专利名称：低功耗数字式电力测量仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量仪表，具体涉及一种低功耗数字式电力参数测量仪 表。该测量仪表可用于测量电压、电流、功率、功率因数、频率等电力参数，属 电子仪表技术领域。
技术背景在电力系统中， 一般需要用到各种电力仪表来对电压、电流、功率、功率因 数、频率等电力参数进行实时监测，并且以指针、数字等各种形式显示出来。早 期的电力仪表靠指针指示这些电力参数，这些表也称模拟式指针表。其优点是成 本低廉且无须外部接辅助性电源，但缺点是精度低、无法智能化、显示不直观和 测量参数单一。所以目前市场上逐步正在被数字式电力仪表取代。数字式电力仪 表采用数字显示后更加直观，因为采用了电子线路后使测量更加精确，在电子线 路中增加CPU后使得数字仪表可实现一表多参数测量、可编程设置、数据远传实现自动化抄表等。但是也因为数字仪表采用电子线路工作，这些电子线路需要 有辅助性电源才能正常工作，所以增加了工程布线。另外釆用外部电源供电有诸多不利面比如对于直接靠电网交流220V供电的仪表，因为目前电网很多地方 质量很差电源经常容易受电网非正常高压、大电流影响而损坏，导致仪表损坏； 有些采用开关电源的仪表往往设计不当变成了电网谐波的重要来源因素。如采用 不通过外部连接辅助性电源，而是通过内部电池供电的方法，电池供电能力有限， 一般的设备靠电池供电连续工作时间不会超过几个月，所以一些数字万用表、数 字水表、数字气表等都是间隙性工作，以保证能够使用较长时间，但是对于电力 测量仪表是不允许间隙工作的，需要持续监测。所以如何解决功耗使电池工作寿 命延长是关键所在。 发明内容发明目的本实用新型的目的是针对现有技术不足，提供一种无需外部连接 辅助性电源仅靠电池供电也能连续工作多年并测量显示电压、电流、功率、功率 因数、频率等电力参数的低功耗数字式电力测量仪表。技术方案本实用新型所表述的一种低功耗数字式电力测量仪表，它包括测 量信号处理电路、A/D信号转换电路、LCD驱动电路和LCD显示装置，其特征在于它还包括CPU处理器和定时器，CPU处理器连接于A/D信号转换电路和 LCD驱动电路之间，定时器与CPU处理器相连；定时器辅助CPU处理器控制 测量信号处理电路、A/D信号转换电路、LCD驱动电路和LCD显示装置的工作周 期。本实用新型所表述的一种低功耗数字式电力测量仪表一种适用于屏装的的 电力测量仪表。测量信号处理电路用于感应待测的输入信号，并将被测的高强度电压、电流 等数据转化为适合于A/D信号转换电路处理的模拟电压弱电信号。A/D信号转换电路将测量信号处理电路送过来的模拟电压弱电信号进行模 拟/数字转换，并将转换后的数字信号送给CPU处理器做计算。CPU处理器则担任着数字信号的计算处理和控制测量信号处理电路、A/D 信号转换电路、掉电数据存储电路、定时器、LCD驱动电路及LCD显示装置 工作时序的工作；在测量信号处理电路带运放处理传送信号到A/D信号转换电 路的情况下，CPU处理器还可以控制运放电源工作状态，以达到省电的目的。定时器担任上述测量信号处理电路、A/D信号转换电路、掉电数据存储电路、 定时器、LCD驱动电路及LCD显示装置定时的工作，当某电路定时时间到，会 由CPU发出指令控制这部分电路工作的运作或停止。在CPU处于省电模式时， 定时器通过A/D信号转换电路中断子程序唤醒CPU使其进入正常工作模式。掉电数据存储电路与CPU处理器相连接，作用是将一些常用的重要信息做 保存，以免更换电池时或电路因意外断路时数据丢失。LCD驱动电路及LCD显示装置承担显示被测量信号数据的功能。电源为3.6V电池，分别为A/D信号转换电路、LCD显示装置、CPU处理 器和定时器供电，其可以是锂亚电池、锂锰电池。有益效果本实用新型采用低功耗元件并且设计了工作/省电的分时可控工 作模式，因此无需外部连接辅助性电源仅靠电池供电也能连续工作多年并测量显 示电压、电流、功率、功率因数、频率等电力参数。
图1为本实用新型低功耗数字式电力测量仪表的结构框图。
具体实施方式
实施例l如图l所示，本实用新型超低功耗数字式电力参数测量仪表，主要由测量信号处 理电路l、自带基准电压的A/D信号转换电路2、 CPU处理器3、定时器4、掉 电数据存储电路7、 LCD驱动电路5及LCD显示装置6和电池组成。测量信处 理电路1与A/D信号转换电路2相连并通过开关控制电路与CPU处理器3连接， A/D信号转换电路2与CPU处理器3相连，CPU处理器3分别与定时器4、掉 电数据存储电路7和LCD驱动电路5， LCD显示装置6相连在LCD驱动电路5 上。以上测量信号处理电路l、 A/D信号转换电路2、 CPU处理器3、掉电数据 存储电路7、 LCD驱动电路5及LCD显示装置6采用了分时工作的方法，时序 均由CPU处理器3根据定时器4产生定时中断后发出指令控制。测量信号处理电路1由CPU处理器3通过J3控制工作状态，将被测电压电 流强电信号转换成模拟电压弱电信号后送给A/D信号转换电路2。当定时器4定 时时间到后通过J1启动定时中断子程序，暂时激活CPU并将定时器4关闭，然 后将A/D转换开关和基准开关合上并开启A/D信号转换电路2。