专利名称：可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示遥控器的制作方法
技术领域：
本实用新型提供一种可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示遥 控器设计，为利用一遥控器经由无线通信，搜集一个或多个电力计插座上的
各种电器用品的电力信息，包括功率(W)、总累计用电(KWh)，即俗称的用电 度数，区间的用电量(KWh)和时间，及当下的电压(V)、电流(A)、视在功率(VA)、 功率因数(PF)等，让用电信息透明化，亦能遥控开关电源，进而有效管理应用， 如电费计算、节约用电及提升用电效率和安全性。
背景技术：
现有的电力测量装置或电能测量装置，其体积都很庞大，根本无法装入 一小型的电力计空间内，因此长久以来，若想知道某项电器用品的消耗电能 都需大费周章，使用昂贵的电力仪表或计费电表组合配线来进行测试，才能 达到目的，因此显得非常不经济，也不实用，故寻求如何加以小型化的组合 应用，确实有其必要性。
实用新型内容
本实用新型的主要目的，乃在于提供一种可双向无线传输的插座型电力 计及用电信息显示遥控器，该可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显 示遥控器由一个以上的插座型电力计及一用电信息显示遥控器所组成，其中， 插座型电力计包含插头、插座及本体，插头设于本体的一端面，为供直接插 装在一般的通用插座上，电力计的电源取自插头上的电压，经转换后产生直 流5V电压，插座设于本体的另一端面，从插头中引线过来，其中一条线串有一只阻值极低的电阻，本体除包含插头与插座以外，并设有一个lWh/P指示 灯、 一遥控指示灯及一带灯触控键，使插座型电力计具有电力测量和无线传 输的功能；用电信息显示遥控器是一具有双向遥控的显示器，用以与一个以
上的插座型电力计匹配组成一完整的电力监控器，并利用2.4GHz的无线射频 作为与插座型电力计的双向通信传输。
该插座型电力计是将繁杂大型的电力测量电路集成化，并集中设在一小 片PCB板上，使能成为完整的宽量程、高准确度的电力测量模块，使电力测 量应用得以实现低成本及体积小型化，且使用方便简单，能供各种电气用品 插接结合，藉以储存电气用品详尽的电力信息，进而匹配使用一遥控器，可 在遥控器的显示屏上显示其电力信息，以了解各电器用品的耗电特性及是否 有效用电。
本实用新型的次要目的，乃在于提供一种可双向无线传输的插座型电力 计及用电信息显示遥控器设计，其在于利用插座型电力计与遥控器的双向通 信功能，以增加操作和控制的方便性，利用遥控器的双向通信能力，除了能 很方便了解各电器用品的耗电量和使用现况外，亦能方便控制电源的开关以 求节约用电。
本实用新型的又一目的，乃在于提供一种可双向无线传输的插座型电力 计及用电信息显示遥控器设计，所述一个遥控器可同时控制及遥读一个以上 的电力计(如实施例是显示3个插座型电力计)，等于共用显示操作面板， 同时又能集中管理，并善用微电脑的储存分类技巧，而能提供更多用电信息， 以供分析管理的参考与运用。
以下配合附图详细说明本实用新型的特征及优点 图1为本实用新型插座型电力计的外观立体图。 图2为本实用新型插座型电力计的功能方块图。
5图3为本实用新型插座型电力计的电路组成图。
图4为本实用新型插座型电力计的电力测量模块电路图。
图5为本实用新型用电信息显示遥控器的外观示意图。
图6为本实用新型用电信息显示遥控器的电路组成图。 图7为本实用新型插座型电力计的底视图。
具体实施方式
如附图所示，本实用新型为"可双向无线传输的插座型电力计及用电信
息显示遥控器"设计，包括一插座型电力计1 (如图i及图7)及一用电信息 显示遥控器2 (简称遥控器2;如图5)，该插座型电力计1具有电力测量和 无线传输的功能，遥控器2则是一具有双向遥控的显示器，两者合成一套完 整的电力监控器，换言之，本实用新型是将电力测量部分(以下称插座型电 力计1或简称电力计O ，及显示操作部分(以下称用电信息显示遥控器2或 简称遥控器2)予以分开，再利用2.4GHz的无线射频作为双向通信代替两者 之间的拉线，而使本实用新型的遥控器2可控制及遥读三具(个)电力计1，让 操作更简单也更省零件材料。
