一种多通道交流数字电能表的制作方法

本发明涉及一种数字电能表，尤其是一种包含多个相互独立的电能计量模块和电源模块的交流数字电能表。

背景技术：

现有技术中，智能电表包含多个电能计量模块，现有的多回路电能表采用分时复用技术，测量精度不高，此外，多通道为同一电源进行供电，在电源电路发生故障，会导致智能电表无法进行正常的电压电流数据采集。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多通道交流数字电能表，包括计量模块、电源模块、主控模块、通信模块和人机交互模块；待测回路分别与电源模块和计量模块连接，电源模块分别与计量模块、主控模块、通信模块和人机交互模块连接；

计量模块包括十二路电压电流采集单元和四片计量芯片，十二路电压电流采集单元采集十二路待测回路的电压和电流信号，每一片计量芯片的输入端分别与三路电压电流采集单元的输出端连接；

电源模块包括十二路供电电源单元，十二路供电电源与十二路电压电流采集单元一一对应连接，每一路供电电源单元包括整流电路、防雷电路、过压电路、过流电路、变压电路、开关电源集成电路和光耦电路，待测回路经整流电路、变压电路后与开关电源集成电路的一个输入端连接，待测回路经整流电路、防雷电路后与开关电源集成电路的一个输入端连接，变压电路的一个输出端与过流电路的输入端连接，输出供电电压，过流电路的输出端与光耦电路连接，变压电路的另一个输出端与光耦电路连接后与开关电源集成电路的一个输入端连接；

主控模块包括主控芯片、时钟芯片和存储芯片，时钟芯片、存储芯片分别与主控芯片连接；计量芯片的输出端与主控芯片的电压电流数据端连接，计量芯片的控制端与主控芯片的计量芯片片选端连接，主控芯片的远程数据端与通信单元的输入输出端连接。

进一步地，电压电流采集单元包括电压采集单元和电流采集单元，电压采集单元包括电压互感器，电压互感器的输入端与一路待测回路连接，电压互感器的一个输出端子与第一电压电阻连接后接地，该输出端子与第二电压电阻连接后输出电压信号，第二电压电阻与第一电容连接后接地；电压互感器的另一个输出端与第三电压电阻连接后接地，该输出端子与第四电压电阻连接后输出电压信号，第四电压电阻与第二电容连接后接地；

电流采集单元包括电流互感器，电流互感器的输入端子1、输入端子2与一路待测回路连接，电流互感器的输出端子3与第一电流电阻连接后接地，输出端子3与第二电流电阻连接后输出电压信号，第二电流电阻与第三电容连接后接地；电压互感器的输出端子4与第三电流电阻连接后接地，输出端子4与第四电流电阻连接后输出电压信号，第四电流电阻与第四电容连接后接地。

进一步地，计量芯片采用高精度计量芯片ATT7022EU，高精度计量芯片ATT7022EU包含的6路采集通道依次与三路电压采集单元的输出端和三路电流采集单元的输出端连接，高精度计量芯片ATT7022EU的片选信号与主控芯片的计量芯片片选端连接，高精度计量芯片ATT7022EU的输出端与主控芯片的计量数据输入端连接。

进一步地，电源电路包括整流二极管D9、自恢复保险RV1、自恢复保险RV2、自恢复保险RV3、变压器、三端式开关电源集成电路IC1、光耦器，整流二极管D9的输入端与待测回路的火线连接，整流二极管D9的输出端一路与自恢复保险RV1、指示灯连接后接地，一路与保险管RF1的一端连接，保险管RF1的另一端分别与自恢复保险RV3的一端和变压器的线圈TIB的端子6连接，待测回路的零线一路与自恢复保险RV2连接后接地，另一路分别与自恢复保险RV3的另一端和三端式开关电源集成电路IC1的S端连接，变压器的线圈T1B的端子8与三端式开关电源集成电路IC1的D端连接，变压器的线圈T1A的端子3经二极管D3、电感L1后一路输出供电电压，一路分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端与光耦器的输入端U1A的端子1连接，电阻R4的另一端分别与电容C12的一端、稳压二极管IC2、电阻R5的一端连接，电容C12的另一端、稳压二极管、电阻R5的另一端连接后与光耦器的输入端U1A的端子2连接，光耦器的输出端U1B的端子3与电感L2连接后与三端式开关电源集成电路IC1的C端连接，电感L2的另一端与电阻R2、电容C3后与三端式开关电源集成电路IC1的S端连接，光耦器的输出端U1B的端子4经电容C11后与变压器的线圈T1C的端子6连接，变压器的线圈T1C的端子10与二极管D4连接后与光耦器的输出端U1B的端子4连接。

