專利名稱：低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量?jī)x表，具體涉及一種低功耗數(shù)字式電力參數(shù)測(cè)量?jī)x 表。該測(cè)量?jī)x表可用于測(cè)量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等電力參數(shù)，屬 電子儀表技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景在電力系統(tǒng)中， 一般需要用到各種電力儀表來(lái)對(duì)電壓、電流、功率、功率因 數(shù)、頻率等電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且以指針、數(shù)字等各種形式顯示出來(lái)。早 期的電力儀表靠指針指示這些電力參數(shù)，這些表也稱模擬式指針表。其優(yōu)點(diǎn)是成 本低廉且無(wú)須外部接輔助性電源，但缺點(diǎn)是精度低、無(wú)法智能化、顯示不直觀和 測(cè)量參數(shù)單一。所以目前市場(chǎng)上逐步正在被數(shù)字式電力儀表取代。數(shù)字式電力儀 表采用數(shù)字顯示后更加直觀，因?yàn)椴捎昧穗娮泳€路后使測(cè)量更加精確，在電子線 路中增加CPU后使得數(shù)字儀表可實(shí)現(xiàn)一表多參數(shù)測(cè)量、可編程設(shè)置、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化抄表等。但是也因?yàn)閿?shù)字儀表采用電子線路工作，這些電子線路需要 有輔助性電源才能正常工作，所以增加了工程布線。另外釆用外部電源供電有諸多不利面比如對(duì)于直接靠電網(wǎng)交流220V供電的儀表，因?yàn)槟壳半娋W(wǎng)很多地方 質(zhì)量很差電源經(jīng)常容易受電網(wǎng)非正常高壓、大電流影響而損壞，導(dǎo)致儀表?yè)p壞； 有些采用開(kāi)關(guān)電源的儀表往往設(shè)計(jì)不當(dāng)變成了電網(wǎng)諧波的重要來(lái)源因素。如采用 不通過(guò)外部連接輔助性電源，而是通過(guò)內(nèi)部電池供電的方法，電池供電能力有限， 一般的設(shè)備靠電池供電連續(xù)工作時(shí)間不會(huì)超過(guò)幾個(gè)月，所以一些數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù) 字水表、數(shù)字氣表等都是間隙性工作，以保證能夠使用較長(zhǎng)時(shí)間，但是對(duì)于電力 測(cè)量?jī)x表是不允許間隙工作的，需要持續(xù)監(jiān)測(cè)。所以如何解決功耗使電池工作壽 命延長(zhǎng)是關(guān)鍵所在。 發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種無(wú)需外部連接 輔助性電源僅靠電池供電也能連續(xù)工作多年并測(cè)量顯示電壓、電流、功率、功率 因數(shù)、頻率等電力參數(shù)的低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表。技術(shù)方案本實(shí)用新型所表述的一種低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表，它包括測(cè) 量信號(hào)處理電路、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、LCD驅(qū)動(dòng)電路和LCD顯示裝置，其特征在于它還包括CPU處理器和定時(shí)器，CPU處理器連接于A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和 LCD驅(qū)動(dòng)電路之間，定時(shí)器與CPU處理器相連；定時(shí)器輔助CPU處理器控制 測(cè)量信號(hào)處理電路、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、LCD驅(qū)動(dòng)電路和LCD顯示裝置的工作周 期。本實(shí)用新型所表述的一種低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表一種適用于屏裝的的 電力測(cè)量?jī)x表。測(cè)量信號(hào)處理電路用于感應(yīng)待測(cè)的輸入信號(hào)，并將被測(cè)的高強(qiáng)度電壓、電流 等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為適合于A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理的模擬電壓弱電信號(hào)。A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將測(cè)量信號(hào)處理電路送過(guò)來(lái)的模擬電壓弱電信號(hào)進(jìn)行模 擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送給CPU處理器做計(jì)算。CPU處理器則擔(dān)任著數(shù)字信號(hào)的計(jì)算處理和控制測(cè)量信號(hào)處理電路、A/D 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、定時(shí)器、LCD驅(qū)動(dòng)電路及LCD顯示裝置 工作時(shí)序的工作；在測(cè)量信號(hào)處理電路帶運(yùn)放處理傳送信號(hào)到A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路的情況下，CPU處理器還可以控制運(yùn)放電源工作狀態(tài)，以達(dá)到省電的目的。定時(shí)器擔(dān)任上述測(cè)量信號(hào)處理電路、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、 定時(shí)器、LCD驅(qū)動(dòng)電路及LCD顯示裝置定時(shí)的工作，當(dāng)某電路定時(shí)時(shí)間到，會(huì) 由CPU發(fā)出指令控制這部分電路工作的運(yùn)作或停止。在CPU處于省電模式時(shí)， 定時(shí)器通過(guò)A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中斷子程序喚醒CPU使其進(jìn)入正常工作模式。掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路與CPU處理器相連接，作用是將一些常用的重要信息做 保存，以免更換電池時(shí)或電路因意外斷路時(shí)數(shù)據(jù)丟失。LCD驅(qū)動(dòng)電路及LCD顯示裝置承擔(dān)顯示被測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)的功能。電源為3.6V電池，分別為A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、LCD顯示裝置、CPU處理 器和定時(shí)器供電，其可以是鋰亞電池、鋰錳電池。有益效果本實(shí)用新型采用低功耗元件并且設(shè)計(jì)了工作/省電的分時(shí)可控工 作模式，因此無(wú)需外部連接輔助性電源僅靠電池供電也能連續(xù)工作多年并測(cè)量顯 示電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等電力參數(shù)。

