一种智能家用电力检测仪的制作方法

本发明涉及电力检测技术领域，尤其涉及一种智能家用电力检测仪。

背景技术：

现有的家用电力检测仪只能简单的计量用户负载的总用电时长和总电能计量值，无法分时段计量电能，不能够进一步适应我国电力系统的发展，满足运营管理的需要，解决特殊负载用户的计量问题。

例如，中国专利文献cn206584181u公开了“一种电力检测仪器”，包括检测仪本体，所述检测仪本体上安装有箱门，所述箱门上安装有显示器，所述显示器的下方安装有控制按钮，所述检测仪本体上设置有若干个螺纹孔，所述检测仪本体的顶部安装有第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器均由温度传感器、湿度传感器和电流传感器构成，所述检测仪本体的一侧安装有报警器，所述检测仪本体的内部安装有微处理器，所述微处理器由三个独立的处理单元构成，所述处理单元由蓄电池、处理器、存储器和i/o板卡构成，所述存储器与所述处理器电性连接，所述微处理器通过光导纤维与计算机连接。上述专利文献的不足之处在于无法分时段计量电能。

技术实现要素：

本发明主要解决原有的电力检测仪无法分时段计量的技术问题；提供一种智能家用电力检测仪，能够分时段对用户负载的用电时长、电能计量值和电费总额进行计量。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括电能计量模块，控制模块、电源模块、时钟模块和通信模块：

所述电能计量模块用于对相应的用户负载的电信号进行采集，根据所述电信号对所述用户负载的用电量进行计量得到电能计量值，并输出至所述控制模块；

所述控制模块根据日期时间选取相对应的电价，计算获取电费总额，并通过所述通信模块将所述电能计量值和电费总额输出至上位机；

所述电源模块用于为所述电能计量模块、控制模块、时钟模块和通信模块供电；

所述时钟模块用于为控制模块提供所述日期时间。

电能计量模块获取用户实时的负载用电量并输入至控制模块，时钟模块向控制模块实时输入日期时间，控制模块可以根据实时的日期时间选择合适的电价进行电费的计算，例如，根据峰谷电价将一日的时间分成2个部分，分别计算统计峰电价时间段内用户负载的用电时长、电能计量值和电费总额和谷峰电价时间段内用户负载的用电时长、电能计量值和电费总额，实现了本发明能够分时段计量的功能。

作为优选，所述的电能计量模块包括电压检测单元、电流检测单元和电能计量芯片，所述电压检测单元用于所述用户负载的电压信号进行采集，所述电流检测单元用于对所述用户负载的电流信号进行采集，所述电能计量芯片分别与所述电压检测单元和电流检测单元连接，用于根据所述电压信号和电流信号对所述用户负载的用电量进行计量得到电能计量值。

电能计量芯片的型号为ade7755，该芯片即使在恶劣环境下仍能具有很高的精度和长期工作稳定性。

作为优选，所述的电力检测仪还包括人机界面模块，所述人机界面模块与所述控制模块连接，所述人机界面模块包括按键模块和显示模块：其中所述显示模块用于显示所述用户负载的用电信息，所述用电信息包括用电时长、电能计量值、电费总额、峰谷电价和日期时间，所述按键模块用于控制所述显示模块的显示以及用电信息的更改。

人机界面实现人机互动，使用户可以通过按键模块控制显示内容及根据个人需要对电价等重要数据进行更新和修改，lcd显示模块为用户提供了清晰的用电信息。

作为优选，所述的电力检测仪还包括数据存储模块，所述数据存储模块与所述控制模块连接，所述数据存储模块用于对用户负载的用电信息进行存储，所述用电信息包括用电时长、电能计量值、电费总额、峰谷电价和日期时间。

将用电信息存储在数据存储模块中，以防止停电时数据丢失。

作为优选，所述的时钟电路模块采用双电源供电。

当电网停电时，时钟模块仍能够保持正常的工作，防止停电结束后需重新设置日期时间。

作为优选，所述的电力检测仪还包括接口装置，所述接口装置包括安装板、接口座和接口，所述接口座设有与所述用户负载电连接的负载接口和通电控制模块，所述接口座的一端分别与所述接口和负载接口电连接，所述接口与电能计量模块电连接，所述接口座的另一端通过弹性元件与安装板固定连接，所述接口座的侧面与所述接口的侧面形成空腔，所述通电控制模块用于控制弹性元件的通电缩收。

当接入的用户负载出现短路的情况时，通电控制模块动作控制弹性元件通电缩收，接口座受力开始向外运动，空腔处呈现真空的状态，空腔周围环境中的空气向空腔中流入，可以吹灭金属片因电流过大而产生的火花，防止火灾的发生。当接入的用户负载出现短路的情况时，及时断开检测仪与用户负载的连接，保护了检测仪不被短路。

作为优选，所述的接口的两侧设有母扣，所述接口座设有与母扣相对应的公扣，所述母扣的扣槽与所述空腔相对设置。

公扣和母扣的设置，可以使得接口座与接口的连接更加牢固。母扣的扣槽与空腔相对设置，使得母扣的扣槽受到向外的一个冲击力时，易断裂，保证了用户负载短路时，使得接口座与接口能够快速分离。

