CN101409408A

CN101409408A - 一种可分时计量电费的电源插座

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Publication number: CN101409408A
Application number: CNA2008100228845A
Authority: CN
Inventors: 宋成法; 颜爱忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2009-04-15

Abstract

本发明涉及的是一种可分时计量电费的电源插座，该电源插座除具有普通的电源连接功能外，还能够根据不同的费率，实现分时计量所用电费。结构包括电源插座带孔壳体，壳体插孔内装有若干个导电弹簧触片，其特征在于在壳体上还设有LCD显示单元和按键，分时耗能计量及显示装置安装在电源插座带孔壳体内；所述的分时耗能计量及显示装置包括单片机U28、电量信号采样单元、抗干扰滤波电路及电能计量芯片U27、实时时钟芯片U30、非易失性寄存器U29、显示器、操作按键电路。

Description

一种可分时计量电费的电源插座

技术领域

本发明涉及的是一种可分时计量电费的电源插座，该电源插座除具有普通的电源连接功能外，还能够根据不同的费率，实现分时计量所用电费。

背景技术

现有的电量计费是由供电部门在用户进户端安装电度表，通过分时计量耗电能量并根据相应的费率计算出电费。安装使用电度表来计量电费，必须通过电工或专业人员。而且这种计能方式只能对用户的所有用电耗能进行统一计量。

对于普通家庭或普通企业人员无法对用户范围内的某一部分或某个设备进行随时耗能及用电花费检测；例如在用电高峰期部分企业为了便于管理，想对各个办公室的耗电设备用电花费进行监督时；再如当部分家庭有多余的房间出租，想对出租房间的耗电设备用电花费进行检测时，等等这些情况，通过供电部门安装在进户端的电度表是无法及时实现的，当然也可以根据以上提到的情况小范围内安装电度表，但这样势必增加很多成本，而且相当麻烦。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种可分时计量电费的电源插座，是一种低成本、安装使用方便的可实现分时计量电费的电源插座，能使企业及普通家庭成员安全、方便地检测某个耗能设备的用电情况及用电花费。

一种可分时计量电费的电源插座是采取以下方案实现的：一种可分时计量电费的电源插座，包括电源插座带孔壳体，壳体插孔内装有若干个导电弹簧触片，其特征在于在壳体上还设有LCD显示单元和按键，分时耗能计量及显示装置安装在电源插座带孔壳体内；

所述的分时耗能计量及显示装置包括单片机U28、电量信号采样单元、抗干扰滤波电路及电能计量芯片U27、实时时钟芯片U30、非易失性寄存器U29、显示器、操作按键电路；

单片机U28的P1口及P2口共16个引脚连接显示器及操作按键电路；

电量信号采样单元包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路是由串接在插座的火线上的康铜电阻器R56构成，电压采样电路是由电阻R53、可调电位器R57组成，电阻R53一端与零线连接，另一端与可调电位器R57相连，可调电位器R57的另一端与地线连接；

抗干扰滤波电路由电流滤波电路、电压滤波电路组成；电流滤波电路包括电阻R59、电容C56、电阻R60和电容C57；电阻R59一端与康铜电阻器的进线端相连，另一端与电容C56的一端相连并同时与电能计量芯片的第4脚连接作为电流的输入端，电容C56的另一端接电源地，电阻R60的一端与康铜电阻器的出线端相连，另一端与电容C57的一端相连并同时与计量芯片的第5脚连接作为电流的输出端，电容C57的另一端接电源地，电压滤波电路包括电阻R54、电容C52、电阻R58和电容C55；电阻R54一端与可调电位器R57中间抽头相连，另一端与电容C52的一端相连并同时与电能计量芯片的第2脚连接作为电压的输入端，电容C52的另一端接电源地，电阻R58的一端与地线相连，另一端与电容C55的一端相连并同时与计量芯片的第3脚连接作为电压的输出端，电容C55的另一端接电源地。

电能计量芯片U27的1脚接模拟电源VACC，6脚接电源地，14、11、10、9、8、12脚分别与单片机U28的12、6、10、23、26、4脚相连；

实时时钟芯片U30的5、6、7三脚分别与单片机U28的19、13、14脚相连，实时时钟芯片双电源供电，其中1脚直接与工作电源VCC供电，而8脚接超级电容BAT2供电；

非易失性存储器U29的脚1、2、3、7脚短接接工作电源地，非易失性存储器U29的5、6脚分别接单片机的11、9脚，与单片机U28实现两线制通讯。

本发明一种可分时计量电费的电源插座设计合理、结构紧凑。大大方便了普通家庭和企业对部分较大耗电设备的用电费用情况进行观察，为用电开支预算提供了参考依据，本发明的计量误差不大于±2％。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

