一种电能监测电路板的制作方法

本实用新型涉及信息监测领域，具体为一种电能监测电路板。

背景技术：

随着智慧城市概念的提出，智能家电、智能硬件、智能穿戴装载等智能设备频频出现，而且环保、节能等理念也不断涌现，因此对各种智能设备的电能利用率的要求也在不断的提高，因而对其电能进行实时监测和上报也成为需要解决的问题。然而就目前现有的电能监测装置而言，往往存在着体型庞大，结构复杂等问题，并不适用于安装在智能设备内。再者现有电能监测装载自身待机功耗往往很大，小型智能设备难以承受。

本申请提供了解决以上技术问题的技术缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的一种电能监测电路板，为了实现对待检测设备电能参数的监控，但是由于现有的芯片体积比较大，一方面占用空间大，安装不便；第二方面电路结构复杂等问题，本申请在现有技术上监测芯片的体积，电路结构进行重新布局，使其更加适用于智能家居中。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种电能监测电路板，包括：信号采集电路，主控芯片U1，数据存储电路、以及通信连接端；所述信号采集电路与主控芯片U1通信连接，主控芯片 U1通过通信线接收所述信号采集电路采集的电压信号以及电流信号；主控芯片U1接收到电压信号以及电流信号并进行计算处理，并通过通信线将电压信号以及电流信号发送至与所述主控芯片U1进行通信连接的数据存储电路中，同时所述CPU处理电路将进行计算处理后的电压信号以及电流信号通过设所述通信连接端进行转发，供用户监测。

进一步优选的，在所述主控芯片U1内设置有：信息处理单元，计时单元，信号采集接口，信息测试接口，以及信息通信接口；所述信息处理单元分别与计时单元，信号采集接口，信息测试接口，以及信息通信接口通信连接；所述信号采集接口，信息测试接口，以及信息通信接口与设置在电路板上的所述通信连接端对应连接。

进一步优选的，在所述信号采集电路包括电流采样模块：电阻R1的一端与电流互感器的第一端连接，电阻R1的另一端分别与主控芯片U1的所述信号采集接口中的第2引脚I2N端，以及电容C1的一端连接；电阻R2的一端与所述电流互感器的第二端连接，电阻R4的另一端分别与主控芯片U1的所述信号采集接口中的第1引脚I2P端，以及电容C2的一端连接；所述电容C1的另一端以及所述电容C2的另一端共同接地。

进一步优选的，在所述信号采集电路包括电压采样模块：待测设备的供电电压端通过分压串联电阻R6、R7、R8、R9与所述主控芯片U1的所述信号采集接口中的第31引脚VP端连接；电阻R11与电阻C7组成第一RC电路，所述第一RC电路的一端与所述主控芯片U1的所述信号采集接口中的第31引脚VP端连接；电阻R12与电阻C8组成第二RC电路，所述第二RC电路的一端与所述主控芯片U1的所述信号采集接口中的第32引脚VN端连接；所述第一RC电路的另一端与所述第二RC电路的另一端共同接地。

进一步优选的，还包括：与所述主控芯片U1通信连接的参考电压模块：所述参考电压模块中设置两个参考电容C11和C12；参考电容C11和C12并联后的一端与所述主控芯片U1的第30引脚VREF端连接，参考电容C11和C12 并联后的另一端接地。

进一步优选的，所述数据存储电路包括：存储芯片U5；所述存储芯片U5 的第5引脚SDA端与所述主控芯片U1的第26引脚P5.4端连接；所述存储芯片U5的第6引脚SCL端与所述主控芯片U1的第27引脚P5.5端连接；所述存储芯片U5的第7引脚WP端、第1引脚A0端、第2引脚A2端、第3 引脚A3端共同与地连接；所述存储芯片U5的第8引脚VCC端与供电端连接。

进一步优选的，所述电能监测电路板的规格为：长27mm；宽16mm；高 4mm。

本实用新型提供的一种电能监测电路板，能够带来以下至少一种有益效果：

本实用新型，提供了一种适合于小型智能设备的电能监测电路板，该模块的体积仅为27mm×16mm×4mm，能够方便的安装在各种小型设备内部；结构简单，通过重新设计电压采样电路，仅用三分之二规模就可以实现现有电能监测装置的采样精度，通过本电路板的通信接口的UART端口可以随时上报智能设备的用电情况。

本实用新型，可实时监测智能设备的电能数据，并自动上报非正常用电状态，且自身功耗低于0.3W，有利于安装在智能设备内部，实现对设备运转效果做出准确的判断。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种电能监测电路板的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本实用新型一种电能监测电路板的结构示意图；

图2为本实用新型一种电能监测电路板的结构示意图；

图3为本实用新型一种电能监测电路板的电路图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

本实用新型提供了一种电能监测电路板的一个实施例，包括：信号采集电路100，主控芯片200，数据存储电路300、以及通信连接端400；

信号采集电路与主控芯片通信连接，主控芯片通过通信线接收所述信号采集电路采集的电压信号以及电流信号，主控芯片U1接收到电压信号以及电流信号并进行计算处理，并通过通信线将电压信号以及电流信号发送至与主控芯片 U1进行通信连接的数据存储电路中，同时所述CPU处理电路将进行计算处理后的电压信号以及电流信号通过设所述通信连接端进行转发，供用户监测。

