專利名稱：電子式三相多功能電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電子式三相多功能電能表
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用來計(jì)量電量的電能表，尤其涉及一種電子式三相多功能 電能表。背景技術(shù)：
現(xiàn)有電子式三相多功能電能表雖然已有各種各樣很多類型，但普遍存在在 動態(tài)范圍較寬及外部環(huán)境條件不同的情況下長時(shí)間運(yùn)行不夠穩(wěn)定可靠、計(jì)量精 度差、表記功耗大、成本高等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種電子式三相多功 能電能表，能夠提高計(jì)量精度及長時(shí)間運(yùn)行的可靠性，且成本低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出了一種電子式三相多功能電能表，包括 三相計(jì)量芯片、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片，三相計(jì)量芯片連接在功能處理芯
片的輸入端，功能處理芯片上還分別連接有脈沖輸出電路、LCD顯示電路、存儲 器、紅外通訊電路、RS485電路和帶溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)鐘芯片，所述三相計(jì)量芯片采 用ATT7022B芯片，所述存儲器采用24LC256I芯片。
作為優(yōu)選，功能處理芯片的輸入端還連接有按鍵輸入電路和逆相序檢測電路。
作為優(yōu)選，所述功能處理芯片采用NEC0537芯片。
作為優(yōu)選，所述紅外通訊電路采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出 線、 一根輸出發(fā)送信號波形的三線控制電路。
作為優(yōu)選，所述RS485電路采用MAX13485芯片。只需一對雙絞線就可實(shí)現(xiàn) 多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)、設(shè)備簡單、價(jià)格低廉、通信距離長。
作為優(yōu)選，所述帶溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)鐘芯片采用DS3231芯片。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型電壓、電流經(jīng)取樣電路分別取樣后， 送入三相計(jì)量芯片進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到功能處理芯片進(jìn)行計(jì)算，
功能處理芯片通過串行接口將ATT7022B芯片的數(shù)據(jù)讀出，并根據(jù)帶溫度補(bǔ)償?shù)?br> 時(shí)鐘芯片的實(shí)時(shí)時(shí)間和預(yù)先設(shè)定的時(shí)段完成分時(shí)有功電能計(jì)量和最太需量計(jì)量
功能，根據(jù)需要向存儲器存取數(shù)據(jù)，在LCD顯示電路的LCD液晶上顯示各項(xiàng)數(shù) 據(jù)，通過紅外通訊電路或RS485電路進(jìn)行通訊傳輸。采用高精度計(jì)量芯片 ATT7022B，使得電壓電流采樣分辨率大為提高，且有足夠的時(shí)間來更加精確的 測量電能數(shù)據(jù)，從而使電能表的計(jì)量準(zhǔn)確度有了顯著改善。電路能夠長時(shí)間穩(wěn) 定運(yùn)行，且整個(gè)電路成本低。
本實(shí)用新型的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是本實(shí)用新型電子式三相多功能電能表的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參閱圖l，電子式三相多功能電能表，包括三相計(jì)量芯片l、帶液晶驅(qū)動的 功能處理芯片2，三相計(jì)量芯片1連接在功能處理芯片2的輸入端，功能處理芯 片2上還分別連接有脈沖輸出電路3、 LCD顯示電路4、存儲器5、紅外通訊電 路6、 RS485電路7和帶溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)鐘芯片8，所述三相計(jì)量芯片1采用 ATT7022B芯片，所述存儲器5采用24LC256I芯片。所述功能處理芯片2的輸入 端還連接有按鍵輸入電路9和逆相序檢測電路10。電能表工作時(shí)，電壓、電流 經(jīng)取樣電路分別取樣后，送入三相計(jì)量芯片1進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送 到功能處理芯片2進(jìn)行計(jì)算。由于采用了專用的ATT7022B芯片，使得電壓電流 采樣分辨率大為提高，且有足夠的時(shí)間來更加精確的測量電能數(shù)據(jù)，從而使電 能表的計(jì)量準(zhǔn)確度有了顯著改善。功能處理芯片2用于分時(shí)計(jì)費(fèi)和處理各種輸 入輸出數(shù)據(jù)，通過串行接口將專用電能芯片的數(shù)據(jù)讀出，并根據(jù)帶溫度補(bǔ)償?shù)?時(shí)鐘芯片8的實(shí)時(shí)時(shí)間和預(yù)先設(shè)定的時(shí)段完成分時(shí)有功電能計(jì)量和最大需量計(jì) 量功能，根據(jù)需要向存儲器5存取數(shù)據(jù)，在LCD顯示電路4的LCD液晶上顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)、通過紅外通訊電路6或者RS485電路7進(jìn)行通訊傳輸，并完成運(yùn)行 參數(shù)的監(jiān)測，記錄存儲各種數(shù)據(jù)。所述功能處理芯片2采用NEC0537芯片。
