专利名称：一种智能电力监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能电力监测仪，特别是指一种用于监测三相交流电综合电参数的智能化测量装置。
根据上述目的设计了一种智能电力监测仪，电路部分包括线路取样单元，接受来自取样单元信号的测量及计算、控制单元，执行计算结果的显示及输出单元，取样单元包括对来自被测电网的强电信号进行隔离并将强电信号转化为弱电信号的电压及电流互感器，弱电信号进入模拟开关，模拟开关U8在中央芯片CPU的控制下各通道开关有序导通，其X端输出电压信号、Y端输出电流信号；该电压、电流信号经前置及放大电路后才进入模拟开关U9，并经U9处理后由单一通道进入中央芯片CPU的A/D端口。
其中，电压前置及放大电路包括正常信号放大电路及微弱信号放大电路；正常信号放大电路包括运算放大器U6B及与其联接的电阻JR4、JR6，该电路进入模拟开关U9的X2端口；微弱信号放大电路包括运算放大器U7A及与其联接的电阻JR3、JR5，该电路进入模拟开关U9的X3端口。而电流前置及放大电路也包括常信号放大电路及微弱信号放大电路；正常信号放大电路包括运算放大器U6A构成的跟随电路，该电路进入模拟开关U9的X1端口；微弱信号放大电路包括运算放大器U7B及与其联接的电阻JR1、JR2，该电路进入模拟开关U9的X0端口。经U9处理并输出的信号再经包括运算放大器U7C及与其联接的电阻JR7、JR8的反相放大电路输入到中央芯片CPU的A/D端口。运算放大器U7C的偏置电压由包括稳压器U10及与其联接的电容C6、C7的稳压电路经电阻JR9、JR10分压后提供，该稳压电路还经跟随器U7D后向中央芯片提供基准电压。
中央CPU包括相互并联且数据共享的控制芯片U1、U3，其中U3直接接收来自单通道采样电路的信号，是测量计算用芯片CPU；U1是控制用芯片CPU。采样电路提供的电信号经包括电阻R5及与电阻联接的电容C5滤波电路后进入测量用芯片U3的A/D端口，供中央芯片CPU进行A/D转换和计算用，U3接有提供基准振荡源的外部振荡电路。测量芯片U3还分别与作为地址锁存器的芯片U4及双端口数据存储器U12的一个端口联接，U12的另一个端口与控制用芯片U1联接。控制用芯片U1上也接有提供基准振荡源的外部振荡电路，还接有提供标准时的由时钟芯片U5及其周围电路组成的时钟电路、外部数据存储器U2及显示模块、通讯模块。
本实用新型提供了一种采用单个模拟通道电路和分时复用技术构成对多路关联信号测量的测量电路，利用内置AD的常规单片机芯片，就能准确有效地利用6个原始信号测量出全部34个电参数；在人机界面上，采用中英文两种语言且可根据用户的需要自行选择。在无功测量时可直接得出真无功，且达到与有功测量同样的精度而没有任何前提条件；在三相电压不平衡时也能准确测量无功，不用增加硬件移相网络、不受频率影响。基于单通道电路，结合软件控制技术，实现了通道的零点漂移测量和自动补偿，有效地抑制了零漂，使全部测量参数免调零点，保证了在复杂使用环境下能够稳定工作，在长期运行过程中不产生漂移。并且，实现了对输入信号的选择，还可选择放大通道以对微弱信号进行测量。
附图
3对单通道采样电路作了进一步解释。经过互感器隔离的三相电压、电流信号和地电位信号输入到双4对1的模拟开关U8和各个通道，各通道由中央芯片控制有序导通。在U8的X端输出的电压信号，经过由运算放大器U6B、电阻JR4、JR6组成的前置放大电路后，一路进入8对1模拟开关U9的X2端口，作为信号正常时的电压采样通道；另一路经过由运算放大器U7A、电阻JR3、JR5组成的放大电路后进入模拟开关U9的X3端口，作为信号微弱时的电压采样通道。在模拟开关U8的Y端输出的电流信号，经过由运算放大器U6A构成的跟随电路后，一路进入模拟开关U9的X1端口，作为信号正常时的电流采样通道；另一路经过由运算放大器U7B、电阻JR1、JR2组成的放大电路后，进入U9的X0端口，作为信号微弱时的电流采样通道。
两个多路模拟开关U8、U9都由中央芯片通过控制线KA、KB进行控制，并结合软件控制技术对多个模拟输入信号进行分时复用，即按照相同的时间间隔，如不大于200微秒的时间间隔轮流采集多个信号，在关联信号间依照特定的时间顺序切换，以模拟对多个关联信号进行“同时取样”，时间偏移可达不足1微秒，满足了对全部34个电参数的测量要求，精度达到或高于0.2％。经分时复用采样的信号，经由U9的X端口按序单通道输出后，再由运算放大器U7C、电阻JR7、JR8组成的反相放大电路输入到中央芯片中的A/D端口。另外，在电路中还有一包括电阻R6、电容C6、C7及稳压器U10的稳压电路，该电路的一路输出经跟随器U7D后向中央芯片提供基准电压，一路输出经电阻JR9、JR10分压后给运算放大器U7C提供偏置电压。
