專利名稱：基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于民航技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)于“節(jié)能減排”工作的高度重視，民航局也出臺(tái)了《關(guān)于加快推進(jìn)行節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》，該《意見》中提出要積極推進(jìn)機(jī)場(chǎng)建設(shè)和地面服務(wù)中的節(jié) 能減排。在這一背景下，機(jī)場(chǎng)對(duì)用于飛機(jī)和機(jī)載設(shè)備的啟動(dòng)、維修和通電檢查的電能將采取有償供電的方式。目前，市場(chǎng)上出售的電能表多用于計(jì)量工頻電信號(hào)，測(cè)量的頻率范圍大多在45Hz到65Hz之間，但較少用于中頻范圍內(nèi)的電量計(jì)量。由于這些電能計(jì)量?jī)x器是針對(duì)工頻信號(hào)而設(shè)計(jì)，故不適合對(duì)中頻范圍內(nèi)的電量進(jìn)行計(jì)量，而針對(duì)基于民用機(jī)場(chǎng)400Hz/115V中頻電源的電能計(jì)量系統(tǒng)就更少了。在這種情況下，機(jī)場(chǎng)對(duì)為航空公司提供的400Hz地面電源的費(fèi)用均由各地機(jī)場(chǎng)自行規(guī)定，而沒有一個(gè)科學(xué)的計(jì)量系統(tǒng)和客觀的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，從而在實(shí)際的管理過程中存在著電力資源浪費(fèi)、收費(fèi)不合理等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)包括多功能電能表和上位機(jī)系統(tǒng)；其中多功能電能表包括電壓互感器、電流互感器、第一、第二濾波電路、第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路、第一、第二電壓抬升電路、頻率相位差測(cè)量電路、電源轉(zhuǎn)換電路、微處理器、RS-485通訊模塊、IXD顯示模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊；所述的電壓互感器的輸入端并接在民用機(jī)場(chǎng)400Hz/115V中頻電源的相線和零線之上，電流互感器的輸入端串聯(lián)在民用機(jī)場(chǎng)400Hz/115V中頻電源的相線上，電壓互感器的輸出端依次通過第一濾波電路、第一量程轉(zhuǎn)換電路和第一電壓抬升電路與微處理器相連，電流互感器的輸出端依次通過第二濾波電路、第二量程轉(zhuǎn)換電路和第二電壓抬升電路與微處理器相接；頻率相位差測(cè)量電路的兩個(gè)輸入端中一個(gè)與第一濾波電路的輸出端相連接，另一個(gè)與第二濾波電路的輸出端相連接，兩個(gè)輸出端均與微處理器相接；電源轉(zhuǎn)換電路同時(shí)與第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路、頻率相位差測(cè)量電路、微處理器、RS-485通訊模塊、IXD顯示模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊相連，RS-485通訊模塊、IXD顯示模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊分別與微處理器相連接，并且RS-485通訊模塊還同時(shí)與上位機(jī)系統(tǒng)相連接。所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)還包括紅外通信模塊和紅外手持抄錄器；其中紅外通信模塊同時(shí)與微處理器、電源轉(zhuǎn)換電路和紅外手持抄錄器相連，而紅外手持抄錄器與上位機(jī)系統(tǒng)則通過RS-232接口或紅外接口進(jìn)行連接。所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)還包括與微處理器相連接的備用電池。所述的微處理器采用MSP430F449超低功耗單片機(jī)。所述的IXD顯示模塊采用12864圖像型點(diǎn)陣液晶，用于對(duì)飛機(jī)使用機(jī)場(chǎng)地面中頻電源的時(shí)間、用電量、日期等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。所述的存儲(chǔ)模塊選用EEPROM芯片AT24C64，采用兩線串行接口(I2C總線)的方式與微處理器進(jìn)行連接，用于對(duì)電流、電壓的系數(shù)、分時(shí)計(jì)費(fèi)表和累計(jì)電能等各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。所述的時(shí)鐘模塊由時(shí)鐘芯片組成，為整個(gè)系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及費(fèi)率切換的依 據(jù)。本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)不僅可以準(zhǔn)確地計(jì)量飛機(jī)在地面使用400Hz地面中頻電源的時(shí)間，而且還可以準(zhǔn)確地分時(shí)分階段地計(jì)量其所消耗的電能，這對(duì)民航節(jié)能減排工作能夠起到積極推動(dòng)作用。


