专利名称：嵌入式低功耗电力仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力仪表，尤其是检测电力的数字化仪表，具体地说是一种嵌入式低功耗电力仪表。
背景技术：
目前，随着国家经济快速增长，国家出台在十二五期间对城乡的变电站进行扩容和智能化的改造，智能化电网已经被列入未来发展的战略决策，而智能电网的支撑就需要能满足智能化要求的电力智能化仪表，而智能化电力仪表发展相当快，带通讯接口的高性能嵌入式芯片的应用，要求嵌入式市场迫切要求以更低的功耗实现更高的性能，这一需求现已扩展到大量便携式和墙上电源供电的应用中。
发明内容本实用新型的目的是针对目前嵌入式市场迫切要求以更低的功耗实现更高的性能的问题，提出一种超低功耗电池供电的电流和电压检测的嵌入式低功耗电力仪表。本实用新型的技术方案是一种嵌入式低功耗电力仪表，它包括开关量信号输入模块、光电隔离电路、按键、 电压互感器、箝位保护电路、微处理器、电流互感器、液晶驱动模块和液晶显示模块，所述的开关量信号输入模块用于检测电力设备开关的开启状态，开关量信号输入模块的信号输出通过光电隔离电路与微处理器的检测状态信号输入端相连，微处理器的控制信号输入端与按键的控制信号输出端相连，电压互感器和电流互感器分别作为嵌入式低功耗电力仪表的电压、电流的检测信号输入采集电力设备的电压、电流，电压互感器和电流互感器的输出分别与箝位保护电路的信号输入端相连，箝位保护电路的信号输出端与微处理器的检测信号输入端相连，微处理器的信号输出端通过液晶驱动模块与液晶显示模块相连。本实用新型还包括RS485通讯电路和防雷隔离电路，所述的微处理器的上位机通讯信号端与RS485通讯电路的下行通讯信号端相连，RS485通讯电路的上行通讯信号端通过防雷隔离电路与上位机无线连接。本实用新型还包括复位电路和JTAG 口，所述的复位电路和JTAG 口分别与微处理器的对应信号端相连。本实用新型的嵌入式低功耗电力仪表由电源提供工作电源；所述的电源为交流电源。本实用新型的开关量信号输入模块为两路开关量输入，分别采集两个电力设备开关的开启状态。本实用新型的微处理器采用MSP430F4270A。本实用新型的有益效果本实用新型采用的是美国德州仪器TI公司生产的16位微处理器MSP430F4270A 主芯片，采用精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址，4种目的操作数寻址)，简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令，大量的寄存器以及片内数据储存器可以参加多种运算，还有高效的查表处理指令，高处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns，电源电压采用1.8疒3.6V低电压，因而可使其在IMHz的时钟条件下运行时， 芯片的电流会在20(T400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0. luA。具有独特的时钟系统，基本时钟系统和锁频环时钟系统和DCO数字震荡时钟系统，由系统时钟产生CPU和各功能模块所需的时钟，并且这些时钟可以再指令的控制下打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。在系统中共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM(TLPM4)，6us的启动时间可以使启动更加迅速，ESD保护，抗干扰力强。通过软件设定达到定时唤醒模式，使该仪表在不用时处于超低功耗的待机状态，时钟关断模式的最低功耗只有0. luA。本实用新型是集数字显示，信号采集，RS485通讯接口，开关量信号检测为一体的智能化仪表。它采用交流电作为工作电源，输入信号频率范围为50士0. 3Hz，测量精度达到 0. 5级。