本发明的有益效果是：

1）电能计量模块获取用户实时的负载用电量并输入至控制模块，时钟模块向控制模块实时输入日期时间，控制模块可以根据实时的日期时间选择合适的电价进行电费的计算，实现了本发明能够分时段计量的功能；

2）即使在恶劣环境下，电能计量芯片仍能具有很高的精度和长期工作稳定性；

3）时钟模块采用双电源供电，当电网停电时，时钟模块仍能够保持正常的工作，防止停电结束后需重新设置日期时间；

4）当接入的用户负载出现短路的情况时，通电控制模块动作控制弹性元件通电缩收，接口座受力开始向外运动，空腔处呈现真空的状态，空腔周围环境中的空气向空腔中流入，可以吹灭金属片因电流过大而产生的火花，防止火灾的发生。当接入的用户负载出现短路的情况时，及时断开检测仪与用户负载的连接，保护了检测仪不被短路；

5）公扣和母扣的设置，可以使得接口座与接口的连接更加牢固，母扣的扣槽与空腔相对设置，使得母扣的扣槽受到向外的一个冲击力时，易断裂，保证了用户负载短路时，使得接口座与接口能够快速分离。

附图说明

图1是本发明的一种结构原理框图。

图2是本发明的一种接口装置结构示意图。

图3是本发明的一种电路模块电路原理图。

图4是本发明的一种控制模块电路原理图。

图5是本发明的一种电能计量模块电路原理图。

图6是本发明的一种时钟模块电路原理图。

图7是本发明的一种数据存储模块电路原理图。

图8是本发明的一种lcd显示模块电路原理图。

图9是本发明的一种按键模块电路原理图。

图中1、控制模块，2、电能计量模块，3、人机界面模块，4、数据存储模块，5、通信模块，6、电源模块，7、时钟模块，8、备用电池，9、上位机,10、接口装置，11、“l”形安装板，12、弹簧，13、公扣，14、母扣，15、空腔，16、壳体，17、金属片，18、负载接口，19、pcb板，20、接口座，21、电压检测单元，22、电流检测单元，23、电能计量芯片，24、扣槽，31、lcd显示模块，32、按键模块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种智能家用电力检测仪，如图1～2所示，包括壳体16和接口装置10，壳体的内部安装有pcb板19，pcb板上安装有控制模块1、电能计量模块2、人机界面模块3、通信模块5、数据存储模块4、电源模块6和时钟模块7。其中电能计量模块包括电压检测单元21、电流检测单元22和电能计量芯片23，人机界面模块包括lcd显示模块31和按键模块32。电源模块为pcb板上安装的各个模块供电，其中时钟模块还连接有备用电池8。电压检测单元和电流检测单元均与电能计量芯片连接，电能计量芯片、数据存储模块、lcd显示模块、按键模块和时钟模块均与控制模块连接，控制模块与上位机9之间的相互通信由通信模块完成。

接口装置包括“l”形安装板11、接口座20和开设在壳体侧面的接口。“l”形安装板的水平板的一端与壳体的侧面固定连接，“l”形安装板的水平板的另一端与竖直板固定连接，竖直板和水平板组合成整个“l”形安装板。接口座的外径小于接口的内径，接口座的外侧面与接口的内侧面之间形成空腔15。接口座的接触端（与接口接触导电的一端）固定安装有金属片17，接口座的非接触端的上下对称固定安装有公扣13，接口座的非接触端的中心位置与弹簧12的一端固定连接，弹簧的另一端与“l”形安装板的竖直板固定连接，接口座的非接触端开设有负载接口18，负载接口与用户负载接触导电的一端固定安装有金属片17，负载接口的金属片与接口座的金属片通过导线电连接。弹簧与接口座固定连接的一端通过通电控制模块与负载接口电连接，在本实施例中，通电控制模块为过流保护继电器，其包括线圈ka和常开开关ka，线圈ka的一端与负载接口的金属片电连接，另一端接地，常开开关ka的一端与负载接口的金属片电连接，另一端与弹簧相连接。接口的上下两侧对称固定安装有与公扣相对应的母扣14，母扣的扣槽21与空腔相对设置，即扣槽的长度大于等于公扣的长度以及空腔的宽度之和，母扣的材质为塑料。接口与接口座接触导电的端面固定安装有金属片17，接口的金属片与接口座的金属片紧密贴合，接口的金属片通过导线分别与电压检测单元和电流检测单元连接。

电源模块如图3所示，采用交流变压器u2对市电进行降压整流，经过线性稳压器lm7805ct获得+5v直流电压，通过低压差稳压器ld1117获得3.3v直流电压。

控制模块如图4所示，由单片机u1和嵌入式调试器组成。单片机u1的型号为c8051f340，是完全集成的混合信号片上系统型mcu，其微控制器内核gip-51采用高速、流水线结构，功能相对mcs-51而言更加强大。此外，gip-51与mcs-51指令集完全兼容，单片机c8051f340在进行软件开发时完全可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器。嵌入式调试器的型号为jtag/c2debugger，其支持全系列c8051f单片机，在本实施例中，采用10针的接口，其主要用于实现程序的下载和在线调试。其中嵌入式调试器的引脚7为复位/时钟信号引脚，引脚4（c2d）为双向数据信号，与单片机c8051f340的c2d引脚相连。

