專利名稱：：一種單相多參數(shù)電力儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種單相多參數(shù)電力儀表，可對(duì)單相電力參數(shù)提供一個(gè)測(cè)量?jī)x表，實(shí)現(xiàn)電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率和頻率等的單參數(shù)及多參數(shù)測(cè)量。
背景技術(shù)：
：目前廣泛使用的電力儀表大都采用電磁式儀表的結(jié)構(gòu)和原理。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電力儀表在近幾年來(lái)也有了相應(yīng)的發(fā)展，最早采用AD7107雙積分3位半AD轉(zhuǎn)換器或ICL7135雙積分4位半AD轉(zhuǎn)換器，它難于適應(yīng)各種量程變換的線性度要求，尤其是在小信號(hào)時(shí)精度得不到保證，解決零漂也有一定難度，而且只能用于電流表、電壓表二種類型。第二種是AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、發(fā)光二極管(LED)顯示器方案，要想達(dá)到預(yù)想目的，要求設(shè)計(jì)和調(diào)試人員具有較高的技術(shù)水平和豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，影響批量生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)試精度高、測(cè)量參數(shù)多、功耗小、適合批量生產(chǎn)的一種單相多參數(shù)電力儀表。本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種單相多參數(shù)電力儀表，包括采樣電路、電力測(cè)量電路、微處理單片機(jī)電路、顯示電路和電源電路，采樣電路與電壓信號(hào)和電流信號(hào)連接，電力測(cè)量電路與采樣電路和微處理單片機(jī)電路連接，顯示電路與微處理單片機(jī)電路連接，電源電路提供電源。本發(fā)明所述的采樣電路由電壓互感器TV1、電流互感器TA1、電阻R25-R34、R37、R38、電容C4-C9組成，電阻R38的一端與電壓信號(hào)端子UiW連接，電阻R38的另一端與電阻R37串聯(lián)后與電壓互感器TV1初級(jí)線圈的1端連接，電壓互感器TV1初級(jí)線圈的2端與電壓信號(hào)端子Uin連接，電壓互感器TV1次級(jí)線圈的3端與電阻R25、R26、R28的一端連接，電壓互感器TV1次級(jí)線圈的4端與電阻R25的另一端、電阻R27、R29的一端連接，電阻R28的另一端與電容C4、C8的一端和端子Viii+連接，電阻R29的另一端與電容C5的一端、電容C8的另一端和端子Vin—連接，電流互感器TA1初級(jí)線圈的兩端分別與電流信號(hào)端子IiW和Iin連接，電流互感器TA1次級(jí)線圈的1端與電阻R30、R31、R33的一端連接，電流互感器TA1次級(jí)線圈的2端與電阻R30的另一端、電阻R32、R34的一端連接，電阻R33的另一端與電容C6、C9的一端和端子Iin+連接，電阻R34的另一端與電容C7的一端、電容C9的另一端和端子lin—連接，電阻R26、R27、R31、R32的另一端、電容C4、C5、C6、C7的另一端接地，端子Vin+、ViiT、Iin+、IirT與電力測(cè)量電路連接。本發(fā)明所述的電力測(cè)量電路由芯片U3、電阻R35、電容C10—C13和晶振Y2組成，電阻R35的一端與直流電源VCC連接，電阻R35的另一端與電容C10的一端和芯片U3的3腳連接，電容C11的一端與芯片U3的11、12腳連接，晶振Y2的一端與電容C12的一端和芯片U3的1腳連接，晶振Y2的另一端與電容C13的一端和芯片U3的24腳連接，芯片U3的14腳接直流電源VCC,芯片U3的2、5、6、19、23腳分別接端子X(jué)TAL2、SCLK、SDO、RESET、SDI，電容C10—C13的另一端和芯片U3的4、13腳接地，芯片U3的9、10、16、15腳分別接端子Vin+、Vin—、Iin+、IirT。