专利名称：一种电功率检测控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流市电电功率监测领域，特别是一种连接在市电线路输入 端与用电负载中用于提高用电安全性的电功率检测控制装置。
背景技术：
为了保障用电安全，通常用户在交流市电进线处会安装空气开关，限制该线路上 的用电负荷。采用这样的方式存在着以下几项缺陷1、一旦超过负荷，空气开关将自动跳 断，需要用户在减小负荷后手动合上供电开关；2、对于不超过总负荷的单件违章电器缺乏 有效的监测和限制措施；3、当用电环境发生变化时候，需要重新配置和更换相应的空气开 关，缺乏灵活的调整手段。
实用新型内容实用新型目的本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一 种提高用电安全性的电功率检测控制装置。为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种连接在市电线路输入端与用电负 载中的电功率检测控制装置，包括一个与市电输入端连接的采样电路，用于获取实时用电功率；一个控制电路，包括一个继电器，用于控制所述市电线路的通断；—个微控制器电路，分别与所述的采样电路以及控制电路连接，用于电信号处理、 控制所述继电器的通断；一个电源电路，用于为以上各部分供电。本实用新型中，所述微控制器电路包括MCU芯片。本实用新型中，所述采样电路包括连接在市电线路输入端与MCU芯片之间的电阻 R3、电阻R4、电阻R5以及电容C5，电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电容C5的一端连接所述 MCU芯片的AD输入端；所述电阻R3用于采样交流电流，产生交流压降；所述电容C5为信号滤波电容，滤去电网高频噪声。本实用新型中，所述微控制器电路包括电阻R7、电阻R8构成继电器状态返回检测 部分，MCU芯片的继电器状态输入端通过所述电阻R8连接继电器常闭点2，继电器常闭点2 通过所述电阻R7连接MCU芯片的vcc 口。本实用新型中，所述控制电路包括电容C4、二极管D3、三极管Tl、以及电阻R6 ；所述继电器的两个定点分别连接二极管D3的两端，用于提供继电器控制线圈的 电流续流回路；所述继电器的一个定点连接所述三极管Tl的集电极，三极管Tl的基极通过所述 电阻R6连接MCU芯片的继电器控制信号输出端，其发射极分别连接采样电路以及所述电容 C4 ；所述电容C4另一端连接所述电源电路，提供继电器控制线圈的工作电源。[0017]本实用新型中，所述电源电路包含一个与所述微控制器电路连接的发光二极管， 作为电源指示灯。本实用新型中，所述MCU芯片采用型号为PIC16F676的芯片。有益效果本实用新型通过在交流进线加装该电路检测用电状况，可测量用户当 前用电总功率，实时监测用户单件电器功率，并根据设定参数限制用户最大使用功率和单 件电器允许功率。适用于需要强调用电安全的场合，防止电流过载、杜绝违章大功率电器的 使用。而且本装置结构简单、安装方便、原理新颖可靠、成本低廉，可广泛应用于学校、宾馆、 办公室、写字楼等场合，可智能识别用电状况，减少人工干预，严格限制违章电器的使用，保 证用电安全。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型 的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本实用新型一个实施例电路原理图。图2为本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
本实用新型公开了一种连接在市电线路输入端与用电负载中的电功率检测控制 装置，包括一个与市电输入端连接的采样电路，用于获取实时用电功率；所述采样电路包 括连接在市电线路输入端与MCU芯片之间的电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电容C5，电阻R3、 电阻R4、电阻R5以及电容C5的一端连接所述MCU芯片的AD输入端，所述电阻R3用于采样 交流电流，产生交流压降，并连接所述继电器；所述电容C5为信号滤波电容，滤去电网高频 噪声。包括一个含有继电器的控制电路，用于控制所述市电线路的通断；所述控制电路 包括电容C4、二极管D3、三极管Tl、以及电阻R6 ；所述继电器的两个定点分别连接二极管 D3的两端，用于提供继电器控制线圈的电流续流回路；所述继电器的一个定点连接所述三 极管Tl的集电极，三极管Tl的基极通过所述电阻R6连接MCU芯片的继电器控制信号输出 端，其发射极分别连接采样电路以及所述电容C4 ；所述电容C4另一端连接所述电源电路， 提供继电器控制线圈的工作电源。