专利名称：一种仪表功能扩展装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及仪表测量领域，特别涉及一种仪表功能扩展装置。
背景技术：
在电力自动化等各种领域中，测控仪表的使用已经变的越来越普遍，传统仪表单 单具有采集信息、读取数据的单一功能已经远远不能满足工程的需要。在当今信息时代，人 们迫切需要一种功能全面的测控仪表，通过一只仪表所展示的信息量越全面越好，另外获 取信息要非常的快捷方便。由于传统测控仪表一般采用简单的单片机及其A/D采样模块，如此简单的处理系 统，仪表功能自然受到限制，只有基本的测量功能，且电路复杂更没有裕量进行扩展，其功 能使用起来显得捉襟见肘，既笨拙又单一，传统仪表的功能越来越不能满足测量的需求。对传统仪表的功能进行扩展，满足在现在生产过程中的测量需求是现有技术需要 解决的问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种仪表功能扩展装置，以达到对传统 仪表的功能进行扩展，满足在现在生产过程中的测量需求的目的。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是，一种仪表功能扩展装置，其特征 在于所述的扩展装置设置在仪表内部；所述的扩展装置为微处理器分别连接到计量芯片 和数据存储模块，并且分别连接到仪表自身的直流变送模块、段式LCD、继电器输出模块、开 关采集及按键信号采集模块，从而实现了对传统的电子式仪表的功能扩展，并且在最大程 度上利用仪表原有的部件，使得改装成本最小化。所述的计量芯片分别与电能脉冲输出模块和仪表的表棒连接，从而实现扩展装置 对测量数据的采集和实现电能的累积计量。所述的微处理器与时钟芯片连接，从而实现扩展装置对实时时间的显示功能。所述的微处理器连接到隔离收发器模块后接入通讯RS485串口电路，从而实现扩 展装置与上位机之间的通讯。所述的微处理器的型号为LPC2136 ；计量芯片的型号为ATT7022C ；时钟芯片的型 号为PCF8563 ；隔离收发器的芯片型号为RSM3485CHT ；数据存储模块的存储芯片的型号为 EEPROM CAT1025和AT24C01A，从而通过各种型号的芯片保证了扩展装置功能的实现。一种仪表功能扩展装置，由于采用上述结构，该装置具有以下优点1、对传统仪表 的功能进行扩展，满足在现在生产过程中的测量需求；2、利用单片机技术在软件上实现功 能的扩展，方便以后随时升级和添加更多的功能；3、硬件电路简单，成产成本低，适合大规 模生产和现有仪表的改装。以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明；
图1为本实用新型一种仪表功能扩展装置结构示意图；图2为本实用新型一种仪表功能扩展装置的时钟芯片电路图；图3为本实用新型一种仪表功能扩展装置的电能脉冲输出模块电路图；图4为本实用新型一种仪表功能扩展装置的谐波测量功能软件流程图；在图1中，1、微处理器；2、计量芯片；3、时钟芯片；4、隔离收发器模块；5、通讯 RS485串口电路；6、数据存储模块；7、开关采集及按键信号采集模块；8、电能脉冲输出模 块；9、直流变送模块；10、段式IXD ；11、继电器输出模块；12、表棒。
具体实施方式
传统仪表主要存在以下诸多弊端仪表上不能显示实时时间；只能测量简单的电 流电压等值，不能测量交流信号中的谐波值；没有对发生的特殊事件做记录，方便使用者查 看和故障排除，如电流最大值发生的时间点、开入量发生的时间点、过流过压发生的时间点 等；只能清零电度值从新计量，不可以对电度值初值人为设置；只能呆板的查看电度总计 量值，不可以查看不同时间段的电度值；没有电能脉冲输出，即没有标准的电能脉冲校表功 能；不带变送模块，自动化系统中经常使用到的直流源不能直接从仪表上取得等等。为克服上述的缺点本实用新型采用嵌入式装置作为核心，以其高性能的微处理 器、先进的数字信号处理技术和模块化的集成电路设计，使得测控仪表功能得到了大大的 扩展，弥补了传统仪表上述弊端。如图1所示，一种仪表功能扩展装置，其特征在于所述的扩展装置设置在仪表内 部；所述的扩展装置为微处理器1分别连接到计量芯片2和数据存储模块6，并且分别连接 到仪表自身的直流变送模块9、段式LCD10、继电器输出模块11、开关采集及按键信号采集 模块7，从而实现了对传统的电子式仪表的功能扩展，并且在最大程度上利用仪表原有的部 件，使得改装成本最小化。计量芯片2分别与电能脉冲输出模块8和仪表的表棒12连接，实现了扩展装置对 测量数据的采集和实现电能的累积计量。微处理器1与时钟芯片3连接，实现扩展装置对实时时间的显示功能。微处理器1连接到隔离收发器模块4后接入通讯RS485串口电路5，实现扩展装置 与上位机之间的通讯。微处理器1的型号为LPC2136 ；计量芯片2的型号为ATT7022C ；时钟芯片3的型 号为PCF8563 ；隔离收发器4的芯片型号为RSM3485CHT ；数据存储模块6的存储芯片的型号 为EEPROM CAT1025和AT24C01A，从而通过各种型号的芯片保证了扩展装置功能的实现。本实用新型的核心主要由微处理器LPC2136和电量芯片ATT7022C构成。