专利名称：数字多功能电力仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工频交流电参数测量控制指示仪表，特别是涉及一种工业用安装式数字智能电力测控指示仪表。
背景技术：
目前，许多电力设备、电气元件和技术发展较慢，许多产品还与二、三十年前的产品无多大差异，特别是电力参数仪表，还一直保留电磁感应原理磁铁、线圈和指针的传统结构。由于电磁式指针仪表精度低(2.0级)、性能差，要想进行实时自动化控制，这种传统仪表已经不能满足当今电力事业现代化发展的需要和电力自动化控制系统功能的要求，如对电力控制和调度系统，SCADA系统(变电站的数据和安全监控综合自动化系统)等。此方面的专利申请也较少，是一个亟待研发的领域。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高精度、真有效值测量、RS485联网通讯、宽量程输入、抗强电磁干扰能力及具有智能校准功能的数字多功能电力仪表。
本实用新型所述的数字多功能电力仪表主要由开关电源、信号输入电路、模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路、显示按键电路、RS485通讯接口、变送输出电路、I/O输入输出电路和壳体构成，开关电源与各部分电路呈电气连接，信号输入电路与模拟信号处理电路呈电气连接，模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路之间两两连接，显示按键电路、RS485通讯接口、变送输出电路、I/O输入输出电路分别与单片机呈电气连接，上述各部分电路均装于壳体中，其中开关电源、信号输入电路与模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路、显示按键电路由屏蔽板隔开。
单相或三相交流电压、电流信号经信号输入电路取样整形后，送到模拟信号处理电路进行高速采样、A/D转换和运算，并由单片机来读取测量电量的运算结果，进行二次处理后，送显示键盘电路显示测量值，控制I/O输入输出电路、监控存储电路、RS485通讯接口、变送输出电路等，以完成数字多功能电力仪表的遥测、遥信、遥控、显示、报警、变送输出、参数设定、数据存储和RS485通讯等各电压项功能；开关电源给各部分电路提供充裕、稳定的电压。
三相电压信号分别由A、B、C三路精密电阻串联(5个电阻)分压电路取样，三相电流信号分别由A、B、C三路精密电流互感器变换，经精密电阻取样。
A、B、C三相电压和电流取样信号分别经三片单相电能芯片CS5460A进行高速采样、A/D转换和运算处理，保存电压、电流、电能等有效值，送单片机作进一步处理。
单片机为W78E516、W78E52、SST89C58、IS89C58等MCS51系列单片机。
监控存储电路由集成电路IMP813L和铁电存储器FM25040构成，完成单片机的上电复位、看门狗和数据存储功能。
显示键盘电路由3排6位LED数码管、集成电路74AC573、三极管、二极管、电阻、按键等连接构成。
RS485通讯接口电路由集成电路75LBC184、光藕、二极管、电阻、电容等连接构成。
变送输出电路由集成电路AD421、74HC14、光藕、二极管、电阻、电容等连接构成。
I/O输入输出电路由继电器、光藕、二极管、电阻、电容等连接构成。
本实用新型所述电力仪表精度高，电压、电流为0.2级，功率、电能为0.5级，真有效值测量，RS485联网通讯(MODBUS协议)，量程输入宽，电压0-500VAC，电流0-6A，可编程设定，智能校准。它彻底克服了机械表的缺陷，具有高精度、高可靠、抗强电磁干扰能力以及多功能遥测、遥信、遥控、智能校准等特点。可用于测量单相或三相工频交流电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等交流电参数，可直接替代传统电磁式指针仪表和数字面板表。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述，但不限于附图所示。
图1为本实用新型的产品结构图。
图2为本实用新型的实施例中开关电源、信号输入电路原理图。
图3为本实用新型的实施例中模拟信号处理、单片机、监控存储电路原理图。
图4为本实用新型的实施例中显示按键电路原理图。
图5为本实用新型的实施例中RS485通讯接口电路原理图。
图6为本实用新型的实施例中变送输出电路原理图。
图7为本实用新型的实施例中I/O输入输出电路原理图。
图8为本实用新型的原理方框图。
图1中1-仪表面板；2-仪表前面框；3-电源板；4-仪表后外壳；5-主板；6-功能输出板；7-屏蔽板；8-显示板。
具体实施方式
如图1所示，各部分电路装于壳体中，壳体由仪表前面框2和仪表后外壳4卡装而成，仪表面板1粘贴在仪表前面框2上，开关电源、信号输入电路与模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路、显示按键电路由屏蔽板7隔开。开关电源及信号输入电路中的电压信号部分布置在电源板3上；信号输入电路中的电流信号部分、模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路布置在主板5上；显示按键电路布置在显示板8上；RS485通讯接口、变送输出电路、I/O输入输出电路分别布置在功能输出板6上。
如图2所示，电压信号部分A相电压电路由精密电阻R101、R102、R103、R104和精密电阻R105、二极管D103、D104分压组成；B相电压电路由精密电阻R106、R107、R108、R109和精密电阻R110、二极管D107、D108分压组成；C相电压电路由精密电阻R111、R112、R113、R114和精密电阻R115、二极管D111、D112分压组成。
