一種數(shù)字功率表的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子測量儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字功率表。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)驗(yàn)室中測量電功率P，一般是用電壓表測出用電器兩端的電壓U,用電流表測出用電器中的電流I，再根據(jù)P = Π計(jì)算出用電器消耗的功率，不僅測量過程復(fù)雜，而且還要通過計(jì)算才能得到用電器消耗的功率。電動系功率表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈敏度低，體積大，價(jià)格高。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，家用電器越來越多，不少家庭對家用電器的耗電量十分重視，需要一種能簡單快速測量用電器消耗功率的功率表。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有功率表的不足，本發(fā)明公開一種數(shù)字功率表。該數(shù)字功率表的功率采樣采用電阻采樣，利用HLW8012單相電能計(jì)量芯片測量用電器消耗的有功功率，應(yīng)用AT89C2051單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示驅(qū)動，采用四位八段LED數(shù)碼管顯示測量值，運(yùn)用非隔離+ 5V電源供電，功率表的最大測量功率為4400W，可準(zhǔn)確到0.1W。將數(shù)字表的L、N兩端接交流市電，使用交流市電供電的用電器的電源輸入端，接在數(shù)字功率表的Jl、J2兩接線端，即可測量用電器消耗的有功功率。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種數(shù)字功率表，由功率采樣電路、功率計(jì)量電路、單片機(jī)電路、LED顯示電路和電源電路組成。功率采樣電路由電阻Rl?R8和電容Cl、C2、C3組成。功率計(jì)量電路由集成電路芯片HLW8012和電容C4組成。單片機(jī)電路由AT89C2051單片機(jī)，電阻R9，電容C5?C8和晶振Xl組成。LED顯示電路由四位八段LED數(shù)碼管DPYl和排阻RlO組成。電源電路由集成電路芯片78L05，電阻R11、R12，電容C9?C12，二極管Dl、D2和穩(wěn)壓二極管DZl組成。
[0005]本發(fā)明的積極效果在于:電路簡單、體積小、重量輕，成本低、功耗小、精度高、價(jià)格便宜，操作簡單，使用方便。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0007]圖2為本發(fā)明的功率采樣電路。
[0008]圖3為本發(fā)明的功率計(jì)量電路。
[0009]圖4為本發(fā)明的單片機(jī)電路。
[0010]圖5為本發(fā)明的LED顯示電路。
[0011]圖6為本發(fā)明的電源電路。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如附圖1所示，本發(fā)明由功率采樣電路、功率計(jì)量電路、單片機(jī)電路、LED顯示電路和電源電路組成。功率采樣電路的輸入端接交流市電，輸出端接功率計(jì)量電路的輸入端；單片機(jī)電路的輸入端接功率計(jì)量電路的輸出端，輸出端接LED顯示電路輸入端；電源電路的輸入端接交流市電，輸出端接功率計(jì)量電路、單片機(jī)電路和LED顯示電路的電源端。
[0013]如附圖2所示，功率采樣電路由電阻Rl?R8和電容Cl、C2、C3組成。電阻Rl與R2 —端的連接點(diǎn)接接線端J2，J2接用電器的一端，用電器的另一端接接線端Jl，Jl接交流市電的火線；R3 —端與Rl另一端的連接點(diǎn)接地，并連接交流市電的零線；R2的另一端與Cl的一端相連為電流采樣的輸出端V1P，與功率計(jì)量電路的THLW8012的2腳VlP相連接；R3的另一端與C2的一端相連為電流采樣的輸出端V1N，與THLW8012的3腳VlN相連接；C1與C2的另一端相連并接地。R4、R5、R6、R7串聯(lián)，R4的另一端接交流市電的火線，R8與C3并聯(lián)的一端接地，并聯(lián)的另一端與R7的另一端相連為電壓采樣的輸出端V2P，接THLW8012的4腳電壓米樣輸入端V2P。
