单相多功能电能表的制作方法

所属技术领域

本发明涉及单相多功能电能表。

背景技术：

近年来电能消费急剧增长，各国电力部门需要具有更多功能的电能表来更公平合理的收取电能费用，以及更好的规划电能生产。目前国内外的多功能电能表一般采取“ad采样+dsp+mcu”和“专用电能计量芯片+mcu”2种方案，一般的专用计量芯片都集成了adc和dsp内核，所以电子式多功能电表厂家基本上都采用“专用电能计量芯片+mcu”的双核结构方案，但双核模式会带来核与核之间的时序匹配困难以及数据传输可靠性低等诸多问题，且因系统芯片数量多，成本偏高，阻碍了多功能电表的大规模使用。

目前，市场对高可靠性低成本多功能单相电能表的需求非常大。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明设计了单相多功能电能表。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

单相多功能电能表由电源电路，计量取样及调理电路组成。

所述电源电路，电源单元采用变压器降压电源，静态电能表使用的是低压元件，直接输入的交流电压需经过降压型变压器降压以产生适合的交流电压，同时要保证在电网电压跌落到较低水平时，变压器的输出不影响计量电路的工作，考虑到通信电路电源要与单片机系统电源隔离，选用带隔离绕组的双输出绕组降压变压器mdtb8，为保证系统停电后能快速切换到备用电池供电。

所述计量取样及调理电路，电流取样一般有锰铜分流和电流互感器加电阻取样两种方式。锰铜分流方式简单可靠，价格低，抗直流；电流互感器电流特性好，综合考虑电表成本、防窃电能力及iec标准中火线电流回路必须能抗直流的要求，选择使用锰铜分流器取样火线电流，电流互感器加电阻取样零线电流的取样方式。信号调理电路作用是提高取样信号的稳定性和系统抗电磁干扰能力。

本发明的有益效果是，单相多功能电能表是一种基于msp430fe427单片机的具有多参数测量、多通信方式、复费率等多种功能的单相电子式电能表。集成化程度更高的系统级低功耗芯片msp430fe427单片机芯片内嵌了电能计量模块，能同时完成电能计量和管理，外加简单的取样和通信等电路就能实现多种功能。电能表具有硬件结构简单，功耗低，成本低，性能稳定，计量准确且功能丰富等优点，具有广阔的市场前景和应用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是电能表系统结构图。

图2是电能表电源电路图。

图3是计量取样及调理电路图。

具体实施方式

在图1中，电能表系统主要由电源管理、计量取样、通信、存储、显示、按键处理、脉冲输出单元和备用电池等8个部分组成。以msp430fe427芯片为核心的电能表系统。

在图2中，电源单元采用变压器降压电源，静态电能表使用的是低压元件，直接输入的交流电压需经过降压型变压器降压以产生适合的交流电压，同时要保证在电网电压跌落到较低水平时，变压器的输出不影响计量电路的工作，选用带隔离绕组的双输出绕组降压变压器mdtb8，为保证系统停电后能快速切换到备用电池供电。

230v交流电vn经过mdtb8-3在二次侧输出12.5v的交流电压，流经整流桥ab1输出15v左右的直流电压，经电容c1和c2平滑滤波后输入ht7136，电阻r1、r2网络使ht7136输出对地直流电压约+4.0v。为隔离通信和单片机电源，防止电池向其他外围器件供电，dvdd和vcc分别由+4.0v经m7a(导通压降约0.6v)隔离降压得到。rs485电源与系统电源之间是电气隔离的，它是由变压器的隔离绕组输出交流电经d1半波整流输入到ht7150-1，再由该ldo输出+5v的隔离电压得到。通过控制三极管q3和q4的通断可实现电源供电切换；电网有电时三极管q3和q4截止，由变压器降压电路而来vcc为单片机供电；停电时q3和q4导通，由3.6v电池b1而来的vcc向单片机供电。xs1是电池短接点，用来测试电池功耗方便生产，bat接到单片机用来检测电池是否欠压。

在图3中，信号调理电路作用是提高取样信号的稳定性和系统抗电磁干扰能力。计量取样电路要把电网中的电压电流信号幅值等比例整定到500mv范围内基于取样信号在不超出adc最大采样范围下尽可能放大的原则，以提高采样灵敏度；同时也要考虑留有一定的计量余量。选择电阻网络分压的方式进行电压取样。电流取样一般有锰铜分流和电流互感器加电阻取样两种方式。锰铜分流方式简单可靠，价格低，抗直流;电流互感器电流特性好，综合考虑电表成本、防窃电能力及iec标准中火线电流回路必须能抗直流的要求，选择使用锰铜分流器取样火线电流，电流互感器加电阻取样零线电流的取样方式。电路中双向二极管q1和q2起限压作用，防止脉冲干扰电压过大损坏器件或引起放大电路失真；磁珠l与1nf电容组成滤波网络滤除电网中的高频信号；各通道中1kω电阻和33nf电容组成抗混叠滤波器率，能有效滤除采样信号中的高频分量，减少频谱混叠。火线电流ia流经200μω锰铜电阻得到取样电压，经调理输入到esp模块中的可编程增益放大器。

技术特征：

技术总结
单相多功能电能表由电源电路，计量取样及调理电路组成。单相多功能电能表是一种基于MSP430FE427单片机的具有多参数测量、多通信方式、复费率等多种功能的单相电子式电能表。芯片MSP430FE427单片机芯片内嵌电能计量模块，能同时完成电能计量和管理，外加简单的取样和通信等电路就能实现多种功能。电能表具有硬件结构简单，功耗低，成本低，性能稳定，计量准确且功能丰富等优点，具有广阔的市场前景和应用价值。

技术研发人员：由国峰
受保护的技术使用者：由国峰
技术研发日：2016.08.27
技术公布日：2018.03.09