具体的，本申请中解决现有技术中，为了实现对待检测设备电能参数的监控，但是由于现有的芯片体积比较大，一方面占用空间大，安装不便；第二方面电路结构复杂，不适用特别是智能家居等一些小体积设备的使用，本申请在现有技术上监测芯片的体积，电路结构进行重新布局，使其更加适用于智能家居中。具体包括：该电路板的体积仅为27mm×16mm×4mm；因此在本申请的电路板上设置有用于采集智能设备电压电流的信号采集电路100，用于计算电能参数的主控芯片U1200，用于存储电能数据及校准参数的数据存储电路300，以及用于与智能设备主控芯片通信的通信连接端400；通信连接端400在电路板上设置有对应接线端子，或者排针，或者接插件的形式体现。主控芯片将监测处理后的电能参数发送至用户端，或者PC端，可以实现用户的实时查看，也可以了解一天，或者设定时间的电能参数；比如供电电压是否有波动；功率的损耗参数；同时可以将该电能参数反馈给智能设备的生产厂，以便对智能设备进行升级，完善相关的漏洞。

为了控制芯片200的体积在本申请中将信息处理单元210，计时单元220，信号采集接口230，信息测试接口240，以及信息通信接口250；全部封装在主控芯片U1内；信息处理单元分别与计时单元，信号采集接口，信息测试接口，以及信息通信接口通信连接；同时，信号采集接口，信息测试接口，以及信息通信接口与设置在电路板上的所述通信连接端对应连接；参考图2所示。

本实用新型还提供了一个实施例，参考图3所示；在信号采集电路包括电流采样模块：具体的电路连接为：电阻R1的一端与电流互感器的第一端连接，电阻R1的另一端分别与主控芯片U1的信号采集接口中的第2引脚I2N 端，以及电容C1的一端连接；电阻R2的一端与电流互感器的第二端连接，电阻R4的另一端分别与主控芯片U1的信号采集接口中的第1引脚I2P端，以及电容C2的一端连接；电容C1的另一端以及电容C2的另一端共同接地。在信号采集电路包括电压采样模块：待测设备的供电电压端通过分压串联电阻 R6、R7、R8、R9与主控芯片U1的信号采集接口中的第31引脚VP端连接；电阻R11与电阻C7组成第一RC电路，第一RC电路的一端与主控芯片 U1的信号采集接口中的第31引脚VP端连接；电阻R12与电阻C8组成第二 RC电路，第二RC电路的一端与主控芯片U1的信号采集接口中的第32引脚 VN端连接；第一RC电路的另一端与第二RC电路的另一端共同接地。与主控芯片U1通信连接的参考电压模块：参考电压模块中设置两个参考电容C11和 C12；参考电容C11和C12并联后的一端与主控芯片U1的第30引脚VREF 端连接，参考电容C11和C12并联后的另一端接地。数据存储电路包括：存储芯片U5；存储芯片U5的第5引脚SDA端与主控芯片U1的第26引脚P5.4 端连接；存储芯片U5的第6引脚SCL端与主控芯片U1的第27引脚P5.5端连接；存储芯片U5的第7引脚WP端、第1引脚A0端、第2引脚A2端、第3引脚A3端共同与地连接；存储芯片U5的第8引脚VCC端与供电端连接。

在本实施例中，参考图3所示；J1J2经过互感器采样后的的交流电流，接入电流采样模块J3220V交流电压，N线接口，接入电压采样模块；R1、R4、 C1、C2构成电流采样模块电路，完成交流电流信号滤波，此处优化掉了2个电阻。C4主控芯片电源滤波；R10交流电流采样单元第二路通道未使用，经过电阻接地；C6主控芯片数字电路供电电源接地电容；C9复位引脚电容， C10主控芯片模拟电路接地电容；C13、C14、Y1晶体震荡电路提供整个电路板上的中控芯片运作的时钟；P1DEBUG接口，用于模块内部参数调试(正常使用时，悬空)；在P1DEBUG接口中的P2.1供电3.3V；P2.2接GND；P2.3 为通讯单元输出信号；P2.4为通讯单元输入信号；P2.5掉电检测端口，掉电检测目的，如果判断掉电发生，将用电量存入存储单元(EEPROM)，以免丢失用电量数据；具体掉电情况取决于所安装设备的供电情况，如果掉电速度较慢，可不接，可以选择性的接；U5存储单元，可实现掉电不丢失数据；R35、R36 主控芯片与存储单元通信线路的上拉电阻；R6、R7、R8、R9交流电压采样模块的上分压电阻；R11、R12交流电压采样模块的下分压电阻；C7、C8交流电压采样模块的稳压电容；C11、C12提供电能计算单元的参考电压；R13发光二极管D1的限流电阻；D1用电量的脉冲闪烁；

具体的应用于工作中时，当本申请的电路板安装在智能设备工作时，其电压电流信号被相应模块获取，并传输至信息处理单元，随后通过信息处理单元得到智能设备的用电量情况和实时电能参数，例如瞬时电压、瞬时电流、瞬时有功功率、功率因数等。信息处理单元将设备用电量与计时单元的时间信息存储至数据储存电路中，数据储存电路具有非易失性，设备掉电后仍然保存有用电信息和时间信息，以便使用者随时读取。智能设备运转时，可随时通过通信连接端来获得信息处理单元的实时电能参数和数据储存电路的用电量数据，也可通过通信连接端下发命令对数据储存电路的用电量数据进行修改。电压采集模块输入端连接置设备电压信号，电流采集模块输出端连接置互感器电流信号。为保证UART通信信号的抗干扰能力，例如可以将参数被定义为波特率 2400，停止位1，数据为8，偶校验。

本实用新型，提供了一种适合于小型智能设备的电能监测电路板，该模块的体积仅为27mm×16mm×4mm，能够方便的安装在各种小型设备内部；结构简单，通过重新设计电压采样电路，仅用三分之二规模就可以实现现有电能监测装置的采样精度，通过本电路板的通信接口的UART端口可以随时上报智能设备的用电情况。

本实用新型，可实时监测智能设备的电能数据，并自动上报非正常用电状态，且自身功耗低于0.3W，有利于安装在智能设备内部，实现对设备运转效果做出准确的判断。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。