专利名称：具有通信接口的电量监控仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有通信接口的电量监控仪，属于电控测量技术领域。
背景技术：
电量监控仪是用于测量电子配电系统中某一支路的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等电量，直接反映这一支路的运行情况，具有当地显示功能，可在仪表面板上直接显示有关参数，并具有通信接口，主要有MODBUS与DeviceNet接口，可以接入相应的数据网络。在配电系统中只要配置适量的监控仪就可以掌握整个系统的运行状况。
现有技术的状况是国外各电气公司在八十年代后期推出的电量监控仪，近年出现带现场总线接口的监控仪，如日本三菱电机的ECOMonitor(CC-Link接口)，美国Culter-Hammer的IQ2000(PowerNet接口)，法国Socomec的DIRIS(MODBUS接口)，国内企业也正开发类似产品并已经投入使用，但通信接口一般比较单一，使用MODBUS接口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有通讯接口、线路简单、使用方便的电量监控仪，该测量仪在测量精度，保证所有产品精度的一致性上有所进步。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是硬件整体结构包括信号输入，信号处理，显示，通信和电源几部分，其特征在于所述的信号输入电路包括电流信号输入电路和电压信号输入电路；所述的信号处理电路包括主芯片处理部分，把数据处理后，送到显示部分显示出来。通讯电路根据需要进行DeviceNet或MODBUS通讯。本解决方案的软件，是为测量多相而设置的，其流程工序是先是A相，然后B相C相的方式进行，为了保证测量精度，每相采样6次进行平均，显示平均值。
本发明的效果由于采用模块化的硬件设计，本测量仪是属于升级换代产品，电源设计先进，结构设计体积小，线路简单、成本低，具有一定的经济效益。
附图况明
图1为构成本发明的硬件结构框图；图2(2A～2F)为构成本发明的硬件结构框图的具体电路图；图3为图1中的电流信号输入电路原理框图；图4为图1中的电压输入电路原理框图；图5为本发明的软件流程图。
具体实施例方式
以下结合附图与一个较隹的实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，信号输入电路1，经过输入的信号到信号处理电路2，信号处理电路2是本发明硬件的核心器件，经过信号处理后的数据，输入到显示电路4，并根据需要与通信电路3进行通信，通信电路3把处理后的数据送到显示电路3显示出来，通信电路根据需要进行DeviceNet或MODBUS通信。
所述的信号输入电路1，包括电压信号输入电路和电流信号输入电路。这里所说的电流信号输入电路是指如下电路构成的，有0～5A的标准电流信号输入电流互感器，经过信号放大滤波电路到电子开关，三相切换，经过反向器再到电子开关经整流成0～5V电压，中间经过零检测，判断功率等环节。
所述的信号输入电路1，还包括电压信号输入电路。这里所述的电压信号输入电路是指如下电路构成的，电阻分压电路6，电子开关电路7、运算放大器8，正负反向器9，电子开关10，过零点检测11，判断功率电路12，其信号传递为电阻分压电路6到电子开关10，经过三相切换到正负反向器再到另一电子开关10，过零点检测11、判断功率电路12，其信号传递为电阻分压电路6到电子开关10，经过三相切换到正负反向器再到另一电子开关10，再由0～5V输出，电阻分压电路6到电子开关，经过过零点检测到功率判断和电子开关10。
所述的电流输入电路，由下述电路构成，电流互感器13，信号放大器14，电子开关15，正负反向器16，电子开关17，过零点检测19，功率判断20组成，其信号传递为从电流互感器13到信号放大器14，经过电子开关15切换到正负反向器16到电子开关17整流0～5V输出。信号放大器14经过电子开关15到过零点检测18，到功率判断19和切换电子开关17。
如图2(图2A～图2F)所示，所述的信号处理电路2是本发明的核心器件，担负着采集测量电网的电流、电压、功率等参数，通过数据总线向上位机传递测量数据，还具有故障诊断功能。为此，采用带A/D转换器的16位单片机MCU，本发明选用的芯片为HD64F3664。
这里要说明是，配电系统中的电压、电流量均为交流正弦波，对这种信号的测量可以通过测量求出正弦有效值。当然电网也会带来畸变的正弦波。为了适应这种现实，测量仪必须采取有效值测量。
所述的电源电路为开关电源5，使用TOP223芯片，根据测量仪需要，其变压器有4路输出，1路输入。此开关电源将220V变换为±9V和两个+5V共有4组电源，用于MCU微处理器和数码管，另一组+5V为通用接口供电。
所述的显示电路，有串转并芯片74HC595和74HC373进行数据锁存，PNP管驱动数码管显示组成，串转并芯片与锁存器相结合。
