專利名稱：一種海量電能表脈沖采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能表校驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種海量電能表計(jì)量脈沖采集裝置，用于測(cè)量和采集海量電能表的脈沖，并能自動(dòng)測(cè)量判斷電能表的計(jì)量精度。
背景技術(shù)：
目前，普遍使用的脈沖采集裝置一般是采用單片機(jī)或其他微控制器采集處理，由于單片機(jī)及其他微控制器本身IO 口等資源的限制很難做到海量脈沖的采集，而且設(shè)計(jì)成本較高體積較大，基本上不能用于電能表批量生產(chǎn)時(shí)電能脈沖采集檢測(cè)。特別是現(xiàn)有的傳統(tǒng)脈沖采集技術(shù)方案一般是以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，當(dāng)單片機(jī)把控制字和計(jì)數(shù)值寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)器后，開始對(duì)來自電能表的脈沖計(jì)數(shù)，定時(shí)停止采集并讀數(shù)；另外的一種方案是采樣八路脈沖信號(hào)，把八路脈沖信號(hào)接在單片機(jī)某個(gè)口上(如 Pi 口)，然后以脈沖信號(hào)的最高頻率的兩倍定時(shí)讀取這個(gè)口上的脈沖信號(hào)，如果某一位發(fā)生了電平變化，該路計(jì)數(shù)值就加一，同理十幾路也可以同樣處理；雖然以上兩種技術(shù)方案都能實(shí)現(xiàn)幾路到十幾路的脈沖采集，但是很難做到上百路海量脈沖的采集；另外，現(xiàn)有的這些技術(shù)裝置也沒有隔離防護(hù)措施，一旦交流電和脈沖采集端子短路，整個(gè)采集裝置就燒毀報(bào)廢。歸結(jié)起來，現(xiàn)有的電能表脈沖采集與計(jì)量測(cè)試技術(shù)普遍存在著電路原理復(fù)雜，制備成本高，隔離保護(hù)水平低，安全性能差，脈沖采集數(shù)量和范圍小，計(jì)量準(zhǔn)確度不高，難以適應(yīng)現(xiàn)代電能表發(fā)展的需要等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的單片機(jī)或其他處理器在海量脈沖采集測(cè)量技術(shù)中存在的不足，尋求設(shè)計(jì)提供一種全新的電能表脈沖測(cè)量采集技術(shù)裝置，不僅能海量的測(cè)量電能表的計(jì)量脈沖，而且能方便地和上位機(jī)通訊，對(duì)采集的脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)量和分析， 并顯示出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是在現(xiàn)有的電能表的走字架中置有一個(gè)海量無源電能脈沖采集裝置，無源電能脈沖采集裝置采用1-200片可編程邏輯控制器(CPLD) 進(jìn)行海量脈沖的采集和數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)由CPLD對(duì)多路脈沖同時(shí)采集，并在設(shè)定的時(shí)間里計(jì)算每路脈沖的數(shù)量，將采集的數(shù)據(jù)通過設(shè)計(jì)在CPLD里面的串口通訊接口傳到上位的PC計(jì)算機(jī)處理判斷，在海量脈沖的采集電路中置有電源輸出和脈沖輸入的阻容濾波電路和交流隔離變壓器，以防止脈沖采集端子與交流電端子的短路而燒壞采集裝置；對(duì)海量的電能表無源電能量脈沖采集測(cè)量時(shí)，采集設(shè)備中主處理器采用一片或多片CPLD ；采集設(shè)備的CPLD 邏輯設(shè)計(jì)有1 路脈沖采集電路，脈沖輸入設(shè)計(jì)有光電隔離和有源輸出，脈沖輸入海量擴(kuò)展；采集設(shè)備的CPLD邏輯設(shè)計(jì)制有RS485串口電路，對(duì)采集到的海量脈沖數(shù)據(jù)通過RS485 