CN102426290B - 一种宽量程高精度电能表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电能表技术领域，提供一种宽量程高精度电能表，包括单片机中央处理单元、电能表计量单元，所述电能表计量单元由电流采样单元、电压采样单元、外部时钟单元、宽量程计量芯片及其外围电路组成；所述电流采样单元和电压采样单元的输出端分别与宽量程计量芯片的输入端相连，宽量程计量芯片与外部时钟单元相连，宽量程计量芯片的输出端与单片机中央处理单元相连。本发明在硬件上采用锰铜和互感器共用或两个互感器的方式进行电流采样，计量火线电流；在软件上应用自动跟踪电流技术，通过单片机控制通道选择来改变量程，打破计量芯片动态范围的制约，达到拓宽量程的目的，符合单/三相电能表宽量程高精度的发展趋势。

Description

一种宽量程高精度电能表
技术领域
 本发明涉及电能表技术领域，具体说是一种单/三相宽量程高精度电能表。
背景技术
目前市场上常见的电能表的电流范围一般要求最大电流4倍或8倍以上于基本电流，随着用户对电能表要求的不断提高，宽量程高精度电能表的市场需求显著增加；而现在常用的方案是采用宽量程计量芯片实现宽量程计量，这种方式受计量芯片动态范围的严重制约，不能保证在整个电流范围内的高精度，不能完全满足宽量程高精度电能表的市场需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，而提供一种单/三相宽量程高精度电能表，其采用锰铜和互感器配合或两个互感器配合的方式进行电流采样，实现单/三相电能表宽量程计量。
本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种宽量程高精度电能表，包括单片机中央处理单元、电能表计量单元，所述电能表计量单元由电流采样单元、电压采样单元、外部时钟单元、宽量程计量芯片及其外围电路组成；所述电流采样单元和电压采样单元的输出端分别与宽量程计量芯片的输入端相连，宽量程计量芯片与外部时钟单元相连，宽量程计量芯片的输出端与单片机中央处理单元相连。
在上述技术方案中，所述电流采样单元由锰铜电流采样通道和互感器电流采样通道两部分组成，其中锰铜分流器和电流互感器串联接在火线输入端和火线输出端之间。
在上述技术方案中，所述电流采样单元中锰铜电流采样通道包括锰铜分流器MT1，电阻R1，电阻R2，电容C2，电容C3和滤波磁珠C1；互感器电流采样通道包括电流互感器CT1，电阻R3~电阻R6，电容C6，电容C7，稳压管D1；所述电压采样单元包括电阻R7~电阻R10，电阻R14，电阻R15，电容C4和电容C5；所述外部时钟单元包括晶体Y1，电容C12和电容C13；所述宽量程计量芯片及其外围电路包括计量芯片U1，电阻R11~电阻R13，电阻R16~电阻R23，电容C8~电容C11，电容C14和复合三极管BG1，所述芯片U1的型号为MSP430AFE253；所述锰铜分流器MT1的1脚接火线输入，MT1的3脚接火线输出，MT1的2脚经电阻R2接计量芯片U1的2脚，MT1的3脚经电阻R1连接到U1的1脚，MT1的1脚经滤波磁珠C1连接到GND，U1的1脚经电容C2连接到GND，U1的2脚经电容C3连接到GND；电流互感器CT1的1脚连接到火线输出，CT1的2脚连接到火线输入，CT1的4脚经电阻R3连接到U1的3脚，CT1的3脚经电阻R4连接到U1的4脚，CT1的4脚经电阻R5连接到GND，CT1的3脚经电阻R6连接到GND，U1的3脚经电容C6连接到GND，U1的4脚经电容C7连接到GND，稳压管D1连接在U1的3脚和4脚之间；所述电压采样单元中零线输入经电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10连接到U1的8脚，U1的8脚经电阻R14连接到GND，U1的9脚经电阻R15连接到GND，电容C4并联在电阻R14两端，电容C5并联在电阻R15两端；所述外部时钟单元中晶体Y1一端连接到U1的14脚，另一端连接到U1的15脚，U1的14脚经电容C12连接到GND，U1的15脚经电容C13连接到GND；所述计量外围电路中U1的5脚经电阻R11连接到VDD，U1的5脚经电容C9连接到GND，U1的6脚连接到GND，U1的7脚经电容C8连接到GND，U1的11脚经电容C10连接到GND，经电阻R19上拉到VDD，并经二极管D5连接到单片机的复位信号端；U1的13脚连接到GND，U1的16脚连接到VDD，U1的16脚经电容C11连接到GND；U1的24脚经二极管D2连接到单片机的SPI模式片选信号端，并经电阻R16上拉到VDD；U1的23脚经二极管D3连接到单片机的SPI模式时钟输入信号端，并经电阻R17上拉到VDD；U1的22脚经电阻R12连接到复合三极管BG1的1脚，BG1的2脚经电阻R21上拉到VDD，BG1的6脚连接到单片机的SPI模式数据输出信号端，并经电阻R22上拉到直流电压VCC；U1的21脚经电阻R13和二极管D4连接到单片机的SPI模式数据输入信号端，并经电阻R18上拉到VDD；U1的18脚连接到BG1的4脚，BG1的5脚经电阻R20上拉到VDD，BG1的6脚连接到单片机的计量脉冲输出信号端，并经电阻R23连接到VCC，电容C14连接在BG1的6脚和GND之间。