进一步地，主控芯片U2的引脚RA4、引脚RA5、引脚RE0、引脚RE1依次与四片计量芯片的片选引脚连接，主控芯片U2的引脚RA2、引脚RA3、引脚RC1、引脚RC0依次与四片计量芯片的输出端连接；

时钟芯片U4的引脚2分别与晶振芯片Y2的一端、电容C31的一端连接，引脚3与晶振芯片Y2的另一端、电容C32的一端连接，时钟芯片U4的引脚5与主控芯片U2的引脚NC连接，时钟芯片U4的引脚6与主控芯片U2的引脚RB7连接，时钟芯片U4的引脚7与主控芯片U2的引脚RB6连接；

存储芯片U7的引脚1与主控芯片U2的引脚RD4连接，存储芯片U7的引脚2与主控芯片U2的引脚RD5连接，存储芯片U7的引脚5与主控芯片U2的引脚RB0连接，存储芯片U7的引脚6与主控芯片U2的引脚RD7连接，存储芯片U7的引脚3与主控芯片U2的引脚RD6连接；

主控芯片U2的引脚RB2与电阻R12连接后与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极外接供电模块输出电压，三极管Q1的发射极与电阻Rb1连接后与背光板B1的引脚1连接，背光板B1的引脚2接地。

进一步地，通信单元包括RS485收发器芯片U10，RS485收发器芯片U10的引脚3与主控芯片U2的引脚RC7连接，RS485收发器芯片U10的引脚6与主控芯片U2的引脚RC6连接，RS485收发器芯片U10的引脚4和引脚5连接后与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极与电阻R125连接后与主控芯片U2的引脚RC6连接，三极管Q2的发射极接地；RS485收发器芯片U10的引脚12与热敏电阻F5连接后与异地的RS485收发器芯片的收发端连接，RS485收发器芯片U10的引脚13与热敏电阻F6连接后与异地的RS485收发器芯片的收发端连接。

进一步地，人机交互模块包括按键单元和显示单元，按键单元包括按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4，按键开关S1的一端、按键开关S2的一端、按键开关S3的一端、按键开关S4的一端依次与主控芯片的引脚RD0、引脚RD1、引脚RD3、引脚RD2连接；按键开关S1的另一端、按键开关S2的另一端、按键开关S3的另一端、按键开关S4的另一端依次与电阻R1、电阻R4、电阻R6、电阻R9后接地；

显示单元包括液晶显示芯片J2，液晶显示芯片J2的引脚1与主控芯片的引脚RA1连接，引脚2与主控芯片U2的引脚RA0连接，引脚12与主控芯片的引脚连接，引脚13与主控芯片的引脚VPP连接。

本发明的有益效果是，

1、本发明电能计量模块包括四片相互独立的交流电表计量芯片，分别与多路电流采样回路和电压采样回路连接，各个回路同时检测同时计量，各芯片电源独立，测量精度达到0.1级。克服了现有多回路电能表分时计量的弊端，大大提高了测量精度，有功达到0.1S，无功0.2S。