通訊打包上傳給PC計(jì)算機(jī)機(jī)，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量判斷檢測(cè)；采集設(shè)備中設(shè)計(jì)有AC-AC交流隔離變壓器電路，以保護(hù)采集設(shè)備的弱電系統(tǒng)與強(qiáng)電系統(tǒng)的短路；其主體結(jié)構(gòu)包括單相交流電源、單相電能表、阻容濾波器、光電耦合器、可編程邏輯控制器(CPLD)、RS485串口電路、PC計(jì)算機(jī)、交流隔離變壓器、降壓整流式變壓器、LDO線性電源、無源采集脈沖的電源輸出單元、阻容式復(fù)位電路單元、有源晶振、LED指示燈和調(diào)試燒寫接口 ；單相交流電源一端輸出與交流隔離變壓器電連通，再與降壓整流式變壓器、LDO線性電源和無源采集脈沖的電源輸出單元順序電連接后輸出直流電源與單相電能表連接供電，單相電能表輸出端與光電耦合器電連接，實(shí)現(xiàn)為可編程邏輯控制器(CPLD)的穩(wěn)定供電和電信連通，可編程邏輯控制器 (CPLD)為脈沖和信號(hào)處理的主體部件，分別與LDO線性電源、光電耦合器、阻容式復(fù)位電路單元、有源晶振、LED指示燈和調(diào)試燒寫接口電連接，實(shí)現(xiàn)電信息連通、處理和顯示功效；光電耦合器的另一端與RS485串口電路連接后與處理數(shù)據(jù)和信息的PC計(jì)算機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理和輸出結(jié)果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以在電能表批量生產(chǎn)過程中方便地海量采集電能脈沖，并自動(dòng)進(jìn)行分析比對(duì)判斷電能表計(jì)量是否精確，其原理設(shè)計(jì)新穎，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用安全可靠，操作使用靈便，可有效提高電能表生產(chǎn)企業(yè)檢測(cè)效率。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理示意框圖，其中包括220V單相交流電1、單相電能表2、脈沖的阻容濾波器3、脈沖的光電耦合器4、一片或多片CPLD 5、RS485串口光電耦合器6、RS485串口電路7、PC計(jì)算機(jī)8、AC-AC交流隔離變壓器9、降壓整流式變壓器10、LDO 線性電源11、無源采集脈沖的電源輸出單元12、阻容式復(fù)位電路單元13、有源晶振14、LED 指示燈15和CPLD調(diào)試燒寫接口 16。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括單相交流電源1、單相電能表2、阻容濾波器3、光電耦合器4、可編程邏輯控制器(CPLD) 5、光電耦合器6、RS485串口電路7、PC計(jì)算機(jī)8、交流隔離變壓器9、降壓整流式變壓器10、LDO線性電源11、無源采集脈沖的電源輸出單元12、阻容式復(fù)位電路單元13、有源晶振14、LED指示燈15和調(diào)試燒寫接口 16 ；單相交流電源1 一端輸出與交流隔離變壓器9電相通，再與降壓整流式變壓器10、LDO線性電源11和無源采集脈沖的電源輸出單元12順序電連接后輸出直流電源與單相電能表2連接供電，單相電能表 2輸出端與光電耦合器4電連接，實(shí)現(xiàn)為可編程邏輯控制器(CPLD)5的穩(wěn)定供電和電信連通，可編程邏輯控制器(CPLD) 5為脈沖和信號(hào)處理的主體部件，分別與LDO線性電源11、光電耦合器6、阻容式復(fù)位電路單元13、有源晶振14、LED指示燈15和調(diào)試燒寫接口 16電連接，實(shí)現(xiàn)電信息連通、處理和顯示功效；光電耦合器6的另一端與RS485串口電路7連接后與處理數(shù)據(jù)和信息的PC計(jì)算機(jī)8對(duì)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理和輸出結(jié)果。