一种数字功率表的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子测量仪器技术领域，具体涉及一种数字功率表。
【背景技术】
[0002]实验室中测量电功率P，一般是用电压表测出用电器两端的电压U,用电流表测出用电器中的电流I，再根据P = Π计算出用电器消耗的功率，不仅测量过程复杂，而且还要通过计算才能得到用电器消耗的功率。电动系功率表结构复杂，灵敏度低，体积大，价格高。同时随着经济发展和人们生活水平的不断提高，家用电器越来越多，不少家庭对家用电器的耗电量十分重视，需要一种能简单快速测量用电器消耗功率的功率表。
【发明内容】
[0003]为解决现有功率表的不足，本发明公开一种数字功率表。该数字功率表的功率采样采用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量用电器消耗的有功功率，应用AT89C2051单片机进行数据处理和显示驱动，采用四位八段LED数码管显示测量值，运用非隔离+ 5V电源供电，功率表的最大测量功率为4400W，可准确到0.1W。将数字表的L、N两端接交流市电，使用交流市电供电的用电器的电源输入端，接在数字功率表的Jl、J2两接线端，即可测量用电器消耗的有功功率。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种数字功率表，由功率采样电路、功率计量电路、单片机电路、LED显示电路和电源电路组成。功率采样电路由电阻Rl?R8和电容Cl、C2、C3组成。功率计量电路由集成电路芯片HLW8012和电容C4组成。单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5?C8和晶振Xl组成。LED显示电路由四位八段LED数码管DPYl和排阻RlO组成。电源电路由集成电路芯片78L05，电阻R11、R12，电容C9?C12，二极管Dl、D2和稳压二极管DZl组成。
[0005]本发明的积极效果在于:电路简单、体积小、重量轻，成本低、功耗小、精度高、价格便宜，操作简单，使用方便。
【附图说明】
[0006]图1为本发明的结构方框图。
[0007]图2为本发明的功率采样电路。
[0008]图3为本发明的功率计量电路。
[0009]图4为本发明的单片机电路。
[0010]图5为本发明的LED显示电路。
[0011]图6为本发明的电源电路。
【具体实施方式】
[0012]如附图1所示，本发明由功率采样电路、功率计量电路、单片机电路、LED显示电路和电源电路组成。功率采样电路的输入端接交流市电，输出端接功率计量电路的输入端；单片机电路的输入端接功率计量电路的输出端，输出端接LED显示电路输入端；电源电路的输入端接交流市电，输出端接功率计量电路、单片机电路和LED显示电路的电源端。
[0013]如附图2所示，功率采样电路由电阻Rl?R8和电容Cl、C2、C3组成。电阻Rl与R2 —端的连接点接接线端J2，J2接用电器的一端，用电器的另一端接接线端Jl，Jl接交流市电的火线；R3 —端与Rl另一端的连接点接地，并连接交流市电的零线；R2的另一端与Cl的一端相连为电流采样的输出端V1P，与功率计量电路的THLW8012的2脚VlP相连接；R3的另一端与C2的一端相连为电流采样的输出端V1N，与THLW8012的3脚VlN相连接；C1与C2的另一端相连并接地。R4、R5、R6、R7串联，R4的另一端接交流市电的火线，R8与C3并联的一端接地，并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样的输出端V2P，接THLW8012的4脚电压米样输入端V2P。
[0014]功率采样可分为电流和电压采样，电流、电压的采样有电阻采样和互感器采样两种方式，互感器采样方式体积大、成本高，本发明的电流和电压采样都采用电阻采样方式。用电器的电流流过电阻R1，经R2、Cl和R3、C2阻容滤波，将电流信号转换成电压信号。电流采样电阻Rl设计为0.001Q/2ff的锰铜电阻，最大采样电流为20A。电压采样是利用电阻R4?R8串联分压采样，将R8分得的电压经C3滤波得到采样电压。电阻R4?R7的电阻值都设计为470ΚΩ，R8的电阻值为IK Ω，实用于对220V交流市电的电压采样。
[0015]如附图3所示，功率计量电路由集成电路芯片HLW8012和电容C4组成。THLW8012的I脚接+ 5V电源和C4的一端，C4的另一端接地；2脚接功率采样电路的输出端VlP ；3脚接功率采样电路的输出端VlN ；4脚接功率采样电路的输出端V2P ；5脚接地；6脚接单片机电路的AT89C2051的6脚，7、8脚悬空不用。
[0016]HLW8012是深圳市合力为科技公司设计的单相电能计量芯片，可测量有功功率、电流和电压的有效值。采用CMOS工艺，S0P8封装，内置晶振、2.43V电压参考源和电源监控电路，+ 5V单电源供电，工作时的功耗不大于15mW。输出的高频脉冲CF是占空比为1:1的方波，通过测量CF引脚输出的高频脉冲的频率计算有功功率，精度为±0.3%。
[0017]如附图4所示，单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5?C8和晶振Xl组成。AT89C2051的I脚接R9 —端与C6负极的连接点，2、3、7、8脚分别接LED显示电路的DPYI的6、8、9、12脚，4脚接晶振Xl —端与电容C8 —端的连接点，5脚接晶振Xl另一端与电容C7 一端的连接点，6脚接HLW8012的6脚，9、11脚悬空不用，10脚与R9、C5、C7、C8的另一端都接地，12?19脚分别接DPYI的11、7、4、2、1、10、5、3脚，12?19脚还分别接LED显示电路的排阻RlO的2?9脚，20脚、C6的正极和的C5 —端都接+ 5V电源。
