专利名称：一种基于ade7953的电力参数监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力监测装置，属于测量领域。
背景技术：
当前，随着我国国民经济的发展以及城市化水平的不断提高，对供电系统的供电质量和供电可靠性要求越来越高，对电力的需求越来越大，电能的消耗与社会对其不断增大的需求已经成为制约社会发展的突出矛盾之一。电力监测系统的建立为电力评估工作提供可靠的数据支持，科学准确地进行分项电力监测，对于节能工作的开展起着极为重要的基础性作用。电能消耗分布在社会生产建设的各个领域，但是由于相关核心技术及通用型应用平台并不完善，目前并没有一种经济有效的手段对个体系统的用电信息进行实时监测。
发明内容
本发明目的是为了解决现有电力参数测量装置存在自损耗功率高的问题，提供了一种基于ADE7953的电力参数监测装置。本发明所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，它包括ADE7953电力监测芯片、调理电路、数字隔离电路、时钟电路和供电电源电路；所述调理电路包括电流信号输入端的信号调理电路和电压信号输入端的信号调理电路；其中电流信号输入端的信号调理电路用于接收被测电流信号，还用于将接收的电流信号进行滤波去噪后发送给ADE7953电力监测芯片；电压信号输入端的信号调理电路用于接收被测电压信号，还用于将接收的电压信号进行滤波去噪后发送给ADE7953电力监测
-H-* I I
心片所述ADE7953电力监测芯片用于对接收的信号进行处理获得测量结果，并将测量结果输出给数字隔离电路；所述数字隔离电路用于将测量结果信号隔离后输出；所述时钟电路用于为ADE7953电力监测芯片提供时钟信号；所述供电电源电路为ADE7953电力监测芯片、调理电路和数字隔离电路提供工作电源。本发明的优点:本发明采用ADI公司的ADE7953，具有自损耗功率低的特点，设计数字隔离电路，提高了被采集信息传输、处理的安全性。本方案中采用的是ADI公司的ADE7953，ADE7953是一款高精度电能计量1C，主要用于单相应用，它能够测量线电压和电流，并计算有功、无功、视在功率以及瞬间电压和电流有效值。该器件内置三个Σ-Λ型ADC和一个高精度电能计量内核。它可以通过多种通信接口访问片内寄存器，包括I2C，SPI和UART。ADE7953电能计量IC采用3.3V电源供电。
图1是本发明的结构示意图；图2是增加有复位电路6后一种基于ADE7953的电力参数监测装置的结构示意图；图3是数字隔离电路3的电路结构图；图4是调理电路2的电流信号输入端的信号调理电路的电路结构图；图5是调理电路2的电压信号输入端的信号调理电路的电路结构图；图6是供电电源电路5的电路结构图；图7是复位电路6的电路结构图；图8是时钟电路4的电路结构图。
具体实施方式
具体实施方式
一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，它包括ADE7953电力监测芯片1、调理电路2、数字隔离电路
3、时钟电路4和供电电源电路5 ；所述调理电路2包括电流信号输入端的信号调理电路和电压信号输入端的信号调理电路；其中电流信号输入端的信号调理电路用于接收被测电流信号，还用于将接收的电流信号进行滤波去噪后发送给ADE7953电力监测芯片I ;电压信号输入端的信号调理电路用于接收被测电压信号，还用于将接收的电压信号进行滤波去噪后发送给ADE7953电力监测芯片I ;所述ADE7953电力监测芯片I用于对接收的信号进行处理获得测量结果，并将测量结果输出给数字隔离电路3 ;所述数字隔离电路3用于将测量结果信号隔离后输出；所述时钟电路4用于为ADE7953电力监测芯片I提供时钟信号；所述供电电源电路5为ADE7953电力监测芯片1、调理电路2和数字隔离电路3提供工作电源。
具体实施方式
二:下面结合图2和图7说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，它还包括复位电路6 ;所述复位电路6的复位信号输出端RESET连接ADE7953电力监测芯片I的复位信号输入端；所述复位电路6包括电容Cll和电阻R15 ；所述复位信号输出端RESET同时与电容Cll的一端和电阻R15的一端连接；电容Cll的另一端与电阻R15的另一端均与3.3V电源V3.3端连接。上电后，由于电容Cll的充电作用，复位引脚RESET存在一定的低电平时间，自此实现了 ADE7953电力监测芯片I的复位。