圖1為本實(shí)用新型低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l如圖l所示，本實(shí)用新型超低功耗數(shù)字式電力參數(shù)測(cè)量?jī)x表，主要由測(cè)量信號(hào)處 理電路l、自帶基準(zhǔn)電壓的A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2、 CPU處理器3、定時(shí)器4、掉 電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路7、 LCD驅(qū)動(dòng)電路5及LCD顯示裝置6和電池組成。測(cè)量信處 理電路1與A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2相連并通過(guò)開(kāi)關(guān)控制電路與CPU處理器3連接， A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2與CPU處理器3相連，CPU處理器3分別與定時(shí)器4、掉 電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路7和LCD驅(qū)動(dòng)電路5， LCD顯示裝置6相連在LCD驅(qū)動(dòng)電路5 上。以上測(cè)量信號(hào)處理電路l、 A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2、 CPU處理器3、掉電數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)電路7、 LCD驅(qū)動(dòng)電路5及LCD顯示裝置6采用了分時(shí)工作的方法，時(shí)序 均由CPU處理器3根據(jù)定時(shí)器4產(chǎn)生定時(shí)中斷后發(fā)出指令控制。測(cè)量信號(hào)處理電路1由CPU處理器3通過(guò)J3控制工作狀態(tài)，將被測(cè)電壓電 流強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓弱電信號(hào)后送給A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2。當(dāng)定時(shí)器4定 時(shí)時(shí)間到后通過(guò)J1啟動(dòng)定時(shí)中斷子程序，暫時(shí)激活CPU并將定時(shí)器4關(guān)閉，然 后將A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和基準(zhǔn)開(kāi)關(guān)合上并開(kāi)啟A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2。當(dāng)A/D每轉(zhuǎn)換 一次完成后，將A^)轉(zhuǎn)換結(jié)果送芯片RAM保存，并判斷A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2 轉(zhuǎn)換次數(shù)是否達(dá)到預(yù)設(shè)定的I次，如果沒(méi)到則繼續(xù)A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換，如果I次完成， 則通過(guò)J2可以關(guān)閉A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2和電壓基準(zhǔn)，并啟動(dòng)A/D中斷子程序激 活CPU使進(jìn)入主程序作A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)果分析和計(jì)算，最后將計(jì)算結(jié)果送LCD 顯示裝置6。這樣一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束，之后再次打開(kāi)定時(shí)器4，并關(guān)CPU使其進(jìn) 入節(jié)電模式。對(duì)耗電較大的信號(hào)處理部分、A/D轉(zhuǎn)換電路其工作時(shí)間控制在0.5 至3個(gè)工頻電網(wǎng)周期內(nèi)，而耗電相對(duì)較小的LCD驅(qū)動(dòng)及LCD顯示部分則控制在剩 余的工作周期時(shí)間內(nèi)，從而使整機(jī)功耗達(dá)到最小。由電池提供電源，掉電數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)電路7用來(lái)保存掉電后的重要數(shù)據(jù)。當(dāng)儀表根據(jù)整機(jī)功耗設(shè)定工作周期時(shí)間為IS時(shí)，上電初始化后，CPU進(jìn)入 節(jié)電模式，僅開(kāi)啟LCD驅(qū)動(dòng)電路5及LCD顯示裝置6、定時(shí)器4。對(duì)于低頻工 作的CPU本身功耗不高，可以持續(xù)開(kāi)啟，對(duì)于高頻工作的CPU可使其進(jìn)入節(jié)電 模式(此刻只開(kāi)啟定時(shí)器4)，消耗約2-5iiA ，加上LCD顯示裝置63 u A ，總 共有5-8pA，這段時(shí)間持續(xù)了 980mS，直到定時(shí)器4定時(shí)中斷，將CPU暫時(shí)激 活(中斷時(shí)間很短，中斷退出后仍會(huì)自動(dòng)關(guān)閉CPU，所以消耗電流可忽略不計(jì))以關(guān)閉定時(shí)器4并且開(kāi)啟A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2和電壓基準(zhǔn)。