[0018]AT89C2051是ATMEL公司生产的高性能、低电压CMOS 8位单片机。AT89C2051的I脚是复位端，R9、C6组成单片机的复位电路。AT89C2051的4脚、5脚内部电路与外部晶振Xl和电容C7、C8组成时钟振荡电路。AT89C2051通过测量电能计量芯片HLW8012的CF引脚输出的高频脉冲的频率来计算有功功率，并驱动DPYl显示测量值。
[0019]如附图5所示，LED显示电路由四位八段LED数码管DPYl和排阻RlO组成。排阻RlO的I脚接+ 5V电源，2?9脚分别接AT89C2051单片机的12?19脚；DPY1的11、7、4、2、1、10、5、3 脚分别接 AT89C2051 单片机的 12 ?19 脚，6、8、9、12 脚分别接 AT89C2051单片机的2、3、7、8脚。
[0020]如附图6所示，电源电路由集成电路芯片78L05，电阻RlURl2，电容C9?C12，二极管D1、D2和稳压二极管DZl组成。C9与Rll并联的一端接交流市电的火线，另一端接R12的一端，R12的另一端接Dl负极与D2正极的连接点，D2的负极、DZl的负极、ClO的正极、Cll的一端和78L05的I脚相连接，78L05的3脚与C12的正极相连接为+ 5V电源的输出端，Dl的正极、DZl的正极、ClO的负极、Cll的另一端、78L05的2脚和C12的负极都接地，并连接交流市电的零线。为了配合电流、电压的电阻非隔离采样方式，本发明采样阻容降压型的非隔离电源。
[0021]本发明设计的数字功率表，工作电压为220V的交流市电，自身耗电小于1W，最大测量功率为4400W，可准确到0.1W，测量误差小于±0.3%。电路简单、体积小、重量轻，成本低、功耗小、精度高、价格便宜，操作简单，使用方便，拥有广阔的市场前景。
【主权项】
1.一种数字功率表，其特征是:一种数字功率表，由功率采样电路、功率计量电路、单片机电路、LED显示电路和电源电路组成；功率采样电路由电阻Rl?R8和电容Cl、C2、C3组成；功率计量电路由集成电路芯片HLW8012和电容C4组成；单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5?C8和晶振Xl组成；LED显示电路由四位八段LED数码管DPYl和排阻RlO组成；电源电路由集成电路芯片78L05，电阻R11、R12，电容C9?C12，二极管D1、D2和稳压二极管DZl组成。2.根据权利要求1所述的一种数字功率表，其特征是:功率采样电路的电阻Rl与R2—端的连接点接接线端J2，J2接用电器的一端，用电器的另一端接接线端Jl，Jl接交流市电的火线；R3 —端与Rl另一端的连接点接地，并连接交流市电的零线；R2的另一端与Cl的一端相连为电流采样的输出端V1P，与功率计量电路的THLW8012的2脚VlP相连接；R3的另一端与C2的一端相连为电流采样的输出端V1N，与THLW8012的3脚VlN相连接；C1与C2的另一端相连并接地；R4、R5、R6、R7串联，R4的另一端接交流市电的火线，R8与C3并联的一端接地，并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样的输出端V2P，接THLW8012的4脚电压采样输入端V2P ；电流采样电阻Rl设计为0.001 Ω /2W的锰铜电阻，最大采样电流为20A ；电压采样是利用电阻R4?R8串联分压采样，电阻R4?R7的电阻值都设计为470ΚΩ，R8的电阻值为IK Ω，实用于对220V交流市电的电压采样。3.根据权利要求1所述的一种数字功率表，其特征是:功率计量电路的THLW8012的I脚接+ 5V电源和C4的一端，C4的另一端接地；2脚接功率采样电路的输出端VlP ；3脚接功率采样电路的输出端VlN ；4脚接功率采样电路的输出端V2P ；5脚接地；6脚接单片机电路的AT89C2051的6脚，7、8脚悬空不用。4.根据权利要求1所述的一种数字功率表，其特征是:单片机电路的AT89C2051的I脚接R9 —端与C6负极的连接点，2、3、7、8脚分别接LED显示电路的DPH的6、8、9、12脚，4脚接晶振Xl —端与电容C8 —端的连接点，5脚接晶振Xl另一端与电容C7 —端的连接点，6脚接HLW8012的6脚，9、11脚悬空不用，10脚与R9、C5、C7、C8的另一端都接地，12?19脚分别接DPYI的11、7、4、2、1、10、5、3脚，12?19脚还分别接LED显示电路的排阻RlO的2?9脚，20脚、C6的正极和的C5 —端都接+ 5V电源。5.根据权利要求1所述的一种数字功率表，其特征是:电源电路的C9与Rll并联的一端接交流市电的火线，另一端接R12的一端，R12的另一端接Dl负极与D2正极的连接点，D2的负极、DZl的负极、ClO的正极、Cll的一端和78L05的I脚相连接，78L05的3脚与C12的正极相连接为+ 5V电源的输出端，Dl的正极、DZl的正极、ClO的负极、Cll的另一端、78L05的2脚和C12的负极都接地，并连接交流市电的零线。
【专利摘要】一种数字功率表，由功率采样电路、功率计量电路、单片机电路、LED显示电路和电源电路组成，其连接关系如附图所示。功率采样采用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量用电器消耗的有功功率，应用AT89C2051单片机进行数据处理和显示驱动，采用四位八段LED数码管显示测量值，运用非隔离＋5V电源供电。功率表的最大测量功率为4400W，可准确到0.1W。将数字表的L、N两端接交流市电，使用交流市电供电的用电器的电源输入端，接在数字功率表的J1、J2两接线端，即可测量用电器消耗的有功功率。其积极效果在于：电路简单、体积小、重量轻，成本低、功耗小、精度高、价格便宜，操作简单，使用方便。
【IPC分类】G01R21/06
【公开号】CN104914301
【申请号】CN201510358244
【发明人】张新安
【申请人】张新安
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月26日