2、专用电源的设计，当负载变重或待测回路电压过低而引起5V电压下降时，流过光耦器电流减小，光敏管内阻增大，WS175的G极电位下降，经WS175内部电路比较后使开关管频率升高，输出电压上升；反之亦然。如果负载短路引起开关管严重过流时，内部的过流保护电路将动作，通过控制电路使开关电源停振，整机得以保护。提高供电稳定性，提高功率转化率，功耗低。

附图说明

图1是多通道交流数字电能表结构示意图；

图2是第一路电压采集单元电路图；

图3是第一路电流采集单元电路图；

图4是第二路电压采集单元电路图；

图5是第二路电流采集单元电路图；

图6是第三路电压采集单元电路图；

图7是第三路电流采集单元电路图；

图8是第四路电压采集单元电路图；

图9是第四路电流采集单元电路图；

图10是第五路电压采集单元电路图；

图11是第五路电流采集单元电路图；

图12是第六路电压采集单元电路图；

图13是第六路电流采集单元电路图；

图14是第七路电压采集单元电路图；

图15是第七路电流采集单元电路图；

图16是第八路电压采集单元电路图；

图17是第八路电流采集单元电路图；

图18是第九路电压采集单元电路图；

图19是第九路电流采集单元电路图；

图20是第十路电压采集单元电路图；

图21是第十路电流采集单元电路图；

图22是第十一路电压采集单元电路图；

图23是第十一路电流采集单元电路图；

图24是第十二路电压采集单元电路图；

图25是第十二路电流采集单元电路图；

图26是第一片计量芯片电路图；

图27是第二片计量芯片电路图；

图28是第三片计量芯片电路图；

图29是第四片计量芯片电路图；

图30是电源电路图；

图31是主控芯片电路图；

图32是通信单元电路图；

图33是按键单元电路图；

图34是显示单元电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种多通道交流数字电能表，包括计量模块、电源模块、主控模块、通信模块和人机交互模块；待测回路分别与电源模块和计量模块连接，电源模块分别与计量模块、主控模块、通信模块和人机交互模块连接。

计量模块包括十二路电压电流采集单元和四片计量芯片，十二路电压电流采集单元采集十二路待测回路的电压和电流信号，每一片计量芯片的输入端分别与三路电压电流采集单元的输出端连接。

如图2所示，电压采集单元包括电压互感器，电压互感器的输入端与一路待测回路连接，电压互感器的一个输出端子与电阻R127连接后接地，该输出端子与电阻R17连接后输出电压信号V2P，电阻R17与电容C18连接后接地；电压互感器的另一个输出端与电阻R128连接后接地，该输出端子与电阻R18连接后输出电压信号V2N，电阻R18与电容C22连接后接地。

如图3所示，电流采集单元包括电流互感器，电流互感器的输入端子与一路待测回路连接，电流互感器的输出端子3与与电阻R23连接后接地，输出端子3与电阻R29连接后输出电压信号V1N，电阻R29与电容C30连接后接地；电压互感器的输出端子4与电阻R24连接后接地，输出端子4与电阻R30连接后输出电压信号V1P，电阻R30与电容C31连接后接地。

如图4至图25所示，十一路电压采集单元和十一路电流采集单元完成对另外十一路待测回路的电压信号和电流信号采集，电路图原理同图2、图3所述，在此不再赘述。

如图26所示，计量芯片采用高精度计量芯片ATT7022EU，高精度计量芯片ATT7022EU包含的6路采集通道依次与三路电压采集单元的输出端和三路电流采集单元的输出端连接，高精度计量芯片ATT7022EU的片选信号与主控芯片的计量芯片片选端连接，高精度计量芯片ATT7022EU的输出端与主控芯片的计量数据输入端连接。