[0014]功率采樣可分為電流和電壓采樣，電流、電壓的采樣有電阻采樣和互感器采樣兩種方式，互感器采樣方式體積大、成本高，本發(fā)明的電流和電壓采樣都采用電阻采樣方式。用電器的電流流過電阻R1，經(jīng)R2、Cl和R3、C2阻容濾波，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。電流采樣電阻Rl設(shè)計(jì)為0.001Q/2ff的錳銅電阻，最大采樣電流為20A。電壓采樣是利用電阻R4?R8串聯(lián)分壓采樣，將R8分得的電壓經(jīng)C3濾波得到采樣電壓。電阻R4?R7的電阻值都設(shè)計(jì)為470ΚΩ，R8的電阻值為IK Ω，實(shí)用于對220V交流市電的電壓采樣。
[0015]如附圖3所示，功率計(jì)量電路由集成電路芯片HLW8012和電容C4組成。THLW8012的I腳接+ 5V電源和C4的一端，C4的另一端接地；2腳接功率采樣電路的輸出端VlP ；3腳接功率采樣電路的輸出端VlN ；4腳接功率采樣電路的輸出端V2P ；5腳接地；6腳接單片機(jī)電路的AT89C2051的6腳，7、8腳懸空不用。
[0016]HLW8012是深圳市合力為科技公司設(shè)計(jì)的單相電能計(jì)量芯片，可測量有功功率、電流和電壓的有效值。采用CMOS工藝，S0P8封裝，內(nèi)置晶振、2.43V電壓參考源和電源監(jiān)控電路，+ 5V單電源供電，工作時(shí)的功耗不大于15mW。輸出的高頻脈沖CF是占空比為1:1的方波，通過測量CF引腳輸出的高頻脈沖的頻率計(jì)算有功功率，精度為±0.3%。
[0017]如附圖4所示，單片機(jī)電路由AT89C2051單片機(jī)，電阻R9，電容C5?C8和晶振Xl組成。AT89C2051的I腳接R9 —端與C6負(fù)極的連接點(diǎn)，2、3、7、8腳分別接LED顯示電路的DPYI的6、8、9、12腳，4腳接晶振Xl —端與電容C8 —端的連接點(diǎn)，5腳接晶振Xl另一端與電容C7 一端的連接點(diǎn)，6腳接HLW8012的6腳，9、11腳懸空不用，10腳與R9、C5、C7、C8的另一端都接地，12?19腳分別接DPYI的11、7、4、2、1、10、5、3腳，12?19腳還分別接LED顯示電路的排阻RlO的2?9腳，20腳、C6的正極和的C5 —端都接+ 5V電源。
[0018]AT89C2051是ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低電壓CMOS 8位單片機(jī)。AT89C2051的I腳是復(fù)位端，R9、C6組成單片機(jī)的復(fù)位電路。AT89C2051的4腳、5腳內(nèi)部電路與外部晶振Xl和電容C7、C8組成時(shí)鐘振蕩電路。AT89C2051通過測量電能計(jì)量芯片HLW8012的CF引腳輸出的高頻脈沖的頻率來計(jì)算有功功率，并驅(qū)動DPYl顯示測量值。
[0019]如附圖5所示，LED顯示電路由四位八段LED數(shù)碼管DPYl和排阻RlO組成。排阻RlO的I腳接+ 5V電源，2?9腳分別接AT89C2051單片機(jī)的12?19腳；DPY1的11、7、4、2、1、10、5、3 腳分別接 AT89C2051 單片機(jī)的 12 ?19 腳，6、8、9、12 腳分別接 AT89C2051單片機(jī)的2、3、7、8腳。
[0020]如附圖6所示，電源電路由集成電路芯片78L05，電阻RlURl2，電容C9?C12，二極管D1、D2和穩(wěn)壓二極管DZl組成。C9與Rll并聯(lián)的一端接交流市電的火線，另一端接R12的一端，R12的另一端接Dl負(fù)極與D2正極的連接點(diǎn)，D2的負(fù)極、DZl的負(fù)極、ClO的正極、Cll的一端和78L05的I腳相連接，78L05的3腳與C12的正極相連接為+ 5V電源的輸出端，Dl的正極、DZl的正極、ClO的負(fù)極、Cll的另一端、78L05的2腳和C12的負(fù)極都接地，并連接交流市電的零線。為了配合電流、電壓的電阻非隔離采樣方式，本發(fā)明采樣阻容降壓型的非隔離電源。