附图4给示了计算、控制单元中中央芯片与其外围电路的关系。由于采用双芯片并联方式，因而对两个中央芯片进行了适当的分工，其中U3为进行测量、计算用芯片，U1为控制用芯片。经分时复用采样获得的A/DIN信号经过包括电阻R5、电容C5的滤波电路后输入到测量用CPU U3的A/D端口，供CPU进行A/D转换和计算用。U3的外部电路有与U3联接的包括电容C1、C2和晶振CR2的外部振荡源电路；与U3联接的作为U3地址锁存器的芯片U4；还包括具有两个独立端口、一个端口与测量及计算用芯片U3联接另一个端口与控制用芯片U1联接、使两个CPU芯片顺利实现数据共享的双端口数据存储器U12。控制用CPU芯片U1的外部电路有与U1联接的包括电容C3、C4和晶振CR3的外部振荡源电路；包括二极管D1、D2、电阻R4、电池和时钟芯片U5的向CPU提供标准时的时钟电路，自备电源保证了在装置停电时U5仍能继续工作；串行芯片U2是U1的外部数据存储器，保证了在装置停电时CPU的设置数据不会丢失。
工作时，取自被测电网的三相电压、电流信号经互感器隔离后进入单通道采样电路，通过分时复用采样的电信号A/DIN输入到CPU中芯片U3的A/D端口，供CPU进行A/D转换和计算用，从CPU内部程序的计算可得到所有电参数，测量结果由CPU中控制用芯片U1输出给显示和通讯模块，供显示和对外通讯用。
权利要求1.一种智能电力监测仪，电路部分包括线路取样单元，接受来自取样单元信号的测量及计算、控制单元，执行计算结果的显示及输出单元，取样单元包括对来自被测电网的强电信号进行隔离并将强电信号转化为弱电信号的电压及电流互感器，弱电信号进入模拟开关，其特征是模拟开关U8在中央芯片CPU的控制下各通道开关有序导通，其X端输出电压信号、Y端输出电流信号；所述的电压、电流信号经前置及放大电路后进入模拟开关U9，并经U9处理后由单一通道进入中央芯片CPU的A/D端口。
2.根据权利要求1所述的监测仪，其特征是所述的电压前置及放大电路包括正常信号放大电路及微弱信号放大电路；正常信号放大电路包括运算放大器U6B及与其联接的电阻JR4、JR6，该电路进入模拟开关的X2端口；微弱信号放大电路包括运算放大器U7A及与其联接的电阻JR3、JR5，该电路进入模拟开关的X3端口。
3.根据权利要求1所述的监测仪，其特征是所述的电流前置及放大电路包括正常信号放大电路及微弱信号放大电路；正常信号放大电路包括运算放大器U6A构成的跟随电路，该电路进入模拟开关的X1端口；微弱信号放大电路包括运算放大器U7B及与其联接的电阻JR1、JR2，该电路进入模拟开关的X0端口。
4.根据权利要求1或2或3所述的监测仪，其特征是经U9处理并输出的信号再经包括运算放大器U7C及与其联接的电阻JR7、JR8的反相放大电路输入到中央芯片CPU的A/D端口。
5.根据权利要求4所述的监测仪，其特征是运算放大器U7C的偏置电压由包括稳压器U10及与其联接的电容C6、C7的稳压电路经电阻JR9、JR10分压后提供，该稳压电路还经跟随器U7D后向中央芯片提供基准电压。
6.根据权利要求1所述的监测仪，其特征是所述的中央CPU包括相互并联且数据共享的控制芯片U1、U3，其中U3直接接收来自单通道采样电路的信号，是测量计算用芯片CPU；U1是控制用芯片CPU。
7.根据权利要求6所述的监测仪，其特征是采样电路提供的电信号经包括电阻R5及与电阻联接的电容C5滤波电路后进入测量用芯片U3的A/D端口，供中央芯片CPU进行A/D转换和计算用，U3接有提供基准振荡源的外部振荡电路。
8.根据权利要求7所述的监测仪，其特征是测量芯片U3还分别与作为地址锁存器的芯片U4及双端口数据存储器U12的一个端口联接，U12的另一个端口与控制用芯片U1联接。
9.根据权利要求8所述的监测仪，其特征是控制用芯片U1上也接有提供基准振荡源的外部振荡电路，还接有提供标准时的由时钟芯片U5及其周围电路组成的时钟电路、外部数据存储器U2及显示模块、通讯模块。
专利摘要一种智能电力监测仪，电路部分包括线路取样单元，测量及计算、控制单元，执行显示及输出单元，取样单元将强电信号转化为可进入模拟开关的弱电信号，模拟开关在CPU的控制下各通道开关有序导通进行分时复用采样，采取的信号经前置的正常信号或微弱信号放大电路后进入另一模拟开关后由单一通道经反相放大电路进入CPU的A/D端口。CPU为相互并联且数据共享的控制芯片U
文档编号G01R21/00GK2554635SQ0227112
公开日2003年6月4日 申请日期2002年6月12日 优先权日2002年6月12日
发明者汤晓宇, 徐健, 王煌英, 黄刚, 邓大智, 陶永法, 李桂友, 王德贵, 刘洪涛, 盛光厚, 黄国生, 高忆祖, 黄波涛, 李海鸿, 邓小花, 王亚洲 申请人:河源市雅达电子有限公司