如上述的插座型电力计1,其外型结构如图1所示，其功能方块如图2所 示，其电路组成如图3所示，而电力测量模块电路则请参照图4所示。
如图1所示，所述的插座型电力计l，其主要是包括插头ll、插座12及 本体13等三部分所组成，其中
插头ll，设于本体13的一端面，可直接插装在一般的通用插座上，而电 力计1的电源便取自插头上的电压，经转换后产生直流5V电压；
插座12，设于本体n的另一端面，从插头n中引线过来，其中一条线
串有一只阻值极低的电阻，而该电阻便是用来侦测电流之用；
本体13，除了包含插头U与插座12以外，并设有一个1Wh/P指示灯14、 一-遥控指示灯(REMOTE)15及一带灯触控键16 (如图7所示，简称ID-SET)，该带灯触控键16，若用手摸触该设定键即表示设定通信辨识码，在指示灯亮
起时，代表要改变ID码。
如图2所示，为插座型电力计的功能方块图，其中方块10为电力计的插 头，方块20为插座，方块30为可控制插座电源开关的继电器，方块40为电 力测量模块，其所测量转换的电力信息，则是经由TX、 RX (发送、接收) 等的通信方式，将资料传到方块70的微处理器及周边，然后再经由方块60 的无线传输模块与遥控显示器通信，将电力信息传到遥控器2的液晶显示屏 21上，同时遥控器2也同样经由方块60及70将开关电源的信号传到方块30 的控制插座电源。
方块90为触控片，当手靠近时会触发方块80通信辨识码(ID)设定及设定 的指示LED亮，此时微处理器将不比对当下所接收信号中的辨识码(ID),只 要符合本实用新型的通信协订，都可控制本电力计l，不做ID判读，只做ID 码的储存，当手再次按触方块90的触控片时，设定LED灯会灭，此时所储 存的最后ID码便是本电力计1的辨识码，从此微处理器每次收到传送信号必 须比对辨识码，完全一样才读取或控制本电力计l的电力信息或电源。
方块50为本电力计1的电源供应，为广范围(85 265V)交流电压输入， 转换输出直流5V供应本电力计1各电路使用，以及供应24V给继电器使用， 以下详述各方块电路的动作原理及作用
如图3所示，电源供应部分，电源经D1整流，EC1、 EC2为电源滤波电 容，可动作在DC100V 400V，换算输入范围AC70V 280V，均能正常运作， Ul为切换式电源IC，可满足这样的宽广范围，其中R1、 C2、 D3为高压脉冲 信号消除电路，R2、 D5、 EC6、 R3、 C3等为Ul的电源供应电路，光隔离IC， U2、 R4、 R6、 R5、 R8、和稳压IC ShRl组成稳压用反馈电路，通过U2的反 馈比例来决定U1的ON及OFF的时间比，进而控制5V的电压，而5V的电 源是由D2整流，经由EC3、 Ll、 EC4等组成滤波电路，始得到稳定的直流 5V电源，提供给其他电路使用，另外，在变压器T1上又绕一组电源，经D3整流及EC5滤波可得到大约24V的电源作为推动继电器(Relay)之用。
另夕卜，推动继电器(Relay)电路则由J2-8脚所发动，此脚电路受微处理 器PA7所控制，当PA7由Low变为Hi时，经过R9及光隔离IC U3和R7、 Ql等推动RY1继电器，使RY1继电器动作，让插座有电，反之若PA7为Low 时，将关掉插座电源。
简言之，本项电路是从市电交流电源中，以高效率取得5V和24V电源， 提供给本实用新型的其他电路和继电器使用。
如图3所示，微处理器及周边部分，图中U4为本实用新型所选用的微处 理器，内部含有程序软件，通过微处理器周边电路和J3、 J4、 J5连接器，连 结到其他电路，再经由程序的运作，完成本实用新型功能和目的。
