專利名稱：一種電功率檢測控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流市電電功率監(jiān)測領(lǐng)域，特別是一種連接在市電線路輸入端與 用電負(fù)載中用于提高用電安全性的電功率檢測控制裝置。
背景技術(shù)：
為了保障用電安全，通常用戶在交流市電進(jìn)線處會(huì)安裝空氣開關(guān)，限制該線路上 的用電負(fù)荷。采用這樣的方式存在著以下幾項(xiàng)缺陷1、一旦超過負(fù)荷，空氣開關(guān)將自動(dòng)跳 斷，需要用戶在減小負(fù)荷后手動(dòng)合上供電開關(guān)；2、對(duì)于不超過總負(fù)荷的單件違章電器缺乏 有效的監(jiān)測和限制措施；3、當(dāng)用電環(huán)境發(fā)生變化時(shí)候，需要重新配置和更換相應(yīng)的空氣開 關(guān)，缺乏靈活的調(diào)整手段。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高用 電安全性的電功率檢測控制裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種連接在市電線路輸入端與用電負(fù)載中 的電功率檢測控制裝置，包括一個(gè)與市電輸入端連接的采樣電路，用于獲取實(shí)時(shí)用電功率；一個(gè)控制電路，包括一個(gè)繼電器，用于控制所述市電線路的通斷；—個(gè)微控制器電路，分別與所述的采樣電路以及控制電路連接，用于電信號(hào)處理、 控制所述繼電器的通斷；一個(gè)電源電路，用于為以上各部分供電。本發(fā)明中，所述微控制器電路包括MCU芯片。本發(fā)明中，所述采樣電路包括連接在市電線路輸入端與MCU芯片之間的電阻R3、 電阻R4、電阻R5以及電容C5，電阻R3、電阻R4、電阻R5以及電容C5的一端連接所述MCU 芯片的AD輸入端；所述電阻R3用于采樣交流電流，產(chǎn)生交流壓降；所述電容C5為信號(hào)濾波電容，濾去電網(wǎng)高頻噪聲。本發(fā)明中，所述微控制器電路包括電阻R7、電阻R8構(gòu)成繼電器狀態(tài)返回檢測部 分，MCU芯片的繼電器狀態(tài)輸入端通過所述電阻R8連接繼電器常閉點(diǎn)2，繼電器常閉點(diǎn)2通 過所述電阻R7連接MCU芯片的vcc 口。本發(fā)明中，所述控制電路包括電容C4、二極管D3、三極管Tl、以及電阻R6 ；所述繼電器的兩個(gè)定點(diǎn)分別連接二極管D3的兩端，用于提供繼電器控制線圈的 電流續(xù)流回路；所述繼電器的一個(gè)定點(diǎn)連接所述三極管Tl的集電極，三極管Tl的基極通過所述 電阻R6連接MCU芯片的繼電器控制信號(hào)輸出端，其發(fā)射極分別連接采樣電路以及所述電容 C4 ；所述電容C4另一端連接所述電源電路，提供繼電器控制線圈的工作電源。
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本發(fā)明中，所述電源電路包含一個(gè)與所述微控制器電路連接的發(fā)光二極管，作為 電源指示燈。本發(fā)明中，所述MCU芯片采用型號(hào)為PIC16F676的芯片。有益效果本發(fā)明通過在交流進(jìn)線加裝該電路檢測用電狀況，可測量用戶當(dāng)前用 電總功率，實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶單件電器功率，并根據(jù)設(shè)定參數(shù)限制用戶最大使用功率和單件電 器允許功率。適用于需要強(qiáng)調(diào)用電安全的場合，防止電流過載、杜絕違章大功率電器的使 用。而且本裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、原理新穎可靠、成本低廉，可廣泛應(yīng)用于學(xué)校、賓館、辦 公室、寫字樓等場合，可智能識(shí)別用電狀況，減少人工干預(yù)，嚴(yán)格限制違章電器的使用，保證 用電安全。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例電路原理圖。