一种电力仪表的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种电力仪表，通过将现有的多功能电力仪表功能模块化，设置可拆卸端口实现各功能模块之间的连接，用户可根据实际需要选择功能模块构成该电力仪表的控制电路，当实际需要发生变动时，可将不需要的功能模块拆除，仅将当前需要的功能模块连接到控制器上，即可满足当前需要，操作非常方便、功能灵活，且避免了这些无用功能模块参与工作而带来的电能损耗。
【专利说明】—种电力仪表
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及控制系统的测量【技术领域】，具体涉及一种电力仪表。
【背景技术】
[0002]目前，在工业中各控制系统的实际应用中，为了保证该控制系统的正常运行，需要利用各种电力仪表(如电力变送器、测量指示仪表、电能计量仪表等)来检测其各种运行参数，以便工作人员或控制系统据此调整相应设备的运行。然而，现有技术中的这些电力仪表内部通常都是由集成电路构成，其功能是固定不变的，因而，当实际仅需该电力仪表某些器件工作来达到某一种功能时，该电力仪表中的所有器件也必须全部通电，大大增加了电能的损耗。
实用新型内容
[0003]有鉴于此，本实用新型提供了一种电力仪表，实现了功能模块化，用户可根据实际需要选择要用的功能模块构成电力仪表的电路结构，非常灵活方便，避免了因多余器件通电带来的电能损耗。
[0004]为了实现上述目的，本申请提出了以下技术方案:
[0005]一种电力仪表，所述电力仪表包括:
[0006]控制器，所述控制器具有信号采集端口、信号显示端口、信号存储端口以及电源端Π ；
[0007]与所述信号采集端口可拆卸连接的信号转换电路；
[0008]与所述信号显示端口可拆卸连接的显示电路；
[0009]与所述信号存储端口可拆卸连接的存储器；
[0010]分别与所述控制器电源端口、所述信号转换电路电源端口以及所述存储器电源端口可拆卸连接的电源电路。
[0011]优选的，所述电源电路包括:第一电感、第一去耦整形电路，电压调节器和第一滤波器，其中，
[0012]所述第一去耦整形电路的一端分别与所述第一电感的第一端和所述电压调节器的输入端相连，另一端与所述电压调节器的接地端共地；
[0013]所述第一滤波器的一端与所述电压调节器的输出端相连，另一端与所述电压调节器的接地端共地。
[0014]优选的，所述第一去耦整形电路包括:
[0015]正极分别与所述第一电感的第一端以及所述电压调节器的输入端相连，负极与所述电压调节器的接地端共地的第一极性电容；
[0016]与所述第一极性电容并联的第一无极性电容。
[0017]优选的，所述第一滤波器包括:
[0018]正极与所述电压调节器的输出端相连，负极与所述电压调节器的接地端共地的第二极性电容；
[0019]与所述第二极性电容并联的第二无极性电容。
[0020]优选的，所述显示电路包括:
[0021]数据输入端口与所述控制器的信号显示端口可拆卸连接的时钟芯片；
[0022]正极与所述电源电路相连的发光二极管；
[0023]分别与所述发光二极管负极和所述控制芯片的电源端口相连的滤波整形电路。
[0024]优选的，所述控制器还具有输入控制端口，则所述电力仪表还包括:与所述输入控制端口可拆卸连接的输入电路。
[0025]优选的，所述信号转换电路包括多个双向三态门缓冲器。
[0026]优选的，所述输入电路包括多个按键。
[0027]优选的，所述控制器为STM32F103型号的单片机。
[0028]优选的，所述存储器为AT45DB321D型号的闪存芯片。
[0029]由此可见，本申请提供了一种电力仪表，通过将现有的多功能电力仪表功能模块化，设置可拆卸端口实现各功能模块之间的连接，用户可根据实际需要选择功能模块构成该电力仪表的控制电路，当实际需要发生变动时，可将不需要的功能模块拆除，仅将当前需要的功能模块连接到控制器上，即可满足当前需要，操作非常方便、功能灵活，且避免了这些无用功能模块参与工作而带来的电能损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0031]图1为本实用新型一种电力仪表的结构示意图；