U4利用Yl的外部振荡器，可获得稳定的时基信号，C4及C7为电源滤 波电容，D7为稳压二极管保护U4， Rll及C5为电源启动归零信号(POWER ON RESET), U5为记忆IC，能储存电力信息及校准修正值及辩识码(ID)等资 料，关电后，资料仍继续保存。
图中J3的TXD及RXD，是用来读写电力测量模块，亦即通过简单二线 的通信接口，就可轻松读取电力测量模块所测量到的所有信息，图中J3的PA7 则是用来控制继电器RY1之用。
图中J4则接到无线传输模块，通过此无线传输模块的2.4GHz无线频道 与遥控器上相同的模块相互通信，将电力信息传给遥控器，在遥控器上的LCD 液晶显示屏显示。
图中J5则接到通信辨识码设定及指示电路，当J5的PA4为高电位(HI) 时，U4则会每次接收到由无线传输模块的信号时，都会读取U5内的ID码， 与当下所收信号的ID码比对，完全一致，图中的LED2遥控反应指示灯会闪 烁二下，代表接收正确，才会按接收信号的命令去读取电力资料或控制继电 器，并完成通信辨识功能，达到一只遥控器2控制多具电力计1的目的。
若U4读到PA4为低电位(LOW)时，代表不做ID码比对动作，因此当我们想要设定或改变该电力计1的ID码时，可用手触控K1触控片，让ID设定
指示LED1点亮，代表PA4为LOW，这时U4会将接收到的信号的ID码存 入U5内，当作新的ID码，同时也不比对ID码，可直接被本电力计l所认同， 因此这时候我们操作遥控器2的电力计选择键(如图5所示，本实施是包括 图中的编号1、 2、 3的三个电力计选择键221、 222、 223)的任何一键，都会 让电力计l起作用，此时LED2亦闪烁代表通信允许，确定好该频道后，再 用手碰一下Kl触控片，此时LED熄灭，U5内储存最后通信成功的ID码， 这个新的ID码便成为该电力计1以后接收信号的通关密码。
如图3所示，通信辨识码设定及指示部分，该电路的目的是用来简易的 完成通信信号中的辨识码设定及改变，让遥控器2可以明确的指示所要通信 的对象，也让电力计1可以随时随地很容易的设定所谓的通关密码，于本项 电路中的U6为触控IC，电路中U6被设定为锁定(Latch)的功能，亦即当手碰 触控片Kl时，会让U6的PA4被锁定为LOW电位， 一直到下次手再碰一下 Kl为止，其中LED1作为显示之用，每碰一下PA4电位转态一次，LED点亮 或熄灭相互交换，当LED1熄灭代表PA4为HI电位，此时若U4收到无线传 输模块信号，将会比对ID码，故此状态为通常使用状态；若LED1点亮，代 表PA4为LOW电位，此时U4会将收到信号中的ID码存入U5中，同时也 不比对ID码， 一律通过，LED2会闪烁二下指示，代表任何ID码都可以通过， U5也都被重新写入最后的ID码，直到LED熄灭为止，这时U5内最后一次 被写入的ID码就成为该电力计的正式ID码，接下来的通信信号中的ID码， 要与U5的ID码一样，才能被接受，达到辨识码设定目的。
如图3所示的电力测量模块，为本实用新型的重要突破和关键，另请参 照图4的电路图，本项电力计1的组成特征和目的如下
将电力计l的测量关键零件集中在一小片PCB板上，包括电流检测用电 阻、电压检测用分压电阻及具有使用暂存器校准的电力测量IC、执行自动校 准和程序运作的微处理器和储存校准参数的记忆IC等。将上述的零件整合并施以自动校准作业后，让这一小片的PCB板成为完
整的电力测量模块，具有齐全、准确的电力测量信息，使用时外部只提供5V 电源，就可通过简易通信接口读取本模块的测量值，而无需顾虑准确度会变 动。
