本實用新型涉及一種三相多功能電力儀表。

背景技術：

三相多功能電力儀表是一款用于低中高壓系統(tǒng)(0.4kV—110kV)的智能化裝置，具有可編程測量、電能計量、顯示、數(shù)字通訊等功能的多功能智能電表，其采用大規(guī)模集成電路模塊化設計，針對電力系統(tǒng)、工業(yè)自動化、公用設施、智能型開關柜、樓宇自動化、能源管理系統(tǒng)等的電力監(jiān)控需求而設計制造。它能高精度的測量所有常用的電力參數(shù)，精確度符合國家相關技術要求。使用長壽命LCD顯示儀表測量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行信息；儀表面板帶有四個編程按鍵，用戶可現(xiàn)場實現(xiàn)顯示切換、儀表參數(shù)編程設置，使用方便。隨著配電配網(wǎng)方式的不斷升級和改進，老式模擬儀表已經(jīng)不能夠滿足目前配電自動化的要求。而伴隨半導體行業(yè)的不斷發(fā)展，新型的數(shù)字化多功能電力儀表應運而生，其功能也在不斷的增加，不僅可以顯示當前電量，而且能夠根據(jù)配電特點對歷史運行情況進行全面的分析、記錄，并能夠借助于計算機技術，對所記錄和存儲的數(shù)據(jù)進行多分析。將八位或十六位單片機與電能計量芯片配合使用將成為目前的主流設計思路。然而，此種設計外圍電路較多，可靠性和安全性低。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提出一種三相多功能電力儀表，采用電能計量芯片對當前模擬量進行采集和計算，并結(jié)合ARM處理器從而實現(xiàn)了儀表的測量、計算、顯示、通訊、輸出和告警等一系列電氣自動化功能，簡化了儀表結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的可靠性和精度。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

三相多功能電力儀表，包括ARM處理器、電力參數(shù)采集模塊、電能計量芯片、人機交互顯示模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊和RS485通信接口；其中，電力參數(shù)采集模塊包括三只電壓互感器、三只電流互感器、電壓變送器和電流變送器，三只電壓互感器分別與電壓變送器相連，三只電流互感器分別與電流變送器相連，電壓變送器和電流變送器分別與電能計量芯片相連；電能計量芯片通過SPI總線與ARM處理器連接，ARM處理器分別與人機交互顯示模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊和RS485通信接口連接；開關量輸入模塊有四路，開關量輸出模塊有兩路；在ARM處理器上還連接有存儲芯片和實時時鐘；ARM處理器采用STM32F103RC芯片，電能計量芯片采用RN8302芯片。

優(yōu)選地，所述ARM處理器具有32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置256K字節(jié)的閃存和48字節(jié)的SRAM。

優(yōu)選地，所述存儲芯片采用AT25512芯片；所述實時時鐘采用DS1302芯片。

優(yōu)選地，所述人機交互顯示模塊包括液晶顯示模塊、LED顯示模塊和按鍵模塊。

優(yōu)選地，所述ARM處理器上還連接有用于將三相多功能電力儀表數(shù)據(jù)實時上傳的無線發(fā)射模塊和天線。

本實用新型具有如下優(yōu)點：

本實用新型中的三相多功能電力儀表，基于ARM處理器STM32F103RC和電能計量芯片RN8302實現(xiàn)。其中，電能計量芯片RN8302大大簡化了儀表中模擬電路的設計，利于提高產(chǎn)品的精度和可靠性，其內(nèi)部的DSP運算內(nèi)核承擔了主要的運算任務，為ARM處理器實現(xiàn)多樣化的功能節(jié)省了軟硬件資源。本實用新型充分利用了電能計量芯片的數(shù)據(jù)處理能力和ARM處理器的事件處理能力，不僅從測量精度上滿足要求，在功能上更加豐富多元化。

附圖說明

圖1為本實用新型中三相多功能電力儀表的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型中電力參數(shù)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型中三相多功能電力儀表的安裝示意圖(由前向后看)；

圖4為本實用新型中三相多功能電力儀表的安裝示意圖(由后向前看)；

其中，1-ARM處理器，2-電力參數(shù)采集模塊，3-電能計量芯片，4-人機交互顯示模塊，5-開關量輸入模塊，6-開關量輸出模塊，7-RS485通信接口，8-電壓互感器；

9-電流互感器，10-電壓變送器，11-電流變送器，12-存儲芯片，13-實時時鐘，14-無線發(fā)射模塊，15-天線，16-擴展接口，17-儀表殼體，18-固定夾凹槽，19-固定夾，20-安裝段，21-凹槽段，22-支撐段，23-一號安裝孔，24-開關柜面板，25-通孔，26-螺栓。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明：

結(jié)合圖1所示，三相多功能電力儀表包括ARM處理器1、電力參數(shù)采集模塊2、電能計量芯片3、人機交互顯示模塊4、開關量輸入模塊5、開關量輸出模塊6和RS485通信接口7。

ARM處理器1分別與人機交互顯示模塊4、開關量輸入模塊5、開關量輸出模塊6和RS485通信接口7連接。開關量輸入模塊5有四路，開關量輸出模塊6有兩路。

如圖2所示，電力參數(shù)采集模塊2包括三只電壓互感器8、三只電流互感器9、電壓變送器10和電流變送器11，三只電壓互感器8分別與電壓變送器10相連，三只電流互感器9分別與電流變送器11相連，電壓變送器10和電流變送器11分別與電能計量芯片3相連。

