专利名称：超低功耗数字式电力参数测量仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量仪表。具体涉及一种超低功耗数字式电力参数测量仪表。可用于测量电压、电流、功率、功率因数、频率等电力参数。属电子仪表技术领域。
背景技术：
在电力系统中，一般需要用到各种电力仪表来对电压、电流、功率、功率因数、频率等电力参数进行实时监测，并且以指针、数字等各种形式显示出来。早期的电力仪表靠指针指示这些电力参数，这些表也称模拟式指针表。其优点是成本低廉且无须外部接辅助性电源，但缺点是精度低、无法智能化、显示不直观和测量参数单一。所以目前市场上逐步正在被数字式电力仪表取代。数字式电力仪表采用数字显示后更加直观，因为采用了电子线路后使测量更加精确，在电子线路中增加CPU后使得数字仪表可实现一表多参数测量、可编程设置、数据远传实现自动化抄表等。但是也因为数字仪表采用电子线路工作，这些电子线路需要有辅助性电源才能正常工作，所以增加了工程布线。另外采用外部电源供电有诸多不利面比如对于直接靠电网交流220V供电的仪表，因为目前电网很多地方质量很差电源经常容易受电网非正常高压、大电流影响而损坏，导致仪表损坏；有些采用开关电源的仪表往往设计不当变成了电网谐波的重要来源因素。如采用不通过外部连接辅助性电源，而是通过内部电池供电的方法，电池供电能力有限，一般的设备靠电池供电连续工作时间不会超过几个月，所以一些数字万用表、数字水表、数字气表等都是间隙性工作，以保证能够使用较长时间，但是对于电力测量仪表是不允许间隙工作的，需要持续监测。所以如何解决功耗使电池工作寿命延长是关键所在。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种无需外部连接辅助性电源仅靠电池供电也能连续工作多年并测量显示电压、电流、功率、功率因数、频率等电力参数的超低功耗数字式电力参数测量仪表。
本实用新型的目的是这样实现的一种超低功耗数字式电力参数测量仪表，其特征在于它包括测量信号取样部分、A/D转换电路、CPU处理器、定时器、内部信息存储器、LCD液晶驱动及显示部分和供电电池，其中A/D转换电路、CPU处理器、定时器、内部信息存储器以及LCD液晶驱动及显示部分的液晶驱动电路集成于一个单片机内，测量信号取样部分与A/D转换电路相连，A/D转换电路与CPU处理器相连，CPU处理器分别与定时器、内部信息存储器和LCD液晶驱动及显示部分相连，A/D转换电路含电压基准。
本实用新型超低功耗数字式电力参数测量仪表，所述的单片机采用美国德州TI公司生产的16位单片机MSP430FX。
信号取样部分用来转换输入信号，将被测电压电流强电信号转换成适合A/D转换模拟电压小信号。
A/D转换电路将信号取样部分送过来的电压模拟小信号做模拟/数字转换，并将转换后的数字信号送给CPU处理器做计算。
CPU处理器则担任着计算和控制A/D转换电路等工作。
定时器担任着定时工作，当定时时间到，会由CPU控制A/D转换电路开始工作。
内部信息存储器将一些常用的重要信息做保存，以免更换电池时数据丢失。
LCD液晶驱动及显示部分承担显示被测量信号数据。
电源则由普通3.6V锂电池提供。
上述电路的核心部分均集成于16位单片机MSP430FX内。这些电路0也是最耗电的部分。普通的A/D耗电至少要达到几个mA，另外要提到的A/D转换电路需要的电压基准一般也要达到几个mA，另外普通CPU工作电流也是mA级别。而本实用新型采用的美国德州TI公司的MSP430FX系列单片机本身为超低功耗芯片，其中CPU处理器耗电活动期间正常为200多个μA，而且它有五种节电模式，最低可达0.1μA。其内部集成的A/D转换电路最低达到1mA，电压基准200μA。这些功耗都远低于常规的电路，当然上述的功耗整体加起来就电池供电来说还是太大，但是如果将这些电路分时段分别打开，这样就可以便平均消耗电流更低。正因为上述这些电路都集成在一起，这样就使得有可能通过软件很方便的控制各部分电路的分时工作，另外显示部分则采用LCD液晶显示，功耗也就2～3μA。
因此本实用新型无需外部连接辅助性电源仅靠电池供电也能连续工作多年并测量显示电压、电流、功率、功率因数、频率等电力参数。
图1为本实用新型超低功耗数字式电力参数测量仪表的结构框图。
