一种电力品质计量采集分析仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力品质计量采集分析仪，包括MCU及与MCU相连接的液晶屏模块、电源RS485通信模块、计量模块、数字模拟输入输出模块、硬件时钟模块和FLASH存储器模块。本发明电力品质计量采集分析仪可根据用户的需求来对分析仪进行设置，可选择电压接线方式与电流接线方式在进行系统参数设定时是分别进行的，电压接线可以设定为三相四线星型(3LN)，三相四线2PT星型(2LN)和三相三线开口三角型(2LL)三种；电流接线可根据接入的电流通道数设定为3CT，2CT和1CT三种。各种电压接线与电流接线方式可以相互组合。其中液晶主板、计量板、电源板为必选，其它功能可任意选配，极大的节省了资源又方便了用户，使用户对产品功能的升级提供了便利，降低了资源的浪费。
【专利说明】
一种电力品质计量采集分析仪
技术领域
[0001]本发明涉及一种分析仪，具体是一种电力品质计量采集分析仪。【背景技术】
[0002]电力品质是供电领域的重要参数，电力品质对工业和公用事业用户的安全生产、 经济效益和人民生活有着很大的影响。电力品质恶化会引起用电设备的效率和功率因数降低，损耗增加，寿命缩短，产品品质下降，电子和自动化设备失灵等，因此需要对电力品质进行准确的计量。
[0003]现有的电力品质计量信号采集一般为:采集信号输入，然后通过电阻分压比例所得信号值送给运放放大输入给AD转换电路;如果这种方法存在信号转换和取样过程中会使取样电路的阻抗增大，从而使信号损耗过多，再经运放放大后失真会很大，使AD转换后数值与真值偏离过大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种电力品质计量采集分析仪，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]—种电力品质计量采集分析仪，包括M⑶及与M⑶相连接的液晶屏模块、电源RS485 通信模块、计量模块、数字模拟输入输出模块、硬件时钟模块和FLASH存储器模块，所述电源 RS485通信模块上设有RS485通信电路、AC-DC电路模块和继电器输出电路，计量模块上设有计量芯片、三相电压检测电路和三相电流检测电路，数字模拟输入输出模块上设有4路数字量光隔输入和3路脉冲光隔输出。
[0007]作为本发明的优选方案:所述三相电流检测电路的核心元件是FCT204A型电流互感器。
[0008]作为本发明的优选方案:所述三相电压检测电路的核心元件是FPT103A型电压互感器。
[0009]作为本发明的优选方案:所述计量芯片的型号为ADE7880。[〇〇1〇]作为本发明的优选方案:所述M⑶为STM32F103型单片机。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明电力品质计量采集分析仪可根据用户的需求来对分析仪进行设置，可选择电压接线方式与电流接线方式在进行系统参数设定时是分别进行的，电压接线可以设定为三相四线星型(3LN)，三相四线2PT星型(2LN)和三相三线开口三角型(2LL)三种；电流接线可根据接入的电流通道数设定为3CT，2CT和1CT三种。各种电压接线与电流接线方式可以相互组合。其中液晶主板、计量板、电源板为必选，其它功能可任意选配，极大的节省了资源又方便了用户，使用户对产品功能的升级提供了便利，降低了资源的浪费。【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构框图；
[0013]图2为计量芯片的电路图；[〇〇14] 图3为RS485通信电路的电路图；[〇〇15]图4为液晶屏模块的电路图；
[0016]图5为FLASH存储器模块的电路图；
[0017]图6是电压采样电路的电路图；[〇〇18]图7是电流采样电路的电路图；
[0019]图8是MCU的电路图；
[0020]图9为电源电路的电路图；