具体实施方式
三:下面结合图2和图7说明本实施方式，本实施方式对实施方式二所作的进一步说明，本实施方式所述电容Cll为容量为0.1uF,电阻R15为10ΚΩ。
具体实施方式
四:下面结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的数字隔离电路3包括数字隔离芯片Ul、3.3V电源V3.3、隔离电源V3.3_1、电阻Rl至电阻R4、电容Cl和电容C2 ；所述数字隔离芯片Ul是采用型号为ADUM1250的数字隔离芯片；所述数字隔离电路3信号输入侧的供电电源连接供电电源电路5的3.3V电源输出端V3.3 ;所述数字隔离电路3信号输出侧的供电电源端连接供电电源电路5的隔离电源输出端V3.3_1 ；
该3.3V电源输出端V3.3同时连接电阻Rl的一端、电阻R2的一端、电容Cl的一端和数字隔离芯片Ul的引脚I;电阻Rl的另一端同时连接ADE7953电力监测芯片I的I2C总线时钟信号输出端SCLl和数字隔离芯片Ul的引脚2 ；电阻R2的另一端同时连接ADE7953电力监测芯片I的I2C总线数据信号输出端SDAl和数字隔离芯片Ul的引脚3 ；电容Cl的另一端同时连接3.3V电源V3.3的电源地GND和数字隔离芯片Ul的引脚4;所述隔离电源输出端V3.3_1同时连接电阻R4的一端、电阻R3的一端、电容C2的一端和数字隔离芯片Ul的引脚8 ；电阻R4的另一端同时连接ADE7953电力监测芯片I的I2C总线时钟信号输出端SCL2和数字隔离芯片Ul的引脚6 ；电阻R3的另一端同时连接ADE7953电力监测芯片I的I2C总线数据信号输出端SDA2和数字隔离芯片Ul的引脚7 ；电容C2的另一端同时连接隔离电源V3.3_1的电源地GND_1和数字隔离芯片Ul的引脚5。本实施方式中的数字隔离芯片Ul也即型号为ADUM1250的数字隔离芯片是双端供电的，前端3.3V电源V3.3是电力监测部分的电源信号，后端隔离电源V3.3_1是数据传输部分的电源信号，前端电路与后端电路具有对称性，该数字隔离芯片用于I2C总线的隔离，I2C总线工作时要求数据线SDA与时钟线SCL都要连接上拉电阻，即前端与ADE7953进行I2C通信，接一号上拉电阻R1、二号上拉电阻R2，后端与MSP430F1611通信，接三号上拉电阻R3、四号上拉电阻R4，前端3.3V电源V3.3和后端隔离电源V3.3_1分别连接滤波电容一号滤波电容Cl、二号滤波电容C2。
具体实施方式
五:下面结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或实施方式四所作的进一步说明，本实施方式所述的电阻Rl至电阻R4均为1ΚΩ的电阻；电容C1、C2为IOOpF的电容。
具体实施方式
六:下面结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述电流信号输入端的信号调理电路包括一号外部电流信号输入端I1、二号外部电流信号输入端12、电阻R5至电阻R9、电容C3、C4、C5、一号电流信号输出端IAP和二号电流信号输出端IAN ；所述电压信号输入端的信号调理电路包括一号外部电压信号输入端V1、二号外部电压信号输入端V2、电阻RlO至电阻R14、电容C6、C7、C8、一号电压信号输出端VP和二号电压信号输出端VN ；所述一号外部电流信号输入端Il和二号外部电流信号输入端12分别连接外部电流输入信号；一号外部电流信号输入端Il还连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端同时连接电阻R5的一端和电阻R6的一端； 所述电阻R5的另一端同时连接电容C3的一端、电容C5的一端和一号电流信号输出端IAP ；
所述一号电流信号输出端IAP还连接ADE7953电力监测芯片I的电流测量电流信号输入端；所述二号外部电流信号输入端12还连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端同时连接电阻R6的另一端和电阻R7的一端；电阻R7的另一端同时连接电容C3的另一端、电容C4的一端和二号电流信号输出端IAN，该二号电流信号输出端IAN连接ADE7953电力监测芯片I的电流测量电流信号输入端;所述电容C5的另一端同时与电容C4的另一端和3.3V电源V3.3的电源地GND连接;所述一号外部电压信号输入端Vl和二号外部电压信号输入端V2分别连接外部电压输入信号；—号外部电压信号输入端Vl还连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端同时连接电阻RlO的一端和电阻Rll的一端；
