一种多功能插座式电能测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电能测量技术领域，具体涉及一种多功能插座式电能测量仪。
【背景技术】
[0002]随着经济发展和人们生活水平的不断提高，家用电器越来越多，随之而来的则是电费的增加。绿色环保、低碳经济、科学发展，更要求人们节约能源，因此，不少家庭对家用电器的耗电量十分重视，需要一种能简单快速测量用电器消耗的功率、电流和市电电压的多功能电能测量仪。目前市场上用于专业电能测量的多功能电能测量仪，价格高，普通居民家庭难以接受。
【发明内容】
[0003]为解决现有多功能电能测量仪的不足，本发明公开一种多功能插座式电能测量仪。该多功能插座式电能测量仪的电流和电压的采样都使用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量负载的有功功率、电流和电压的有效值，应用AT89C2051单片机进行控制和数据处理，采用IXD1602液晶显示器显示测量值，运用非隔离+ 5V开关电源供电。电能测量仪的最大负载电流为10A，将用电器的电源插头插入该多功能电能测量仪的插座上，即可测量用电器的有功功率、电流和电压的有效值，操作简单，使用方便，测量的灵敏度高、功耗小、精度高。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种多功能插座式电能测量仪，由电流电压采样电路、电能计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成。电流电压采样电路由电阻Rl?R8和电容Cl、C2、C3组成。电能计量电路由集成电路芯片HLW8012和电容C4组成。单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5?C8，按钮Kl和晶振Xl组成。IXD显示电路由IXD1602液晶显示器和电位器RPl组成。电源电路由集成电路芯片LNK304，电阻RlO?R13，电容C9?C12，电感LI和二极管Dl、D2、D3组成。
[0005]本发明的积极效果在于:电路简单、体积小、重量轻、成本低、操作简单，使用方便，灵敏度高、功耗小、精度高。
【附图说明】
[0006]图1为本发明的结构方框图。
[0007]图2为本发明的电流电压采样电路。
[0008]图3为本发明的电能计量电路。
[0009]图4为本发明的单片机和IXD显示电路。
[0010]图5为本发明的电源电路。
【具体实施方式】
[0011]如附图1所示，本发明由电流电压采样电路、电能计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成。电能计量电路的电流电压采样输入端接电流电压采样电路的输出端，输出电流/电压选择输入端接单片机的输出电流/电压选择输出控制端，输出端接单片机电路的输入端；单片机电路的显示驱动输出端接LCD显示电路的驱动输入端；电源电路的输出端接电能计量电路、单片机电路和LCD显示电路的电源端。
[0012]如附图2所示，电流电压采样电路由电阻Rl?R8和电容Cl、C2、C3组成。电阻Rl与R2 —端的连接点接负载，负载的另一端接交流市电的火线；R3 —端与Rl另一端的连接点接地，并连接交流市电的零线；R2的另一端与Cl的一端相连为电流采样的输出端V1P，与电能计量电路的THLW8012的2脚VlP相连接；R3的另一端与C2的一端相连为电流采样的输出端VlN,与THLW8012的3脚VlN相连接；C1与C2的另一端相连并接地。R4、R5、R6、R7串联，R4的另一端接交流市电的火线，R8与C3并联的一端接地，并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样的输出端V2P，接THLW8012的4脚电压采样输入端V2P。
[0013]电流、电压的采样有电阻采样和互感器采样两种方式，互感器采样方式的体积大、成本高，本发明的电流和电压采样都采用电阻采样方式。负载电流流过电阻R1，经R2、Cl和R3、C2阻容滤波，将电流信号转换成电压信号。电流采样电阻Rl设计为0.002Q/2W的锰铜电阻，最大负载电流为10A。电压采样是利用电阻R4?R8串联分压，将市电电压降至10mV左右进行采样。电阻R4?R7的电阻值都设计为470K Ω，R8的电阻值为IK Ω，实用于对220V交流市电的电压采样。
[0014]如附图3所示，电能计量电路由集成电路芯片HLW8012和电容C4组成。THLW8012的I脚接+ 5V电源和C4的一端，C4的另一端接地；2脚接电流电压采样电路的输出端VlP ;3脚接电流电压采样电路的输出端VlN ;4脚接电流电压采样电路的输出端V2P ;5脚接地；6、7、8脚分别接单片机电路的AT89C2051的6、8、9脚。
[0015]HLW8012是深圳市合力为科技公司推出的单相电能计量芯片，可以测量有功功率、电流有效值和电压有效值。采用CMOS工艺，S0P8封装，内置晶振、2.43V电压参考源和电源监控电路，+ 5V单电源供电，工作时的功耗不超过15mW。输出的高频脉冲CF是占空比为I: I的方波，通过测量CF引脚输出的高频脉冲的频率计算有功功率，精度为±0.3%。输出的高频脉冲CFl是占空比为1:1的方波，通过测量CFl引脚输出的高频脉冲的频率计算电流有效值或电压有效值，使用SEL选择，精度为±0.5%。SEL为高电平时，CFl输出的脉冲频率表示电压有效值，SEL为低电平时，CFl输出的脉冲频率表示电流有效值。
[0016]如附图4所示，单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R9，电容C5?C8，按钮Kl和晶振Xl组成。AT89C2051的I脚接R9 —端与C7负极的连接点，2、3、7脚分别接LCD1602的6、5、4脚，4脚接晶振Xl —端与电容C6 —端的连接点，5脚接晶振Xl另一端与电容C5一端的连接点，6、8、9脚分别接HLW8012的6、7、8脚，10脚与R9、C5、C6、C8、Kl的另一端都接地，11脚接Kl的一端，12?19脚分别接IXD1602的14?7脚，20脚、C7的正极和的C8一端都接+ 5V电源。
[0017]AT89C2051是ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机。AT89C2051的I脚是复位端，R9、C7组成单片机的复位电路。AT89C2051的4脚、5脚内部电路与外部的晶振Xl和电容C5、C6组成时钟振荡电路。AT89C2051通过测量电能计量芯片HL