[0021]图10为继电器电路的电路图。【具体实施方式】[〇〇22]下面将结合本实用发明例中的附图，对本实用发明例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[〇〇23]请参阅图1 -10，本实用发明例中，一种电力品质计量采集分析仪，包括M⑶及与MCU 相连接的液晶屏模块、电源RS485通信模块、计量模块、数字模拟输入输出模块、硬件时钟模块和FLASH存储器模块，所述电源RS485通信模块上设有RS485通信电路、AC-DC电路模块和继电器输出电路，计量模块上设有计量芯片、三相电压检测电路和三相电流检测电路，数字模拟输入输出模块上设有4路数字量光隔输入和3路脉冲光隔输出。[〇〇24]三相电流检测电路的核心元件是FCT204A型电流互感器。三相电压检测电路的核心元件是FPT103A型电压互感器。计量芯片的型号为ADE788(LMCU为STM32F103型单片机。 [〇〇25]本发明的工作原理是:主板上装有单片机控制电路；电源RS485通信电路板上设有 RS485通信电路、继电器输出电路、电源电路;计量电路上设有三相电压检测电路、电流检测电路;数字模拟输入输出电路板上设有数字量输入，脉冲输出电路;上述数字量输入电路、 脉冲输出电路为可扩展的功能电路，由用户根据需要选配。
[0026]进一步地:
[0027]所述的计量电路是该分析仪的核心电路，内置的电压、电流检测电路均选用性能优良的互感器进行数据采集，然后经过电阻分压比例把信号电压传递给ADE7880计量芯片进行处理。[〇〇28] 所述RS485通信电路由通信接口电路和隔离电路两部分组成，通信接口电路为通信接口芯片，隔离电路是由三个光电耦合器组成的接口芯片控制电路;其中:第一光电耦合器的输出连接到接口芯片的发送接收控制端;接口芯片的接收端和发送端分别连接第二光电親合器和第三光电親合器的输入端。[〇〇29] 所述继电器输出电路由继电器和三极管组成，电源通过继电器的线圈与三极管的集电极相连接，单片机通过控制三极管的导通和截止来控制继电器的线圈是否通电，从而来控制继电器输出常闭的报警信号。
[0030]所述的数字模拟输入输出电路，就是可以外接各种开关、数字信号，经过处理送到单片机内部进行处理。
[0031]所述的模拟量脉冲输出可以作为功率校准电表使用，也可以作为开关信号控制外部的设备。
[0032]所述电源电路由LC滤波电路、电压转换模块和输出稳压电路组成，电源经滤波电路滤波后由电压转换模块将AC220V转换为DC5V电源输出给用电器件，输出端接稳压二极管实现对输出电压的控制。
[0033]1.计量电路
[0034]图1所示为计量电路。其中:计量芯片ADE7880，该芯片是美国ADI公司生产的一款高精度、三相电能计量1C，在温度为25°C，动态范围2000:1内时，电压电流有效值误差、有功功率和基波无功功率误差均小于0.1%，基准电压为1.2V，且具有外部过驱功能，采用串行接口，并提供三路灵活的脉冲输出。该器件内置多个二阶Σ-Λ型模数转换器(ADC)、数字积分器、基准电压源电路及所有必需的信号处理电路，实现总(基波和谐波)有功/视在功率测量和有效值计算，以及基波有功/无功功率测量。此外，ADE7880可以计算相位和零线电流以及相位电压上的谐波均方根、有功/无功/视在功率，以及所有相位的各谐波上功率因数和谐波失真。同时可针对所有电流和电压计算总谐波失真(THD)。一个固定功能数字信号处理器(DSP)负责实现这种信号处理。DSP程序存储在内部ROM存储器中。其精度和功能能够满足本设计的精度要求。
[0035]2.单片机电路
[0036]图8所示为单片机控制电路。该系统是单片机控制系统，采用的MCU是STM32F103VCT6，STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。其时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。因此考虑到本设计的成本和功能需求，选用了该型号的单片机作为本三相智能电表系统的主控制器。
[0037]3.RS485 电路
[0038]图3为RS485通信电路。RS485通信模块，支持Modbus RTU，所有量测参数可通过通讯方式传送至上位机。