本發(fā)明所述的微處理單片機(jī)電路由芯片U2、電解電容CE1、CE2、電容Cl、電阻R19—R24和撥盤(pán)開(kāi)關(guān)SW-5組成，芯片U2的4、5腳分別接端子X(jué)J1的2、3端，芯片U2的6腳與端子X(jué)TAL2和電阻R20的一端連接，電阻R20的另一端接直流電源VCC，芯片U2的8腳與撥盤(pán)開(kāi)關(guān)SW-5的10端連接，芯片U2的9、10、11、17腳分別與端子SDI、RESET、SCLK、SDO連接，芯片U2的3腳與電解電容CE2的負(fù)極和電阻R19的一端連接，電解電容CE2的正極接直流電源VCC，芯片U2的28腳與電解電容CE1的正極、電容C1的一端和直流電源VCC連接，芯片U2的12腳與電阻R24的一端、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)SW-5的9端和端子X(jué)J2的2端連接，芯片U2的13腳與電阻R23的一端、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)SW-5的8端和端子X(jué)J2的3端連接，芯片U2的15腳與電阻R22的一端、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)SW-5的7端和端子X(jué)J2的4端連接，芯片U2的16腳與電阻R21的一端、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)SW-5的6端和端子X(jué)J2的5端連接，電阻R21—R24的另一端和端子X(jué)J1的1端接直流電源VCC，撥盤(pán)開(kāi)關(guān)SW-5的1、2、3、4、5端、端子X(jué)J2的1端、端子X(jué)J1的4端、電解電容CE1的負(fù)極、電容C1的另一端、電阻R19的另一端和芯片U2的14腳接地，端子X(jué)TAL2、SCLK、SD0、RESET、SDI分別與電力測(cè)量電路中的芯片U3的2、5、6、19、23腳連接。本發(fā)明所述的顯示電路由芯片Ul、電阻R1—R8、R17、R18和發(fā)光二極管LED1、LED2組成，芯片Ul的11、5、9、1、4、12、7、8腳分別與電阻Rl—R8的一端連接，電阻R1—R8的另一端分別與微處理單片機(jī)電路中的芯片U2的25—18腳連接，芯片Ul的2、3、6、10腳分別與芯片U2的26、27、1、2腳連接，發(fā)光二極管LED1的陽(yáng)極和發(fā)光二極管LED2的陰極與芯片U2的8腳連接，發(fā)光二極管LED2的陽(yáng)極與電阻R18的一端連接，電阻R18的另一端接直流電源VCC，發(fā)光二極管LED1的陰極與電阻R17的一端連接，電阻R17的另一端接地。本發(fā)明由于采用了電力測(cè)量電路、微處理單片機(jī)電路，使得測(cè)試精度高、測(cè)量參數(shù)多，采用了成熟的芯片使得功耗小而且適合批量生產(chǎn)。圖l為本發(fā)明電原理框圖。圖2為采樣電路電原理圖。圖3為電力測(cè)量電路電原理圖。圖4為微處理單片機(jī)電路電原理圖。圖5為顯示電路電原理圖。圖6為電源電路電原理圖。具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖2,采樣電路由電壓輸入電路和電流輸入電路二部分組成，其中電壓輸入電路可適應(yīng)0—100V、0—220V、0—380V;電流輸入電路可適應(yīng)0一5A。電壓信號(hào)端子Uin*、Uin與被測(cè)電壓信號(hào)連接，電壓信號(hào)通過(guò)電阻R38、R37、電壓互感器TV1獲得初級(jí)電流，如輸入電壓信號(hào)為220V,電阻R38、R37為llOko，則初級(jí)電流為lmA，經(jīng)1:1電壓互感器TV1在電阻R25(50q)上產(chǎn)生50mV的交流電壓，因?yàn)镽25的電阻遠(yuǎn)小于R26+R27(2kQ)的電阻，因而精度、穩(wěn)定度由電阻R37、R38、R25決定。電阻R25、R26、R27、R28和電容C4、C5、C8組成濾波移相電路，通過(guò)端子Vin+、Vin—和電力測(cè)量電路相接，移相電容C4、C5各取0.033uf為宜。電流信號(hào)端子Iin+、Iin與被測(cè)電流信號(hào)連接，電流信號(hào)通過(guò)電流互感器TA1在電阻R30上產(chǎn)生交流電壓、如輸入電流為5A時(shí)，電流互感器TA1為5A/2.5mA,電阻R30為39Q，則產(chǎn)生97.5mV,因?yàn)镽30遠(yuǎn)小于R31+R32(2kn)，因而精度和穩(wěn)定度由電阻R30決定。電阻R31、R32、R33、R34和電容C6、C7、C9組成濾波、移相電路，通過(guò)端子Iin+、Iin一和電力網(wǎng)測(cè)量電路連接，移相電容C6、C7各取0.033ixf為宜。在電流輸入電路中也可以不用電流互感器TA1而直接用電阻R39來(lái)替代。