电流信号部分A相电流电路由电流互感器CT101、精密电阻R116、二极管D101、D102组成，B相电流电路由电流互感器CT102、精密电阻R117、二极管D105、D106组成，C相电流电路由电流互感器CT103、精密电阻R118、二极管D109、D110组成；
开关电源电路部分交流或直流220V电压接至U101电源模块的1、2脚，由3、4脚输出DC+5V，经电容CD101、CD102、CD103、C101、C102滤波后，给各部分电路供电。
如图3所示，模拟信号处理电路部分A相电流信号经电阻R201、电容C201联到U201(CS5460A)16脚，A相电压信号经电阻R202、电容C202联到U201(CS5460A)9脚；B相电流信号经电阻R203、电容C203联到U202(CS5460A)16脚，B相电压信号经电阻R204、电容C204联到U202(CS5460A)9脚；C相电流信号经电阻R205、电容C205联到U203(CS5460A)16脚，C相电压信号经电阻R206、电容C206联到U203(CS5460A)9脚；U201的1、24脚之间接晶振X202，U201的2脚与U202、U203的24脚相联，U201的11、12脚短接后经电容C207接地，U202的11、12脚短接后经电容C208接地，U203的11、12脚短接后经电容C209接地；U201、U202、U203的4、15、10、13脚同时接地，U201、U202、U203的14、17脚短接后经电容CD201、电阻R207与电源VCC联接，U201、U202、U203的3脚短接后经电容C210、C211、C212滤波后与电源VCC联接；U201、U202、U203的23脚短接后与U204的7脚、U205的5脚联接，U201、U202、U203的5脚短接后与U204的9脚、U205的6脚联接，U201、U202、U203的6脚短接后与U204的8脚、U205的2脚联接，U201、U202、U203的19脚短接后与R208、C215联接U201的7脚与U204的5脚联接，U202的7脚与U204的3脚联接，U203的7脚与U204的2脚联接。
单片机电路部分U204的44、35脚短接后接电源VCC，22脚接地，4脚与U205的1脚、U206的6脚联接，22、24脚之间接晶振X201、电容C213、C214；U204的43与J201的1脚、R209相联；U204的42、41、40、39、38、37、36脚分别与J201的10、11、12、13、14、15、16脚和R210、R211、R212、R213、R214、R215、R216联接；U204的24、25、26、27、28、29、30、31脚分别与J201的2、3、4、5、6、7、8、9脚和R217、R218、R219、R220、R221、R222、R223、R224联接；U204的16、17、18、19、6、23、34、1、12、11、13、15脚分别与J201的17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28脚联接；
监控存储电路部分U205的3、7、8脚短接后接电源VCC，4脚接地；U206的3脚接电源VCC，3、4脚短接后接地，1、8脚短接，7脚与C215和U204的10脚相联。
如图4所示，显示按键电路J301的1脚与四个按键DOWN、UP、RR、SET的公共端相联，J301的2、3、4、5、6、7、8、9脚分别与U301、U302的2、3、4、5、6、7、8、9脚相联，其中2脚还与D304和G310基极相联，3脚还与D303和G309基极相联，4脚还与D302和G308、G301的基极相联，5脚还与D301和G307、G302的基极相联，6脚还与G306、G303的基极相联，7脚还与G305、G304的基极相联J301的10脚与U301、U302的1脚相联，J301的11脚与U301的11脚相联，J301的12脚与U302的11脚相联，J301的13脚与GS301的基极相联，J301的14脚与GS302的基极相联，J301的21脚经LD317、R319后与电源VCC相联，J301的22脚经LD318、R320后与电源VCC相联，U301的19、18、17、16、15、14、13、12脚分别经电阻R301、R302、R303、R304、R305、R306、R307、R308与LED1、LED3、LED4的A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、P1脚相联，U302的19、18、17、16、15、14、13、12脚分别经电阻R309、R310、R311、R312、R313、R314、R315、R316与LED2、LED308、LED5、LED6的A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、P1脚相联。
如图5所示，RS485通讯接口电路J201的26脚与R401和U401的6脚相联，U401的7、8脚短接与R401、VCC相联，U401的5脚接地，2脚经R404与+5V相联，3脚与U404的1脚相联J201的28脚与U402的2脚相联，U402的1脚经R402与VCC相联，4脚接+5V，3脚接R405和U404的2、3脚J201的27脚接U403的3脚，U403的2脚经R403与VCC相联，U403的7、8脚短接与R406、+5V、C402相联，U403的5脚接地，6脚与R406和U404的4脚相联；U404的8脚接+5V和C401，6脚与R407、R408、R410相联，7脚与R409、R408、R411相联，电源VCC接U405的1、2脚，U405的3、4脚接CD401。