所述电阻RlO的另一端同时连接电容C6的一端、电容C8的一端和一号电压信号输出端VP ;该一号电压信号输出端VP连接ADE7953电力监测芯片I的电压测量电压信号输入端；所述二号外部电压信号输入端V2还连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端同时连接电阻Rll的另一端和电阻R12的一端；电阻R12的另一端同时连接电容C6的另一端、电容C7的一端和二号电压信号输出端VN，该二号电压信号输出端VN连接ADE7953电力监测芯片I的电压测量电压信号输入端;所述电容C7的另一端同时与电容C8的另一端和3.3V电源V3.3的电源地GND连接。
具体实施方式
七:下面结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或实施方式六所作的进一步说明，本实施方式所述电阻R5至电阻R14均为1ΚΩ的电阻；电容C3至电容C8均为IOOpF的电容。
具体实施方式
八:下面结合图1和图8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述时钟电路4包括电容C10、电容C8和谐振AT晶振Yl ；电容ClO的一端同时连接谐振AT晶振Yl的一端和ADE7953电力监测芯片I的主时钟引脚CLKIN,电容ClO的另一端连接3.3V电源V3.3的电源地GND ；电容C8的一端同时和谐振AT晶振Yl的另一端、ADE7953电力监测芯片I的时钟信号输入端CLKOUT连接，电容C8另一端连接3.3V电源V3.3的电源地GND。本实施方式是同时将数十pF的陶瓷负载电容与栅极振荡器电路一起使用，帮助AT晶振起振，该测量芯片额定工作性能要求的时钟频率为3.58MHz。
具体实施方式
九:下面结合图1和图8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或实施方式八所作的进一步说明，本实施方式所述八号陶瓷负载电容CS和十号陶瓷负载电容ClO均为20pF的电容；所述谐振AT晶振Yl的时钟频率为3.58MHz。
具体实施方式
十:下面结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的供电电源电路5包括IOuF的电容C9和IOOnF的电容CIO ;所述ADE7953电力监测芯片I的引脚VDD与供电电源电路5的3.3V电源V3.3相连接，3.3V电源V3.3还同时连接IOOnF电容ClO的一端与IOuF的电容C9的正极，该IOOnF的电容ClO的另一端与IOuF的电容C9的负极同时连接3.3V电源V3.3的电源地。由于ADE7953电力监测芯片I的引脚VDD的输入应该在3.3V± 10%范围内，所以将ADE7953电力监测芯片I的第7、8引脚PULL_HIGH拉高，引脚7、8做拉高操作。本系统实现了对用电设备电流、电压、功率等信息的测量，实现对电力信息采集芯片的控制以及被测信号的传输，采用ADE7953作为电力监测的主测量芯片。电力监测主芯片ADE7953，它能够测量有功、无功、视在功率以及瞬时电压和电流值。内置用于罗氏线圈传感器的积分器，能够对用电量进行测量。各输入通道支持独立的增益级，适合与各种传感器一起使用。ADE7953可以通过多种通信接口访问片内寄存器，包括SP1、UART、I2C。两个可配置的低抖动脉冲输出引脚提供与有功、无功、视在功率及电流和电压有效值成比例的输出。通过外部引脚可以获得全面的电能质量信息，如过流、过压、峰值和电压跌落 检测等。
权利要求