圖I為本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)構(gòu)成框圖。圖2為本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)中電壓互感器電路原理圖。圖3為本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)中電流互感器電路原理圖。圖4為本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)中頻率相位差測(cè)量電路原理圖。圖5為復(fù)費(fèi)率結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)中電源轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)的整體工作原理是利用多功能電能表對(duì)電能進(jìn)行分時(shí)計(jì)量，并進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過RS-485通訊模塊和上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。工作人員還可利用紅外手持抄錄器通過紅外通訊模塊進(jìn)行紅外抄表和編程，然后通過RS-232接口或紅外通訊接口將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行管理。上位機(jī)系統(tǒng)可以通過RS-485模塊對(duì)多功能電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)包括多功能電能表19和上位機(jī)系統(tǒng)20 ;其中多功能電能表19包括電壓互感器I、電流互感器2、第一、第二濾波電路3、4、第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路5、6、第一、第二電壓抬升電路8，10、頻率相位差測(cè)量電路9、電源轉(zhuǎn)換電路7、微處理器18、RS-485通訊模塊11、IXD顯示模塊13、按鍵模塊15、時(shí)鐘模塊16和存儲(chǔ)模塊17 ;所述的電壓互感器I的輸入端并接在民用機(jī)場(chǎng)400Hz/115V中頻電源的相線和零線之上，電流互感器2的輸入端串聯(lián)在民用機(jī)場(chǎng)400Hz/115V中頻電源的相線上，電壓互感器I的輸出端依次通過第一濾波電路3、第一量程轉(zhuǎn)換電路5和第一電壓抬升電路8與微處理器18相連，電流互感器2的輸出端依次通過第二濾波電路4、第二量程轉(zhuǎn)換電路6和第二電壓抬升電路10與微處理器18相接；頻率相位差測(cè)量電路9的兩個(gè)輸入端中一個(gè)與第一濾波電路3的輸出端相連接,另一個(gè)與第二濾波電路4的輸出端相連接，兩個(gè)輸出端均與微處理器18相接；電源轉(zhuǎn)換電路7同時(shí)與第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路5、6、頻率相位差測(cè)量電路9、微處理器18、RS-485通訊模塊11、IXD顯示模塊13、按鍵模塊15、時(shí)鐘模塊16和存儲(chǔ)模塊17相連，RS-485通訊模塊11、IXD顯示模塊13、按鍵模塊15、時(shí)鐘模塊16和存儲(chǔ)模塊17分別與微處理器18相連接，并且RS-485通訊模塊11還同時(shí)與上位機(jī)系統(tǒng)20相連接。所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)還包括紅外通信模塊12和紅外手持抄錄器21 ;其中紅外通信模塊12同時(shí)與微處理器18、電源轉(zhuǎn)換電路7 和紅外手持抄錄器21相連，而紅外手持抄錄器21與上位機(jī)系統(tǒng)20則通過RS-232接口或紅外接口進(jìn)行連接。所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)還包括與微處理器18相連接的備用電池14。所述的微處理器18采用MSP430F449超低功耗單片機(jī)。所述的IXD顯示模塊13采用12864圖像型點(diǎn)陣液晶，用于對(duì)飛機(jī)使用機(jī)場(chǎng)地面中頻電源的時(shí)間、用電量、日期等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。所述的存儲(chǔ)模塊17選用EEPROM芯片AT24C64，采用兩線串行接口(I2C總線)的方式與微處理器18進(jìn)行連接，用于對(duì)電流、電壓的系數(shù)、分時(shí)計(jì)費(fèi)表和累計(jì)電能等各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。所述的時(shí)鐘模塊16由時(shí)鐘芯片組成，為整個(gè)系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及費(fèi)率切換的依據(jù)?