图2为本实用新型超低功耗数字式电力参数测量仪表的程序框图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型超低功耗数字式电力参数测量仪表，主要由测量信号取样部分、A/D转换电路(含电压基准)、CPU处理器、定时器、内部信息存储器、LCD液晶驱动及显示部分和电源(电池)部分组成。其中A/D转换电路、CPU处理器、定时器、内部信息存储器以及LCD液晶驱动及显示部分的液晶驱动电路集成于16位单片机MSP430FX内，测量信号取样部分与A/D转换电路相连，A/D转换电路与CPU处理器相连，CPU处理器分别与定时器、内部信息存储器和LCD液晶驱动及显示部分相连，A/D转换电路含电压基准。16位单片机MSP430FX采用美国德州TI公司生产的。其中X是指423、427、E423、E427或133、135、147、149。
工作原理参见图1，信号取样部分将被测电压电流强电信号转换成模拟电压小信号后送给MSP430FX内部的A/D转换电路，当定时器定时时间到后，暂时激活CPU先将定时器关闭，然后将A/D转换开关和基准开关合上开启A/D转换电路，当A/D每转换一次完成后，将A/D转换结果送RAM保存，并判断A/D转换次数是否达到预设定的N次，如果没到则继续A/D转换，如果N次完成，则可以关闭A/D和电压基准，并激活CPU使进入主程序作A/D转换结果分析和计算，并将计算结果送LCD液晶显示。这样一个工作循环结束，之后再次打开定时器，并关CPU使其进入节电模式。由锂电池提供电源，内部信息存储器用来保存掉电后的重要数据。
程序控制参见图2，通过程序框图可以很清楚的计算出仪表的整机功耗，上电初始化后，CPU进入节电模式(这时只有定时器开着)，消耗只有2μA，加上液晶显示3μA，总共有5μA，这段时间持续了980ms，直到定时器定时中断到，将CPU暂时激活(中断时间很短，中断退出后仍会自动关闭CPU，所以消耗电流可忽略不计)以关闭定时器并且开启A/D和电压基准，被测信号为20ms周期工频信号，也就是这段20ms时间内A/D加电压基准一直要工作，其总消耗电流约1200μA，20ms转换完成之后激活CPU做短暂的计算和显示处理，因为这段时间为μs级，所以平均1S内的电流很小可忽略不计。之后再次关闭A/D和电压基准并且开定时器进入下一个循环。整个电流分配基本上是前980ms内为5μA，后20ms内为1200μA，整个1S钟内平均电流低于30μA。用2.4Ah的锂电池工作时间为2400/0.03＝80000h约9.2年，考虑电池一致性，劣化等因素保守估计为8年。如果在成本允许的情况下加大电池容量还可以便用更长的时间。
权利要求1.一种超低功耗数字式电力参数测量仪表，其特征在于它包括测量信号取样部分(1)、A/D转换电路(2)、CPU处理器(3)、定时器(4)、内部信息存储器(5)、LCD液晶驱动及显示部分(6)和供电电池(7)，其中A/D转换电路(2)、CPU处理器(3)、定时器(4)、内部信息存储器(5)以及LCD液晶驱动及显示部分的液晶驱动电路(6.1)集成于一个单片机(8)内，测量信号取样部分(1)与A/D转换电路(2)相连，A/D转换电路(2)与CPU处理器(3)相连，CPU处理器(3)分别与定时器(4)、内部信息存储器(5)和LCD液晶驱动及显示部分(6)相连，A/D转换电路(2)含电压基准。
2.根据权利要求1所述的一种超低功耗数字式电力参数测量仪表，其特征在于所述的单片机(8)采用美国德州TI公司生产的16位单片机MSP430FX。
3.根据权利要求2所述的一种超低功耗数字式电力参数测量仪表，其特征在于所述的16位单片机MSP430FX中的X是指423、427、E423、E427或133、135、147、149。
专利摘要本实用新型涉及一种超低功耗数字式电力参数测量仪表，其特征在于它包括测量信号取样部分(1)、A/D转换电路(2)、CPU处理器(3)、定时器(4)、内部信息存储器(5)、LCD液晶驱动及显示部分(6)和供电电池(7)，其中A/D转换电路(2)、CPU处理器(3)、定时器(4)、内部信息存储器(5)以及LCD液晶驱动及显示部分的液晶驱动电路(6.1)集成于一个单片机(8)内，测量信号取样部分(1)与A/D转换电路(2)相连，A/D转换电路(2)与CPU处理器(3)相连，CPU处理器(3)分别与定时器(4)、内部信息存储器(5)和LCD液晶驱动及显示部分(6)相连，A/D转换电路(2)含电压基准。本实用新型无需外部连接辅助性电源仅靠电池供电也能连续工作多年。
文档编号G01R15/12GK2896289SQ20062007174
公开日2007年5月2日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者王新潮, 薛明岐, 胡晓刚 申请人:江阴长江斯菲尔电力仪表有限公司