1.一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，它包括ADE7953电力监测芯片(I)、调理电路(2)、数字隔离电路(3)、时钟电路(4)和供电电源电路(5)； 所述调理电路(2)用于接收被测电压信号和电流信号，还用于将接收的电压信号和电流信号进行滤波去噪后发送给ADE7953电力监测芯片(I)； 所述调理电路(2)包括电流信号输入端的信号调理电路(2-1)和电压信号输入端的信号调理电路(2-2);其中电流信号输入端的信号调理电路(2-1)用于接收被测电流信号，还用于将接收的电流信号进行滤波去噪后发送给ADE7953电力监测芯片(I);电压信号输入端的信号调理电路(2-2)用于接收被测电压信号，还用于将接收的电压信号进行滤波去噪后发送给ADE7953电力监测芯片(I)； 所述ADE7953电力监测芯片(I)用于对接收的信号进行处理获得测量结果，并将测量结果输出给数字隔离电路(3);所述数字隔离电路(3)用于将测量结果信号隔离后输出；所述时钟电路(4)用于为ADE7953电力监测芯片(I)提供时钟信号；所述供电电源电路(5)为ADE7953电力监测芯片(I )、调理电路(2)和数字隔离电路(3)提供工作电源。
2.根据权利要求1所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，它还包括复位电路(6);所述复位电路(6)的复位信号RESET输出端连接ADE7953电力监测芯片(I)的复位信号输入端； 所述复位电路(6)包括电容Cll和电阻R15 ； 所述复位信号输出端RESET同时与电容Cll的一端和电阻R15的一端连接；电容Cll的另一端与电阻R15的另一端均与3.3V电源V3.3端连接。
3.根据权利要求2所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，所述电容Cll为容量为0.1uF，电阻R15为10ΚΩ。
4.根据权利要求1所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，所述数字隔离电路(3)包括数字隔离芯片(Ul)、3.3V电源V3.3、隔离电源V3.3_1、电阻Rl至电阻R4、电容Cl和电容C2 ； 所述数字隔离芯片(Ul)是采用型号为ADUM1250的数字隔离芯片； 所述数字隔离电路(3)信号输入侧的供电电源连接供电电源电路(5)的3.3V电源输出端V3.3 ;所述数字隔离电路(3)信号输出侧的供电电源端连接供电电源电路(5)的隔离电源输出端V3.3_1 ； 该3.3V电源输出端V3.3同时连接电阻Rl的一端、电阻R2的一端、电容Cl的一端和数字隔离芯片(Ul)的引脚I ; 电阻Rl的另一端同时连接ADE7953电力监测芯片(I)的I2C总线的时钟信号端SCLl的一端和数字隔离芯片(Ul)的引脚2; 电阻R2的另一端同时连接ADE7953电力监测芯片(I)的I2C总线的数据信号端SDAl的一端和数字隔离芯片(Ul)的引脚3; 电容Cl的另一端同时连接3.3V电源V3.3的电源地GND和数字隔离芯片(Ul)的引脚4 ； 所述隔离电源输出端V3.3_1同时连接电阻R4的一端、电阻R3的一端、电容C2的一端和数字隔离芯片(Ul)的引脚8; 电阻R4的另一端同时连接ADE7953电力监测芯片(I)的I2C总线时钟信号输出端SCL2和数字隔离芯片(Ul)的引脚6; 电阻R3的另一端同时连接ADE7953电力监测芯片(I)的I2C总线数据信号输出端SDA2和数字隔离芯片(Ul)的引脚7; 电容C2的另一端同时连接隔离电源V3.3_1的电源地GND_1和数字隔离芯片(Ul)的引脚5。
5.根据权利要求1或4所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，所述电阻Rl至电阻R4均为IK Ω的电阻；电容Cl、C2为IOOpF的电容。
6.根据权利要求1所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，电流信号输入端的信号调理电路(2-1)包括一号外部电流信号输入端I1、二号外部电流信号输入端12、电阻R5至电阻R9、电容C3、C4、C5、一号电流信号输出端IAP和二号电流信号输出端IAN ； 所述电压信号输入端的信号调理电路(2-2 )包括一号外部电压信号输入端V1、二号外部电压信号输入端V2、电阻RlO至电阻R14、电容C6、C7、C8、一号电压信号输出端VP和二号电压信号输出端VN ； 所述一号外部电 流信号输入端Il和二号外部电流信号输入端12分别连接外部电流输入信号； 一号外部电流信号输入端Il还连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端同时连接电阻R5的一端和电阻R6的一端； 