CN101949975B - 智能电量测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电量测量仪，包括电量检测机构、CPU以及分别与CPU连接的LCD显示屏、存储单元、通讯接口和时钟单元，其中：电量检测机构，串接于用电设备与交流电网之间，用于检测用电设备的实时耗电量信息，将实时耗电量信息转换成脉冲信号送入CPU；CPU，用于将电量检测机构发送的实时耗电量信息送至LCD显示屏实时显示，并将实时耗电量信息存储在存储单元，当收到外部设备通过通讯接口发送的读取指令时将存储的实时耗电量信息送至外部设备；时钟单元，用于向CPU提供记录实时耗电量信息的时间点，保证实时耗电量信息与其记录时间一一对应。从而，实现了实时获取并实时记录单个用电设备的耗电量。

Description

智能电量测量仪

技术领域

本发明涉及一种电量测量仪器，尤其涉及一种智能电量测量仪。

背景技术

目前在我国通常以家庭或企业为单位安装一个电量测量仪，以测量家庭或企业的总的用电量。然而，随着我国居民生活水平的提高，越来越多的种类繁多的家用电器走进千家万户，越来越多的现代化的办公用电设备进入办公场所，用电负荷随之大幅攀升，然而，有时候有些家用电器或办公用电设备处于待机或空转工作状态并非是人们生活和工作所必须的，这就浪费了大量能源，不利于节能环保。为了节能我们有必要去了解这些位于建筑物内的家用电器或办公用电设备中每一个用电设备的实时用电量，从而去更有针对性的进行节能控制。然而，现有的电量测量仪只能测量出家用电器或办公用电设备中总的用电量(以家庭或企业为单位)，而无法实时测出并实时记录单个家用电器或办公用电设备的实时用电量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实时测出并实时记录每个用电设备的实时耗电量的电量测量仪。

为达到上述目的，本发明提供了一种智能电量测量仪，包括电量检测机构、CPU以及分别与所述CPU连接的LCD显示屏、存储单元、通讯接口和时钟单元，其中：

所述电量检测机构，串接于用电设备与交流电网之间，用于检测所述用电设备的实时耗电量信息，将所述实时耗电量信息转换成脉冲信号送入所述CPU；

所述CPU，用于将所述电量检测机构发送的实时耗电量信息送至所述LCD显示屏实时显示，并将所述实时耗电量信息存储在所述存储单元，当收到外部设备通过所述通讯接口发送的读取指令时将存储的实时耗电量信息送至所述外部设备；

所述时钟单元，用于向所述CPU提供记录所述实时耗电量信息的时间点，保证所述实时耗电量信息与其记录时间一一对应。

本发明的智能电量测量仪，所述电量检测机构与所述交流电网之间还设有电流变换单元，所述电流变换单元，用于将所述交流电网的5A大电流转变成2.5MA小电流，起电气隔离的作用，所述电流变换单元包括型号为HCT204BF的电流互感器及其外围电路。

本发明的智能电量测量仪，还包括电源模块，用于将所述交流电网的交流电转变成直流电为所述智能电量测量仪供电。

本发明的智能电量测量仪，还包括隔离单元，用于保护所述CPU不受来自所述电量检测机构的异常电压或异常电流的冲击，所述隔离单元包括型号为adum1201的双通道数字隔离器及其外围电路。

本发明的智能电量测量仪，还包括电源检测单元，用于当检测到所述电源模块上电或下电时复位所述CPU，所述电源检测单元包括型号为IMP809REUR-T的电源检测芯片及其外围电路。

本发明的智能电量测量仪，所述CPU包括型号为MSP430F149的单片机芯片及其外围电路，所述电量检测机构包括型号为MCP3909的电量测量芯片及其外围电路，所述时钟单元包括型号为pcf8563的时钟芯片及其外围电路，所述通讯接口包括型号为MAX3232ESE的接口转换芯片及其外围电路。

本发明的智能电量测量仪，所述存储单元包括第一存储单元和第二存储单元，其中：

所述第一存储单元，用于存储所述智能电量测量仪的系统初始数据，所述第一存储单元包括型号为FM24C64的EEPRAM存储器及其外围电路；

所述第二存储单元，用于存储所述实时耗电量信息，所述第二存储单元包括型号为M25P16的存储芯片及其外围电路。

本发明的智能电量测量仪，所述电源模块包括第一电压变换单元、直流稳压电源、电压基准单元和第二电压变换单元，其中：

所述第一电压变换单元，用于将所述交流电网的220V交流电变换成5V直流电输出至所述直流稳压电源，为所述电量检测机构和所述隔离单元供电；

所述直流稳压电源，用于将所述5V直流电维持为恒定5V直流电，并输出所述恒定5V直流电至第二电压变换单元，所述直流稳压电源包括型号为HAS2.5-5-WES芯片及其外围电路；