，F(xiàn)將本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)工作原理闡述如下當(dāng)需要使用本電能計(jì)量系統(tǒng)時(shí)，首先由工作人員利用按鍵模塊15開啟多功能電能表19，此時(shí)電壓互感器I、電流互感器2將民用機(jī)場(chǎng)中頻電源輸出的400Hz/l 15V交流電接入多功能電能表19，并將大電壓、大電流轉(zhuǎn)化成mV/mA級(jí)別的小電壓、小電流，然后分別經(jīng)第一、第二濾波電路3、4濾除低頻成分，再通過由放大器構(gòu)成的第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路5、6將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換到-I. 25V +1. 25V之間，其中電壓互感器I和電流互感器2采用如圖2、3所示的IC采樣電路。圖中的IC器件選用0P07運(yùn)算放大器，圖中參數(shù)為C0 =4500/ω XRf ；R1彡Vin/Il，其中Il為互感器一次側(cè)最大額定輸入電流，ω為被采樣信號(hào)的頻率；運(yùn)算放大器輸出電壓Vout = I2XRf。由于微處理器18內(nèi)部集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊米樣的電壓范圍為O 2. 5V之間，因此由第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路5、6輸出的電信號(hào)分別經(jīng)過第一、第二電壓抬升電路8、10抬升I. 25V,即將電信號(hào)的范圍由-I. 25V +1. 25V抬升到O 2. 5V，以供微處理器18進(jìn)行采集。微處理器18首先利用其上的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將上述輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，之后對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，以得出電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)，然后存入存儲(chǔ)模塊17，并隨時(shí)間累計(jì)電量，同時(shí)通過LCD顯示模塊13進(jìn)行顯示。在上述工作過程中，多功能電能表19將實(shí)時(shí)從電網(wǎng)中采集、計(jì)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，工作人員可利用紅外手持抄錄器21通過紅外通信模塊12隨時(shí)將上述數(shù)據(jù)讀取出并傳輸給上位機(jī)系統(tǒng)20。當(dāng)本電能計(jì)量系統(tǒng)停止使用時(shí)，可利用按鍵模塊15將多功能電能表19關(guān)閉。另外，為了實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)量，多功能電能表19中還設(shè)有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、時(shí)段誤差和日誤差小、接通/切換準(zhǔn)確的時(shí)鐘和時(shí)控電路。因?yàn)榫w振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定度很高，故用它作為多功能電能表19中時(shí)鐘電路的時(shí)基。時(shí)基經(jīng)分頻產(chǎn)生秒信號(hào)；秒信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)產(chǎn)生分、時(shí)等時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)控電路將時(shí)間信號(hào)分段，并控制峰控門、谷控門或平控門的開與關(guān)，以實(shí)現(xiàn)電能的分時(shí)多費(fèi)率計(jì)量。復(fù)費(fèi)率結(jié)構(gòu)如圖5所示。此外，當(dāng)本電能計(jì)量系統(tǒng)的供電中斷時(shí)，考慮到停電后系統(tǒng)的核心部分仍能正常運(yùn)行，并且紅外手持抄錄器21仍能抄表，同時(shí)能對(duì)停電發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行記錄，本系統(tǒng)中設(shè)置了備用電池14，斷電時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)切換到備用電池14供電方式。如圖4所示，所述的頻率相位差測(cè)量電路9由過零比較器、施密特觸發(fā)器及與門組成，用于周期和相位差的測(cè)量。交流信號(hào)通過電壓比較器后變成方波信號(hào)，然后通過施密特·觸發(fā)器去掉毛刺。電壓信號(hào)經(jīng)過兩次施密特觸發(fā)器的觸發(fā)一路送至定時(shí)器B的ΤΒ0，另一路與電流對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)的反相送到與門得到相位差脈寬波形，也送至定時(shí)器B的TB1，利用定時(shí)器B捕獲單元測(cè)量周期和相位差。如圖6所示，所述的電源轉(zhuǎn)換電路7為整個(gè)系統(tǒng)提供電源。變壓器有兩路二次側(cè)電壓Ul、U2輸出。一路經(jīng)由整流電橋降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓芯片后得到+5V的基準(zhǔn)電壓，+5V的電壓經(jīng)電源芯片和電壓基準(zhǔn)分別得到3. 3V的系統(tǒng)電壓和I. 25V的基準(zhǔn)電壓；另一路經(jīng)由整流電橋、穩(wěn)壓芯片進(jìn)行降壓、整流、穩(wěn)壓后得到+5V電壓，為RS-485通訊模塊11提供電源，即RS-485通信電路電源和微處理器的核心電路電源互相隔離，減小通信干擾。
