一种基于FPGA的用电能效计量装置的制作方法

本实用新型涉及一种用电能效计量装置，特别是涉及一种基于FPGA的用电能效计量装置。

背景技术：

随着国内经济和工业化的发展，由此带来的环境问题已经成为了目前国家与社会的焦点。中国做为制造业大国，能源消耗随之而来的环境问题，已经为人们的生产生活带来了巨大的困扰，而传统行业无法通过现有平台对企业的设备进行监测和分析，容易因设备的老化和管理不当，造成电力能效的巨大浪费。传统的能效计量装置可以实现对设备的电压，电流，功率电量等事件进行计量，但是随着物联网行业和大数据的发展，对能效计量装置的性能也有了越来越多新的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA的用电能效计量装置，本装置可对设备的电压、电流、超温、失流、断相等事件进行准确测量，可通过数据采集设备对安装在各个地点的能效计量装置进行监测与故障分析，同时采用FPGA作为控制芯片，具有更高的运行速度，更好的可靠性，以及拓展更丰富的通讯接口，可以对数据进行并行处理，同时由于FPGA是一种现场可编程门阵列，无需再使用电路试验板或烙铁，就能配置芯片来实现自定义硬件功能，可以为产品提供更加灵活的设计方案，节省开发时间。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于FPGA的用电能效计量装置，所述装置包括FPGA芯片、电量计量电路、电源控制模块、传感器、液晶显示电路，存储电路、485通讯电路、数据采集设备；其中电量计量电路包括电量计量芯片、电流互感器、分压电阻、变压器；存储电路包括铁电存储芯片和EPCS FLASH，FPGA芯片与存储电路、电量计量电路、电源控制模块、传感器、液晶显示电路、485通讯电路相连；485通讯电路通过总线与数据采集设备相连，数据采集设备与网络连接。

所述的一种基于FPGA的用电能效计量装置，所述电量计量电路采用的芯片为7022E电量计量芯片。

所述的一种基于FPGA的用电能效计量装置，所述电源控制模块采用LM1117-3.3v和LM1117-1.2v供电。

所述的一种基于FPGA的用电能效计量装置，所述传感器为集成温度传感器。

所述的一种基于FPGA的用电能效计量装置，所述液晶显示电路由段式液晶和驱动电路组成。

所述的一种基于FPGA的用电能效计量装置，所述的存储电路由一片铁电存储芯片与一片MP2516 FLASH存储芯片组成。

所述的一种基于FPGA的用电能效计量装置，所述的485通讯电路由485芯片和隔离光耦器件组成。

本实用新型的优点与效果是：

1. 本实用新型测量精度高，非线性误差小于0.1%。

2. 本实用新型可将超温、失压、断相、电流反向等事件通过数据采集设备上报给网络。

3. 本实用新型预警之后，可对非正常事件进行报警。

4. 本实用新型可根据唯一的设备地址不用去现场，可以快速找到发生问题的位置。

5. 本实用新型可结合数据采集装置对用户用电情况及设备运行情况进行监控分析。

6. 本实用新型采用铁电存储器可对重要参数进行非易失性存储，防止存储芯片损坏导致重要数据丢失。

7. 本实用新型采用FPGA作为控制芯片，可以对多个功能模块并行处理，具有更快的处理速度，能更好的配合能效管理系统对工业大数据的采集。

8. 本实用新型可根据现场及用户的实际需求直接对FPGA进行修改，无需修改控制引脚，具有更高的灵活性，缩短开发周期。

9. 本实用新型采用FPGA作为控制芯片，由于FPGA是硬件电路，运行速度直接取决于晶振速度，系统更加稳定。

10.本实用新型可具有更加丰富的数据接口，可以对多种通信信号进行拓展和处理，同时集成度更高，可靠性更强。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型流程图。

图中部件为:1. FPGA芯片 2.电量计量电路 3.电源控制模块 4.传感器 5.液晶显示电路 6.存储电路 7.485通讯电路 8.数据采集设备 9.能效分析软件。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型可以监控温度，电压，电流，功率，电量，异常事件等，通过485总线将信息传递到数据采集设备，用户可通过能效分析软件对指定能效计量装置进行数据的采集和分析，对超出规定限值及收到的异常事件时进行统计，当用户收到设备异常信息时可根据指定的能效计量装置ID对设备进行维护。

实施例

本实用新型包括：FPGA芯片1，电量计量电路2，电源控制模块3，传感器4，液晶显示电路5，存储电路6，485通讯电路7，数据采集设备8，能效分析软件9。FPGA芯片1型号为EP4CE6F17C8，是一种现场可编程门阵列，可通过直接通过JTAG对接口对FPGA进行配置，以达到修改硬件电路的目的，节省了电路板打样和硬件测试的时间。在FPGA内部构建基于Qsys的Nios2小型系统并配置好所需要的SPI，I2C，串口等外部通讯管脚将未使用的管脚禁用或者接地，已达到更低功耗，并与电量计量电路2、电源控制模块3、传感器4、液晶显示电路5、存储电路6、485通讯电路7相连接。电量计量电路2使用7022E三相电采集芯片，使用SPI总线与FPGA芯片1相连，7022E通过变压器，电流互感器和采样电阻采集三相电的电流、电压、功率、电量等信息，具体型号可根据外部电压而定，整在个系统处于正常情况下，能效计量装置采集A、B、C三相电的用电情况及异常事件。电源控制模块3用于所述能效计量装置的供电，采用线性稳压电源模块LM1117-3.3和LM1117-1.2，输出3.3V和1.2V直流电，用于FPGA芯片1，电量计量电路2，液晶显示电路5，存储电路6，485通讯电路7的供电。传感器4采用7022e内部的温度传感器，经过FPGA芯片1的处理用于温度报警。液晶显示电路5是由FPGA空输出指定的pwm波形，控制段式液晶屏的COM端口和SEG端口，显示用户的电压，电流，电量等信息。数据存储电路中铁电FM24CL16 通过IIC总线与FPGA芯片1相连，用于储存电量、计量芯片的矫正参数、计量数据、设备信息等，M25P16由SPI总线与FPGA相连，用于上电后对FPGA的控制。485通讯电路7使用max485通讯芯片与FPGA芯片相连进行电平匹配，通过485总线和数据采集设备8的通讯。数据采集设备8可通过485总线对能效计量装置进行监控和控制。能效分析软件9在需要程序更新时由网络将更新程序发送到数据采集设备8，并由数据采集设备8监控各个所述的能效计量装置。

本实用新型系统中，FPGA芯片1与电量计量电路2、电源控制模块3、传感器4、液晶显示电路5、存储电路6、485通讯电路7相连接，首先在电量计量电路2中，三相电经由变压器，电流互感器，分压电阻将三相电转换成计量芯片可计量的小信号，再由电量计量芯片将采集到的数据发送给FPGA芯片1进行处理，由液晶显示电路5进行显示，FPGA再将得到的信号按照规定格式进行处理，发送给数据采集设备8，并在铁电中进行存储，防止丢失重要数据。在需要对硬件电路进行修改时，可通过JTAG接口对FPGA进行调试，无需重新打样测试板，在需要增加新的通讯接口时只需要配置新的FPGA管脚，无需更改方案。