[0021]本發(fā)明設(shè)計(jì)的數(shù)字功率表，工作電壓為220V的交流市電，自身耗電小于1W，最大測量功率為4400W，可準(zhǔn)確到0.1W，測量誤差小于±0.3%。電路簡單、體積小、重量輕，成本低、功耗小、精度高、價(jià)格便宜，操作簡單，使用方便，擁有廣闊的市場前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種數(shù)字功率表，其特征是:一種數(shù)字功率表，由功率采樣電路、功率計(jì)量電路、單片機(jī)電路、LED顯示電路和電源電路組成；功率采樣電路由電阻Rl?R8和電容Cl、C2、C3組成；功率計(jì)量電路由集成電路芯片HLW8012和電容C4組成；單片機(jī)電路由AT89C2051單片機(jī)，電阻R9，電容C5?C8和晶振Xl組成；LED顯示電路由四位八段LED數(shù)碼管DPYl和排阻RlO組成；電源電路由集成電路芯片78L05，電阻R11、R12，電容C9?C12，二極管D1、D2和穩(wěn)壓二極管DZl組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字功率表，其特征是:功率采樣電路的電阻Rl與R2—端的連接點(diǎn)接接線端J2，J2接用電器的一端，用電器的另一端接接線端Jl，Jl接交流市電的火線；R3 —端與Rl另一端的連接點(diǎn)接地，并連接交流市電的零線；R2的另一端與Cl的一端相連為電流采樣的輸出端V1P，與功率計(jì)量電路的THLW8012的2腳VlP相連接；R3的另一端與C2的一端相連為電流采樣的輸出端V1N，與THLW8012的3腳VlN相連接；C1與C2的另一端相連并接地；R4、R5、R6、R7串聯(lián)，R4的另一端接交流市電的火線，R8與C3并聯(lián)的一端接地，并聯(lián)的另一端與R7的另一端相連為電壓采樣的輸出端V2P，接THLW8012的4腳電壓采樣輸入端V2P ；電流采樣電阻Rl設(shè)計(jì)為0.001 Ω /2W的錳銅電阻，最大采樣電流為20A ；電壓采樣是利用電阻R4?R8串聯(lián)分壓采樣，電阻R4?R7的電阻值都設(shè)計(jì)為470ΚΩ，R8的電阻值為IK Ω，實(shí)用于對220V交流市電的電壓采樣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字功率表，其特征是:功率計(jì)量電路的THLW8012的I腳接+ 5V電源和C4的一端，C4的另一端接地；2腳接功率采樣電路的輸出端VlP ；3腳接功率采樣電路的輸出端VlN ；4腳接功率采樣電路的輸出端V2P ；5腳接地；6腳接單片機(jī)電路的AT89C2051的6腳，7、8腳懸空不用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字功率表，其特征是:單片機(jī)電路的AT89C2051的I腳接R9 —端與C6負(fù)極的連接點(diǎn)，2、3、7、8腳分別接LED顯示電路的DPH的6、8、9、12腳，4腳接晶振Xl —端與電容C8 —端的連接點(diǎn)，5腳接晶振Xl另一端與電容C7 —端的連接點(diǎn)，6腳接HLW8012的6腳，9、11腳懸空不用，10腳與R9、C5、C7、C8的另一端都接地，12?19腳分別接DPYI的11、7、4、2、1、10、5、3腳，12?19腳還分別接LED顯示電路的排阻RlO的2?9腳，20腳、C6的正極和的C5 —端都接+ 5V電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字功率表，其特征是:電源電路的C9與Rll并聯(lián)的一端接交流市電的火線，另一端接R12的一端，R12的另一端接Dl負(fù)極與D2正極的連接點(diǎn)，D2的負(fù)極、DZl的負(fù)極、ClO的正極、Cll的一端和78L05的I腳相連接，78L05的3腳與C12的正極相連接為+ 5V電源的輸出端，Dl的正極、DZl的正極、ClO的負(fù)極、Cll的另一端、78L05的2腳和C12的負(fù)極都接地，并連接交流市電的零線。
【專利摘要】一種數(shù)字功率表，由功率采樣電路、功率計(jì)量電路、單片機(jī)電路、LED顯示電路和電源電路組成，其連接關(guān)系如附圖所示。功率采樣采用電阻采樣，利用HLW8012單相電能計(jì)量芯片測量用電器消耗的有功功率，應(yīng)用AT89C2051單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示驅(qū)動，采用四位八段LED數(shù)碼管顯示測量值，運(yùn)用非隔離＋5V電源供電。功率表的最大測量功率為4400W，可準(zhǔn)確到0.1W。將數(shù)字表的L、N兩端接交流市電，使用交流市電供電的用電器的電源輸入端，接在數(shù)字功率表的J1、J2兩接線端，即可測量用電器消耗的有功功率。其積極效果在于：電路簡單、體積小、重量輕，成本低、功耗小、精度高、價(jià)格便宜，操作簡單，使用方便。
【IPC分類】G01R21/06
【公開號】CN104914301
【申請?zhí)枴緾N201510358244
【發(fā)明人】張新安
【申請人】張新安
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月26日