圖2為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種連接在市電線路輸入端與用電負(fù)載中的電功率檢測控制裝置， 包括一個(gè)與市電輸入端連接的采樣電路，用于獲取實(shí)時(shí)用電功率；所述采樣電路包括連 接在市電線路輸入端與MCU芯片之間的電阻R3、電阻R4、電阻R5以及電容C5，電阻R3、電 阻R4、電阻R5以及電容C5的一端連接所述MCU芯片的AD輸入端，所述電阻R3用于采樣交 流電流，產(chǎn)生交流壓降，并連接所述繼電器；所述電容C5為信號(hào)濾波電容，濾去電網(wǎng)高頻噪 聲。包括一個(gè)含有繼電器的控制電路，用于控制所述市電線路的通斷；所述控制電路 包括電容C4、二極管D3、三極管Tl、以及電阻R6 ；所述繼電器的兩個(gè)定點(diǎn)分別連接二極管 D3的兩端，用于提供繼電器控制線圈的電流續(xù)流回路；所述繼電器的一個(gè)定點(diǎn)連接所述三 極管Tl的集電極，三極管Tl的基極通過所述電阻R6連接MCU芯片的繼電器控制信號(hào)輸出 端，其發(fā)射極分別連接采樣電路以及所述電容C4 ；所述電容C4另一端連接所述電源電路， 提供繼電器控制線圈的工作電源。包括一個(gè)含有MCU芯片微控制器電路，分別與所述的采樣電路以及控制電路連 接，用于電信號(hào)處理、控制所述繼電器的通斷；所述微控制器電路包括電阻R7、電阻R8構(gòu)成 繼電器狀態(tài)返回檢測部分，MCU芯片的繼電器狀態(tài)輸入端通過所述電阻R8連接繼電器常閉 點(diǎn)2，繼電器常閉點(diǎn)2通過所述電阻R7連接MCU芯片的vcc 口。一個(gè)電源電路，用于為以上各部分供電。所述電源電路包含一個(gè)與所述微控制器 電路連接的發(fā)光二極管，作為電源指示燈。本發(fā)明中，所述MCU芯片為型號(hào)可以采用PIC16F676的芯片。實(shí)施例本實(shí)施例圖1為完整實(shí)現(xiàn)所需功能的電路圖，其中Jl、J2為交流進(jìn)線端(市電輸 入端)，其接入市電電網(wǎng)；J3、J4為交流出線端(市電輸出端)，該端輸出接用戶使用的各類負(fù)載。圖1中芯片Ul為MCU，繼電器JK，其他均為分立元器件，其主要元件的型號(hào)及特性 如下芯片Ul為MCU，采用PIC16F676芯片，工作電壓為2. 5V，內(nèi)含多通道10位AD轉(zhuǎn)換 電路、IK Byte程序區(qū)、U8Byte數(shù)據(jù)EEraOM、64Byte SRAM，自帶工作于4MHZRC振蕩器，12 個(gè)I/O 口、內(nèi)置Watchdog。Ul引腳13 (ΑΝ0 口)配置為AD輸入端；引腳6 (OUT 口)配置為 繼電器控制信號(hào)輸出端，控制繼電器動(dòng)作；引腳8(RC2 口 )配置為繼電器狀態(tài)輸入端，獲取 繼電器當(dāng)前狀態(tài)。繼電器JK為16A/MVDC繼電器，最大控制功率為3500W。NPN三極管Tl提供繼電 器動(dòng)作的放大和推動(dòng)。芯片U2為TL431穩(wěn)壓芯片，提供M⑶工作電源。本發(fā)明所述裝置的工作原理說明如下。市電輸入端J1、電阻R3、電容C2、二極管D2、電容Cl以及市電輸入端J2構(gòu)成對(duì)電 容C2的半波充電回路，電路參數(shù)配置使電容C2兩端充電到DC9V，圖中二極管Dl提供充電 反向通路，避免交流負(fù)半周對(duì)二極管D2、電容C2的反向電壓。為了防止交流電網(wǎng)可能存在 的直流偏移，電阻Rl提供電容Cl直流電壓的釋放通路。電容C2的負(fù)極為整機(jī)工作的直流 參考地。市電輸入端J1、電阻R3、電容C4、二極管D4、電容Cl以及市電輸入端J2構(gòu)成對(duì)電 容C4的半波充電回路，電路參數(shù)配置可使電容C4兩端充電到DC18V以上，該電源提供繼電 器控制線圈的工作電源。交流電網(wǎng)的輸入端J2直通到交流輸出端J3，輸入端Jl經(jīng)功率采樣電阻R3接入繼 電器的定點(diǎn)5，由MCU芯片Ul的6腳輸出信號(hào)控制輸入功率是否允許輸出到輸出端J4。二 極管D3提供繼電器控制線圈的電流續(xù)流回路，電阻R6為三極管基極電阻。當(dāng)Ul的6腳為 高電平時(shí)，三極管Tl導(dǎo)通，繼電器線圈通電，控制繼電器定點(diǎn)4接通常開點(diǎn)3，交流輸入功率 允許輸出到輸出端J4，用戶負(fù)載接通可正常用電；當(dāng)MCU芯片的Ul的6腳為低電平時(shí)，三 極管Tl截止，控制繼電器定點(diǎn)4接通常閉點(diǎn)2，輸出端J4無輸出，用戶負(fù)載斷電。