所述电压基准单元，用于稳定所述第一电压变换单元输出的电压，所述电压基准单元包括型号为AD780B的电压基准芯片及其外围电路；

所述第二电压变换单元，用于将所述恒定5V直流电变换成3V的VCC，为所述CPU、所述第一存储单元、所述第二存储单元、所述通讯接口、所述时钟单元和所述电源检测单元供电，所述第二电压变换单元包括型号为AAT3221IGV-3.3-T1的电压转换芯片及其外围电路。

本发明的智能电量测量仪包括电量检测机构、CPU以及分别与CPU连接的LCD显示屏、存储单元、通讯接口和时钟单元，其中：电量检测机构，串接于用电设备与交流电网之间，用于检测用电设备的实时耗电量信息，将实时耗电量信息转换成脉冲信号送入CPU；CPU，用于将电量检测机构发送的实时耗电量信息送至LCD显示屏实时显示，并将实时耗电量信息存储在存储单元，当收到外部设备通过通讯接口发送的读取指令时将存储的实时耗电量信息送至外部设备；时钟单元，用于向CPU提供记录实时耗电量信息的时间点，保证实时耗电量信息与其记录时间一一对应，从而实现了实时获取并记录单个用电设备的耗电量，为节能控制提供了实时、详尽的参考数据。

附图说明

图1为本发明的智能电量测量仪的电路原理框图；

图2为本发明的智能电量测量仪的CPU部分的电路原理图；

图3为本发明的智能电量测量仪的电流变换单元部分的电路原理图；

图4为本发明的智能电量测量仪的电量检测机构部分的电路原理图；

图5为本发明的智能电量测量仪的通讯接口部分的电路原理图；

图6为本发明的智能电量测量仪的时钟单元部分的电路原理图；

图7为本发明的智能电量测量仪的第二存储单元部分的电路原理图；

图8为本发明的智能电量测量仪的第一电压变换单元部分的电路原理图；

图9为本发明的智能电量测量仪的直流稳压电源部分的电路原理图；

图10为本发明的智能电量测量仪的第二电压变换单元部分的电路原理图；

图11为本发明的智能电量测量仪的电源检测单元部分的电路原理图；

图12为本发明的智能电量测量仪的第一存储单元部分的电路原理图；

图13为本发明的智能电量测量仪的电压基准单元部分的电路原理图；

图14为本发明的智能电量测量仪的双通道数字隔离器部分的电路原理图；

图15为本发明的智能电量测量仪的人机界面接口部分的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

参考图1所示，本实施例的智能电量测量仪主要包括电流变换单元1、电量检测机构2、CPU 3、LCD显示屏4、通讯接口5、时钟电路6、存储单元7和电源模块8。其中，电量检测机构2串接于用电设备与220V交流电网之间，用于检测用电设备的实时耗电量信息，将实时耗电量信息转换成脉冲信号送入CPU 3。CPU 3，用于将电量检测机构2发送的实时耗电量信息送至LCD显示屏4显示，并将实时耗电量信息存储在存储单元7，当收到外部设备(例如PC机)通过通讯接口5发送的读取指令时将存储的实时耗电量信息送至外部设备(例如PC机)，以便于通过外部设备(例如PC机)可方便调取查阅该用电设备的实时耗电量信息。时钟单元6，用于向CPU 3提供记录实时耗电量信息的时间点，保证实时耗电量信息与其记录时间一一对应。电源模块8，用于将220V交流电网的交流电转变成直流电为智能电量测量仪供电。

本实施例的智能电量测量仪的存储单元7可进一步分为第一存储单元和第二存储单元。其中，第一存储单元，用于存储智能电量测量仪的系统初始数据；第二存储单元，用于存储实时耗电量信息。

本实施例的智能电量测量仪的电源模块8包括第一电压变换单元、直流稳压电源、电压基准单元和第二电压变换单元。其中，第一电压变换单元，用于将220V交流电网的交流电变换成5V直流电输出至直流稳压电源，为电量检测机构2、隔离单元和电压基准单元供电；直流稳压电源，用于将5V直流电维持为恒定5V直流电，并输出恒定5V直流电至第二电压变换单元；电压基准单元，用于稳定第一电压变换单元输出的电压；第二电压变换单元，用于将恒定5V直流电变换成3V的VCC，为CPU 3、第一存储单元、第二存储单元、通讯接口5和时钟单元6供电。