包括一个含有MCU芯片微控制器电路，分别与所述的采样电路以及控制电路连 接，用于电信号处理、控制所述继电器的通断；所述微控制器电路包括电阻R7、电阻R8构成 继电器状态返回检测部分，MCU芯片的继电器状态输入端通过所述电阻R8连接继电器常闭 点2，继电器常闭点2通过所述电阻R7连接MCU芯片的vcc 口。一个电源电路，用于为以上各部分供电。所述电源电路包含一个与所述微控制器 电路连接的发光二极管，作为电源指示灯。本实用新型中，所述MCU芯片为型号可以采用PIC16F676的芯片。实施例本实施例图1为完整实现所需功能的电路图，其中Jl、J2为交流进线端(市电输 入端)，其接入市电电网；J3、J4为交流出线端(市电输出端)，该端输出接用户使用的各类负载。图1中芯片Ul为MCU，继电器JK，其他均为分立元器件，其主要元件的型号及特性 如下芯片Ul为MCU，采用PIC16F676芯片，工作电压为2. 5V，内含多通道10位AD转换 电路、IK Byte程序区、U8Byte数据EEraOM、64Byte SRAM，自带工作于4MHZRC振荡器，12 个I/O 口、内置Watchdog。Ul引脚13 (ΑΝ0 口)配置为AD输入端；引脚6 (OUT 口)配置为 继电器控制信号输出端，控制继电器动作；引脚8(RC2 口 )配置为继电器状态输入端，获取 继电器当前状态。继电器JK为16A/MVDC继电器，最大控制功率为3500W。NPN三极管Tl提供继电 器动作的放大和推动。芯片U2为TL431稳压芯片，提供M⑶工作电源。本实用新型所述装置的工作原理说明如下。市电输入端J1、电阻R3、电容C2、二极管D2、电容Cl以及市电输入端J2构成对电 容C2的半波充电回路，电路参数配置使电容C2两端充电到DC9V，图中二极管Dl提供充电 反向通路，避免交流负半周对二极管D2、电容C2的反向电压。为了防止交流电网可能存在 的直流偏移，电阻Rl提供电容Cl直流电压的释放通路。电容C2的负极为整机工作的直流 参考地。市电输入端J1、电阻R3、电容C4、二极管D4、电容Cl以及市电输入端J2构成对电 容C4的半波充电回路，电路参数配置可使电容C4两端充电到DC18V以上，该电源提供继电 器控制线圈的工作电源。交流电网的输入端J2直通到交流输出端J3，输入端Jl经功率采样电阻R3接入继 电器的定点5，由MCU芯片Ul的6脚输出信号控制输入功率是否允许输出到输出端J4。二 极管D3提供继电器控制线圈的电流续流回路，电阻R6为三极管基极电阻。当Ul的6脚为 高电平时，三极管Tl导通，继电器线圈通电，控制继电器定点4接通常开点3，交流输入功率 允许输出到输出端J4，用户负载接通可正常用电；当MCU芯片的Ul的6脚为低电平时，三 极管Tl截止，控制继电器定点4接通常闭点2，输出端J4无输出，用户负载断电。电容C2、二极管D5、电阻R2、稳压芯片U2、电容C3以及电容C6构成2. 5V直流稳 压电路，提供MCU芯片Ul的正常工作电源，其中二极管D5为发光二极管，作为电源指示灯， 电阻R2为限流电阻，稳压芯片U2为分流型电压调整管，电容C3、C6为滤波电容。电阻R7、R8构成继电器状态返回检测电路，当继电器JK定点4接通常闭点2时， MCU芯片Ul的8脚通过电阻R8读取到低电平，指示目前对用户供电断开，当继电器定点4 接通常开点3时，MCU芯片Ul的8脚通过电阻R8、R7读取到高电平，指示目前对用户供电 接通。电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电容C5构成采样回路，并接入芯片Ul的13脚 (ΑΝ0 口)。电阻R3采样交流电流，产生交流压降，其中电容C5为信号滤波电容，滤去电网 高频噪声。该交流电压信号由电阻R4、R5分压接芯片Ul的13脚AD输入端。设当前交流 电流为I，则电阻R3的交流压降Vl = I*R3，该交流经电阻R4、R5分压后接入Ul的交流 电压为0. 5*I*R3，设芯片Ul的电源电压为VCC = 2. 5V，该电压也是AD转换的参考电压， 则芯片Ul的13脚输入直流电压为1. 25V，因此，AD转换输入电压V=I. 25+0. 5*I*R3 =1.25+0. 05*1 (V)，经AD转换后的数字量为512+51. 2*1。芯片Ul内部程序完成高速AD转 换，经过6个工频周期的连续测量，检测最大值Vmax和最小值Vmin，计算P = Vmax-Vmin 值，该数值即为供电电流的峰峰值，可换算为当前用电功率。图2为工作流程图，由芯片Ul的嵌入式软件控制执行，图2中，Pmax表示最大允 许用电功率，设定参数；Pc表示单件电器允许功率，设定参数；T表示测量周期，时间为6个 工频周期，120ms ；Px表示当前测量的电功率；PO ；上个周期测量的电功率。当本实用新型装置接入供电线路后，首先电容C4充电到DC18V以上，电容C2充电 到DC9V左右；继电器触点为常闭状态；芯片U2稳压在2. 5V ；芯片Ul上电复位，执行初始化 程序，设定MCU各寄存器及I/O ；芯片Ul读取内部EEPROM设定的最大功率限制Pmax和单 件电器功率限制Pc参数。