根據(jù)后面電力測(cè)量電路中芯片U3的需求，電流輸入電路的輸入范圍為30mV^或150mVtos,電壓輸入電路的輸入范圍為150mV^，為留有余地，電壓、電流輸入電路輸入到芯片U3的最大值不超過(guò)120mV^，依此來(lái)選擇采樣電阻R37、R38、R25、R30。V^為電壓有效值。參見(jiàn)圖3,電力測(cè)量電路，U3采用CirrusLogic公司的CS5463芯片，它是一個(gè)包含兩個(gè)AE模數(shù)轉(zhuǎn)換器(24位ADC)、功率計(jì)算、電能到頻率轉(zhuǎn)換器和一個(gè)串行接口的完整的功率測(cè)量芯片。它可以精確測(cè)量瞬時(shí)電壓、電流和計(jì)算電流有效值Irs、電壓有效值V^、有功功率Pa"^、無(wú)功功率Q、功率因數(shù)PF、視在功率S和頻率。本例中芯片U3的9、10腳分別接到采樣電路的輸出端子Vin+、Vin一，芯片U3的16、15腳分別接到采樣電路的輸出端子Iin+、lin—。芯片U3具有與單片機(jī)通信的雙向接口，即SCLK、SDO、SDI、INT、RESET、CS六個(gè)信號(hào)，SDO、SDI分別為串行數(shù)據(jù)輸出、輸入信號(hào)，在串行同步時(shí)鐘SCLK的控制下，將讀出參數(shù)送入單片機(jī)或單片機(jī)命令給芯片U3。CS為選片信號(hào)暫不用，INT為中斷信號(hào)暫不用。RESET為復(fù)位信號(hào)，由單片機(jī)提供。端子SCLK、SDO、SDI、RESET分別連接到單片機(jī)U2的11、17、9、10腳。此外芯片U3還有方便的片上系統(tǒng)校正功能及相位補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償功能。在電壓輸入電路和電流輸入電路中都去除了電流/電壓信號(hào)中的直流分量。各種參數(shù)的計(jì)算公式如下-^AMZ/〗wrto-、rt=0W—l2>:5~p=、W—l芯片U3的電壓有效值v^、電流有效值1^測(cè)量精度在規(guī)定的范圍內(nèi)和有功功率PA"^測(cè)量(芯片U3校準(zhǔn)后)精確度保證在土O.1%內(nèi)。以電流測(cè)量為例，采用交流采樣原理，每個(gè)波形周期采80個(gè)點(diǎn)，即n=80，然后平方、相加、除n再開(kāi)方，得到電流有效值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后與被測(cè)電流7相符然后顯示輸出。其它參數(shù)測(cè)量類同。晶振Y2、電容C12、C13為芯片U3的振蕩電路，提供芯片U3的工作時(shí)鐘,此外，時(shí)鐘輸出XTAL2(芯片U3的2腳)連接到芯片U2的6腳，作為芯片U2的工作時(shí)鐘。電阻R35、電容C10為芯片U3數(shù)字電源VD的濾波電路，電容Cll為芯片U3參考電壓的濾波電容。參見(jiàn)圖4，微處理單片機(jī)電路，單片機(jī)U2采用宏晶科技公司的STC12C5202P麗芯片。芯片U2的25—18腳(端口Pl.7—P1.0)用于顯示器芯片Ul八段編碼,分別連接到顯示電路的電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8輸入端。芯片U2的26、27、1、2腳(端口P2.0—P2.3)用于顯示器芯片Ul位掃描，分別連接到顯示電路芯片U1的2、3、9、10腳，直接帶顯示器共陰極端，每一位最大電流不超過(guò)20mA。芯片U2的4、5腳(端口P3.0、P3.l)用于編程通訊接口，通過(guò)端子X(jué)J1由電腦端的STC-ISP軟件控制下載"用戶程序"，"校正程序"，"調(diào)試程序"等到芯片U2的用戶板上。芯片U2的12、13、15、16、8腳(端口P2.4、P2.5、P2.6、P2.7、P3.2)為五路開(kāi)入信號(hào)與撥盤(pán)開(kāi)關(guān)SW-5、電阻R21—R24配合控制輸入23種之一的變比信號(hào)。撥盤(pán)開(kāi)關(guān)合為0、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)斷為l。對(duì)應(yīng)的變比關(guān)系如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通過(guò)端子SCLK、SDO、SDI、RESET與芯片U3進(jìn)行雙向通訊，便于將芯片U3所得的參數(shù)送入芯片U2進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，或?qū)π酒琔3寫(xiě)入初始化參數(shù)。