一种单相静止式多费率电能表的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种单相静止式多费率电能表，包括壳体和设置在壳体内的中央处理单元、电测量和处理单元、LCD显示单元、RS485接口单元、红外通信单元、数据存储单元、按键单元和电源单元；中央处理单元集成有时钟电路、电源监视电路和看门狗电路，电测量和处理单元包括单相计量模块、电压采样模块和电流采样模块，电压采样模块和电流采样模块分别与单相计量模块连接，单相计量模块、LCD显示单元、RS485接口单元、红外通信单元、数据存储单元、按键单元分别与中央处理单元连接，电源单元分别与中央处理单元和单相计量模块连接以提供电力支持。本实用新型具有集成度高、精度高、成本低、功耗低、性能可靠、结构紧凑、设计合理的优点。
【专利说明】
一种单相静止式多费率电能表
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电子仪器，尤其是涉及一种用于电网运行管理且具有电能采集和远程通信功能的单相电能表。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，特别是中低压配电系统中，大量非线性、冲击性负荷的使用，给电力系统的电能计量带来了挑战。而且，随着工业的发展和科技的进步，企业生产技术管理对工业电能的准确计量提出了更高的要求，节能降耗是现代工业进步的主要标志之一，提高电能有效利用率，对电能质量进行综合监测和治理已成为迫切需要解决的问题。
[0003]要实现对电能质量的综合治理，就必须实现有功功率的在线分析与实时监测，以了解电能的有效利用水平，作为电力管理系统组成部分的电力监控仪表在其中起着至关重要的作用。目前存在的单相电能表还存在的诸多缺陷，主在表现在电能量的采集过程中受电磁场的影响较大，影响精采集精度，容易出现电能量计量飞走现象，而且其485通讯的稳定性较差。另外，现有的单机电能表还存在成本高，性价比低的问题，社会效益不高。由此可见，开发设计受电磁场影响小、采集精度高、性能稳定的单机电能表是本领域急需解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种单相静止式多费率电能表，其具有集成度高、精度高、成本低、功耗低、性能可靠、结构紧凑、设计合理的优点，本实用新型具有电能采集和远程通信功能，可很好地满足现代电网运行管理或工业自化管理的需求。
[0005]为解决现有技术中的单相电能表其受电磁场影响大，采集精度低，容易出现电能计量飞走现象，且其485通讯不稳定，性价比较低的问题，本实用新型提供的一种单相静止式多费率电能表，包括壳体和设置在壳体内的中央处理单元、电测量和处理单元、LCD显示单元、RS485接口单元、红外通信单元、数据存储单元、按键单元和电源单元;其中，所述中央处理单元集成有时钟电路、电源监视电路和看门狗电路，所述电测量和处理单元包括单相计量模块、电压采样模块和电流采样模块，电压采样模块和电流采样模块分别与单相计量模块连接，单相计量模块、IXD显示单元、RS485接口单元、红外通信单元、数据存储单元、按键单元分别与中央处理单元连接，电源单元分别与中央处理单元和单相计量模块连接以提供电力支持；
[0006]所述电压采样模块和电流采样模块分别用于监测电路中的电压和电流，并将监测到的电压和电流模拟量传输给单相计量模块;单相计量模块对电压和电流模拟量进行处理并将得到的电压和电流数字量发送给中央处理单元，中央处理单元将电压和电流数字量发送给LCD显示单元以显示电测量，所述电测量为电压和电流的数字量；
[0007]所述RS485接口单元、红外通信单元与中央处理单元之间分别建立有双向信息交换通道，中央处理单元通过RXD485和TXD485与RS485接口单元进行数据交换并通过RS485总线将电测量数据发送到主站;红外通信单元用于中央处理单元与外设智能设备建连接；中央处理单元通过数据存储单元进行数据存取，按键单元用于设置输入参数以完成键显功會K。
[0008]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，所述单相计量模块和中央处理单元之间的连接采用SPI全双工同步通信总线方式。
[0009]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，所述单相计量模块和中央处理单元之间设有光耦隔离电路。
[0010]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，还包括与中央处理单元连接的载波接口单元，所述载波接口单元与中央处理单元之间建立有双向信息交换通道，载波接口单元用于中央处理单元通过低压电力线将电测量数据发送到主站。
[0011]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，还包括与中央处理单元连接的脉冲测试单元和检测电路单元，所述脉冲测试单元用于电能测试脉冲输出，所述检测电路单元用于检测运行参数。
[0012]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，还包括与中央处理单元连接的多功能输出单元，所述多功能输出单元用于与外部设备建立连接以输出数据。