[0039]4.按键、LCD显示电路
[0040]图4为按键、IXD液晶电路。按键使用了四个按键，从左至右分别为:“上翻键”、“下翻键”、“确认键”、“返回键”；主要完成菜单的选择、切换，系统参数的设置等操作。显示部分采用160*160点阵液晶，主要是用来显示智能电表的运行状态，字体识别度高，可显示英文大小写及各种语言；良好的视角范围和背光方便光线差的环境下和夜间查看。
[0041 ] 5.Flash 存储电路
[0042]图5为Flash存储电路。128M的Flash存储器，适合大量的数据存储，无掉电失忆功會K。
[0043]6.电压采样电路
[0044]图6为电压检测电路。本设计中所用匝数比为1:1的电压互感器型号是FPT103A，其作用是将高电压按照一定比例转换成供计量或者仪表使用的低电压，同时通过电压互感器将高电压和电气设备的隔离，保证工作人员的安全。该型号的电压互感器的额定输入电流为2mA，额定输出电流为2mA，非线性度小于0.1%，隔离耐压为4000V，工作温度范围-35°C?+70。。。
[0045]电压互感器的输入电流由电阻R22的阻值决定，以U表示A相电压，则输入电流为公式:
[0046]Iin = U/R2
[0047]在三相四线中，I in = 2mA,则电压互感器的输出电流lout = 2mA。
[0048]由于采样电路中都存在混叠效应的缺陷，为防止信号失真必须引入抗混叠滤波器，一般采用低通滤波器进行滤波，为了使采样频率在50HZ时获得足够大的衰减，使用了转折频率为5kHZ的RC滤波器。
[0049]7.电流采样电路
[0050]图7为电流检测电路。本设计中所用的电流互感器的型号是FCT204A，电流互感器的作用是将较大的一次电流按照一定比例转换为较低的二次电流供测量和仪表使用。电流采样电路采用的是匝数比为1:2000的电流互感器，额定输入电流为5A，额定输出电流为2.5mA，非线性度小于0.1 %，隔离耐压大于5000V，工作温度范围_35°C?+70°C。
[0051 ] ADE7880的电流通道为差分输入，如果互感器的输入电流为5A，则输出电流为
2.5mA，因此ADE7880电流采样端的差分电压为:
[0052]U = 2.5mA*(51+51)=250mV
[0053]R16和C19，R17和C20构成抗混叠滤波器，即低通滤波器R16 = R17 = 1.2K，C19 = C20= O-OluF0
[0054]8.电源电路
[0055]图9为电源电路。电源电路提供了 5V和24V两路电源输出，供单片机和ADE7880以及其他模块使用，两路继电器输出节点，方便控制报警器的其他外挂设备。
[0056]9.其他辅助电路
[0057]图10为继电器电路。3路脉冲输出可以作为功率校准电表使用，也可以作为开关信号控制外部的设备。
【主权项】
1.一种电力品质计量采集分析仪，其特征在于，包括MCU及与MCU相连接的液晶屏模块、 电源RS485通信模块、计量模块、数字模拟输入输出模块、硬件时钟模块和FLASH存储器模 块，所述电源RS485通信模块上设有RS485通信电路、AC-DC电路模块和继电器输出电路，计 量模块上设有计量芯片、三相电压检测电路和三相电流检测电路，数字模拟输入输出模块 上设有4路数字量光隔输入和3路脉冲光隔输出。2.根据权利要求1所述的一种电力品质计量采集分析仪，其特征在于，所述三相电流检 测电路的核心元件是FCT204A型电流互感器。3.根据权利要求1所述的一种电力品质计量采集分析仪，其特征在于，所述三相电压检 测电路的核心元件是FPT103A型电压互感器。4.根据权利要求1所述的一种电力品质计量采集分析仪，其特征在于，所述计量芯片的 型号为ADE7880。5.根据权利要求1所述的一种电力品质计量采集分析仪，其特征在于，所述MCU为 STM32F103型单片机。
【文档编号】G01R31/00GK106018989SQ201610140184
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】李晨阳, 焦庆鑫
【申请人】北京博顿电气有限公司