[0032]图2(a)为本实用新型一种电力仪表中的控制器的一部分引脚连接图；
[0033]图2(b)为本实用新型一种电力仪表中的控制器的另一部分引脚连接图；
[0034]图3(a)本实用新型一种电力仪表的信号转换电路的第一部分引脚连接图；
[0035]图3(b)本实用新型一种电力仪表的信号转换电路的第二部分引脚连接图；
[0036]图3(c)为本实用新型一种电力仪表的信号转换电路的第三部分引脚连接图；
[0037]图3(d)为本实用新型一种电力仪表中的信号转换电路第四部分的引脚连接图；
[0038]图4为本实用新型一种电力仪表中的存储器的引脚连接图；
[0039]图5为本实用新型一种电力仪表中的显示电路的引脚连接图；
[0040]图6为本实用新型一种电力仪表中的电源电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0042]本申请提供了一种电力仪表，通过将现有的多功能电力仪表功能模块化，设置可拆卸端口实现各功能模块之间的连接，用户可根据实际需要选择功能模块构成该电力仪表的控制电路，当实际需要发生变动时，可将不需要的功能模块拆除，仅将当前需要的功能模块连接到控制器上，即可满足当前需要，操作非常方便、功能灵活，且避免了这些无用功能模块参与工作而带来的电能损耗。
[0043]如图1所示，为本实用新型一种电力仪表的结构示意图，该电力仪表具体可以包括:控制器100、信号转换电路200、存储器300、显示电路400和电源电路500，其中:
[0044]控制器100具有信号采集端口、信号显示端口、信号存储端口以及电源端口。
[0045]本实施例中，该控制器100可以是5了102?103型号的单片机，如图2(&)和(b)所示的该型号的单片机的引脚连接图，49?50引脚、69?70引脚，77?81引脚依次连接显示电路400的按键部分，即KEYl?KEY9 ；124?132引脚连接信号检测模块中的输入DO 口 ；I?5引脚，10?14引脚连接信号检测模块中的DI 口 ；88?92引脚接入信号检测模块中的移位寄存器部分；18?21引脚交替接入时钟线SCL和双向数据线SDA，且该时钟线SCL连接电力仪表中的脉冲电路的输出端口 ；23引脚和24引脚分别通过电容C6和C7接地，且在这两个引脚之间并联一个晶振，用于电路的时钟驱动；71引脚、107引脚、143引脚、38引脚、16引脚、51引脚、61引脚、83引脚、94引脚、120引脚以及130引脚均与电源电路500的输出端口相连，73?76引脚与存储器300相连。其中，上述信号检测模块为电力仪表中，用于检测各种参数的互感器，如电流互感器、电压互感器等等。
[0046]另外，关于该STM32F103型号的单片机，其具有以下特点:
[0047]内核:ARM32 位 Cortex_M3 CPU,最高工作频率 72MHz，1.25DMIPS/MHz，单周期乘法和硬件除法。
[0048]时钟、复位和电源管理:2.0?3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压；P0R、PDR和可编程的电压探测器(PVD) ；4-16MHz的晶振；内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路，以及40kHzRC振荡电路；用于CPU时钟的PLL ;带校准用于RTC的32kHz的晶振。
[0049]低功耗:具有3种低功耗模式:休眠，停止，待机模式，为RTC和备份寄存器供电的VBAT0
[0050]调试模式:串行调试(SWD)和JTAG接口。
[0051]DMA: 12通道DMA控制器，支持的外设有定时器，ADC，DAC，SPI, IIC和UART等。
[0052]2个12位的us级的A/D转换器(16通道)；A/D测量范围:0?3.6V。具有双采样和保持能力，且片上集成一个温度传感器。
[0053]2 通道 12 位 D/A 转换器:STM32F103xC, STM32F103xD, STM32F103xE 独有。
