一種電子式電能表的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電子式電能表，包括前端電路調理模塊、電能計量芯片(20)、LED指示模塊(30)、微控制單元(40)、顯示模塊(50)、通訊模塊(60)、鍵盤控制模塊(70)、時鐘模塊(80)、存儲器(90)、電源模塊，所述前端電路調理模塊與電能計量芯片(20)連接，所述LED指示模塊(30)與電能計量芯片(20)連接，所述微控制單元(40)與電能計量芯片(20)連接，所述顯示模塊(50)、通訊模塊(60)、鍵盤控制模塊(70)、時鐘模塊(80)、存儲器(90)分別與微控制單元(40)連接。通過本發明所述的電能表，可以實現對電能等電參量測量、顯示及采集處理的目的。
【專利說明】一種電子式電能表
【技術領域】
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[0001]本發明涉及電能計量技術，具體而言，涉及一種電子式電能表。
【背景技術】
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[0002]為了實施可持續發展，解決環境與發展的矛盾，世界許多國家正在積極探索綠色能源來減少傳統發電方式對環境的污染和不可再生資源的損耗，或為了節省投資，降低能耗，提高系統安全性和靈活性，采用大電網系統和分布式發電系統相結合的供電方式。經過系統科學地設計和電能市場合理地規劃，分布式的小規模供電系統不僅可以解決居民的能源問題而且可以把富余的電能反饋到電網，以實現以電償電，從而減輕供電系統的負擔，減少不可再生資源的消耗。
[0003]目前，許多國家規定用戶自己的發電系統產生并入電網的電能可以等價換取等量電網的電能。雖然在我們國家還沒有開始實施，但這是一種發展方向。為了滿足這種應用需要，必須設計一種可以計量用戶消耗電能(即正向電能)又可以計量用戶反饋到電網的電能(即反向電能)的電能表，即雙向電能表。
【發明內容】
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[0004]本發明所解決的技術問題:用戶自己的發電系統產生并入電網的電能可以等價換取等量電網的電能，如此，需要一種既能計量用戶消耗電能(即正向電能)又可以計量用戶反饋到電網的電能的雙向電能表。
[0005]本發明提供如下技術方案:一種電子式電能表，包括電源模塊、顯示模塊、LED指示模塊、通訊模塊、鍵盤控制模塊、微控制單元、電能計量芯片、時鐘模塊、存儲器和前端電路調理模塊。所述前端電路調理模塊與電能計量芯片連接，所述LED指示模塊與電能計量芯片連接，所述微控制單元與電能計量芯片連接，所述顯示模塊、通訊模塊、鍵盤控制模塊、時鐘模塊、存儲器分別與微控制單元連接。
[0006]按上述技術方案，本發明所述的電子式電能表主要由電源模塊、顯示模塊、LED指示模塊、通訊模塊、鍵盤控制模塊、MCU模塊、電能計量芯片、時鐘模塊、存儲器模塊和前端電路調理模塊部分組成。作為本發明的一種優選，所述前端電路調理模塊包括電子式電流型電壓互感器、電流互感器、精密電阻電路。電子式電流型電壓互感器、電流互感器和精密電阻電路變換電壓電流信號以差模電壓的形式接到電能計量芯片，取樣電阻的阻值由被測信號的最大值決定，然后經電能計量芯片轉換后將電壓、電流、功率、電能等信號傳給微控制單元，微控制單元控制所有芯片的工作、截止及計算和模塊的顯示。顯示模塊正常顯示當前測量的電能值、日期、時間。LED指示模塊可以指示電能方向和用電功率大小。通訊模塊實現電能表遠程通信。時鐘模塊為電能表提供時間基準，為實現多費率打下基礎，存儲模塊為電能表提供數據存儲，可以做到掉電不丟失數據，還可以實現電力系統參數的實時記錄。
[0007]通過本發明所述的電能表，可以實現對電能等電參量測量、顯示及采集處理的目的。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述電源模塊包括電源電路，所述電源電路包括電源變壓器、與電源變壓器連接的橋式整流電路、與橋式整流電路連接的固定式三端穩壓器電路、與固定式三端穩壓器連接的三端穩壓器電路。電源電路是整個電能表能穩定工作的前提和關鍵，電能表中的各個單元電路都需要使用直流電源供電，特別是為電壓互感器提供正負15V工作電源，保證電壓的順利采集。本發明采用自制電源供電方式，將220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經過橋式整流電路整流和濾波，在固定式三端穩壓器的兩端形成一個并不十分穩定的直流電壓，此直流電壓經過三端穩壓器的穩壓和電容的頻率補償，便在穩壓電源的輸出端產生了精度高、穩定度好的直流輸出電壓。得到15V，5V，3.3V直流電源，為互感器，電能計量芯片，MCU等模塊提供穩定的工作電源。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0009]下面結合附圖對本發明做進一步的說明:
[0010]圖1為本發明一種電子式電能表的結構框圖；
[0011]圖2為本發明所述的電子式電能表的電源模塊的電源電路的原理圖。
[0012]圖中符號說明:
[0013]A—電壓信號；
[0014]B—電流信號；
[0015]C 一經前端電路調理模塊調理后的電壓信號；
[0016]D 一經前端電路調理模塊調理后的電流信號；
[0017]11 —電流型電壓互感器；12 —電流互感器；
[0018]20 一電能計量芯片；
[0019]30 —LED 指示模塊；
[0020]40 —微控制單元；
[0021]50 —顯示模塊；
[0022]60 —通訊模塊；
[0023]70 一鍵盤控制模塊；
[0024]80—時鐘模塊；
[0025]90 —存儲器。