通过数码管显示时，数码管通过动态刷新，使用PNP管驱动。数码管采用共阳极，通过LM317调整输出电压以改变亮度。因为数码管较多，如果只是通过状态刷新，亮度显然不足，所示动态刷新只选择4个数码管，再用3个373锁存器。为了节省口线，进行数码数据输入时，通过串转并数据输入。
如图5所示，这是本发明的软件流程图。根据硬件方案的需要与软件结合，才能完满完成电量的监控测量。
软件程序包括三相切换和每相测量，所述的三相切换的步骤是第一步为外部中断(A相过零点)到第二步判断是否需要进行A相测量，如果是，进入第三步测量定时器开始；进入每相测量程序时，其步骤是第一步是A/D定时器中断到第二步一相测量是否完成(根据一次测量100个点判断)，如果是，便进入第三步切换相(等1/3周期再测量另一相，等运算放大器稳定)。为了保证其测量精度，每相采样六次，算出平均值。
综上所述，本发明的特点是使用先进的微处理器MCU，使用带A/D转换器的16位单片机，保证监控仪的功能和精度和以后的扩展；采用电流互感器是本发明的重要环节，使测量仪达到较高的精度；本发明接入DeviceNet网络需要开发出相应的规约芯片和接口电路。同时考虑升级换代要求，本发明的电量监控仪采用模块设计，显示本产品的优良。明的重要环节，使测量仪达到较高的精度；本发明接入DeviceNet网络需要开发出相应的规约芯片和接口电路。同时考虑升级换代要求，本发明的电量监控仪采用模块设计，显示本产品的优良。
权利要求
1.一种具有通信接口的电量监控仪，包括信号输入电路1、信号处理电路2、通信电路3、显示电路4和电源电路5，其特征在于所述的信号输入电路1还包括电压信号输入和电流信号输入两种电路；所述的信号处理电路，其核心是一种微处理器MCU，对电网数据进行检测，并通过数据总线进行检测，并通过数据总线向上位机传送；所述的显示电路，是一种串转并芯片与锁存器结合的电路；上述电路的信号传输是信号输入电路到信号处理电路，通过快速运算后，数据送往显示电路，并根据需要与通信电路进行通信；上述电路的运行，还需要与软件结合，其软件的流程包括三相顺序的切换和每一相测量运行。
2.如权利要求1所述的电量监控仪，其特征在于所述的信号输入电路中的电压输入电路，包括电阻分压电路6，电子开关电路7，运算放大器8，正负反向器9，电子开关10，过零点检测11，判断功率电路12，其信号传递为电阻分压电路到电子开关经过三相切换到正、负反向器再到电子开关再到0～5V输出，如果需要过零检测到功率判断或切换到电子开关。
3.如权利要求1所述的电量监控仪，其特征在于所述的信号输入电路中的电流输入电路，包括电流互感器13、信号放大器14、电子开关15、正负反向器16、电子开关17、过零点检测18、功率判断电路19；其信号传递为，从电流互感器到信号放大器经过电子开关相切换到正负反向器到电子开关整流0～5V输出，如果需要，过零点检测到功率判断电路或切换到电子开关。
4.如权利要求1所述的电量监控仪，其特征在于所述的信号处理电路为本发明的核心电路，采用带A/D转换器的16位单片机，选用的HD64F3664。
5.如权利要求1所述的电量监控仪，其特征在于所述的显示电路包括三组数码管，每组数码管为4位十进制数，监视三相的平衡。
6.如权利要求1所述的电量监控仪，其特征在于所述的电源电路为开关电源，使用TOP223芯片，根据测量仪需要，其变压器有4路输出。
7.如权利要求1或5所述的电量监控仪，其特征在于所述的显示电路由串口转并口芯片74HC595传送数据，74HC373锁存数据，PNP管驱动数码管显示，串转并芯片与锁存器结合。
8.如权利要求1或2或3所述的电量监控仪，其特征在于所述的电压、电流输入电路中的整流电路，包括电子开关和切换电路；上述电路用于过零比较，切换电子开关和计算功率符号。
9.如权利要求1所述的电量监控仪，其特征在于所述的软件程序包括三相切换和每相测量流程；所述的三相切换的步骤第一步是外部中断(A相过零点)到第二步判断是否需要进行A相测量，如果是，进入第三步测量定时器开始；进入每相测量程序时，其步骤是第一步是A/D定时器中断到第二步一相测量是否完成(根据一次测量100个点判断)，如果是，便进入第三步切换相(等1/3周期再测量另外一相，等运算放大器稳定)，为了保证其精度，每相采样六次，算出平均值。
全文摘要
本发明涉及一种具有通讯接口的电量监控仪，属于电控测量技术领域。该测量仪包括信号输入、信号处理、通讯、显示、电源等电路，其特征在于，它的信号输入包括电流输入电路和电压输入电路，信号处理电路是一个MCU微机芯片，对数据进行处理向上位机传输；显示电路是一种串转并芯片与锁存器相结合的电路；上述电路的信号传输是信号输入经过信号处理，通过快速运算后送往显示电路并根据需要与通信电路进行通讯。上述电路的运行，还需与软件结合，其软件包括三相顺序切换与每一相测量。本发明的效果是采用模块化的硬件设计和软硬结合，促进其体积小、线路简单、成本低，是一种更新换代产品，具有较好的效益。
文档编号G01R11/48GK1690719SQ20041001789
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月23日 优先权日2004年4月23日
发明者鞠磊, 阮于东, 施惠冬, 袁俊杰 申请人:上海电器科学研究所(集团)有限公司