本實(shí)施例的單相交流電源1經(jīng)單相電能表2計(jì)量后輸出計(jì)量脈沖，計(jì)量脈沖經(jīng)EMC 阻容濾波器3處理和光電耦合器4進(jìn)入CPLD 5采集計(jì)算，CPLD內(nèi)部設(shè)計(jì)制有串口邏輯，輸出采集數(shù)據(jù)的串口信號(hào)到串口光電耦合器6，串口信號(hào)經(jīng)光電隔離后再經(jīng)過RS485串口電路7的芯片ISL3152EIBZ轉(zhuǎn)為RS485差分信號(hào)，最后將采集脈沖的數(shù)據(jù)經(jīng)RS485通訊，把數(shù)據(jù)上傳至PC計(jì)算機(jī)8進(jìn)行分析計(jì)算處理判斷；同時(shí)，為采集裝置系統(tǒng)供電電源的降壓整流式變壓器10的輸入端設(shè)計(jì)有AC-AC交流隔離變壓器9，以保護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)弱電短路，交流隔離變壓器9輸出隔離的220V交流電經(jīng)降壓整流式變壓器10降壓整流后，輸出給LDO線性電源11的芯片L7805CV和R1131N331D，分別降壓輸出系統(tǒng)的工作電源5V/3. 3V ；降壓整流式變壓器10降壓整流后的另一路直流電經(jīng)無源采集脈沖的電源輸出單元或DC-DC開關(guān)電源 12的芯片AP1501-K5LA輸出無源脈沖所需要的工作電源6. 5V/2A直流電。本實(shí)施例中的脈沖采集信號(hào)接到CPLD芯片IO管腳上，CPLD芯片的IO管腳T)(D 和RXD接一路RS485串口電路7和PC計(jì)算機(jī)8通訊；CPLD芯片連接3. 3V的工作電源 R1131N331D, 16MHz的工作有源晶振14，燒寫邏輯程序的JTAG信號(hào)接調(diào)試燒寫接口 16為接口 TMS/TCK/TD0/TDI ；單相電能表2的脈沖輸入信號(hào)經(jīng)阻容濾波器3和光電耦合器4光耦 TLP781后和CPLD5的CPLD芯片的IO脈沖采集管腳相連；將CPLD芯片輸出的串口通訊信號(hào)T)(D1/RXD1經(jīng)TLP781光電耦合器6后與RS485串口電路7的轉(zhuǎn)換芯片連接；20V的交流電由單相交流電源1經(jīng)AC-AC交流隔離變壓器9后，輸入降壓整流式變壓器10降壓和LDO 線性電源11和無源采集脈沖的電源輸出單元12整流為系統(tǒng)的工作的直流電源；阻容式復(fù)位電路單元13是由4. 7K電阻和0. IuF陶瓷電容還有按鍵組成的系統(tǒng)復(fù)位電路，連接CPLD5 的復(fù)位管腳RESET ；有源晶振14是CPLD工作的16M-3. 3V晶振，接CPLD的時(shí)鐘管腳CLOCK ； LED指示燈15是CPLD工作狀態(tài)的3. 3V發(fā)光二極管LED，接CPLD的普通IO管腳。本實(shí)施例中的單相交流電源1是220V/50HZ的居民或工業(yè)用單相交流電源，作為本裝置電能表計(jì)量的電源，為系統(tǒng)提供工作電源；單相電能表2是單相電能表計(jì)量電能量并輸出計(jì)量有功電度脈沖；脈沖阻容濾波器3是由IK電阻和0. IuF陶瓷電容組成的阻容濾波電路；脈沖光電耦合器4是光電耦合器TLP781 ；可編程邏輯控制器(CPLD)5是采集裝置的兩片CPLD處理器LCMX02280C-3T144，各自獨(dú)立工作可以無限擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)海量的采集脈沖；RS485串口光電耦合器6是光電耦合器TLP781 ；RS485串口電路7采用RS485串口芯片 ISL3152EIBZ組成；PC計(jì)算機(jī)8采用常規(guī)的、具有數(shù)據(jù)處理功能的PC計(jì)算機(jī)；交流隔離變壓器9是220V 50Hz變比1 1的AC-AC交流隔離變壓器；降壓整流式變壓器10是220V 50Hz的降壓變壓器并經(jīng)整流橋SUB60輸出兩路12V系統(tǒng)直流電源；LDO線性電源11是LDO 芯片L7805CV和R1131N331D ；無源采集脈沖的電源輸出單元12是DC-DC芯片AP1501-K5LA ； 阻容式復(fù)位電路單元13是由4. 7K電阻和0. IuF陶瓷電容還有按鍵組成的系統(tǒng)復(fù)位電路； 有源晶振14是CPLD工作的16M-3. 3V晶振；LED指示燈15是3. 3V的發(fā)光二極管，用來指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)；調(diào)試燒寫接口 16是CPLD的調(diào)試燒寫JTAG接口。