当A/D每转换 一次完成后，将A^)转换结果送芯片RAM保存，并判断A/D信号转换电路2 转换次数是否达到预设定的I次，如果没到则继续A/D信号转换，如果I次完成， 则通过J2可以关闭A/D信号转换电路2和电压基准，并启动A/D中断子程序激 活CPU使进入主程序作A/D信号转换结果分析和计算，最后将计算结果送LCD 显示装置6。这样一个工作循环结束，之后再次打开定时器4，并关CPU使其进 入节电模式。对耗电较大的信号处理部分、A/D转换电路其工作时间控制在0.5 至3个工频电网周期内，而耗电相对较小的LCD驱动及LCD显示部分则控制在剩 余的工作周期时间内，从而使整机功耗达到最小。由电池提供电源，掉电数据存 储电路7用来保存掉电后的重要数据。当仪表根据整机功耗设定工作周期时间为IS时，上电初始化后，CPU进入 节电模式，仅开启LCD驱动电路5及LCD显示装置6、定时器4。对于低频工 作的CPU本身功耗不高，可以持续开启，对于高频工作的CPU可使其进入节电 模式(此刻只开启定时器4)，消耗约2-5iiA ，加上LCD显示装置63 u A ，总 共有5-8pA，这段时间持续了 980mS，直到定时器4定时中断，将CPU暂时激 活(中断时间很短，中断退出后仍会自动关闭CPU，所以消耗电流可忽略不计)以关闭定时器4并且开启A/D信号转换电路2和电压基准。被测信号如果为20ms 周期信号，也就是这段20ms时间内A/D信号转换电路2要根据釆样时钟间隔开 启工作，其总消耗电流约600 U A， 20mS转换完成之后将激活CPU做短暂的计 算和显示处理，因为这段时间为wS级，所以平均1S内的电流很小可忽略不计。 之后再次关闭A/D信号转换电路2和电压基准并且开定时器4进入下一个循环。 整个电流分配基本上是前980ms内为5-8u A,后20ms内为600w A,整个1 S 钟内平均电流低于20u A。如果用1.2Ah的锂电池工作时间为1200/0.02=60000h 约6.8年，考虑电池一致性，劣化等因素保守估计为5年。如果在成本允许的情 况下加大电池容量还可以使用更长的时间。 实施例2本实用新型超低功耗数字式电力参数测量仪表也可以采用ZK8AXXX芯片， 该芯片内部集成了CPU处理器3、定时器4、 LCD驱动电路5和掉电数据存储 电路7，在ZK8AXXX芯片外围分别连接A/D信号转换电路2、 LCD显示装置6 和电池，测量信号处理电路1连接在A/D信号转换电路2上。具体实施原理与 实施例1相同。 实施例3本实用新型超低功耗数字式电力参数测量仪表还可以采用MSP430FEXXX 芯片，该芯片集成了 A/D信号转换电路2、 CPU处理器3、定时器4、 LCD驱动 电路5和掉电数据存储电路7,在该芯片MSP430FEXXX的外围分别连接测量信 号处理电路l、 LCD显示装置6和电池。具体实施原理与实施例l相同。
权利要求1、一种低功耗数字式电力测量仪表，它包括测量信号处理电路(1)、A/D信号转换电路(2)、LCD驱动电路(5)和LCD显示装置(6)，其特征在于它还包括CPU处理器(3)和定时器(4)，CPU处理器(3)连接于A/D信号转换电路(2)和LCD驱动电路(5)之间，定时器(4)与CPU处理器(3)相连；定时器(4)辅助CPU处理器(3)控制测量信号处理电路(1)、A/D信号转换电路(2)、LCD驱动电路(5)和LCD显示装置(6)的工作周期。
2、 根据权利要求1所述的低功耗数字式电力测量仪表，其特征是A/D信号 转换电路(2)、 CPU处理器(3)、定时器(4)及LCD显示装置(6)由电池提 供电源。
3、 根据权利要求1所述的低功耗数字式电力测量仪表，其特征是选用含有 CPU处理器(3)、定时器(4)、 LCD驱动电路(5)和掉电数据存储电路(7) 的ZK8AXXX芯片，该ZK8AXXX芯片的分别连接A/D信号转换电路(2)和 LCD显示装置(6)，测量信号处理电路(1)与A/D信号转换电路(2)连接。
4、 根据权利要求1所述的低功耗数字式电力测量仪表，其特征是选用含有 A/D信号转换电路(2)、 CPU处理器(3)、定时器(4)、 LCD驱动电路(5)和 掉电数据存储电路(7)的MSP430FEXXX芯片，该MSP430FEXXX芯片的分 别连接测量信号处理电路(1)和LCD显示装置(6)。
专利摘要本实用新型所表述的一种低功耗数字式电力测量仪表，它包括测量信号的处理电路、A/D信号转换电路、LCD驱动电路和LCD显示装置，CPU处理器和定时器。采用CPU处理器与定时器结合的工作方式实现智能化间歇工作，降低功耗；A/D信号转换电路和LCD显示装置也是低耗电元件，有效节约电池的使用，掉电数据存储电路可以防止断电时数据的丢失。该测量仪表无需外部连接辅助性电源仅靠电池供电也能连续工作多年，并且能够实时测量显示电压、电流、功率、功率因数、频率等电力参数。
文档编号G01R15/12GK201083786SQ20072004605
公开日2008年7月9日 申请日期2007年9月18日 优先权日2007年9月18日
发明者张凤雏, 洪著财, 胡晓刚, 懿 魏 申请人:江苏斯菲尔电气有限公司