如图4所示，电力测量模块电路，Ul为微处理器内含校准程序及控制软 件，图中RT1、 C4、 C5、 Ll为电源5V的滤波电路，ZD1为保护用稳压二极 管，R2及C3为电源起动RESET用电路，时基信号则是经由R8取用电力测 量IC U3的振荡器所提供的信号，而U3测量IC的时基电路是由XI振荡器 与C17、 C18所组，和U1共用一个时基信号，除了节省一组振荡器之外，其 最主要的目的是提升本电力测量模块的测量稳定性，电路图上C6、 C7为电源 5V滤波电容，C15、C16为U3内部自5V电源取得的参考电压滤波电容，R14 为检测电流用电阻，侦测R14两端的电压便能按比例计算出流经R14的电流， 因R14电阻极低，故可以流过20A或更大的电流，R14两端的电压经由R6、 R7及C1K C12所组成的滤波器，加在电力测量IC的第一组输入，即电流信 号输入，第二组输入为电压输入，由R13、 R12与R11分压取得，C14、 C13、 R10组成电压滤波器，加在U3的第二组输入，U3电力测量IC，便将第一组 及第二组的电流信号和电压信号各自用极高速又高解析度A/D电路读取电流 及电压值，并且经过内部的各测量项目所对应暂存器的作用和运算，可得到 当下的多种电力信息，包括电压(V，均方根值)、电流(A，均方根值)、功率(W， 即V和A，瞬间相乘的积)、视在功率(VA，即前述V、 A均方根相乘之值)、 功率因数(PF，为前述功率W除视在功率的值，即PF=W/VA)、频率(Hz) 和瓦时(Wh，即瓦特乘上时间或瓦特的累积值)等，因此我们若在当下改变 各测量项目的各组对应暂存器的内容值，便可以改变上述的各项测量数据， 本实用创新就是充分利用这样的特性，特别设计很多组的"校准参数"来延伸 U3测量IC的量程，使它能量到更小，到更大的电压、电流、相角及频率范 围，而仍保有高准确性的测量值，以增加其性能和经济性。另外图中的LD1为电能校准用的指示LED,当Ul自U3经由控制脚取 得测量值之外，亦会累计U3的电能取出信号，即瓦时信号(图中的CF-IN)， 当电能累积量达到1Wh时，便点亮LDl —次，这个信号亦是俗称的电表常数， 代表该指示LED每闪一下，耗电lWh。
Ul的控制脚，可以直接读写U2记忆IC的内容，U2是一只可以快速读 写，能在关电后尚能持续保持内容的记忆IC，该只IC在出厂前已经写入适当 的校准参数值，而这校准参数值的来源是U1通过P1的接口和外部的校准设 备通信，取得当下真正所提供电力的测量值，然后和U3所量测的电力信息做 比较，其结果被转换成校准参数会被写入U2和U3内，然后又重复测量，直 到U3的测量值与Ul经由Pl校准接口所读取到的测量相近到用户所要的误 差内，才停止自动校准修正作业，此时U2所存的校准参数便是在当下供电条 件下的电力校准参数，因为为了扩增测量范围，因此会分段在电压、在电流、 在相位、在频率等各种条件组合下，会有多种的排列组合的用电情况，都先 由自动校准设备来给予测试，并存入多组的校准参数，以因应各种的用电情 况，换言之在电力模块出厂时，已经把该模块所会碰到的各种状况所需的校 准参数都先存入U2存储器内，当实际测量时会按当下的用电情况，取出适当 的校准参数来用，因为有这样的安排和多组自动校准参数的设计，让本电力 模块能适用在很宽广的量程，例如电压从85 265V，电流从0.02A 20A， 相角从落后60。到超前60°或45 65Hz等，这么宽广的量程范围，本模块 都有很精确的测量值(本实施例误差小于0.5%)，而且电力测量项目包括有 电压(V)、电流(A)、功率(W)、视在功率(VA)、功率因数(PF)、频率(Hz)及瓦 时(Wh)等，其中最值得一提的是因为有了这种多组校准参数载入的设计，让 本项电路没有任何校准零件和精密线性零件，就能有宽广、多项准确的测量 信息，因为有这项重大突破，才能让低成本、小型化的电力测量应用得以实 现。
如图5及图6所示，分别是本实用新型中的用电信息显示遥控器2(简称遥控器2)的外型结构示意图及其电路组成，该用电信息显示遥控器2主要是
由液晶显示屏21及操作按键22两部分所组成，其主要特征为该遥控器2具 有双向通信，并能选择所要控制的电力计l，如图面中本实施例编号l、 2、 3 的三个电力计选择键221、 222、 223，便能选择欲控制的其中任一个电力计1， 然后通过轮显键224、 225而可以在LCD液晶显示屏上出现"现在电力(W)"、 "总用电量(KWh)"及"短期用电(KWh)"等信息，另外在LCD显示屏出现"现在 电力"画面下，亦能操作遥控器的上下键，能逐项出现电压(V)、电流(A)、视 在功率(VA)、功率因数(PF)等更多电力信息，或按压PWR-ON控制键226或 PWR-OFF控制键227，亦能直接开关该电力计1的电源。简言之， 一个遥控 器2是能与三个(多个)电力计1同时匹配使用，可遥控各个电力计1电源，亦 可读取各个电力计1的测量信息。