工作范围为温度为-15 60°C，湿度彡93%，无腐蚀性气体。本实用新型在电源采用上，使用交流电源，由于采用MAS430F4270A微处理器在抗干扰性上大大减少交流电的干扰，在仪表耗电功耗时，一般的仪表耗电为5mA，而该仪表在功耗上为7uA。在电路上采用的是单片化的结构，与常规的电路上可以节约成本， 采用液晶电路后显示更加清晰，抗干扰性更强，并配置的防雷隔离电路能有效的防止瞬间产生的大电流产生的烧坏原件。该仪表还采用了我公司软件的定时唤醒功能，使微处理器MSP430F4270A芯片在大部分时间内处于待机状态，从而使该仪表采用电池供电成为现实..电耗也是超低.本技术与常规的低功耗相比具有节能效果好，架构简单，采用直接输入交流电减少电路的复杂性。本实用新型的应用与目前的技术相比较具有功耗低，处理速度快，芯片价格低优势。MSP430是业界领先的超低功耗MCU，具有更快的唤醒时间(“猝发工作模式”)、低功耗振荡器和存储器设计、最低功耗模拟组件和实时时钟运行(低至IuA以下)。
图1是本实用新型的原理框图。图2是本实用新型的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1所示，一种嵌入式低功耗电力仪表，它包括开关量信号输入模块1、光电隔离电路2、按键3、电压互感器5、箝位保护电路6、微处理器8(采用美国德州仪器TI公司生产的16位微处理器MSP430F4270A)、电流互感器17、液晶驱动模块9和液晶显示模块10，所述的开关量信号输入模块1用于检测电力设备开关的开启状态，开关量信号输入模块1的信号输出通过光电隔离电路2与微处理器8的检测状态信号输入端相连，微处理器8的控制信号输入端与按键3的控制信号输出端相连，电压互感器5和电流互感器17分别作为嵌入式低功耗电力仪表的电压、电流的检测信号输入采集电力设备的电压、电流，电压互感器 5和电流互感器17的输出分别与箝位保护电路6的信号输入端相连，箝位保护电路6的信号输出端与微处理器8的检测信号输入端相连，微处理器8的信号输出端通过液晶驱动模块9与液晶显示模块10相连。如图2所示，本实用新型还包括RS485通讯电路11、防雷隔离电路12 (见图2的虚线框内)、复位电路14和JTAG 口 15，所述的微处理器8的上位机通讯信号端与RS485通讯电路11的下行通讯信号端相连，RS485通讯电路11的上行通讯信号端通过防雷隔离电路12与上位机无线连接；所述的复位电路14和JTAG 口 15分别与微处理器8的对应信号端相连。本实用新型的嵌入式低功耗电力仪表由电源7提供工作电源；所述的电源7为交流电源。本实用新型工作原理是由电压输入直接接入到电压互感器5上进行电压变比，由高电压变比成低电压后，在采用箝位保护电路6是使信号起始电平固定在输入到 MSP430F4270A微处理器8电源的要求。并输入的信号经过MSP430F4270A微处理器8处理后，再由MSP430F4270A微处理器8信号传到液晶驱动模块9，由液晶驱动模块9驱动液晶显示模块10，实现信号检测数据在屏幕上显示。本发明还可以检测2路开关量的检测， 由2路开关量信号输入模块1发出信号通过光电隔离电路2，对输出的开关量信号进行检测，在开关量关闭时光电隔离电路2没有输入信号，所以MSP430F4270A微处理器8没有进行工作，只有当开关量开启时光电隔离电路2才能工作，才能输入到MSP430F4270A微处理器8信号，MSP430F4270A微处理器8才能进行处理，再由MSP430F4270A微处理器8信号传到液晶驱动模块9，由液晶驱动模块9驱动液晶显示模块10，实现信号检测数据在屏幕上显示。MSP430F4270A微处理器8由外部交流电源7直接供电，在供电后由复位电路14对 MSP430F4270A微处理器8进行6us的启动时间使启动更加迅速。在本技术上可以对检测的数据情况分类检测，所以设置按键3，对需要检测的可以通过按键选择显示画面。