程序控制三极管Tl导通，继电器JK吸合至常开点，对用户供电，程序开始检测用 电总功率1^。若Px> Pmax或1 > Pc，程序控制继电器断开，中止用户供电半分钟，迫使 用户关闭违章电器，保证用电安全。半分钟后再次接通继电器，检测总功率Px。该过程将持 续进行，直到用户用电符合安全范围。若用户1 < Pc和1 < Pmax,电路对用户正常供电，并连续按6个工频周期为一个 功率测量周期检测当前用电功率，设功率测量周期为T，在to时刻测量的用电功率为P0，在 tl = to+T时刻测量的功率为P1，当Pl < PO时，供电保持，并记录本次Pl数据，用于在t2 =tl+T时刻测量的电功率P2作比较；当Pl > Pmax时，程序控制继电器断开，中止用户供 电半分钟，迫使用户减少用电功率，符合用电总功率限制；当Pl > PO时，计算Pt = P1-P0, 若Pt > Pc，中止用户供电半分钟，迫使用户停止使用单件违章电器，若Pt < Pc，供电保持， 并记录本次Pl数据，用于在t2 = tl+T时刻测量的电功率P2作比较。总体而言本实用新型软件部分包括以下功能定时中断程序，整个电路工作的时 基由该中断生成；系统初始化模块，微控制器上电复位后设置各寄存器为各指定功能；主 控程序，测量当前功率，并检测单件电器功率，并做出相应的控制动作；控制参数的设置和 获取，控制参数存放在内部EEPR0M。本实用新型提供了一种电功率检测控制装置的思路及方法，具体实现该技术方案 的方法和途径很多，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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现 有技术加以实现。
权利要求1.一种连接在市电线路输入端与用电负载中的电功率检测控制装置，其特征在于，包括一个与市电输入端连接的采样电路，用于获取实时用电功率； 一个控制电路，包括一个继电器，用于控制所述市电线路的通断； 一个微控制器电路，分别与所述的采样电路以及控制电路连接，用于电信号处理、控制 所述继电器的通断；一个电源电路，用于为以上各部分供电。
2.根据权利要求1所述的一种电功率检测控制装置，其特征在于，所述微控制器电路 包括MCU芯片。
3.根据权利要求2所述的一种电功率检测控制装置，其特征在于，所述采样电路包括 连接在市电线路输入端与MCU芯片之间的电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电容C5，电阻R3、 电阻R4、电阻R5以及电容C5的一端并接后连接所述MCU芯片的AD输入端；所述电阻R3用于采样交流电流，产生交流压降； 所述电容C5为信号滤波电容，滤去电网高频噪声。
4.根据权利要求2或3所述的一种电功率检测控制装置，其特征在于，所述微控制器 电路包括电阻R7、电阻R8构成继电器状态返回检测部分，MCU芯片的继电器状态输入端通过所述电阻R8连接继电器常闭点2，继电器常闭点2通过所述电阻R7连接MCU芯片的vcc□。
5.根据权利要求2或3所述的一种电功率检测控制装置，其特征在于，所述控制电路包 括电容C4、二极管D3、三极管Tl、以及电阻R6 ；所述继电器的两个定点分别连接二极管D3的两端，用于提供继电器控制线圈的电流 续流回路；所述继电器的一个定点连接所述三极管Tl的集电极，三极管Tl的基极通过所述电阻 R6连接MCU芯片的继电器控制信号输出端，其发射极分别连接采样电路以及所述电容C4 ； 所述电容C4另一端连接所述电源电路，提供继电器控制线圈的工作电源。
6.根据权利要求1所述的一种电功率检测控制装置，其特征在于，所述电源电路包含 一个与所述微控制器电路连接的发光二极管，作为电源指示灯。
7.根据权利要求2所述的一种电功率检测控制装置，其特征在于，所述MCU芯片采用型 号为PIC16F676的芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种连接在市电线路输入端与用电负载中的电功率检测控制装置，包括一个与市电输入端连接的采样电路，用于获取实时用电功率；一个控制电路，包括一个继电器，用于控制所述市电线路的通断；一个微控制器电路，分别与所述的采样电路以及控制电路连接，用于电信号处理、控制所述继电器的通断；一个电源电路，用于为以上各部分供电。本装置结构简单、安装方便、原理新颖可靠、成本低廉，可广泛应用于学校、宾馆、办公室、写字楼等场合，可智能识别用电状况，减少人工干预，严格限制违章电器的使用，保证用电安全。
文档编号G05B19/04GK201927995SQ20112007490
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者周斌 申请人:南京诚善科技有限公司, 张金芳