如图27至图29所示，三片计量芯片与九路电压采集单元和九路电流采集单元的输出端连接，原理同图26，在此不再赘述。

如图30所示，电源电路包括整流二极管D9、自恢复保险RV1、自恢复保险RV2、自恢复保险RV3、变压器、三端式开关电源集成电路IC1、光耦器，整流二极管D9的输入端与待测回路的火线连接，整流二极管D9的输出端一路与自恢复保险RV1、指示灯连接后接地，一路与保险管RF1的一端连接，保险管RF1的另一端分别与自恢复保险RV3的一端和变压器的线圈TIB的端子6连接，待测回路的零线一路与自恢复保险RV2连接后接地，另一路分别与自恢复保险RV3的另一端和三端式开关电源集成电路IC1的S端连接，变压器的线圈T1B的端子8与三端式开关电源集成电路IC1的D端连接，变压器的线圈T1A的端子3经二极管D3、电感L1后一路输出供电电压，一路分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端与光耦器的输入端U1A的端子1连接，电阻R4的另一端分别与电容C12的一端、稳压二极管IC2、电阻R5的一端连接，电容C12的另一端、稳压二极管、电阻R5的另一端连接后与光耦器的输入端U1A的端子2连接，光耦器的输出端U1B的端子3与电感L2连接后与三端式开关电源集成电路IC1的C端连接，电感L2的另一端与电阻R2、电容C3后与三端式开关电源集成电路IC1的S端连接，光耦器的输出端U1B的端子4经电容C11后与变压器的线圈T1C的端子6连接，变压器的线圈T1C的端子10与二极管D4连接后与光耦器的输出端U1B的端子4连接。

如图31所示，主控芯片U2的引脚RA4、引脚RA5、引脚RE0、引脚RE1依次与四片计量芯片的片选引脚连接，主控芯片U2的引脚RA2、引脚RA3、引脚RC1、引脚RC0依次与四片计量芯片的输出端连接。

时钟芯片U4的引脚2分别与晶振芯片Y2的一端、电容C31的一端连接，引脚3与晶振芯片Y2的另一端、电容C32的一端连接，时钟芯片U4的引脚5与主控芯片U2的引脚NC连接，时钟芯片U4的引脚6与主控芯片U2的引脚RB7连接，时钟芯片U4的引脚7与主控芯片U2的引脚RB6连接。

存储芯片U7的引脚1与主控芯片U2的引脚RD4连接，存储芯片U7的引脚2与主控芯片U2的引脚RD5连接，存储芯片U7的引脚5与主控芯片U2的引脚RB0连接，存储芯片U7的引脚6与主控芯片U2的引脚RD7连接，存储芯片U7的引脚3与主控芯片U2的引脚RD6连接。

主控芯片U2的引脚RB2与电阻R12连接后与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极外接供电模块输出电压，三极管Q1的发射极与电阻Rb1连接后与背光板B1的引脚1连接，背光板B1的引脚2接地。

如图32所示，通信单元包括RS485收发器芯片U10，RS485收发器芯片U10的引脚3与主控芯片U2的引脚RC7连接，RS485收发器芯片U10的引脚6与主控芯片U2的引脚RC6连接，RS485收发器芯片U10的引脚4和引脚5连接后与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极与电阻R125连接后与主控芯片U2的引脚RC6连接，三极管Q2的发射极接地；RS485收发器芯片U10的引脚12与热敏电阻F5连接后与异地的RS485收发器芯片的收发端连接，RS485收发器芯片U10的引脚13与热敏电阻F6连接后与异地的RS485收发器芯片的收发端连接。

如图33所示，按键单元包括按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4，按键开关S1的一端、按键开关S2的一端、按键开关S3的一端、按键开关S4的一端依次与主控芯片的引脚RD0、引脚RD1、引脚RD3、引脚RD2连接；按键开关S1的另一端、按键开关S2的另一端、按键开关S3的另一端、按键开关S4的另一端依次与电阻R1、电阻R4、电阻R6、电阻R9后接地。

如图34所示，显示单元包括液晶显示芯片J2，液晶显示芯片J2的引脚1与主控芯片的引脚RA1连接，引脚2与主控芯片U2的引脚RA0连接，引脚12与主控芯片的引脚连接，引脚13与主控芯片的引脚VPP连接。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。