微处理 器LPC2136通过SPI接口将电量芯片ATT7022C中通过表棒采集的三相电压电流并且计算 好的电量值读出，经过相应的算法处理后送段式IXD显示。微处理器LPC2136通过I2C接 口读取时钟芯片PCF8563中实时时间，作为系统时间；同样具有I2C接口的数据存储模块的 芯片EEPROM CAT1025和AT24C01A，用来保存电流最大值及其发生时间点，开入、过流、过压 发生时间点，分时电度的所有段累计电度值等，保存数据掉电不丢失。通过隔离收发器模块中的芯片RSM3485CHT，将微处理器LPC2136的UART模拟成RS485接口，遵循MODBUS协议与 上位机通讯，互传数据控制流。电量芯片ATT7022C配以集电极开路光耦实现电能脉冲的输 出，作为脉冲计量电度方式。系统不断检测开关输入信号、有效按键及其电量数据，并作出 相应继电器输出等动作。如图2所示，实时时间的获取，采用具有I2C接口的时钟芯片PCF8563，其数据引脚 SDA、时钟引脚SCL分别与LPC2136的P0. 14、P0. 17引脚相接，时钟芯片采用3V供电，系统 上电后直接取系统的3V即可，当系统掉电后则使用可充电的3V锂电池供电，在掉电情况下 保持时间芯片继续工作，里面的时间一直在计数，保证了时间的准确性。程序中通过微处理器上述的两个引脚模拟I2C时序，先将年、月、日、小时、分钟、 秒初始值写入初始化芯片PCF8563，再置1启动位启动计时，此后系统可以通过同样的方式 随时从初始化芯片PCF8563中读取当前准确时间。如图3所示，计量芯片ATT7022C自带的有功电能脉冲输出引脚CF1，其频率反映 合相平均有功功率的大小，常用于仪表有功功率的校验，加以集电极开路单光耦可实现电 能脉冲的远传，可以用作有功电能计量。此脉冲常数3200imp/kWh，其意义是当仪表累计IkWh时脉冲输出个数为3200 个，注意这里的IkWh指的是电能的2次电能数据。电路中的发光二极管指示灯D3，用来指示电能脉冲的频率，直观、一目了然。当 CFl是高电平时光耦的输入端导通，且D3导通发光，输出端回路产生电流，在输出端可采用 远程的计算机终端、PLC、DI开关采集模块采集仪表的脉冲总数来实现电能累积计量。如图4所示，本实用新型对于谐波的测量为计量芯片ATT7022C在每个采样周期 将相应的ADC数据保存到缓存区中，直到缓存满为止，用户可以随时读取缓存的内容，经过 FFT算法来获得多次谐波值并加以显示。首先通过SPI命令选择需要采样的通道，包括三相电压电流，并且启动采样过程， 然后读取ATT7022C中0x7E内容，判断内部写指针是否超过期望值，对于240时，代表依次 操作完成，若没到240则继续查询等待，直到采样完成后，去读缓存中的采样数据，继而对 采样数据进行预处理选择一个周期内的64点数据，这样就可以执行64点FFT算法，计算出 本通道一个周期内的多次谐波值，再根据需要去显示谐波值。上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经 改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种仪表功能扩展装置，其特征在于所述的扩展装置设置在仪表内部；所述的扩展装置为微处理器(1)分别连接到计量芯片(2)和数据存储模块(6)，并且分别连接到仪表自身的直流变送模块(9)、段式LCD(10)、继电器输出模块(11)、开关采集及按键信号采集模块(7)。
2.根据权利要求1所述的一种仪表功能扩展装置，其特征在于所述的计量芯片(2) 分别与电能脉冲输出模块(8)和仪表的表棒(12)连接。
3.根据权利要求1所述的一种仪表功能扩展装置，其特征在于所述的微处理器(1) 与时钟芯片(3)连接。
4.根据权利要求1所述的一种仪表功能扩展装置，其特征在于所述的微处理器(1) 连接到隔离收发器模块(4)后接入通讯RS485串口电路(5)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种仪表功能扩展装置，其特征在于所述的微 处理器的型号为LPC2136 ；计量芯片的型号为ATT7022C ；时钟芯片的型号为PCF8563 ；隔离 收发器的芯片型号为RSM3485CHT ；数据存储模块的存储芯片的型号为EEPROM CAT1025和 AT24C01A。
专利摘要本实用新型公开了一种仪表功能扩展装置，其特征在于所述的扩展装置设置在仪表内部；所述的扩展装置为微处理器分别连接到计量芯片和数据存储模块，并且分别连接到仪表自身的直流变送模块、段式LCD、继电器输出模块、开关采集及按键信号采集模块，由于采用上述结构，该装置具有以下优点1、对传统仪表的功能进行扩展，满足在现在生产过程中的测量需求；2、利用单片机技术在软件上实现功能的扩展，方便以后随时升级和添加更多的功能；3、硬件电路简单，成产成本低，适合大规模生产和现有仪表的改装。
文档编号G01D11/00GK201757653SQ20102026714
公开日2011年3月9日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者万华颖, 俞超超, 周洁, 孙传峰, 徐怀宾, 李颖, 束龙胜, 殷俊, 秦小州 申请人:安徽鑫龙电器股份有限公司