通過電能計量芯片3可以實現(xiàn)電壓、電流等模擬量輸入的采集以及電能脈沖的輸出。

優(yōu)選地，電能計量芯片3選用RN8302芯片。

在RN8302芯片內(nèi)直接集成了運放電路、AD轉(zhuǎn)換、計算內(nèi)核和數(shù)據(jù)接口等。

本實用新型能夠在單個芯片上實現(xiàn)弱信號的變送、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字化校準、測量計算、電能累計等功能，其測量非線性誤差在0.1％以內(nèi)。

此外，在電壓變送器10與電能計量芯片3之間還設有防混疊阻容濾波器，二次信號經(jīng)過電壓變送器10后變?yōu)?00mV的交流電壓信號，經(jīng)過防混疊阻容濾波后送入電能計量芯片3。RN8302芯片會按照初始化好的參數(shù)對模擬信號進行放大、采樣、計算、輸出。

電能計量芯片3通過SPI總線與ARM處理器1連接。

ARM處理器1通過RN8302芯片上集成的SPI接口對其內(nèi)部各種運算結(jié)果讀取。輸入的模擬信號有三相電壓和三線電流。接線方式有兩表法和三表法。同時RN8302芯片的脈沖電度輸出接口可連接到ARM處理器1上的數(shù)字信號輸出接口，實現(xiàn)脈沖電度輸出。

ARM處理器1采用STM32F103RC芯片，具有32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置256K字節(jié)的閃存和48字節(jié)的SRAM，并設有豐富的I/O端口。

ARM處理器1通過SPI接口從電能計量芯片3中讀取當前電壓、電流、功率因數(shù)、電度累加等，將讀取的數(shù)據(jù)做歷史分析，并存儲分析結(jié)果至存儲芯片12。

存儲芯片12采用AT25512芯片，其內(nèi)部集成了64K的存儲空間，不能能夠滿足當前數(shù)據(jù)的存儲要求，并且留有擴展部分，最大限度的滿足后期擴展需要。

在ARM處理器1上還連接有實時時鐘13，其采用DS1302芯片。

優(yōu)選地，本實用新型中的人機交互顯示模塊4包括液晶顯示模塊、LED顯示模塊和按鍵模塊。其中，液晶顯示模塊可以顯示電力相關參數(shù)，LED顯示模塊用于指示相關信息變化，按鍵模塊則可以實現(xiàn)液晶顯示模塊上的翻頁或參數(shù)設置等相關操作。

優(yōu)選地，在ARM處理器1上還連接有無線發(fā)射模塊14和天線15。

無線發(fā)射模塊14通過天線15將三相多功能電力儀表上的數(shù)據(jù)實時上傳至上位機，節(jié)省了線路布置，提高了數(shù)據(jù)上傳的精確性和穩(wěn)定性。

此外，在ARM處理器1上還連接有擴展接口16，該擴展接口例如可以是可選脈沖電度接口、開關量輸入接口和開關量輸出接口等等。

當然，在ARM處理器1上還可以連接紅外通信模塊。紅外通信模塊以紅外線作為介質(zhì)來傳送數(shù)據(jù)信息，由紅外接收器和紅外發(fā)射器來完成信號的無線收發(fā)。

在發(fā)射端，對發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)適當?shù)木幋a和調(diào)制后，送入電光變換電路，驅(qū)動紅外二極管發(fā)射紅外光脈沖，在接收端，紅外接收器對收到的紅外信號進行光電變換，并進行解調(diào)和譯碼后，恢復出原信號。發(fā)射電路由調(diào)制電路、驅(qū)動電路及紅外發(fā)射器件組成，紅外接收電路由紅外接收器件、前置放大電路和解調(diào)電路組成。

如圖3和圖4所示，三相多功能電力儀表還包括儀表殼體17，三相多功能電力儀表的各個部件均封裝在上述儀表殼體內(nèi)，該儀表殼體17具有如下結(jié)構(gòu)：

液晶顯示模塊安裝在儀表殼體17的前側(cè)。在儀表殼體17的兩個相對側(cè)部分別設有一個固定夾凹槽，例如固定夾凹槽18，用于放置固定夾19。

固定夾19采用Z形結(jié)構(gòu)，其是通過將一根條形板的兩個端部分別彎折90度形成的。定義固定夾19由安裝段20、凹槽段21和支撐段22組成。

凹槽段21的長度與固定夾凹槽18的長度相等。在安裝段20上設有一號安裝孔23。在儀表殼體17后側(cè)部上設有兩個二號安裝孔，每個二號安裝孔對應一個一號安裝孔23。

三相多功能電力儀表的安裝過程如下：在開關柜面板24的合適位置上開設一個與儀表殼體17相適應的通孔25，將儀表殼體17由前向后放入通孔25內(nèi)，待儀表殼體17放置到位后，在開關柜面板24的內(nèi)側(cè)將兩個固定夾19分別置于其中一個固定夾凹槽18內(nèi)。

其中，固定夾19的支撐段22頂在開關柜面板24的內(nèi)側(cè)壁上，一號安裝孔23和二號安裝孔對齊，通過螺栓26將儀表殼體17固定在開關柜面板上。

此種儀表安裝方式操作方便，安裝牢固度高，利于保持開關柜面板的美觀效果。

當然，以上說明僅僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型并不限于列舉上述實施例，應當說明的是，任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質(zhì)范圍之內(nèi)，理應受到本實用新型的保護。