芯片U2的8腳(端口P3.2)控制的2個(gè)發(fā)光二極管LED1、LED2指示燈用于功率因數(shù)的超前、滯后指示，或作為其它參數(shù)的正、負(fù)號(hào)指示。芯片U2的8腳連接到顯示電路。電解電容CE2、電阻R19為復(fù)位電路，連接到芯片U2的3腳復(fù)位端。電解電容CE1、電容CIO為5V電源(VCC)的濾波電容。電阻R20為時(shí)鐘的上拉電阻。參見(jiàn)圖5，顯示電路，顯示器U1采用CSR芯片。R1—R8為限流電阻，電阻R1—R8的輸入連接到芯片U2端口的Pl.7—Pl.0。芯片U1的2、3、9、10腳連接到芯片U2端口的P2.0—P2.3。發(fā)光二極管LED1，LED2為指示燈，由芯片U2的8腳控制，R17、R18為限流電阻。參見(jiàn)圖6，電源電路由變壓器T1、二極管VD1—VD4、電阻R36、電解電容CE3、CE4、電容C14、三端穩(wěn)壓器U4組成，變壓器Tl的初級(jí)線圈兩端1、2分別與相線L、零線N連接，變壓器T1鐵心4接地，變壓器T1次級(jí)線圈5端與二極管VD1的陽(yáng)極、二極管VD2的陰極連接，變壓器Tl次級(jí)線圈的3端與二極管VD4的陽(yáng)極、二極管VD3的陰極連接，二極管VD1、VD4的陰極與電阻R36的一端連接，電阻R36的另一端與電解電容CE4的正極和三端穩(wěn)壓器U4的1腳連接，三端穩(wěn)壓器U4的3腳與電容C4的一端和電解電容CE3的正極連接并輸出直流電源VCC,二極管VD2、VD3的陽(yáng)極、電容C14的另一端、電解電容CE3、CE4的負(fù)極和三端穩(wěn)壓器U4的2腳接地。三端穩(wěn)壓器U4采用7805，二極管VD1、VD2、VD3、VD4為全波整流橋，R36為限流電阻，U4為三端穩(wěn)壓器，輸出5V，CE4、CE3、C14為濾波電容。也可采用開(kāi)關(guān)電源方案和電容降壓電源達(dá)到同樣的目的。權(quán)利要求1、一種單相多參數(shù)電力儀表，其特征在于包括采樣電路、電力測(cè)量電路、微處理單片機(jī)電路、顯示電路和電源電路，采樣電路與電壓信號(hào)和電流信號(hào)連接，電力測(cè)量電路與采樣電路和微處理單片機(jī)電路連接，顯示電路與微處理單片機(jī)電路連接，電源電路提供電源。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相多參數(shù)電力儀表，其特征在于所述的采樣電路由電壓互感器(TV1)、電流互感器(TA1)、電阻(R25-R34、R37、R38)、電容(C4-C9)組成，電阻(R38)的一端與電壓信號(hào)端子Uii^連接，電阻(R38)的另一端與電阻(R37)串聯(lián)后與電壓互感器(TV1)初級(jí)線圈的1端連接，電壓互感器(TV1)初級(jí)線圈的2端與電壓信號(hào)端子Uin連接，電壓互感器(TV1)次級(jí)線圈的3端與電阻(R25、R26、R28)的一端連接，電壓互感器(TV1)次級(jí)線圈的4端與電阻(R25)的另一端、電阻(R27、R29)的一端連接，電阻(R28)的另一端與電容(C4、C8)的一端和端子Vin+連接，電阻(R29)的另一端與電容(C5)的一端、電容(C8)的另一端和端子Vin—連接，電流互感器(TA1)初級(jí)線圈的兩端分別與電流信號(hào)端子IiW和Iin連接，電流互感器(TA1)次級(jí)線圈的1端與電阻(R30、R31、R33)的一端連接，電流互感器(TA1)次級(jí)線圈的2端與電阻(R30)的另一端、電阻(R32、R34)的一端連接，電阻(R33)的另一端與電容(C6、C9)的一端和端子Iin+連接，電阻(R34)的另一端與電容(C7)的一端、電容(C9)的另一端和端子Iin—連接，電阻(R26、R27、R31、R32)的另一端、電容(C4、C5、C6、C7)的另一端接地，端子Vin+、ViiT、Iin+、Iin—與電力測(cè)量電路連接。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相多參數(shù)電力儀表，其特征在于所述的電力測(cè)量電路由芯片(U3)、電阻(R35)、電容(C10—C13)和晶振(Y2)組成，電阻(R35)的一端與直流電源(VCC)連接，電阻(R35)的另一端與電容(CIO)的一端和芯片(U3)的3腳連接，電容(C11)的一端與芯片(U3)的11、12腳連接，晶振(Y2)的一端與電容(C12)的一端和芯片(U3)的l腳連接，晶振(Y2)的另一端與電容(C13)的一端和芯片(U3)的24腳連接，芯片(U3)的14腳接直流電源(VCC),芯片(U3)的2、5、6、19、23腳分別接端子X(jué)TAL2、SCLK、SDO、RESET、SDI，電容(C10—C13)的另一端和芯片(U3)的13腳接地,芯片(U3)的9、10、16、15腳分別接端子Vin+、Vin—、Iin+、Iin。