此外，为保证系统的稳定性和可靠性，本实施例的智能电量测量仪还可以包括电流变换单元1、隔离单元9和电源检测单元10。其中，隔离单元9，分别与电量检测机构2和CPU 3连接，用于保护CPU 3不受来自电量检测机构2的异常电压或异常电流的冲击。电源检测单元10，与CPU 3连接，用于当检测到电源模块8上电或下电时复位CPU 3。电流变换单元1，分别与电量检测机构2和220V交流电网连接，用于将220V交流电网的5A大电流转变成2.5MA小电流，起电气隔离的作用，以防止由于电流变换单元1的绝缘损坏后，其原边高电压传入危及人身安全，通常电流变换单元1的副边绝对不容许开路，其开路时电流变换单元1成了空载状态，磁通高出额定时许多，除了产生大量铁耗损坏电流变换单元1外，还在副边绕组感应出危险的高压，危及人身安全。

本实施例的智能电量测量仪中，如图2所示，CPU 3包括型号为MSP430F149的单片机芯片及其外围电路。如图3所示，电流变换单元1包括型号为HCT204BF的电流互感器及其外围电路。如图4所示，电量检测机构2包括型号为MCP3909的电量测量芯片及其外围电路；如图5所示，通讯接口5包括型号为MAX3232ESE的接口转换芯片及其外围电路。如图6所示，时钟单元6包括型号为pcf8563的时钟芯片及其外围电路。如图7所示，第二存储单元包括型号为M25P16的存储芯片及其外围电路。而第一电压变换单元，如8所示，包括型号为78105的电压转换芯片及其外围电路。如图9所示，直流稳压电源包括型号为HAS2.5-5-WES芯片及其外围电路。如图10所示，第二电压变换单元包括型号为AAT3221IGV-3.3-T1的电压转换芯片及其外围电路。如图11所示，电源检测单元10包括型号为IMP809REUR-T的电源检测芯片及其外围电路。如图12所示，第一存储单元包括型号为FM24C64的EEPRAM存储器及其外围电路。如图13所示，电压基准单元包括型号为AD780B的电压基准芯片及其外围电路。如图14所示，隔离单元9包括型号为adum1201的双通道数字隔离器及其外围电路。其中：

CPU 3的第14、第31管脚对应与隔离单元9的第3、第2管脚连接；CPU 3的第20～第24管脚对应与第二存储单元的第5、第6、第1、第2、第3管脚连接；CPU 3的第32、第33管脚对应与通讯接口5的第11、第12管脚连接；CPU 3的第47、第48、第49管脚对应与第一存储单元的第7、第6、第5管脚连接；CPU 3的第48、第49管脚对应与时钟单元的第6、第5管脚连接；CPU 3的第58管脚与电源检测单元10的RESET管脚连接。

结合图15所示，CPU 3通过人机界面接口与LCD显示屏4连接，其中，CPU 3的第36～第40管脚对应与人机界面接口的第7、第8、第14、第13、第12管脚连接。人机界面接口则与LCD显示屏4连接(图中未画出)，本实施例的智能电量测量仪优选型号为ASD1284系列的液晶模块(LCM)。

电量检测机构2的第5、第6管脚对应与电流变换单元1的副级的正、负极连接；电量检测机构2的第8管脚与第一电压变换单元的CH1+接线端子连接；电量检测机构2的第12、第22管脚对应与隔离单元9的第7、第6管脚连接。

第一电压变换单元的L、NW接线端子对应与直流稳压电源的第1、第2管脚连接；第一电压变换单元的型号为78105的电压转换芯片的Vout端分别与电量检测机构2的第1、第2、第3、第9、第13、第14、第20管脚，电压基准单元的第2管脚，隔离单元9的第8管脚连接；直流稳压电源的第3管脚与第二电压变换单元的第1、第3管脚连接；第二电压变换单元的第5管脚分别与CPU 3的第1、第64管脚，通讯接口5的第16管脚，时钟单元6的第8管脚，第二存储单元的第7、第8管脚，电源检测单元10的VCC管脚，第一存储单元的第5～第8管脚，以及隔离单元9的第1管脚连接。

本发明的智能电量测量仪包括电量检测机构、CPU以及分别与CPU连接的LCD显示屏、存储单元、通讯接口和时钟单元，其中：电量检测机构，串接于用电设备与交流电网之间，用于检测用电设备的实时耗电量信息，将实时耗电量信息转换成脉冲信号送入CPU；CPU，用于将电量检测机构发送的实时耗电量信息送至LCD显示屏实时显示，并将实时耗电量信息存储在存储单元，当收到外部设备通过通讯接口发送的读取指令时将存储的实时耗电量信息送至外部设备；时钟单元，用于向CPU提供记录实时耗电量信息的时间点，保证实时耗电量信息与其记录时间一一对应，从而实现了实时获取并记录单个用电设备的耗电量，为节能控制提供了详尽、实时的参考数据。