所述电阻R5的另一端同时连接电容C3的一端、电容C5的一端和一号电流信号输出端IAP ； 所述一号电流信号输出端IAP还连接ADE7953电力监测芯片(I)的电流测量电流信号输入端； 所述二号外部电流信号输入端12还连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端同时连接电阻R6的另一端和电阻R7的一端； 电阻R7的另一端同时连接电容C3的另一端、电容C4的一端和二号电流信号输出端IAN的一端连接，该二号电流信号输出端IAN连接ADE7953电力监测芯片(I)的电流测量电流信号输入端； 所述电容C5的另一端同时与电容C4的另一端和3.3V电源V3.3的电源地GND连接； 所述一号外部电压信号输入端Vl和二号外部电压信号输入端V2分别连接外部电压输入信号； 一号外部电压信号输入端Vl还连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端同时连接电阻RlO的一端和电阻Rll的一端； 所述电阻RlO的另一端同时连接电容C6的一端、电容C8的一端和一号电压信号输出端VP ;该一号电压信号输出端VP连接ADE7953电力监测芯片(I)的电压测量电压信号输入端; 所述二号外部电压信号输入端V2还连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端同时连接电阻Rll的另一端和电阻R12的一端； 电阻R12的另一端同时连接电容C6的另一端、电容C7的一端和二号电压信号输出端VN，该二号电压信号输出端VN连接ADE7953电力监测芯片(I)的电压测量电压信号输入端; 所述电容C7的另一端同时与电容C8的另一端和3.3V电源V3.3的电源地GND连接。
7.根据权利要求1或6所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，所述电阻R5至电阻R14均为IK Ω的电阻；电容C3至电容C8均为IOOpF的电容。
8.根据权利要求1所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，所述时钟电路(4)包括电容C10、电容C8和谐振AT晶振Yl ； 电容ClO的一端同时连接谐振AT晶振Yl的一端和ADE7953电力监测芯片(I)的主时钟引脚CLKIN,电容ClO的另一端连接3.3V电源V3.3的电源地GND ； 电容C8的一端同时连接谐振AT晶振Yl的另一端和ADE7953电力监测芯片(I)的时钟信号输入端CLK0UT，电容C8另一端连接3.3V电源V3.3的电源地GND。
9.根据权利要求1或8所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，所述八号陶瓷负载电容C8和十号陶瓷负载电容ClO均为20pF的电容；所述谐振AT晶振Yl的时钟频率为3.58MHz ο
10.根据权利要求1所述一种基于ADE7953的电力参数监测装置，其特征在于，所述的供电电源电路(5)包括IOuF的电容C9和IOOnF的电容ClO ;所述ADE7953电力监测芯片(I)的引脚VDD与供电电源电路(5)的3.3V电源V3.3相连接，3.3V电源V3.3还同时连接IOOnF的电容Cl O的一端与IOuF的电容C9的正极，该IOOnF的电容ClO的另一端与IOuF的电容C9的负极同时连接3.3V电源V3.3的电源地。
全文摘要
一种基于ADE7953的电力参数监测装置，本发明涉及一种电力监测装置，属于测量领域。本发明包括ADE7953电力监测芯片、调理电路、数字隔离电路、时钟电路和供电电源电路；所述调理电路用于调理电力参数传感输入的被测参数；所述ADE7953电力监测芯片用于测量调理电路调理后的电力参数传感输入的参数，并将该测量结果输出给数字隔离电路；所述数字隔离电路用于I2C总线的隔离，并将ADE7953电力监测芯片所输出的测量结果信号隔离后输出；所述时钟电路用于为ADE7953电力监测芯片提供时钟信号；所述供电电源电路分别给ADE7953电力监测芯片、调理电路和数字隔离电路供电。用于对电力参数的测量。
文档编号G01R21/133GK103235208SQ20131009976
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者潘大为, 徐勇, 印姗, 彭宇, 彭喜元 申请人:哈尔滨工业大学