[0013]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，所述电压采样模块包括电阻分压网路和滤波电路，所述电阻分压电路包括依次串联的1?9、1?10、1?11、1?12、1?13、R14、R15和R16，所述滤波电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，第一滤波电路由并联的电阻R5和电容C18组成，第二滤波电路由并联的电阻R6和电容C24组成，电阻R5、电容C18、电阻R6和电容C24的一端相互连接并接地，电阻R5和电容C18的另一端与电阻分压网路的端点连接并共同与单相计量模块的V3P管脚连接，电阻R6和电容C24的另一端与单相计量模块的V3N管脚连接。
[0014]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，所述电流采样模块设有电流互感器CT，电流互感器CT的原边两个引脚用于与被测线路连接，电流互感器CT的副连一引脚串联电阻R3后与单相计量模块的VlP管脚连接，电流互感器CT的副连另一引脚串联电阻R4后与单相计量模块的VlN管脚连接，电阻R3与电流互感器CT之间的线路取一点连接电阻R7后接地，电阻R3与单相计量模块之间的线路取一点连接电容Cl I后接地，电阻R4与电流互感器CT之间的线路取一点连接电阻R8后接地，电阻R4与单相计量模块之间的线路取一点连接电容C12后接地。
[0015]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，所述电流互感器CT采用锰铜电流互感器。
[0016]进一步的，本实用新型一种单相静止式多费率电能表，其中，所述各单元或模块采用的器件参数为:中央处理单元采用FM3307，单相计量模块采用RN8208G，LCD显示单元的LCD显示电路采用DKE1332，RS485接口单元采用ECH485NE，红外通信单元采用L5IR5-B45，数据存储单元采用FM24C256A。
[0017]本实用新型一种单相静止式多费率电能表与现有技术相比，具有以下优点:(I)本实用新型通过设置中央处理单元、电测量和处理单元、IXD显示单元、RS485接口单元、红外通信单元、数据存储单元、按键单元电源单元，并在中央处理单元集成有时钟电路、电源监视电路和看门狗电路，使电测量和处理单元包括单相计量模块、电压采样模块和电流采样模块，电压采样模块和电流采样模块分别与单相计量模块连接，使单相计量模块、LCD显示单元、RS485接口单元、红外通信单元、数据存储单元、按键单元分别与中央处理单元连接，使电源单元分别与中央处理单元和单相计量模块连接以提供电力支持;这种结构设置提高了集成度，可相应地降低功耗，使运行性能更为稳定可靠，同时通过设置RS485接口单元，并在实际使用中可通过RS485接口将电测量发送给主站，符合MODBUS-RTU协议，能够完成不同PLC、工业控制计算机通讯的组网，以满足现代电网或工业自化管理的需求扩展了应用范围和兼容性;通过设置红外通信单元，使掌上电脑、PC机或智能设备通过红外通信单元就可实现抄表，增强了功能，提高了工作效率。作为优化方案，本实用新型使单相计量模块和中央处理单元之间的连接采用SPI全双工同步通信总线方式，并在单相计量模块和中央处理单元之间设置了光耦隔离电路，这种结构设置可降低电磁场的影响，提高精度。(2)本实用新型是在满足国家电网统一标准的基础上，并根据居民实际用电状况进行设计的，结构紧凑，设计合理，并采LCD液晶直接显示，具有功耗低、显示直观、成低低廉、性价比高、安装方便、性能可靠的优点。
[0018]下面结合附图所示实施例对本实用新型一种单相静止式多费率电能表作进一步详细说明:
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型一种单相静止式多费率电能表的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型一种单相静止式多费率电能表中中央处理单元的连接示意图；
[0021]图3为本实用新型一种单相静止式多费率电能表中电测量和处理单元的连接示意图；
[0022]图4为本实用新型一种单相静止式多费率电能表中IXD显示单元的连接示意图；
[0023]图5为本实用新型一种单相静止式多费率电能表中RS485接口单元的连接示意图；
[0024]图6为本实用新型一种单相静止式多费率电能表中红外通信单元的连接示意图；
[0025]图7为本实用新型一种单相静止式多费率电能表中数据存储单元的连接示意图；
[0026]图8为本实用新型一种单相静止式多费率电能表中载波接口单元的连接示意图。
【具体实施方式】
[0027]如图1至图8所示本实用新型一种单相静止式多费率电能表的【具体实施方式】，包括壳体和设置在壳体内的中央处理单元1、电测量和处理单元2、LCD显示单元3、RS485接口单元4、红外通信单元5、数据存储单元6、按键单元7电源单元8。中央处理单元I集成有时钟电路、电源监视电路和看门狗电路，电测量和处理单元2包括单相计量模块201、电压采样模块202和电流采样模块203，让电压采样模块202和电流采样模块203分别与单相计量模块201连接，让单相计量模块201、IXD显示单元3、RS485接口单元4、红外通信单元5、数据存储单元