【具體實施方式】
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[0026]如圖1所示，一種電子式電能表，包括前端電路調理模塊、電能計量芯片20、LED指示模塊30、微控制單元40、顯示模塊50、通訊模塊60、鍵盤控制模塊70、時鐘模塊80、存儲器90、電源模塊。所述前端電路調理模塊與電能計量芯片20連接，所述LED指示模塊30與電能計量芯片20連接，所述微控制單元40與電能計量芯片20連接，所述顯示模塊50、通訊模塊60、鍵盤控制模塊70、時鐘模塊80、存儲器90分別與微控制單元40連接。所述前端電路調理模塊包括電子式電流型電壓互感器11、電流互感器12、精密電阻電路。
[0027]其中，電能計量芯片20采用CS5460A。微控制單元40負責按鍵輸入掃描、工作狀態檢測，計量數據的讀入、計算和存儲、電表參數的現場配置以及與外界的通信控制等。微控制單元40采用MSP430F2274單片機。顯示模塊50采用LCD12864液晶。通訊模塊60采用串口異步通信，使用RS-485做接口標準的通訊模塊。時鐘模塊80采用DALLAS公司推出的DS1302。存儲器90采用AT24C02存儲芯片。
[0028]本發明采用自制電源供電方式，將220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經過橋式整流電路整流和濾波，在固定式三端穩壓器01的兩端形成一個并不十分穩定的直流電壓，此直流電壓經過三端穩壓器02的穩壓和電容的頻率補償，便在穩壓電源的輸出端產生了精度高、穩定度好的直流輸出電壓。得到15V，5V，3.3V直流電源，為互感器，電能計量芯片，MCU等模塊提供穩定的工作電源。自制電源原理如圖2所示。
[0029]對于系統的前端電壓調理部分，我們采用新型有源交流電壓互感器，該互感器由于內置運算放大器，所以測量精度高，該互感器同時可以外接電容，補償相移，可將相移補償到<15°。同時需要為該電壓互感器提供正負15V工作電源。然后在二次側得到大約5V交流電壓，再經過精密電阻分壓得到131.6mv的輸入電壓，可以為CS5460A提供電壓信號，不超出芯片的測量范圍。并加入RC濾波網絡對信號初步濾波，并加入放抖動電容保護芯片。電流調理部分采用變比2000:1的電流互感器，然后經一精密電阻將電流信號轉變成電壓信號。并加入RC濾波網絡對信號初步濾波，并加入放抖動電容保護芯片。經變換后的補測信號以差模電壓的形式接到CS5460A的模擬信號輸入端。由于互感器角差的影響，可能造成輸入信號的相移，使功率測量的誤差增大。而CS5460A具有相位補償功能，可以大大減小互感器角差的影響。
[0030]經調理電路調理的電壓信號(:、電流信號0通過1爪+、1爪-、￥爪+、￥爪-接口送入電能表芯片CS5460，芯片經放大、濾波、采樣、計算，計算出瞬時功率，并根據周期計數寄存器內設定的計數周期計算出電能值、電流有效值、電壓有效值，并將其存入相應的寄存器中，然后單片機通過與芯片通信將相應寄存器中的電能值、電壓有效值、電流有效值讀出，并送予液晶顯示。CS5460可將電能轉化成與電能成正比的脈沖，將EOUT 口和EDIR 口配置成正向電能和負向電能脈沖輸出，以便于電能表的檢定，也可指示電能方向。
[0031]采用兩個不同顏色的LED指示電能方向和用電負載大小，方便以后電能表檢定。為了保護LED，必須在LED上串聯限流電阻。由于紅色和綠色LED壓降不同，所有限流電阻有所差別。
[0032]鍵盤控制模塊70中的鍵盤用四個按鍵和四個下拉電阻構成簡單的鍵盤，四個按鍵分別與單片機的平P2.4、P2.5、P2.6、P2.7 口連接，當鍵盤被按下后相應口被拉低為低電平，進而實現對單片機的控制，方便時間不準時調節時間及Icd顯示更多電能信息等實現更多的功能。
[0033]本發明米用串行接口的液晶，單片機通過液晶的串行口 S1向液晶寄存器與命令，進而實現對液晶顯示的控制。
[0034]以上內容僅為本發明的較佳實施方式，對于本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【權利要求】
1.一種電子式電能表，包括前端電路調理模塊、電能計量芯片(20).1^0指示模塊(30)、微控制單元(40)、顯示模塊(50)、通訊模塊￠0)、鍵盤控制模塊(70)、時鐘模塊(80)、存儲器(90)、電源模塊，其特征在于:所述前端電路調理模塊與電能計量芯片(20)連接，所述120指示模塊(30)與電能計量芯片(20)連接，所述微控制單元(40)與電能計量芯片(20)連接，所述顯示模塊(50),通訊模塊(60),鍵盤控制模塊(70),時鐘模塊(80)、存儲器(90)分別與微控制單元(40)連接。
2.如權利要求1所述的一種電子式電能表，其特征在于:所述前端電路調理模塊包括電子式電流型電壓互感器(111電流互感器(12)、精密電阻電路。
3.如權利要求1所述的一種電子式電能表，其特征在于:所述電源模塊包括電源電路，所述電源電路包括電源變壓器、與電源變壓器連接的橋式整流電路、與橋式整流電路連接的固定式三端穩壓器(01)電路、與固定式三端穩壓器(01)電路連接的三端穩壓器(02)電路。
【文檔編號】G01R22/06GK104345212SQ201410532175
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月11日 優先權日:2014年10月11日
【發明者】馬治遠, 吳秋軒, 喻航, 黃敏峰, 吳永鑫 申請人:蘇州克蘭茲電子科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
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