述的電壓、電流輸入電路中的整流電路，包括電子開關(guān)和切換電路；上述電路用于過零比較，切換電子開關(guān)和計算功率符號。
9.如權(quán)利要求1所述的電量監(jiān)控儀，其特征在于所述的軟件程序包括三相切換和每相測量流程；所述的三相切換的步驟第一步是外部中斷(A相過零點)到第二步判斷是否需要進(jìn)行A相測量，如果是，進(jìn)入第三步測量定時器開始；進(jìn)入每相測量程序時，其步驟是第一步是A/D定時器中斷到第二步一相測量是否完成(根據(jù)一次測量100個點判斷)，如果是，便進(jìn)入第三步切換相(等1/3周期再測量另外一相，等運算放大器穩(wěn)定)，為了保證其精度，每相采樣六次，算出平均值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有通訊接口的電量監(jiān)控儀，屬于電控測量技術(shù)領(lǐng)域。該測量儀包括信號輸入、信號處理、通訊、顯示、電源等電路，其特征在于，它的信號輸入包括電流輸入電路和電壓輸入電路，信號處理電路是一個MCU微機(jī)芯片，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理向上位機(jī)傳輸；顯示電路是一種串轉(zhuǎn)并芯片與鎖存器相結(jié)合的電路；上述電路的信號傳輸是信號輸入經(jīng)過信號處理，通過快速運算后送往顯示電路并根據(jù)需要與通信電路進(jìn)行通訊。上述電路的運行，還需與軟件結(jié)合，其軟件包括三相順序切換與每一相測量。本發(fā)明的效果是采用模塊化的硬件設(shè)計和軟硬結(jié)合，促進(jìn)其體積小、線路簡單、成本低，是一種更新?lián)Q代產(chǎn)品，具有較好的效益。
文檔編號G01R11/48GK1690719SQ20041001789
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者鞠磊, 阮于東, 施惠冬, 袁俊杰 申請人:上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司