如图7所示，变送输出电路J201的21脚与U601的2脚相联，U601的1脚接RA601的10脚，U601的4脚与C601、R601相联，并经U610C和U610D后接U613的5脚J201的22脚与U604的2脚相联，U604的1脚接RA601的7脚，U604的4脚与C604、R604相联，并经U611C和U611D后接U614的5脚；J201的23脚与U607的2脚相联，U607的1脚接RA601的4脚，U607的4脚与C607、R607相联，并经U612C和U612D后接U615的5脚；J201的24脚与U603、U606、U609的2脚相联，U603、U606、U609的1脚分别接RA601的8、5、3脚，U603的4脚与C603、R603相联，并经U610A和U610B后接U613的7脚，U606的4脚与C606、R606相联，并经U611A和U611B后接U614的7脚；U609的4脚与C609、R609相联，并经U612A和U612B后接U615的7脚；J201的25脚与U602、U605、U608的2脚相联，U602、U605、U608的1脚分别接RA601的9、6、4脚，U602的4脚与C602、R602相联，并经U610F和U610E后接U613的6脚，U605的4脚与C605、R605相联，并经U611F和U611E后接U614的6脚；U608的4脚与C608、R608相联，并经U612F和U612E后接U615的6脚；U601、U602、U603的3脚短接后接CB601、CB602、U613的4、9脚和C611、C612、C613、C622；U604、U605、U606的3脚短接后接CB603、CB604、U614的4、9脚和C615、C616、C617、C623；U607、U608、U609的3脚短接后接CB605、CB606、U615的4、9脚和C619、C620、C621、C624；U613的8脚接C625，经R616后接OUTA+，U613的16脚接T602基极、T601；U614的8脚接C626，经R617后接OUTB+，U614的16脚接T604基极、T603；U615的8脚接C627，经R618后接OUTC+，U615的16脚接T606基极、T605。如图7所示，I/O输入输出电路J201的17脚与R501和U501的4脚相联，U501的3脚接地，1脚经R503接+5V电源，2脚经D501接IN1；J201的18脚与R502和U502的4脚相联，U502的3脚接地，1脚经R504接+5V电源，2脚经D502接IN2；J201的19脚经R505与V501的基极相联，V501的集电极与R507、D503、K501线包相联，K501的触点接Q1和COM；J201的20脚经R506与V502的基极相联，V502的集电极与R508、D504、K502线包相联，K502的触点接Q2和COM；电源VCC接U503的1、2脚，U503的3、4脚接CB501和C501。
权利要求1.一种数字多功能电力仪表，其特征在于主要由开关电源、信号输入电路、模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路、显示按键电路、RS485通讯接口、变送输出电路、I/O输入输出电路和壳体构成，开关电源与各部分电路呈电气连接，信号输入电路与模拟信号处理电路呈电气连接，模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路之间两两连接，显示按键电路、RS485通讯接口、变送输出电路、I/O输入输出电路分别与单片机呈电气连接，上述各部分电路均装于壳体中，其中开关电源、信号输入电路与模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路、显示按键电路由屏蔽板(7)隔开。
2.根据权利要求1所述的数字多功能电力仪表，其特征在于信号输入电路由电压信号和电流信号两部分构成，电压信号部分分别由A、B、C三路精密电阻串联分压取样电路构成，电流信号部分分别由A、B、C三路精密电流互感器变换、精密电阻取样电路构成。
3.根据权利要求1所述的数字多功能电力仪表，其特征在于模拟信号处理电路由三片单相电能芯片CS5460A及外围电阻、电容、晶振连接构成。
4.根据权利要求1所述的数字多功能电力仪表，其特征在于所述的单片机为W78E516、W78E52、SST89C58或IS89C58。
5.根据权利要求1所述的数字多功能电力仪表，其特征在于监控存储电路由集成电路IMP813L和铁电存储器FM25040连接构成。
6.根据权利要求1所述的数字多功能电力仪表，其特征在于显示键盘电路由3排6位LED数码管、集成电路74AC573、三极管、二极管、电阻和按键连接构成。
7.根据权利要求1所述的数字多功能电力仪表，其特征在于RS485通讯接口电路由集成电路75LBC184、光藕、二极管以及外围电阻、电容连接构成。
8.根据权利要求1所述的数字多功能电力仪表，其特征在于变送输出电路由集成电路AD421、74HC14、光藕、二极管以及外围电阻、电容连接构成。
9.根据权利要求1所述的数字多功能电力仪表，其特征在于I/O输入输出电路由继电器、光藕、二极管以及外围电阻、电容经电气连接构成。
专利摘要本实用新型涉及一种工频交流电参数测量控制指示仪表，主要由开关电源、信号输入电路、模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路、显示按键电路、RS485通讯接口、变送输出电路、I/O输入输出电路和壳体构成，开关电源与各部分电路呈电气连接，信号输入电路与模拟信号处理电路呈电气连接，模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路之间两两连接，显示按键电路、RS485通讯接口、变送输出电路、I/O输入输出电路分别与单片机呈电气连接，上述各部分电路均装于壳体中，其中开关电源、信号输入电路与模拟信号处理电路、单片机、监控存储电路、显示按键电路由屏蔽板隔开。本装置具有高精度、抗强电磁干扰能力以及多功能遥测、遥信、遥控、智能校准等特点。
文档编号G01R15/00GK2768104SQ20052002224
公开日2006年3月29日 申请日期2005年2月3日 优先权日2005年2月3日
发明者刘文灿 申请人:刘文灿