实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能电量测量仪，其特征在于，包括电量检测机构、CPU以及分别与所述CPU连接的LCD显示屏、存储单元、通讯接口和时钟单元，其中：

所述电量检测机构，串接于用电设备与交流电网之间，用于检测所述用电设备的实时耗电量信息，将所述实时耗电量信息转换成脉冲信号送入所述CPU；

所述CPU，用于将所述电量检测机构发送的实时耗电量信息送至所述LCD显示屏实时显示，并将所述实时耗电量信息存储在所述存储单元，当收到外部设备通过所述通讯接口发送的读取指令时将存储的实时耗电量信息送至所述外部设备；

所述时钟单元，用于向所述CPU提供记录所述实时耗电量信息的时间点，保证所述实时耗电量信息与其记录时间一一对应，以及，

电源模块，用于将所述交流电网的交流电转变成直流电为所述智能电量测量仪供电，其包括：第一电压变换单元、直流稳压电源、电压基准单元和第二电压变换单元，其中：

所述第一电压变换单元，用于将所述交流电网的220V交流电变换成5V直流电输出至所述直流稳压电源，其包括型号为78105的电压转换芯片、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C30、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6和稳压二极管D7，其中，电阻R28的一端接220V交流电，电阻R28的另一端通过电阻R29分别与稳压二极管D4的输入端以及稳压二极管D5的输出端相连，稳压二极管D4的输出端分别与所述电压转换芯片的输入端、电容C28的一端、电容C25的一端、稳压二极管D6的输出端、稳压二极管D7的输出端相连，稳压二极管D5的输入端、电容C28的另一端、电容C25的另一端、稳压二极管D6的输入端、稳压二极管D7的输入端以及所述电压转换芯片接地端接地，所述电压转换芯片的输出端输出直流5V且分别与电容C26的一端和电容C27的一端相连，电容C26的另一端和电容C27的另一端接地，电阻R30的一端接220V交流电，电阻R30的另一端与电阻R31的一端相连，电阻R31的另一端分别与电阻R32的一端以及电容C30的一端相连，电阻R32的另一端以及电容C30的另一端接地；

所述直流稳压电源，用于将所述5V直流电维持为恒定5V直流电，并输出所述恒定5V直流电至第二电压变换单元，所述直流稳压电源包括型号为HAS2.5-5-WES芯片及其外围电路；

所述电压基准单元，用于稳定所述第一电压变换单元输出的电压，所述电压基准单元包括型号为AD780B的电压基准芯片及其外围电路；

所述第二电压变换单元，用于将所述恒定5V直流电变换成3V的VCC，其型号为AAT3221IGV-3.3-T1的电压转换芯片及其外围电路。

2.根据权利要求1所述的智能电量测量仪，其特征在于，所述电量检测机构与所述交流电网之间还设有电流变换单元，所述电流变换单元，用于将所述交流电网的5A大电流转变成2.5MA小电流，起电气隔离的作用，所述电流变换单元包括型号为HCT204BF的电流互感器及其外围电路。

3.根据权利要求2所述的智能电量测量仪，其特征在于，还包括隔离单元，用于保护所述CPU不受来自所述电量检测机构的异常电压或异常电流的冲击，所述隔离单元包括型号为adum1201的双通道数字隔离器及其外围电路。

4.根据权利要求3所述的智能电量测量仪，其特征在于，还包括电源检测单元，用于当检测到所述电源模块上电或下电时复位所述CPU，所述电源检测单元包括型号为IMP809REUR-T的电源检测芯片及其外围电路。

5.根据权利要求4所述的智能电量测量仪，其特征在于，所述CPU包括型号为MSP430F149的单片机芯片及其外围电路，所述电量检测机构包括型号为MCP3909的电量测量芯片及其外围电路，所述时钟单元包括型号为pcf8563的时钟芯片及其外围电路，所述通讯接口包括型号为MAX3232ESE的接口转换芯片及其外围电路。

6.根据权利要求5所述的智能电量测量仪，其特征在于，所述存储单元包括第一存储单元和第二存储单元，其中：

所述第一存储单元，用于存储所述智能电量测量仪的系统初始数据，所述第一存储单元包括型号为FM24C64的EEPRAM存储器及其外围电路；

所述第二存储单元，用于存储所述实时耗电量信息，所述第二存储单元包括型号为M25P16的存储芯片及其外围电路。

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