權(quán)利要求
1. 一種海量電能表脈沖采集裝置，其特征在于在現(xiàn)有的電能表的走字架中置有本裝置，采用1-200片可編程邏輯控制器進(jìn)行海量脈沖的采集和數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)由CPLD對(duì)多路脈沖同時(shí)采集，并在設(shè)定的時(shí)間里計(jì)算每路脈沖的數(shù)量，將采集的數(shù)據(jù)通過設(shè)計(jì)在CPLD里面的串口通訊接口傳到上位的PC計(jì)算機(jī)處理判斷，在海量脈沖的采集電路中置有電源輸出和脈沖輸入的阻容濾波電路和交流隔離變壓器，以防止脈沖采集端子與交流電端子的短路而燒壞采集裝置；對(duì)海量電能表無源電能量脈沖采集測(cè)量時(shí)，采集設(shè)備中主處理器采用一片或多片CPLD ；采集設(shè)備的CPLD邏輯設(shè)計(jì)有1 路脈沖采集電路，脈沖輸入設(shè)計(jì)有光電隔離和有源輸出，脈沖輸入海量擴(kuò)展；采集設(shè)備的CPLD邏輯設(shè)計(jì)制有RS485串口電路，對(duì)采集到的海量脈沖數(shù)據(jù)通過RS485通訊打包上傳給PC計(jì)算機(jī)機(jī)，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量判斷檢測(cè)；采集設(shè)備中設(shè)計(jì)有AC-AC交流隔離變壓器電路，以保護(hù)采集設(shè)備的弱電系統(tǒng)與強(qiáng)電系統(tǒng)的短路；其主體結(jié)構(gòu)包括單相交流電源、單相電能表、阻容濾波器、光電耦合器、可編程邏輯控制器、RS485串口電路、PC計(jì)算機(jī)、交流隔離變壓器、降壓整流式變壓器、LDO線性電源、無源采集脈沖的電源輸出單元、阻容式復(fù)位電路單元、有源晶振、LED指示燈和調(diào)試燒寫接口 ；單相交流電源一端輸出與交流隔離變壓器電連通，再與降壓整流式變壓器、LDO線性電源和無源采集脈沖的電源輸出單元順序電連接后輸出直流電源與單相電能表連接供電，單相電能表輸出端與光電耦合器的一端電連接，實(shí)現(xiàn)為可編程邏輯控制器的穩(wěn)定供電和電信連通， 可編程邏輯控制器為脈沖和信號(hào)處理的主體部件，分別與LDO線性電源、光電耦合器、阻容式復(fù)位電路單元、有源晶振、LED指示燈和調(diào)試燒寫接口電連接，實(shí)現(xiàn)電信息連通、處理和顯示功效；光電耦合器的另一端與RS485串口電路連接后與處理數(shù)據(jù)和信息的PC計(jì)算機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理和輸出結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明屬于電能表校驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種海量電能表計(jì)量脈沖采集裝置，單相交流電源一端輸出與交流隔離變壓器電連通，再與降壓整流式變壓器、LDO線性電源和無源采集脈沖的電源輸出單元順序電連接后輸出直流電源與單相電能表連接供電，單相電能表輸出端與光電耦合器電連接，實(shí)現(xiàn)為可編程邏輯控制器的穩(wěn)定供電和電信連通，可編程邏輯控制器為脈沖和信號(hào)處理的主體部件，分別與LDO線性電源、光電耦合器、阻容式復(fù)位電路單元、有源晶振、LED指示燈和調(diào)試燒寫接口電連接，光電耦合器的另一端與RS485串口電路連接后與處理數(shù)據(jù)和信息的PC計(jì)算機(jī)對(duì)接；其原理設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，操作靈便，可提高電能表生產(chǎn)檢測(cè)效率。
文檔編號(hào)G01R35/04GK102253357SQ201110092650
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者陳維廣 申請(qǐng)人:青島乾程電子科技有限公司