如图6所示，该遥控器2的电路组成，其主要是分成四部分
(1) 为微处理器兼LCD推动部分，如U1及周边零件。
(2) 为操作按键部分，电路编号SW1 SW9，共九个按键。
(3) 为液晶显示屏部分。
(4) 为2.4GHz无线射频模块。
首先自Ul微处理器叙述其工作原理和程序作用，遥控器2使用2只1.5V/3 号电池，即由电池提供3V作为工作电源，除U1微处理使用之外，也提供给 液晶显示屏和无线射频模块使用，C8、 C9都是电源滤波用电容，微处理器有 两组时基产生电路，其中一个为程序执行用之时基电路，由C4与R2所组成， 其频率较高，给U1微处理器程序执行用；另一个时基信号为Y1、 C6、 C7所 组成的振荡电路，频率较低，则是用来计算时间和液晶显示用。
R4为热敏电阻，搭配R3、 R5、 R6合组成温度测量电路，另外图中K1 K9为按键输出信号，分别接到SW1 SW9九只遥控器的面板操作按键，Ul 即根据K1 K9的电位，来执行使用者的按键功能。
图6中的Ul经由CON18接到显示LCD， LCD共使用18条信号线来做多工扫描，图中所显示的LCD图像为全部点亮的图样，实际使用时，Ul将 根据当下的操作命令，推动LCD显示屏，只点亮图中LCD部分的图示，完 成当下所需的显示内容。
如图6中的Ul经由JP1，接到无线射频传输模块，Ul微处理器根据当下 操作命令(使用者按SW1 SW9)，将所欲控制的信息，包括辨识码一并经由 本无线射频模块传送到所指定的电力计，被指定的电力计接收到信号，并且 辨识码相同时，便按所协订的通信内容回应信息。而电力计所回应的信息， 同样由本模块接收，经由JP1告知Ul微处理器来处理所接收的信息，并在
LCD上表示出来。简言之，Ul依赖本无线通信模块，双向与数个电力计通信， 就像一个移动的显示操作面板，利用无线传输模块与数个电力计像拉线集中 控制一般。
上述设于插座型电力计1内部的电力测量模块，其主要是运用电路组成 结构和自动校准的技术，而可以让模块使用最少的零件及电路，就能适应很 宽广的量程，例如85V 265V及0.02A 20A及落后60。到超前60°的夹角等
的条件下，都能很精确的测量，另外搭配独创的触控辨识码设定方案，能让 遥控器2很简单的和电力计1建立起通信管道，而遥控器2与电力计1因有 特殊的辨识码(ID)设定方式，因此能很容易、经济的共用显示器和存储器，让 一只遥控器2就能选择查看多只电力计1的信息，而每只电力计1的视在功 率、总用电量、短期用电及当下的电压、电流、视在功率、功率因数等信息 都能在遥控器LCD上轮显查阅，必要时亦能遥控开电源，故整体的操控使用 显得极方便实用。
权利要求1、一种可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示遥控器，其由一个以上的插座型电力计及一用电信息显示遥控器所组成，其特征在于插座型电力计，包含插头、插座及本体，插头设于本体的一端面，为供直接插装在一般的通用插座上，电力计的电源取自插头上的电压，经转换后产生直流5V电压，插座设于本体的另一端面，从插头中引线过来，其中一条线串有一只阻值极低的电阻，本体除包含插头与插座以外，并设有一个1Wh/P指示灯、一遥控指示灯及一带灯触控键，使插座型电力计具有电力测量和无线传输的功能；用电信息显示遥控器，是一具有双向遥控的显示器，用以与一个以上的插座型电力计匹配组成一完整的电力监控器，并利用2.4GHz的无线射频作为与插座型电力计的双向通信传输。