图1是一种可分时计量电费的电源插座的产品结构示意图1。

图2是一种可分时计量电费的电源插座的产品结构示意图2。

图3是一种可分时计量电费的电源插座的逻辑原理框图。

图4是一种可分时计量电费的电源插座的电路原路图。

具体实施方式

参照附图1～4，一种可分时计量电费的电源插座结构具有电源插座带孔壳体1和分时耗能计量及显示装置，壳体插孔2内装有若干个导电弹簧触片，壳体1上还设有LCD显示单元3和按键4，可显示的内容包括：峰时电量(KWH)、谷时电量电量(KWH)、总电费；按键实现复位、设定和调整功能。用户可通过这些操作按键的组合来完成分时费率设定，实时时钟校准，复位重新计量计费。分时耗能计量及显示装置安装在电源插座带孔壳体1内。

分时耗能计量及显示装置包括单片机、电量信号采样单元、抗干扰滤波电路及电能计量芯片、实时时钟芯片、非易失性寄存器、显示器、操作按键电路。分时耗能计量及显示装置用于计量和显示分时电量及总电费。

所述的单片机U28采用低功耗的51系列单片机，例如ATMEL89C52、STC12C5410等。单片机采用11.0592M晶振。单片机U28的P1口及P2口共16个引脚连接显示器及操作按键电路。单片机负责计量处理，分时费率分析计算，通过存储器保存数据，并由显示器显示结果。

电量信号采样单元包括电流采样电路和电压采样电路。电流采样电路是由串接在插座的火线上的康铜电阻器R56构成，来实现电流采样。康铜电阻器R56阻值一般取值25mΩ，当用电设备工作时康铜电阻上产生几毫伏至几百毫伏的电压，经电阻电容滤波电路送入电能计量芯片，成为电流采样通道。电压采样电路是由电阻R53、可调电位器R57组成，分压电阻网络，来实现电压采样。电阻R53阻值较大，一端与零线连接，另一端与可调电位器R57相连，可调电位器R57的另一端与地线连接。电阻R53分去大部分电压，而可调电位器R57阻值较小且可调，其中间抽头与地线上的电压与插座电压成正比。

抗干扰滤波电路由电流滤波电路、电压滤波电路组成；电流滤波电路包括电阻R59、电容C56、电阻R60和电容C57；电阻R59一端与康铜电阻器的进线端相连，另一端与电容C56的一端相连并同时与电能计量芯片的第4脚连接作为电流的输入端，电容C56的另一端接电源地。电阻R60的一端与康铜电阻器的出线端相连，另一端与电容C57的一端相连并同时与计量芯片的第5脚连接作为电流的输出端，电容C57的另一端接电源地。电压滤波电路包括电阻R54、电容C52、电阻R58和电容C55；电阻R54一端与可调电位器R57中间抽头相连，另一端与电容C52的一端相连并同时与电能计量芯片的第2脚连接作为电压的输入端，电容C52的另一端接电源地。电阻R58的一端与地线相连，另一端与电容C55的一端相连并同时与计量芯片的第3脚连接作为电压的输出端，电容C55的另一端接电源地。

电能计量芯片U27采用ECH0930集成电路，在设计上采用了过采样和数字信号处理技术，从而大大地提高了芯片的测量准确度，同时，在A/D转换后的数据均由数字电路进行运算和处理，保证了芯片的长期稳定性。基于此芯片设计的电子式计量器件具有外围电路简单、精度高、稳定性好等特点，电能计量芯片U27对输入的电压和电流两个通道的输入电压求乘积，并通过信号处理，把获取的有功功率信息转换成频率，电能计量芯片的CF引脚输出高速校验脉冲，输出频率正比与瞬时有功功率的大小，具体脉宽取决与S1、S0引脚状态。CF引脚的高速输入到51系列单片机的计数器引脚，计数脉冲个数，因为脉冲频率正比于有功功率的大小，于是计数脉冲个数就能反映出有功能量多少，从而实现电量计量。电能计量芯片U27的1脚接模拟电源VACC，6脚接电源地。电能计量芯片U27的14、11、10、9、8、12脚分别与单片机U28的12、6、10、23、26、4脚相连。

实时时钟芯片U30采用一种高性能、低功耗的实时时钟电路DS1302，工作电压为2.5V～5.5V。实时时钟芯片的5、6、7三脚分别与单片机的19、13、14脚相连，实现三线接口与CPU进行同步通信。实时时钟芯片双电源供电，其中1脚直接与工作电源VCC供电，而8脚接超级电容BAT2供电，当插座有电时工作电源VCC通过电阻R61连接二极管D17给超级电容BAT2充电，插座没电时，超级电容为实时时钟芯片提供工作电源，一般情况下充满电的超级电容可以维持实时时钟芯片工作几百到几千小时，这样就可以保证了即使停电恢复之后也能保证时钟准确。