多功能電能表的功能非常強(qiáng)大，除了一般電表有的普通的有功功率和無功 功率外還需要有基波和諧波的能量和功率等的參數(shù)的測量，了解>,監(jiān)控電網(wǎng)的 電能質(zhì)量。電力系統(tǒng)中諧波主要是冶金、化工、電氣化鐵路及其他行業(yè)的換流 設(shè)備、非用電設(shè)備產(chǎn)生的。它們向公用電網(wǎng)注入諧波電流，在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生 諧波電壓，這些用電設(shè)備稱為諧波源。其中尤為嚴(yán)重的諧波源是硅整流、可控 硅整流的換流設(shè)備和電弧爐、電焊機(jī)等非線性設(shè)備。大量的諧波電流流入電網(wǎng)， 在電網(wǎng)阻抗下產(chǎn)生諧波壓降，疊加到電網(wǎng)基波上，引起電網(wǎng)電壓波形畸變。隨 著硅整流、可控硅整流的換流設(shè)備、電弧爐、電焊機(jī)等各種非線性負(fù)荷的增加， 大量的諧波電流流入電網(wǎng)，造成電壓正弦波形畸變，使電能質(zhì)量下降，給發(fā)供 電設(shè)備、用戶用電設(shè)備、用電計(jì)量、繼電保護(hù)帶來危害，成為污染電網(wǎng)的公害。 諧波使電網(wǎng)中感性負(fù)載造成過電壓、容性負(fù)載造成過電流，影響用電計(jì)量正確 度，對安全運(yùn)行帶來危害。例如，使繼電保護(hù)誤動，引起避雷器、斷路器爆炸 等；干預(yù)電子設(shè)備，使計(jì)算機(jī)誤動作，電子設(shè)備誤觸發(fā)；使通訊回路、弱電回 路產(chǎn)生雜音，甚至造成故障。采用ATT7022B芯片專門提供基波以及諧波電能測 量功能，可以將電壓和電流中的基波成分以及諧波成分進(jìn)行分離，直接提供精 確的基波功率以及基波電能的計(jì)量，也可以提供諧波功率和諧波電能的準(zhǔn)確計(jì) 量。同時(shí)可以得到基波電壓有效值、電流有效值或諧波電壓有效值、電流有效 值等量來評估電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
多功能電能表由于要檢測在電壓已經(jīng)跌落的情況下的電流的大小，即需要 失壓檢測線路。失壓檢測線路由于要在電壓跌落的情況下運(yùn)行，所以基本就是 電池供電，通過對電池電壓進(jìn)行分壓得到一個(gè)基準(zhǔn)電壓值，同時(shí)對電流端的檢 測，兩個(gè)值進(jìn)過比較器得到一個(gè)觸發(fā)信號，當(dāng)電流端的正弦波峰值超過基準(zhǔn)電 壓值時(shí)比較器的輸出電平會有一個(gè)跳變，再將比較器輸出的波形整形后輸出給 功能處理芯片2，如果功能處理芯片2在電池供電時(shí)檢測到全失壓檢測端的電平變化就說明在電壓已經(jīng)的跌落的情況下還有電流的損耗。
整個(gè)電路采用線性電源11及電池電路13通過電源管理電路12供電。采用 線性變壓器降壓方式，變壓器采用全密封方式，整潔可靠。穩(wěn)壓電路采用普通
三端穩(wěn)壓管7805穩(wěn)壓，輸出端除了電解電容外還用濾波電感對電壓進(jìn)行濾波， 保證輸出端電壓的質(zhì)量。將多費(fèi)率各部分電路的供電進(jìn)行分割，上電時(shí)工作， 下電后不工作的電路和上下電時(shí)都工作的電路分開供電，上下電時(shí)都可以工作 的電路根據(jù)功耗的大小及工作頻繁程度分開供電，并根據(jù)控制電路對各部分的 供電情況進(jìn)行控制，在不需要用到某部分電路時(shí)可以對其不加以供電，做到可 能的最小功耗，以保證下電時(shí)電池運(yùn)行壽命的最長；同時(shí)根據(jù)部分電路對表計(jì)
運(yùn)行及相關(guān)數(shù)據(jù)的重要程度，用不同的電源對其供電，確保時(shí)間走時(shí)準(zhǔn)確和數(shù)
據(jù)的不丟失。下面對紅外通訊電路6的電源供給情況進(jìn)行說明由于紅外工作 時(shí)功耗較大，可以達(dá)到幾十個(gè)毫安，所以我們對電表紅外部分的供電與其他部
分分開，我們采用的辦法是將三端穩(wěn)壓管7805地腳經(jīng)1N4007后入地，以使其 輸出電壓為5. 7V左右，然后將5. 7V電壓分成不同的分支，紅外部分的供電為 其中一條分支。分成不同分支的目的是為了在上電時(shí)各部分電路工作時(shí)盡量少 影響其他部分的電源波動，這里特別是對于部分短時(shí)功耗較大的電路來說的， 另一個(gè)重要的考慮是在下電后電池供電時(shí)利用分支二極管的單向?qū)ㄐ裕梢?有針對的供某部分電路電源；由于對于多費(fèi)率表來說隨時(shí)都可能抄收電表的相 關(guān)數(shù)據(jù)，不管是在外部有電還是沒電的情況下，下電后對于紅外的供電我們用 兩節(jié)3V電池串聯(lián)后降壓提供，同時(shí)考慮到紅外工作時(shí)功耗太大，電池電量有限， 要求電表在沒有外部電源的情況下長時(shí)間可靠的運(yùn)行，我們設(shè)計(jì)利用控制電路 對此電源進(jìn)行控制，每過一定的時(shí)間開啟紅外部分電源，紅外接收管工作，紅 外控制電路的設(shè)計(jì)也非常注重功耗問題，限流電阻在可以正常控制的前提下盡 量選較大阻值。如果外部有紅外操作，接收管會接收到信號，CPU確認(rèn)有紅外工 作后對紅外部分電路長時(shí)間供電，直到有一定時(shí)間紅外沒有工作后，CPU將紅外 電源關(guān)閉，然后再進(jìn)入循環(huán)電源打開，檢測紅外，電源關(guān)斷，等待的這樣一個(gè)過程中，直到有下一次的紅外信號，以上的軟硬件設(shè)計(jì)可以最大限度的減小 沒有外部電源供電時(shí)電池供電的功耗，延長電池供電時(shí)電表運(yùn)行時(shí)間。