2、 如权利要求1所述的可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示 遥控器，其特征在于，该插座型电力计内包含一可控制插座电源开关的继电 器、 一集成化的电力测量模块、 一通过电力计提供的电源供应、 一无线传输 模块与遥控显示器通信、 一微处理器及周边、 一通信辨识码设定及指示及一 触控片，该电力测量模块所测量转换的电力信息是经由发送、接收通信方式， 将资料传到微处理器及周边，再经由无线传输模块与遥控显示器通信，将电 力信息传到遥控器的液晶显示屏，而遥控器也同样经由无线传输模块与遥控 显示器通信及微处理器将开关电源的信号传到控制插座电源，触控片则是供 触发通信辨识码设定及指示。
3、 如权利要求2所述的可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示 遥控器，其特征在于，该集成化的电力测量模块是将电力测量关键零件集中 在一片小PCB板上，该关键零件包括电流检测用电阻或比流器、电压检测用 分压电阻、具有使用暂存器校准的电力或电能IC、执行自动校准和程序运作的微处理器和储存校准参数的记忆ic。
4、 如权利要求2所述的可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示 遥控器，其特征在于，所述通过电力计提供的电源供应为广范围在85V 265V 的交流电压输入，转换输出直流5V供应电力计各电路使用，以及供应给继电 器使用。
5、 如权利要求2所述的可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示 遥控器，其特征在于，该插座型电力计是从市电交流电源中，以高效率取得 5V和24V电源而提供给其他电路和继电器使用。
6、 如权利要求3所述的可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示 遥控器，其特征在于，该电力测量模块中的自动校准和校准参数储存，其每 一片电力测量模块都具有自动校准接口，能和外部的校准设备通信，为在出 厂前执行自动校准作业，自动取得多组的校准参数，储存在记忆IC内，藉以 延伸测量范围和准确度，令该电力测量模块具有包括电压、电流、功率、视 在功率、功率因数、频率及电能的齐全的电力测量信息及有简易通信接口， 以供直接读取使用。
7、 如权利要求1所述的可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示 遥控器，其特征在于，该用电信息显示遥控器是由液晶显示屏及操作按键两 部分所组成，操作按键并包括多个可选择控制任一电力计的选择键，且通过 轮显键而在液晶显示屏上出现各种的电力信息。
8、 如权利要求7所述的可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示 遥控器，其特征在于，该用电信息显示遥控器的操作按键，并包括设有一 PWR-ON的控制键及一 PWR-OFF的控制键，以供直接开关电力计的电源。
专利摘要本实用新型提供一种可双向无线传输的插座型电力计及用电信息显示遥控器，插座型电力计具有电力测量及无线传输功能，并可与一用电信息显示遥控器匹配组成一双向控制及信息显示的电力监控器，其将电力测量部分与显示操作部分分开，利用2.4GHz无线射频提供双向通信传输，电力计包含插头、插座及本体，于本体内设有集成化的电力测量模块、2.4GHz通信模块、微处理器周边及电源供应等电路，电力测量模块能检测电压、电流及之间的相位，进而得知各种电力测量资料，并经微处理器的程序运作，整理出所需的电力信息，再储存于周边存储器内，当有辨识码相同的无线信号输入时，即可将电力信息传输到遥控器内，而遥控器便可在LCD上轮显读取电力计的各种量测信息。
文档编号G01R31/00GK201255754SQ20082011968
公开日2009年6月10日 申请日期2008年8月4日 优先权日2008年8月4日
发明者李政良, 林献章, 郭立宏 申请人:齐硕科技股份有限公司