電容C2、二極管D5、電阻R2、穩(wěn)壓芯片U2、電容C3以及電容C6構(gòu)成2. 5V直流穩(wěn) 壓電路，提供MCU芯片Ul的正常工作電源，其中二極管D5為發(fā)光二極管，作為電源指示燈， 電阻R2為限流電阻，穩(wěn)壓芯片U2為分流型電壓調(diào)整管，電容C3、C6為濾波電容。電阻R7、R8構(gòu)成繼電器狀態(tài)返回檢測電路，當(dāng)繼電器JK定點(diǎn)4接通常閉點(diǎn)2時(shí)， MCU芯片Ul的8腳通過電阻R8讀取到低電平，指示目前對(duì)用戶供電斷開，當(dāng)繼電器定點(diǎn)4 接通常開點(diǎn)3時(shí)，MCU芯片Ul的8腳通過電阻R8、R7讀取到高電平，指示目前對(duì)用戶供電 接通。電阻R3、電阻R4、電阻R5以及電容C5構(gòu)成采樣回路，并接入芯片Ul的13腳 (ΑΝ0 口)。電阻R3采樣交流電流，產(chǎn)生交流壓降，其中電容C5為信號(hào)濾波電容，濾去電網(wǎng) 高頻噪聲。該交流電壓信號(hào)由電阻R4、R5分壓接芯片Ul的13腳AD輸入端。設(shè)當(dāng)前交流 電流為I，則電阻R3的交流壓降Vl = I*R3，該交流經(jīng)電阻R4、R5分壓后接入U(xiǎn)l的交流 電壓為0. 5*I*R3，設(shè)芯片Ul的電源電壓為VCC = 2. 5V，該電壓也是AD轉(zhuǎn)換的參考電壓， 則芯片Ul的13腳輸入直流電壓為1. 25V，因此，AD轉(zhuǎn)換輸入電壓V=I. 25+0. 5*I*R3 =1.25+0. 05*1 (V)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為512+51. 2*1。芯片Ul內(nèi)部程序完成高速AD轉(zhuǎn) 換，經(jīng)過6個(gè)工頻周期的連續(xù)測量，檢測最大值Vmax和最小值Vmin，計(jì)算P = Vmax-Vmin 值，該數(shù)值即為供電電流的峰峰值，可換算為當(dāng)前用電功率。圖2為工作流程圖，由芯片Ul的嵌入式軟件控制執(zhí)行，圖2中，Pmax表示最大允 許用電功率，設(shè)定參數(shù)；Pc表示單件電器允許功率，設(shè)定參數(shù)；T表示測量周期，時(shí)間為6個(gè) 工頻周期，120ms ；Px表示當(dāng)前測量的電功率；PO ；上個(gè)周期測量的電功率。當(dāng)本發(fā)明裝置接入供電線路后，首先電容C4充電到DC18V以上，電容C2充電到 DC9V左右；繼電器觸點(diǎn)為常閉狀態(tài)；芯片U2穩(wěn)壓在2. 5V ；芯片Ul上電復(fù)位，執(zhí)行初始化程 序，設(shè)定MCU各寄存器及I/O ；芯片Ul讀取內(nèi)部EEPROM設(shè)定的最大功率限制Pmax和單件 電器功率限制Pc參數(shù)。程序控制三極管Tl導(dǎo)通，繼電器JK吸合至常開點(diǎn)，對(duì)用戶供電，程序開始檢測用 電總功率1^。若Px> Pmax或1 > Pc，程序控制繼電器斷開，中止用戶供電半分鐘，迫使 用戶關(guān)閉違章電器，保證用電安全。半分鐘后再次接通繼電器，檢測總功率Px。該過程將持 續(xù)進(jìn)行，直到用戶用電符合安全范圍。若用戶1 < Pc和1 < Pmax,電路對(duì)用戶正常供電，并連續(xù)按6個(gè)工頻周期為一個(gè) 功率測量周期檢測當(dāng)前用電功率，設(shè)功率測量周期為T，在to時(shí)刻測量的用電功率為P0，在 tl = to+T時(shí)刻測量的功率為P1，當(dāng)Pl < PO時(shí)，供電保持，并記錄本次Pl數(shù)據(jù)，用于在t2 =tl+T時(shí)刻測量的電功率P2作比較；當(dāng)Pl > Pmax時(shí)，程序控制繼電器斷開，中止用戶供 電半分鐘，迫使用戶減少用電功率，符合用電總功率限制；當(dāng)Pl > PO時(shí)，計(jì)算Pt = P1-P0, 若Pt > Pc，中止用戶供電半分鐘，迫使用戶停止使用單件違章電器，若Pt < Pc，供電保持， 并記錄本次Pl數(shù)據(jù)，用于在t2 = tl+T時(shí)刻測量的電功率P2作比較。