电能计量模块如图5所示，用户负载的电流依次经过分流器和滤波电路后转换成合适的电流信号送入到电能计量芯片ade7755的电流通道，即v1p和v1n端；而220v相电压则通过分压网络降压后，再通过滤波电路送入电能计量芯片ade7755的电压通道,即v2p和v2n端。电能计量芯片ade7755将上述电流信号和电压信号转换成有功功率以高频脉冲形式从cf端输出然后接入到单片机c8051f340的外部中断信号输入端，即单片机c8051f340从电能计量芯片ade7755的cf端采集脉冲并进行处理，将经过处理后得到的数据送到lcd显示模块进行显示。

时钟模块如图6所示，时钟芯片ds1302的x1、x2两个振荡源之间外接32.768khz晶振y1,为芯片提供计时脉冲。时钟芯片ds1302与单片机相连的引脚分别为sclk、i/o和rst，其中sclk为串行时钟引脚，用于控制数据的输入和输出。在sclk时钟的上升沿，数据被写入ds1302中，反之，在sclk时钟的下升沿，数据从ds1302中读出，数据的读写均是从低位到高位。i/o为串行数据引脚，用于数据传输。rst为复位/片选引脚，置高电平时启动数据传送。当电网停电时,采用备用电池给时钟模块供电以保证时钟模块的可靠工作。

数据存储模块如图7所示，x5045芯片用于用电时长、电能计量值、电费总额、峰谷电价和日期时间等用电信息的存储，其中，引脚1为cs为片选信号，在系统初始上电时该引脚被置为高电平，同时将串行输出引脚so置为高阻态。cs为低电平时，芯片则处于工作功耗状态，此时，控制模块可以进行数据的输入和读取工作。数据在sck引脚输出脉冲的下降沿由so引脚送出，在sck引脚输出脉冲的上升沿由si引脚输入。wp为写保护引脚，当wp为低电平时，写操作功能被禁止，控制模块无法向x5045芯片中输入数据，但其他功能仍然保持正常，只有当wp为高电平时，写操作正常。用电时长、电能计量值、电费总额采用累加方式进行计量，峰谷电价默认值分别为0.55元/度和0.45元/度，可由用户根据市价通过按键模块自行更改。

lcd显示模块如图8所示，选用12864图形点阵液晶显示器，其引脚4、5、6、15和17与单片机c8051f340连接。lcd显示模块用于用电时长、电能计量值、电费总额、峰谷电价和日期时间等用电信息的显示，由于显示的信息较多，为了保证显示内容的质量，将显示内容按类别设成3个界面，可通过案件模块的按键s1控制轮流切换。三个界面显示内容分别为：

（1）用电时长、电能计量值、电费总额；（2）峰谷电价；（3）日期时间。

按键模块如图9所示，共设置了s1～s6共六个按键。按键的操作实现采用中断方式，用单片机c8051f340的p0.1作为中断口来进行检测，低电位有效，即当p0.1=0时，说明有按键动作发生，程序立即跳转到中断并且查询p0.2～p0.7端口的状态以确定是哪个按键发生了动作。p0.2～p0.7端口所对应的按键分别为s1～s6，六个按键各有不同的功能。s1可实现液晶显示器的液晶界面显示内容的轮流切换。s2用于日期的修正，按下的次数不同会使界面光标在当前界面显示内容的不同值间（年、月、日）定位，该按键使用的前提条件是界面上显示内容为日期，才可以进行键控修改。同理，s3用于实现市场电价的调节。s4用于实现时间的修正，其中，本实施例所采用的时间制为12小时制。s5、s6两个按键分别实现数值的增减以达到日期、电价等数值修正的目的。

在接口装置中，负载接口的金属片、连接负载接口的金属片和接口座金属片的导线、接口座金属片、接口金属片、连接接口金属片和电能计量模块的导线共同形成了通电线路。将用户负载接入到负载接口中，用户负载与负载接口的金属片接触导通，此时电能计量模块对用户负载的电压信号和电流信号进行采集，并根据采集的电压信号和电流信号对用户负载的用电量进行计量得到电能计量值，将电能计量值输入到控制模块中，控制模块从时钟模块获取当前时间日期，选取合适的电价计算获取电费总额，并发送至lcd显示模块显示。

当接入的用户负载出现短路的情况时，此时流经过流保护继电器线圈ka的电流大于其动作阈值，过流保护继电器常开开关ka动作闭合，弹簧通电缩收，母扣的扣槽受到向外的一个冲击力断裂，接口座受力开始向外运动，空腔处呈现真空的状态，空腔周围环境中的空气向空腔中流入，可以吹灭金属片因电流过大而产生的火花，防止火灾的发生。当接入的用户负载出现短路的情况时，及时断开检测仪与用户负载的连接，保护了检测仪不被短路。