6、按键单元7分别与中央处理单元I连接，同时让电源单元8分别与中央处理单元I和单相计量模块201连接以提供电力支持。
[0028]实际应用中，通过电压采样模块202和电流采样模块203分别用于监测电路中的电压和电流，并将监测到的电压和电流模拟量传输给单相计量模块201，由单相计量模块201对电压和电流模拟量进行处理并将得到的电压和电流数字量发送给中央处理单元I，然后由中央处理单元I将电压和电流数字量发送给LCD显示单元3以显示电测量，电测量是指电压和电流的数字量。
[0029]并在RS485接口单元4、红外通信单元5与中央处理单元I之间分别建立有双向信息交换通道，让中央处理单元I通过RXD485和TXD485与RS485接口单元4进行数据交换并通过RS485总线将电测量数据发送到主站;让中央处理单元I通过红外通信单元5与外设智能设备建连接，以交换信号或数据;让中央处理单元I通过数据存储单元6进行数据存取。按键单元7主要用于设置输入参数以完成键显功能。
[0030]通过以上结构设置提高了集成度，可相应地降低功耗，使运行性能更为稳定可靠，同时通过设置RS485接口单元，并在实际使用中可通过RS485接口将电测量发送给主站，符合M0DBUS-RTU协议，能够完成不同PLC、工业控制计算机通讯的组网，以满足现代电网运营管理或工业自化管理的需求，并通过设置红外通信单元，使掌上电脑、PC机或智能设备通过红外通信单元就可实现抄表，增强了功能，提高了工作效率。
[0031]作为优化方案，本【具体实施方式】中让单相计量模块201和中央处理单元I之间的连接采用SPI全双工同步通信总线方式，并在单相计量模块201和中央处理单元I之间设有光耦隔离电路。这种结构设置可有效降低电磁场的影响，提高电测量精度。
[0032]作为优化方案，本【具体实施方式】还设置了与中央处理单元I连接的载波接口单元9，让载波接口单元9与中央处理单元I之间建立有双向信息交换通道，通过载波接口单元9使中央处理单元I可以通过低压电力线将电测量数据发送到主站，增强了功能和实用性。同样的，还设置了与中央处理单元I连接的脉冲测试单元10、检测电路单元11和多功能输出单元12，通过脉冲测试单元10可以进行电能测试脉冲输出，通过检测电路单元11可以检测运行参数，通过多功能输出单元12可以与外部设备建立连接进行数据输出，以扩展功能，增强实用性。
[0033]作为进一步优化方案，本【具体实施方式】中的电压采样模块202包括电阻分压网路和滤波电路，电阻分压电路包括依次串联的R9、RlO、Rl 1、Rl 2、Rl 3、Rl 4、Rl 5和Rl 6，滤波电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，第一滤波电路由并联的电阻R5和电容C18组成，第二滤波电路由并联的电阻R6和电容C24组成，让电阻R5、电容C18、电阻R6和电容C24的一端相互连接并接地，让电阻R5和电容C18的另一端与电阻分压网路的端点连接并共同与单相计量模块201的V3P管脚连接，电阻R6和电容C24的另一端与单相计量模块201的V3N管脚连接。
[0034]电流采样模块203设有电流互感器CT，实际使用中让电流互感器CT的原边两个引脚与被测线路连接，让电流互感器CT的副连一引脚串联电阻R3后与单相计量模块201的VlP管脚连接，让电流互感器CT的副边另一引脚串联电阻R4后与单相计量模块201的VlN管脚连接，在电阻R3与电流互感器CT之间的线路取一点连接电阻R7后接地，在电阻R3与单相计量模块201之间的线路取一点连接电容Cl I后接地，在电阻R4与电流互感器CT之间的线路取一点连接电阻R8后接地，在电阻R4与单相计量模块201之间的线路取一点连接电容C12后接地。并让电流互感器CT采用锰铜电流互感器。这种结构设计充分利用了锰铜的防磁特性，可保证信号输入的平衡，极大地提高了防外磁场干扰的性能，同时通过在电流采样点对地设置电阻R7和电阻R8，可有效地防止采样线断开时的电量飞走现象，保证了稳定性和可靠性。
[0035]需要说明的是，本实用新型中所述的各单元或模块可以采用的器件参数为:中央处理单元I采用FM3307，单相计量模块201采用RN8208G，LCD显示单元3的IXD显示电路采用DKE1332，RS485接口单元4采用ECH485NE，红外通信单元5采用L5IR5-B45，数据存储单元6采用FM24C256A。也可以采用同样功能的其他器件。
[0036]以上实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型请求保护范围进行的限定，在不脱离本实用新型设计原理和精神的前提下，本领域工程技术人员依据本实用新型的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种单相静止式多费率电能表，包括壳体和设置在壳体内的中央处理单元(I)、电测量和处理单元(2)、LCD显示单元(3)、RS485接口单元(4)、红外通信单元(5)、数据存储单元(6)、按键单元(7)和电源单元(8);其特征在于，所述中央处理单元(I)集成有时钟电路、电源监视电路和看门狗电路，所述电测量和处理单元(2)包括单相计量模块(201)、电压采样模块(202)和电流采样模块(203)，电压采样模块(202)和电流采样模块(203)分别与单相计量模块(201)连接，单相计量模块(201)、LCD显示单元(3)、RS485接口单元(4)、红外通信单元(5)、数据存储单元(6)、按键单元(7)分别与中央处理单元(I)连接，电源单元(8)分别与中央处理单元(I)和单相计量模块(201)连接以提供电力支持； 