總體而言本發(fā)明軟件部分包括以下功能定時(shí)中斷程序，整個(gè)電路工作的時(shí)基由 該中斷生成；系統(tǒng)初始化模塊，微控制器上電復(fù)位后設(shè)置各寄存器為各指定功能；主控程 序，測量當(dāng)前功率，并檢測單件電器功率，并做出相應(yīng)的控制動(dòng)作；控制參數(shù)的設(shè)置和獲取， 控制參數(shù)存放在內(nèi)部EEPR0M。本發(fā)明提供了一種電功率檢測控制裝置的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方 法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種連接在市電線路輸入端與用電負(fù)載中的電功率檢測控制裝置，其特征在于，包括一個(gè)與市電輸入端連接的采樣電路，用于獲取實(shí)時(shí)用電功率； 一個(gè)控制電路，包括一個(gè)繼電器，用于控制所述市電線路的通斷； 一個(gè)微控制器電路，分別與所述的采樣電路以及控制電路連接，用于電信號(hào)處理、控制 所述繼電器的通斷；一個(gè)電源電路，用于為以上各部分供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述微控制器電路 包括MCU芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述采樣電路包括 連接在市電線路輸入端與MCU芯片之間的電阻R3、電阻R4、電阻R5以及電容C5，電阻R3、 電阻R4、電阻R5以及電容C5的一端并接后連接所述MCU芯片的AD輸入端；所述電阻R3用于采樣交流電流，產(chǎn)生交流壓降； 所述電容C5為信號(hào)濾波電容，濾去電網(wǎng)高頻噪聲。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述微控制器 電路包括電阻R7、電阻R8構(gòu)成繼電器狀態(tài)返回檢測部分，MCU芯片的繼電器狀態(tài)輸入端通過所述電阻R8連接繼電器常閉點(diǎn)2，繼電器常閉點(diǎn)2通過所述電阻R7連接MCU芯片的vcc□。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述控制電路包 括電容C4、二極管D3、三極管Tl、以及電阻R6 ；所述繼電器的兩個(gè)定點(diǎn)分別連接二極管D3的兩端，用于提供繼電器控制線圈的電流 續(xù)流回路；所述繼電器的一個(gè)定點(diǎn)連接所述三極管Tl的集電極，三極管Tl的基極通過所述電阻 R6連接MCU芯片的繼電器控制信號(hào)輸出端，其發(fā)射極分別連接采樣電路以及所述電容C4 ； 所述電容C4另一端連接所述電源電路，提供繼電器控制線圈的工作電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述電源電路包含 一個(gè)與所述微控制器電路連接的發(fā)光二極管，作為電源指示燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述MCU芯片采用型 號(hào)為PIC16F676的芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連接在市電線路輸入端與用電負(fù)載中的電功率檢測控制裝置，包括一個(gè)與市電輸入端連接的采樣電路，用于獲取實(shí)時(shí)用電功率；一個(gè)控制電路，包括一個(gè)繼電器，用于控制所述市電線路的通斷；一個(gè)微控制器電路，分別與所述的采樣電路以及控制電路連接，用于電信號(hào)處理、控制所述繼電器的通斷；一個(gè)電源電路，用于為以上各部分供電。本裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、原理新穎可靠、成本低廉，可廣泛應(yīng)用于學(xué)校、賓館、辦公室、寫字樓等場合，可智能識(shí)別用電狀況，減少人工干預(yù)，嚴(yán)格限制違章電器的使用，保證用電安全。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102110972SQ201110067449
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者周斌 申請(qǐng)人:南京誠善科技有限公司, 張金芳