[0054]最多高达112个的快速I/O端口:根据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量，除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入。
[0055]最多可设11个定时器:其中4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器；2个16位的6通道高级控制定时器，最多6个通道可用于PWM输出；2个看门狗定时器(独立看门狗和窗口看门狗)；Systick定时器:24位倒计数器；2个16位基本定时器用于驱动DAC。
[0056]最多可设I3 个通信接口:2 个 IIC 接口(SMBus/PMBus) ;5 个 USART 接口(IS07816接口，LIN，IrDA兼容，调试控制)；3个SPI接口(18Mbit/s)，两个和IIS复用；CAN接口(2.0B) ;USB2.0 全速接口 ;SD1 接口。
[0057]EC0PACK封装:STM32F103xx系列微控制器采用EC0PACK封装形式。
[0058]信号转换电路200可以将信号检测模块检测的信号转换成为显示电路能够显示的信号，且其具有电能脉冲输出功能，在实际应用中，控制器中的脉冲计时器可通过对该信号转换电路输出的脉冲进行统计，再发送给显示电路进行电能数据的显示。
[0059]优选的，该信号转换电路还可以具有串行通讯接口，以便采用modubus-RTU通讯协议进行远程控制通讯。
[0060]本实施例中，该信号转换电路可以采用多个74ALVC245APW芯片电路进行转换。其中，该74ALVC245APW芯片电路是双向三态门缓冲器，具有高速，低电源，低电压的特点，COMS设计和COMS兼容的TTL标准，输入驱动设计可以达到3.3或5V和输出能够达到5V。
[0061]此外，其三态门电路的输出有三种可能出现的状态:高电平、低电平、高阻，由19
脚(E )来控制输出状态。^ 1互=0时，电路为正常的与非工作状态，低电平有效；互=1时，输出端处于悬空的高阻状态。
[0062]如图3所示的信号转换电路的引脚连接图，该信号转换电路中的第一缓冲器(如图3(a)所示)的3引脚连接单片机的92引脚，4引脚连接单片机的91引脚，5引脚接单片机的90引脚，6引脚接单片机的89引脚，7引脚接单片机的88引脚，8引脚接单片机的87引脚，输入信号通过BI?B7端口(即11?17引脚)输入，经过该型号的缓冲器的高低电平转换处理后，通过AO?A6端口(即2?8引脚)将输出信号输送给单片机。
[0063]如图3(b)所示，第二缓冲器输入信号D0_D7(即11?18引脚接收到的信号)进行电平转换处理后，输出的DO?D7信号通过2?9引脚依次接入到单片机的85引脚、86引脚、114引脚、115引脚、58引脚以及63引脚。
[0064]同理，如图3(c)和⑷所示，第三缓冲器和第四缓冲器电路将输入的YXl?YXll转换为D1-DIll接入单片机，DII?DI5(即第四缓冲器的14?18引脚)接单片机的3?5引脚，DI4?DI7(即第四缓冲器的12?15引脚)接单片机的58?63引脚，DI7?DIll接单片机的10?14引脚。
[0065]存储器300与控制器100的信号存储端口可拆卸连接，本申请中，其可以采用片上集成32?512KB的Flash存储器，或6?64KB的SRAM存储器。
[0066]优选的，在实际应用中，该存储器300具体可采用AT45DB321D型号的Flash芯片，采用芯片封装形式，引脚简单、连接方便，如图4所示的该闪存芯片的引脚连接图，电源端口 VCC直接与电源电路500的输出端口连接，接入+3.3V电压，4引脚SPI NSS1、2引脚SPISCK,8引脚SPI MISOU引脚SPI MOSI依次与上述STM32F103型号的单片机的73?76引脚相连。由此可见，SPI接口有4种操作模式，即0、1、2和3，决定了该芯片接收和发送数据时的时钟相位和极性。