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相多參數(shù)電力儀表，其特征在于所述的微處理單片機(jī)電路由芯片(U2)、電解電容(CE1、CE2)、電容(C1)、電阻(R19一R24)和撥盤(pán)開(kāi)關(guān)(SW-5)組成，芯片(U2)的4、5腳分別接端子X(jué)J1的2、3端，芯片(U2)的6腳與端子X(jué)TAL2和電阻(R20)的一端連接，電阻(R20)的另一端接直流電源(VCC)，芯片(U2)的8腳與撥盤(pán)開(kāi)關(guān)(SW-5)的10端連接，芯片(U2)的9、10、11、17腳分別與端子SDI、RESET、SCLK、SDO連接,芯片(U2)的3腳與電解電容(CE2)的負(fù)極和電阻(R19)的一端連接，電解電容(CE2)的正極接直流電源(VCC)，芯片(U2)的28腳與電解電容(CE1)的正極、電容(C1)的一端和直流電源(VCC)連接，芯片(U2)的12腳與電阻(R24)的一端、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)(SW-5)的9端和端子X(jué)J2的2端連接，芯片(U2)的13腳與電阻(R23)的一端、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)(SW-5)的8端和端子X(jué)J2的3端連接，芯片(U2)的15腳與電阻(R22)的一端、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)(SW-5)的7端和端子X(jué)J2的4端連接，芯片(U2)的16腳與電阻(R21)的一端、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)(SW-5)的6端和端子X(jué)J2的5端連接，電阻(R21—R24)的另一端和端子X(jué)J1的1端接直流電源(VCC)，撥盤(pán)開(kāi)關(guān)(SW-5)的1、2、3、4、5端、端子X(jué)J2的1端、端子X(jué)J1的4端、電解電容(CE1)的負(fù)極、電容(C1)的另一端、電阻(R19)的另一端和芯片(U2)的14腳接地，端子X(jué)TAL2、SCLK、SDO、RESET、SD分別與電力測(cè)量電路中的芯片(U3)的2、5、6、19、23腳連接。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相多參數(shù)電力儀表，其特征在于所述的顯示電路由芯片(U1)、電阻(R1—R8、R17、R18)和發(fā)光二極管(LED1、LED2)組成，芯片(U1)的11、5、9、1、4、12、7、8腳分別與電阻(R1—R8)的一端連接，電阻(R1—R8)的另一端分別與微處理單片機(jī)電路中的芯片(U2)的25一18腳連接，芯片(U1)的2、3、6、10腳分別與芯片(U2)的26、27、1、2腳連接，發(fā)光二極管(LED1)的陽(yáng)極和發(fā)光二極管(LED2)的陰極與芯片(U2)的8腳連接，發(fā)光二極管(LED2)的陽(yáng)極與電阻(R18)的一端連接，電阻(R18)的另一端接直流電源(VCC)，發(fā)光二極管(LED1)的陰極與電阻(R17)的一端連接，電阻(R17)的另一端接地。全文摘要一種單相多參數(shù)電力儀表，可對(duì)單相電力參數(shù)提供一個(gè)測(cè)量?jī)x表，實(shí)現(xiàn)電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率和頻率等的單參數(shù)及多參數(shù)測(cè)量。包括采樣電路、電力測(cè)量電路、微處理單片機(jī)電路、顯示電路和電源電路，采樣電路與電壓信號(hào)和電流信號(hào)連接，電力測(cè)量電路與采樣電路和微處理單片機(jī)電路連接，顯示電路與微處理單片機(jī)電路連接，電源電路提供電源。優(yōu)點(diǎn)由于采用了電力測(cè)量電路、微處理單片機(jī)電路，使得測(cè)試精度高、測(cè)量參數(shù)多，采用了成熟的芯片使得功耗小而且適合批量生產(chǎn)。文檔編號(hào)G01R15/00GK101435833SQ200810243679公開(kāi)日2009年5月20日申請(qǐng)日期2008年11月22日優(yōu)先權(quán)日2008年11月22日發(fā)明者文徐,陸勝云申請(qǐng)人:蘇州市瀛華智能電器有限公司