非易失性存储器U29采用铁电存储器FM24C64，铁电存储器的好处是能够随时进行读写操作，操作次数没有限制，且在停电的情况下能够保存数据100年以上而不丢失。单片机将分析计算出的电度及电费数据随时保存到该存储器中，确保数据了精度。非易失性存储器的脚1、2、3、7脚短接接工作电源地。非易失性存储器的5、6脚分别接单片机的11、9脚，与单片机实现两线制通讯。

所述的显示器采用段码式LCD显示器。段码式LCD显示单元及操作按键电路分别用于显示和按键操作，本发明中设置三个按键分别用于复位、设定、调整。用户可根据当地供电部门公布的费率，通过这三个按键自行设定白天和黑夜的费率。同时用户也可以通过按键清除以往记录，重新开始计量。

工作原理：

一种可分时计量电费的电源插座工作时，插座的火线上串接康铜电阻实现电流采集，康铜电阻阻值为25mΩ，当用电设备工作时康铜电阻上产生几毫伏到几百毫伏的电压，经电阻电容滤波电路送入电能计量芯片U27，成为电流采样通道，电阻R53、R54、R57组成电阻分压网络，经过滤波电路送入计量芯片U27组成电压采样通道，同时，在A/D转换后的数据均由数字电路进行运算和处理，电能计量芯片U27对输入的电压和电流两个通道的输入电压求乘积，并通过信号处理，把获取的有功功率信息转换成频率，电能计量芯片U27的CF引脚输出高速校验脉冲，输出频率正比与瞬时有功功率的大小，具体脉宽取决与S1、S0引脚状态。CF引脚的高速输入到51系列单片机U28的计数器引脚，计数脉冲个数，因为脉冲频率正比于有功功率的大小，于是计数脉冲个数就能反映出有功能量多少，从而实现电量计量。实时时钟芯片U30是一种高性能、低功耗的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，CPU根据时钟信息分时计量电度，同时再由分时费率计算出总电费。实时时钟芯片U30采用双电源供电，其中一路接超级电容供电，当插座有电时通过电阻及二极管给超级电容充电，插座没电时，超级电容BAT2为实时时钟芯片U30提供工作电源，一般情况下充满电的超级电容可以维持实时时钟芯片U30工作几百到几千小时，这样就可以保证了即使停电恢复之后也能保证时钟准确。非易失性存储器U29采用铁电存储器，单片机将分析计算出的电度及电费数据随时保存到该存储器中，确保数据了精度。

一种可分时计量电费的电源插座配置有工作电源电路包括交流变压器T1、二极管D14、电容电容C49～C51、R52和稳压芯片VR1；交流变压器T1输出一端连接二极管D14、电容C50直流滤波，稳压芯片VR1(78L05)输出端连接有电容C51、电阻R52和电容C49对模拟电源VACC进行隔离滤波。本发明中的工作电源电路采用交流变压器T1实现，输入220V，输出9V。输出一端连接二极管D14、电容C50直流滤波，芯片VR1采用78L05实现5V稳压。78L05是一种宽压差低纹波的三端电源稳压芯片，输入直流范围7-15V，输出稳压的直流5v。C51电源滤波。为防止模拟信号对数字信号的干扰，通过电阻R52和电容C49对模拟电源VACC进行隔离滤波。

Claims

1、一种可分时计量电费的电源插座，包括电源插座带孔壳体，壳体插孔内装有若干个导电弹簧触片，其特征在于在壳体上还设有LCD显示单元和按键，分时耗能计量及显示装置安装在电源插座带孔壳体内；

2、根据权利要求1所述的一种可分时计量电费的电源插座，其特征在于配置有工作电源电路包括交流变压器T1、二极管D14、电容电容C49～C51、R52和稳压芯片VR1；交流变压器T1输出一端连接二极管D14、电容C50直流滤波，稳压芯片VR1输出端连接有电容C51、电阻R52和电容C49对模拟电源VACC进行隔离滤波。

3、根据权利要求1所述的一种可分时计量电费的电源插座，其特征在于所述的单片机U28采用51系列单片机。

4、根据权利要求1所述的一种可分时计量电费的电源插座，其特征在于所述的电能计量芯片U27采用ECH0930集成电路。

5、根据权利要求1所述的一种可分时计量电费的电源插座，其特征在于所述的实时时钟芯片U30采用DS1302时钟电路芯片，其工作电压为2.5V～5.5V。

6、根据权利要求1所述的一种可分时计量电费的电源插座，其特征在于所述的非易失性存储器U29采用铁电存储器FM24C64。

7、根据权利要求1所述的一种可分时计量电费的电源插座，其特征在于所述的显示器采用段码式LCD显示器。