[0067]其中，该存储器300与控制器100之间的数据传输包括数据读操作和数据写操作，存储器配置片选择管脚CS使能(SPI NSS1)，由串口时钟(SCK)对读写进行控制，执行该控制器100输出的指令，通过串行输出S0(SPI MIS0)和串行输入SI (SPI MOSI)进行数据读写操作。
[0068]显示电路400与控制器100的显示端口可拆卸连接。
[0069]本实施例中，该显示电路400可以包括:数据输入端口与控制器100的信号显示端口可拆卸连接的时钟芯片；正极与电源电路500相连的发光二极管；分别与发光二极管负极和控制芯片的电源端口相连的滤波整形电路等等。该显示电路400主要用来显示电力仪表采集到的数据，因而，该显示电路400还可以包括LED数码管，分别与单片机的54?57引脚以及64?66引脚。
[0070]优选的，当该时钟芯片为RX8025SA型号的芯片时，如图5所示的显示电路的引脚连接图，单片机输出的数据通过该芯片的SDA 口接入，电源电路500的输出电压+3.3V经过发光二极管D2，由第二电感L21滤波后，接入该时钟芯片的VDD端口。其中，滤波后的电压信号还可以通过去耦整形电路进行处理，从而得到稳定电压，以保证该时钟芯片不被击穿。
[0071]其中，该去耦整形电路可以由两电容并联后，一端接地，另一端与第二电感L21的输出端相连构成，如图5所示，两电容分别为10 μ F的极性电容CC8和0.1 μ F非极性电容C37，而第二电感L21的型号为Ν2012ΖΡ301Τ20。
[0072]关于本实施例给出的显示电路引脚连接图，除了上述给出的器件外，还可包括电源BI，发光二极管D1，以及根据上述型号的时钟芯片引脚需要设置的电阻R58和R65等等，本实用新型在此将不再一一列举。
[0073]需要说明的是，由于本实用新型的显示电路400主要用来显示数据，因而其完全可以采用现有的显示电路，这对本领域技术人员是公知的，因此，此处将不再详细说明。
[0074]优选的，本实用新型的控制器100还可以具有输入控制端口，则电力仪表还可以包括:与该输入控制端口可拆卸连接的输入电路，该输入电路具体可以为按键，以便操作者输入控制参数，并据此调节显示电路的显示内容以及查看存储器内存储的信息等等。如图2(a)所示，可设置9个按键即KEYl?ΚΕΥ9，依次与单片机的49?50引脚、69?70引脚、77?81引脚，则在实际应用中，用户可利用这些按键来设置调取要求，以调取存储器内符合该要求的数据，并通过显示电路对调取的数据进行显示。
[0075]如图6所示的电源电路500的结构示意图，该电源电路可以包括:第一电感L22、第一去耦整形电路510，电压调节器520和第一滤波器530，其中，
[0076]该第一去耦整形电路510的一端分别与所述第一电感L22的第一端和所述电压调节器520的输入端相连，另一端与所述电压调节器的接地端共地。
[0077]优选的，该第一去耦整形电路510具体可以包括:
[0078]正极分别与所述第一电感的第一端以及所述电压调节器的输入端相连，负极与所述电压调节器的接地端共地的第一极性电容CCl ;与第一极性电容CCl并联的第一无极性电容Cl。
[0079]其中，该优选实施例所提供的第一去耦整形电路510实际上是一个共享模式滤波器，在电流与带电和中性导体中的电流同相并经由安全的接地回来时，使得部分共享模式杂讯被分流至接地。
[0080]需要说明的是，本实施例中的第一去耦整形电路510并不仅限于上述优选实施例提供的电路结构，还可以为现有的去耦整形电路，本实用新型对此将不再详述。
[0081 ] 其中，该电压调节器520具体可以选用SPXl 117型号的低压差分稳压器。
[0082]第一滤波器530的一端与电压调节器520的输出端相连，另一端与该电压调节器520的接地端共地。
[0083]优选的，该第一滤波器530具体可以包括:
[0084]正极与电压调节器520的输出端相连，负极与电压调节器520的接地端共地的第二极性电容CC2 ;与该第二极性电容CC2并联的第二无极性电容C2。
[0085]在本实用新型实际应用中，第二极性电容CC2和第二无极性电容C2构成的结构将会降低电压调节器520输出端输出的电压中的差分杂讯，从而降低电源电路最终输出电压中存在的开关干扰，保证其供电稳定性。