所述电压采样模块(202)和电流采样模块(203)分别用于监测电路中的电压和电流，并将监测到的电压和电流模拟量传输给单相计量模块(201);单相计量模块(201)对电压和电流模拟量进行处理并将得到的电压和电流数字量发送给中央处理单元(I)，中央处理单元(I)将电压和电流数字量发送给LCD显示单元(3)以显示电测量，所述电测量为电压和电流的数字量； 所述RS485接口单元(4)、红外通信单元(5)与中央处理单元(I)之间分别建立有双向信息交换通道，中央处理单元(I)通过RXD485和TXD485与RS485接口单元(4)进行数据交换并通过RS485总线将电测量数据发送到主站;红外通信单元(5)用于中央处理单元(I)与外设智能设备建连接；中央处理单元(I)通过数据存储单元(6)进行数据存取，按键单元(7)用于设置输入参数以完成键显功能。2.按照权利要求1所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，所述单相计量模块(201)和中央处理单元(I)之间的连接采用SPI全双工同步通信总线方式。3.按照权利要求2所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，所述单相计量模块(201)和中央处理单元(I)之间设有光耦隔离电路。4.按照权利要求1所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，还包括与中央处理单元(I)连接的载波接口单元(9)，所述载波接口单元(9)与中央处理单元(I)之间建立有双向信息交换通道，载波接口单元(9)用于中央处理单元(I)通过低压电力线将电测量数据发送到主站。5.按照权利要求1所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，还包括与中央处理单元(I)连接的脉冲测试单元(10)和检测电路单元(11)，所述脉冲测试单元(10)用于电能测试脉冲输出，所述检测电路单元(11)用于检测运行参数。6.按照权利要求1所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，还包括与中央处理单元(I)连接的多功能输出单元(12)，所述多功能输出单元(12)用于与外部设备建立连接以输出数据。7.按照权利要求1所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，所述电压采样模块(202)包括电阻分压网路和滤波电路，所述电阻分压电路包括依次串联的R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15和R16，所述滤波电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，第一滤波电路由并联的电阻R5和电容Cl8组成，第二滤波电路由并联的电阻R6和电容C24组成，电阻R5、电容C18、电阻R6和电容C24的一端相互连接并接地，电阻R5和电容C18的另一端与电阻分压网路的端点连接并共同与单相计量模块(201)的V3P管脚连接，电阻R6和电容C24的另一端与单相计量模块(201)的V3N管脚连接。8.按照权利要求1所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，所述电流采样模块(203)设有电流互感器CT，电流互感器CT的原边两个引脚用于与被测线路连接，电流互感器CT的副连一引脚串联电阻R3后与单相计量模块(201)的VlP管脚连接，电流互感器CT的副连另一引脚串联电阻R4后与单相计量模块(201)的VlN管脚连接，电阻R3与电流互感器CT之间的线路取一点连接电阻R7后接地，电阻R3与单相计量模块(201)之间的线路取一点连接电容Cl I后接地，电阻R4与电流互感器CT之间的线路取一点连接电阻R8后接地，电阻R4与单相计量模块(201)之间的线路取一点连接电容Cl 2后接地。9.按照权利要求8所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，所述电流互感器CT采用锰铜电流互感器。10.根据权利要求1-8任一项所述的一种单相静止式多费率电能表，其特征在于，所述各单元或模块采用的器件参数为:中央处理单元(I)采用FM3307，单相计量模块(201)采用RN8208G，LCD显示单元(3)的LCD显示电路采用DKE1332，RS485接口单元(4)采用ECH485NE，红外通信单元(5)采用L5IR5-B45，数据存储单元(6)采用FM24C256A。
【文档编号】G01R22/10GK205427040SQ201521045576
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月15日
【发明人】吴军, 王忠义, 刘宝胜, 陈尔丹
【申请人】黑龙江龙电电气有限公司