權(quán)利要求
1.一種基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于所述的電能計(jì)量系統(tǒng)包括多功能電能表(19)和上位機(jī)系統(tǒng)(20);其中多功能電能表(19)包括電壓互感器(I)、電流互感器(2)、第一、第二濾波電路(3、4)、第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路(5、6)、第一、第二電壓抬升電路(8，10)、頻率相位差測(cè)量電路(9)、電源轉(zhuǎn)換電路(7)、微處理器(18)、RS-485通訊模塊(11)、LCD顯示模塊(13)、按鍵模塊(15)、時(shí)鐘模塊(16)和存儲(chǔ)模塊(17);所述的電壓互感器(I)的輸入端并接在民用機(jī)場(chǎng)400Hz/115V中頻電源的相線和零線之上，電流互感器(2)的輸入端串聯(lián)在民用機(jī)場(chǎng)400Hz/115V中頻電源的相線上，電壓互感器⑴的輸出端依次通過第一濾波電路⑶、第一量程轉(zhuǎn)換電路(5)和第一電壓抬升電路⑶與微處理器(18)相連，電流互感器(2)的輸出端依次通過第二濾波電路⑷、第二量程轉(zhuǎn)換電路(6)和第二電壓抬升電路(10)與微處理器(18)相接；頻率相位差測(cè)量電路(9)的兩個(gè)輸入端中一個(gè)與第一濾波電路(3)的輸出端相連接,另一個(gè)與第二濾波電路(4)的輸出端相連接，兩個(gè)輸出端均與微處理器(18)相接；電源轉(zhuǎn)換電路(7)同時(shí)與第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路(5、6)、頻率相位差測(cè)量電路(9)、微處理器(18)、RS-485通訊模塊(11)、IXD顯示模塊(13)、按鍵模塊(15)、時(shí)鐘模塊(16)和存儲(chǔ)模塊(17)相連，RS-485通訊模塊(11)、LCD顯示模塊(13)、按鍵模塊(15)、時(shí)鐘模塊(16)和存儲(chǔ)模塊(17)分別與微處理器(18)相連接，并且RS-485通訊模塊(11)還同時(shí)與上位機(jī)系統(tǒng)(20)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于所述的電能計(jì)量系統(tǒng)還包括紅外通信模塊(12)和紅外手持抄錄器(21);其中紅外通信模塊(12)同時(shí)與微處理器(18)、電源轉(zhuǎn)換電路(7)和紅外手持抄錄器(21)相連，而紅外手持抄錄器(21)與上位機(jī)系統(tǒng)(20)則通過RS-232接口或紅外接口進(jìn)行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于所述的電能計(jì)量系統(tǒng)還包括與微處理器(18)相連接的備用電池(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于所述的微處理器(18)采用MSP430F449超低功耗單片機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于所述的IXD顯示模塊(13)采用12864圖像型點(diǎn)陣液晶。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于所述的存儲(chǔ)模塊(17)選用EEPROM芯片AT24C64，采用兩線串行接口的方式與微處理器(18)進(jìn)行連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于所述的時(shí)鐘模塊(16)由時(shí)鐘芯片組成。
全文摘要
一種基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)。其包括多功能電能表和上位機(jī)系統(tǒng)；其中多功能電能表包括電壓互感器、電流互感器、第一、第二濾波電路、第一、第二量程轉(zhuǎn)換電路、第一、第二電壓抬升電路、頻率相位差測(cè)量電路、電源轉(zhuǎn)換電路、微處理器、RS-485通訊模塊、LCD顯示模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊。本發(fā)明提供的基于民用機(jī)場(chǎng)中頻電源的多功能復(fù)費(fèi)率的電能計(jì)量系統(tǒng)不僅可以準(zhǔn)確地計(jì)量飛機(jī)在地面使用400Hz地面中頻電源的時(shí)間，而且還可以準(zhǔn)確地分時(shí)分階段地計(jì)量其所消耗的電能，這對(duì)民航節(jié)能減排工作能夠起到積極推動(dòng)作用。
文檔編號(hào)G01R11/57GK102901852SQ201210429089
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者高建樹, 鄒永啟, 陳斌 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)