[0086]其中，在实际应用中，上述电容CC1、C1、CC2和C2可根据电源电压的实际需要确定型号，从而使其能承受该电源电压，保证不会在短路时失效，进而保证该电源电路供电稳定性。
[0087]优选的，上述电容CCl、C1、CC2和C2可以选用能够抑制共模干扰的Y类电容器，且CC和CC2两极性电容的容量可为10 μ F，Cl和C2两无极性电容的容量可为0.1 μ F。因而，当该电源电路接收到+5V电压后，经过上述各部分的处理，将输出无开关干扰的+3.3V的直流电压，来为本实用新型中的电力仪表中的其他器件或电流提供稳定电压。
[0088]综上，本实用新型通过将现有的多功能电力仪表功能模块化，设置可拆卸端口实现各功能模块之间的连接，用户可根据实际需要选择功能模块构成该电力仪表的控制电路，当实际需要发生变动时，可将不需要的功能模块拆除，仅将当前需要的功能模块连接到控制器上，即可满足当前需要，操作非常方便、功能灵活，且避免了这些无用功能模块参与工作而带来的电能损耗。
[0089]需要说明的是，本实用新型所提供的电力仪表除了包括上述各器件或电路外，还可以包括用于实现各器件或电流可拆卸连接的连接部件，如排线等等，本申请将不再一一列举，只要不是本领域技术人员付出创造性劳动确定的，均属于本实用新型保护范围。
[0090]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0091]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种电力仪表，其特征在于，所述电力仪表包括: 控制器，所述控制器具有信号采集端口、信号显示端口、信号存储端口以及电源端口 ； 与所述信号采集端口可拆卸连接的信号转换电路； 与所述信号显示端口可拆卸连接的显示电路； 与所述信号存储端口可拆卸连接的存储器； 分别与所述控制器电源端口、所述信号转换电路电源端口以及所述存储器电源端口可拆卸连接的电源电路。
2.根据权利要求1所述的电力仪表，其特征在于，所述电源电路包括:第一电感、第一去耦整形电路，电压调节器和第一滤波器，其中， 所述第一去耦整形电路的一端分别与所述第一电感的第一端和所述电压调节器的输入端相连，另一端与所述电压调节器的接地端共地； 所述第一滤波器的一端与所述电压调节器的输出端相连，另一端与所述电压调节器的接地端共地。
3.根据权利要求2所述的电力仪表，其特征在于，所述第一去耦整形电路包括: 正极分别与所述第一电感的第一端以及所述电压调节器的输入端相连，负极与所述电压调节器的接地端共地的第一极性电容； 与所述第一极性电容并联的第一无极性电容。
4.根据权利要求2所述的电力仪表，其特征在于，所述第一滤波器包括: 正极与所述电压调节器的输出端相连，负极与所述电压调节器的接地端共地的第二极性电容； 与所述第二极性电容并联的第二无极性电容。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电力仪表，其特征在于，所述显示电路包括: 数据输入端口与所述控制器的信号显示端口可拆卸连接的时钟芯片； 正极与所述电源电路相连的发光二极管； 分别与所述发光二极管负极和所述控制芯片的电源端口相连的滤波整形电路。
6.根据权利要求5所述的电力仪表，其特征在于，所述控制器还具有输入控制端口，则所述电力仪表还包括:与所述输入控制端口可拆卸连接的输入电路。
7.根据权利要求6所述的电力仪表,其特征在于,所述信号转换电路包括多个双向三态门缓冲器。
8.根据权利要求7所述的电力仪表，其特征在于，所述输入电路包括多个按键。
9.根据权利要求8所述的电力仪表，其特征在于，所述控制器为STM32F103型号的单片机。
10.根据权利要求9所述的电力仪表，其特征在于，所述存储器为AT45DB321D型号的闪存芯片。
【文档编号】G05B19/042GK204009466SQ201420460773
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】陈根发 申请人:株洲三达电子制造有限公司