ATT7022B是一顆高精度三相電能計(jì)量芯片，適用于三相三線和三相四線電 能表的應(yīng)用；集成了六路二階sigma-deltaADC、參考電壓電路以及所有功率、 能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量的數(shù)字信號處理等電路，能夠測量各相 及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時(shí)還能 測量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復(fù) 費(fèi)率和多功能表的需求；支持全數(shù)字域的增益、相位校正，即存軟件校表；有 功、無功電能脈沖輸出CF1、 CF2提供瞬時(shí)有功、無功功率信息，可以直接接到 標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行誤差校準(zhǔn)；可以對基波有功、無功功率進(jìn)行測量，提供脈沖輸出， CF3和CF4提供瞬時(shí)基波有功功率以及基波無功功率信息，可直接用于基波的校 正；提供兩類視在能量輸出，體S視在能量以及PQS視在能量，CF3和CF4也可 被配置為視在能量脈沖輸出；提供一個(gè)SPI接口，方便與外部MCU之間進(jìn)行計(jì) 量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞，所有計(jì)量參數(shù)都可以通過SPI接口讀出；內(nèi)部有 電壓檢測電路，可以保證加電和斷電時(shí)正常工作。
所述存儲器5采用24LC256I芯片。24LC256I是美國Microchip公司的低 功耗CMOS串行EEPR0M，它是內(nèi)含32K x 8 (256K bit)存儲空間，具有工作電 壓寬(2. 5 5. 5V)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于5ms)等 特點(diǎn)。24LC256I的1、 2、 3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，第8 腳和第4腳分別為正、負(fù)電源，第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這 條雙向I2C總線串行傳送，第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線，SDA和SCL都需要 和正電源間各接一個(gè)10K的電阻上拉，第7腳需要接地。24LC256I中帶有片內(nèi) 地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加l，以實(shí)現(xiàn)對 下一個(gè)存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí) 間， 一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。
所述紅外通訊電路6采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出線、 一根輸出發(fā)送信號波形的三線控制電路。紅外通訊電路6分為發(fā)射和接收兩部分。 發(fā)射部分的發(fā)射元件為紅外發(fā)光二極管，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光，常
用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，發(fā)射功率約100mW。接收 電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時(shí)要給紅外接收二極管加反向偏壓， 它才能正常工作而獲得高的靈敏度。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅 外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現(xiàn) 在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭^紅外線一體 化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。 紅外部分線路采用三線控制電路，即輸出(發(fā)射)用兩根線，輸入(接收)用 一根線，輸出其中一個(gè)口利用定時(shí)器一直輸出38K波，另一個(gè)口輸出發(fā)送信號 波形，可以看作是控制38K波的發(fā)送；接收由于采用集成接收頭，到功能處理 芯片2管腳的為普通電平，所以用一個(gè)中斷口連接，當(dāng)接受到電平變化后進(jìn)入 中斷開始接收紅外數(shù)據(jù)。