被測(cè)信號(hào)如果為20ms 周期信號(hào)，也就是這段20ms時(shí)間內(nèi)A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2要根據(jù)釆樣時(shí)鐘間隔開(kāi) 啟工作，其總消耗電流約600 U A， 20mS轉(zhuǎn)換完成之后將激活CPU做短暫的計(jì) 算和顯示處理，因?yàn)檫@段時(shí)間為wS級(jí)，所以平均1S內(nèi)的電流很小可忽略不計(jì)。 之后再次關(guān)閉A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2和電壓基準(zhǔn)并且開(kāi)定時(shí)器4進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 整個(gè)電流分配基本上是前980ms內(nèi)為5-8u A,后20ms內(nèi)為600w A,整個(gè)1 S 鐘內(nèi)平均電流低于20u A。如果用1.2Ah的鋰電池工作時(shí)間為1200/0.02=60000h 約6.8年，考慮電池一致性，劣化等因素保守估計(jì)為5年。如果在成本允許的情 況下加大電池容量還可以使用更長(zhǎng)的時(shí)間。 實(shí)施例2本實(shí)用新型超低功耗數(shù)字式電力參數(shù)測(cè)量?jī)x表也可以采用ZK8AXXX芯片， 該芯片內(nèi)部集成了CPU處理器3、定時(shí)器4、 LCD驅(qū)動(dòng)電路5和掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 電路7，在ZK8AXXX芯片外圍分別連接A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2、 LCD顯示裝置6 和電池，測(cè)量信號(hào)處理電路1連接在A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2上。具體實(shí)施原理與 實(shí)施例1相同。 實(shí)施例3本實(shí)用新型超低功耗數(shù)字式電力參數(shù)測(cè)量?jī)x表還可以采用MSP430FEXXX 芯片，該芯片集成了 A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2、 CPU處理器3、定時(shí)器4、 LCD驅(qū)動(dòng) 電路5和掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路7,在該芯片MSP430FEXXX的外圍分別連接測(cè)量信 號(hào)處理電路l、 LCD顯示裝置6和電池。具體實(shí)施原理與實(shí)施例l相同。
權(quán)利要求1、一種低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表，它包括測(cè)量信號(hào)處理電路(1)、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)、LCD驅(qū)動(dòng)電路(5)和LCD顯示裝置(6)，其特征在于它還包括CPU處理器(3)和定時(shí)器(4)，CPU處理器(3)連接于A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)和LCD驅(qū)動(dòng)電路(5)之間，定時(shí)器(4)與CPU處理器(3)相連；定時(shí)器(4)輔助CPU處理器(3)控制測(cè)量信號(hào)處理電路(1)、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)、LCD驅(qū)動(dòng)電路(5)和LCD顯示裝置(6)的工作周期。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表，其特征是A/D信號(hào) 轉(zhuǎn)換電路(2)、 CPU處理器(3)、定時(shí)器(4)及LCD顯示裝置(6)由電池提 供電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表，其特征是選用含有 CPU處理器(3)、定時(shí)器(4)、 LCD驅(qū)動(dòng)電路(5)和掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(7) 的ZK8AXXX芯片，該ZK8AXXX芯片的分別連接A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)和 LCD顯示裝置(6)，測(cè)量信號(hào)處理電路(1)與A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表，其特征是選用含有 A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)、 CPU處理器(3)、定時(shí)器(4)、 LCD驅(qū)動(dòng)電路(5)和 掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(7)的MSP430FEXXX芯片，該MSP430FEXXX芯片的分 別連接測(cè)量信號(hào)處理電路(1)和LCD顯示裝置(6)。
專利摘要本實(shí)用新型所表述的一種低功耗數(shù)字式電力測(cè)量?jī)x表，它包括測(cè)量信號(hào)的處理電路、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、LCD驅(qū)動(dòng)電路和LCD顯示裝置，CPU處理器和定時(shí)器。采用CPU處理器與定時(shí)器結(jié)合的工作方式實(shí)現(xiàn)智能化間歇工作，降低功耗；A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和LCD顯示裝置也是低耗電元件，有效節(jié)約電池的使用，掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路可以防止斷電時(shí)數(shù)據(jù)的丟失。該測(cè)量?jī)x表無(wú)需外部連接輔助性電源僅靠電池供電也能連續(xù)工作多年，并且能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量顯示電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等電力參數(shù)。
文檔編號(hào)G01R15/12GK201083786SQ20072004605
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者張鳳雛, 洪著財(cái), 胡曉剛, 懿 魏 申請(qǐng)人:江蘇斯菲爾電氣有限公司