按键3也通过MSP430F4270A微处理器8才能进行处理，再由MSP430F4270A微处理器8信号传到液晶驱动模块9，由液晶驱动模块9驱动液晶显示模块10，实现信号检测数据在屏幕上显示。 本嵌入式仪表还设定RS485通讯接口，对电压和2路开关量信号通过MSP430F4270A微处理器8才能进行处理后输入到RS485通讯电路11，并再输入到防雷隔离电路12处理后，再上传到上位机，能对检测的数据进行处理，也可以由上位机输入到防雷隔离电路12，再传输到 RS485通讯电路11，由RS485通讯电路11处理后传到MSP430F4270A微处理器8进行处理。 在本技术中还能对JTAG 口 15可以实现在线编程和调试，使得调试更为简单和方便。由于采用MSP430F4270A微处理器8和自主编制的软件，设定的定时唤醒模式，使该仪表在不用时处于超低功耗的待机状态，时钟关断模式的最低功耗只有0. luA。本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求1.一种嵌入式低功耗电力仪表，其特征是它包括开关量信号输入模块(1)、光电隔离电路(2)、按键(3)、电压互感器(5)、箝位保护电路(6)、微处理器(8)、电流互感器(17)、液晶驱动模块(9)和液晶显示模块(10)，所述的开关量信号输入模块(1)用于检测电力设备开关的开启状态，开关量信号输入模块(1)的信号输出通过光电隔离电路(2)与微处理器 (8)的检测状态信号输入端相连，微处理器(8)的控制信号输入端与按键(3)的控制信号输出端相连，电压互感器(5)和电流互感器(17)分别作为嵌入式低功耗电力仪表的电压、电流的检测信号输入采集电力设备的电压、电流，电压互感器(5)和电流互感器(17)的输出分别与箝位保护电路(6)的信号输入端相连，箝位保护电路(6)的信号输出端与微处理器 (8)的检测信号输入端相连，微处理器(8)的信号输出端通过液晶驱动模块(9)与液晶显示模块(10)相连。
2.根据权利要求1所述的嵌入式低功耗电力仪表，其特征是它还包括RS485通讯电路(11)和防雷隔离电路(12)，所述的微处理器(8)的上位机通讯信号端与RS485通讯电路(11)的下行通讯信号端相连，RS485通讯电路(11)的上行通讯信号端通过防雷隔离电路(12)与上位机无线连接。
3.根据权利要求1所述的嵌入式低功耗电力仪表，其特征是它还包括复位电路(14)和 JTAG 口(15)，所述的复位电路(14)和JTAG 口( 15)分别与微处理器(8)的对应信号端相连。
4.根据权利要求1所述的嵌入式低功耗电力仪表，其特征是所述的嵌入式低功耗电力仪表由电源(7 )提供工作电源；所述的电源(7 )为交流电源。
5.根据权利要求1所述的嵌入式低功耗电力仪表，其特征是所述的开关量信号输入模块(1)为两路开关量输入，分别采集两个电力设备开关的开启状态。
6.根据权利要求1所述的嵌入式低功耗电力仪表，其特征是所述的微处理器(8)采用 MSP430F4270A。
专利摘要一种嵌入式低功耗电力仪表，包括开关量信号输入模块(1)、光电隔离电路(2)、按键(3)、电压互感器(5)、微处理器(8)、电流互感器(17)和液晶显示模块(10)，开关量信号输入模块(1)的信号输出通过光电隔离电路(2)与微处理器(8)相连，微处理器(8)与按键(3)相连，电压互感器(5)和电流互感器(17)作为电压、电流的检测信号输入采集电力设备的电压、电流，电压互感器(5)和电流互感器(17)的输出分别通过箝位保护电路(6)与微处理器(8)的检测信号输入端相连，微处理器(8)的信号输出端通过液晶驱动模块(9)与液晶显示模块(10)相连。本实用新型具有功耗低、处理速度快和成本低的优点。
文档编号G01R31/327GK202002963SQ20112007666
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者杨慧, 王正山, 陆华 申请人:博耳(宜兴)电力成套有限公司