所述RS485電路7采用MAX13485芯片。RS485電路7是一種常用的串口， 具有網(wǎng)絡(luò)連接方便、抗干擾性能好、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。使用RS-485總線組網(wǎng)， 只需一對雙絞線就可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)、設(shè)備簡單、價(jià)格低廉、 通信距離長。在應(yīng)用系統(tǒng)中，RS-485半雙工異步通信總線是被各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)廣 泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。為 了實(shí)現(xiàn)總線與功能處理芯片系統(tǒng)的隔離，在功能處理芯片的異步通信口與 MAX13485之間采用光耦隔離。由于應(yīng)用系統(tǒng)中，主機(jī)與分機(jī)相隔較遠(yuǎn)，通信線 路的總長度往往超過400米，而分機(jī)系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個(gè)時(shí)刻完 成。如果在此時(shí)MAX13485的DE端電位為"1 "，那么它的485總線輸出將會 處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機(jī)就無法與主機(jī)進(jìn)行通 信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個(gè)分機(jī)出現(xiàn)異常情況下(死機(jī))，會使整個(gè)系統(tǒng)通信 崩潰。因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)MAX13485的DE端電位為 "0"。由于功能處理芯片在復(fù)位期間，1/0口輸出高電平，故電路的接法有效地解決復(fù)位期間分機(jī)"咬"總線的問題。輸出電路的設(shè)計(jì)要充分考慮到線路上 的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜，現(xiàn)場常有各種形
式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護(hù)措施。在電路設(shè)計(jì)中可以 選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件，考慮到線路的特殊情況(如某.一塊 表的485芯片被擊穿短路)，為防止總線中其它分機(jī)的通信受到影響，在MAX13485 的485信號輸出端串聯(lián)兩個(gè)熱敏電阻。這樣本機(jī)的硬件故障就不會使整個(gè)總線 的通信受到影響。
上述實(shí)施例是對本實(shí)用新型的說明，不是對本實(shí)用新型的限定，任何對本 實(shí)用新型簡單變換后的結(jié)構(gòu)均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1. 電子式三相多功能電能表，其特征在于包括三相計(jì)量芯片(1)、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片(2)，三相計(jì)量芯片(1)連接在功能處理芯片(2)的輸入端，功能處理芯片(2)上還分別連接有脈沖輸出電路(3)、LCD顯示電路(4)、存儲器(5)、紅外通訊電路(6)、RS485電路(7)和帶溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)鐘芯片(8)，所述三相計(jì)量芯片(1)采用ATT7022B芯片，所述存儲器(5)采用24LC256I芯片。
2. 如權(quán)利要求1所述的電子式三相多功能電能表，其特征在于所述功能處理 芯片(2)的輸入端還連接有按鍵輸入電路(9)和逆相序檢測電路(10)。
3. 如權(quán)利要求1所述的電子式三相多功能電能表，其特征在于所述功能處理 芯片(2)采用NEC0537芯片。
4. 如權(quán)利要求1所述的電子式三相多功能電能表，其特征在于所述紅外通訊 電路(6)采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出線、 一根輸出發(fā)送信號 波形的三線控制電路。
5. 如權(quán)利要求l所述的電子式三相多功能電能表，其特征在于所述RS485電 路(7)采用MAX13485芯片。
6. 如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的電子式三相多功能電能表，其特征在于 所述帶溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)鐘芯片(8)采用DS3231芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電子式三相多功能電能表，包括三相計(jì)量芯片、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片，三相計(jì)量芯片連接在功能處理芯片的輸入端，功能處理芯片上還分別連接有脈沖輸出電路、LCD顯示電路、存儲器、紅外通訊電路、RS485電路和帶溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)鐘芯片，所述三相計(jì)量芯片采用ATT7022B芯片，所述存儲器采用24LC256I芯片。本實(shí)用新型由功能處理芯片通過串行接口將ATT7022B芯片的數(shù)據(jù)讀出，并根據(jù)帶溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)鐘芯片的實(shí)時(shí)時(shí)間和預(yù)先設(shè)定的時(shí)段完成分時(shí)有功電能計(jì)量和最大需量計(jì)量功能。電壓電流采樣分辨率高，且有足夠的時(shí)間來更加精確的測量電能數(shù)據(jù)，計(jì)量準(zhǔn)確度顯著改善。電路能夠長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，且整個(gè)電路成本低。
文檔編號G01R22/06GK201247286SQ20082016318
公開日2009年5月27日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者顧海松 申請人:浙江恒業(yè)電子有限公司