上述VDD为计量单元工作电压，VCC为单片机的工作电压。
在上述技术方案中，所述电流采样单元由两个互感器电流采样通道组成，两个电流互感器串联接在火线输入端和火线输出端之间。
本发明的有益之处在于：单/三相电能表在硬件上采用锰铜和互感器共用或两个互感器的方式进行电流采样，计量火线电流；在软件上应用自动跟踪电流技术，通过单片机控制通道选择来改变量程，打破计量芯片动态范围的制约，达到拓宽量程的目的，符合单/三相电能表宽量程高精度的发展趋势。
附图说明
图1为本发明中电能表计量单元的实施例一电路原理图。
图2为本发明中电能表计量单元的实施例一电路连接图。
图3为本发明中电能表计量单元的实施例二电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本实施例提供一种宽量程高精度单/三相电能表，包括单片机中央处理单元、电能表计量单元以及电能表基本功能模块，所述电能表计量单元由电流采样单元、电压采样单元、外部时钟单元、宽量程计量芯片及其外围电路组成；所述电流采样单元和电压采样单元的输出端分别与宽量程计量芯片的输入端相连，宽量程计量芯片与外部时钟单元相连，宽量程计量芯片的输出端与单片机中央处理单元相连。
因三相电能表在电能表计量单元的电路结构上与单相电能表类似，本说明书以单相电能表计量硬件方案为例说明。所述电流采样单元由锰铜电流采样通道和互感器电流采样通道两部分组成，其中的锰铜分流器和电流互感器串联接在火线输入端和火线输出端，在上电默认状态下，所述电能表计量单元以锰铜电流采样通道的采样电流为准进行计量，当采样电流小于设定值时，单片机中央处理单元通过控制电能表计量单元进行通道选择切换，以互感器电流采样电流为准进行计量。
如图2所示，所述电流采样单元中锰铜电流采样通道包括锰铜分流器MT1，电阻R1，电阻R2，电容C2，电容C3和滤波磁珠C1；互感器电流采样通道包括电流互感器CT1，电阻R3~电阻R6，电容C6，电容C7，稳压管D1；所述电压采样单元包括电阻R7~电阻R10，电阻R14，电阻R15，电容C4和电容C5；所述外部时钟单元包括晶体Y1，电容C12和电容C13；所述宽量程计量芯片及其外围电路包括计量芯片U1，电阻R11~电阻R13，电阻R16~电阻R23，电容C8~电容C11，电容C14和复合三极管BG1，所述芯片U1的型号为MSP430AFE253；所述锰铜分流器MT1的1脚接火线输入，MT1的3脚接火线输出，MT1的2脚经电阻R2接计量芯片U1的2脚，MT1的3脚经电阻R1连接到U1的1脚，MT1的1脚经滤波磁珠C1连接到GND，U1的1脚经电容C2连接到GND，U1的2脚经电容C3连接到GND；电流互感器CT1的1脚连接到火线输出，CT1的2脚连接到火线输入，CT1的4脚经电阻R3连接到U1的3脚，CT1的3脚经电阻R4连接到U1的4脚，CT1的4脚经电阻R5连接到GND，CT1的3脚经电阻R6连接到GND，U1的3脚经电容C6连接到GND，U1的4脚经电容C7连接到GND，稳压管D1连接在U1的3脚和4脚之间；所述电压采样单元中零线输入经电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10连接到U1的8脚，U1的8脚经电阻R14连接到GND，U1的9脚经电阻R15连接到GND，电容C4并联在电阻R14两端，电容C5并联在电阻R15两端；所述外部时钟单元中晶体Y1一端连接到U1的14脚，另一端连接到U1的15脚，U1的14脚经电容C12连接到GND，U1的15脚经电容C13连接到GND；所述计量外围电路中U1的5脚经电阻R11连接到VDD，U1的5脚经电容C9连接到GND，U1的6脚连接到GND，U1的7脚经电容C8连接到GND，U1的11脚经电容C10连接到GND，经电阻R19上拉到VDD，并经二极管D5连接到单片机的复位信号端；U1的13脚连接到GND，U1的16脚连接到VDD，U1的16脚经电容C11连接到GND；U1的24脚经二极管D2连接到单片机的SPI模式片选信号端，并经电阻R16上拉到VDD；U1的23脚经二极管D3连接到单片机的SPI模式时钟输入信号端，并经电阻R17上拉到VDD；U1的22脚经电阻R12连接到复合三极管BG1的1脚，BG1的2脚经电阻R21上拉到VDD，BG1的6脚连接到单片机的SPI模式数据输出信号端，并经电阻R22上拉到直流电压VCC；U1的21脚经电阻R13和二极管D4连接到单片机的SPI模式数据输入信号端，并经电阻R18上拉到VDD；U1的18脚连接到BG1的4脚，BG1的5脚经电阻R20上拉到VDD，BG1的6脚连接到单片机的计量脉冲输出信号端，并经电阻R23连接到VCC，电容C14连接在BG1的6脚和GND之间。
上述VDD为计量单元工作电压，VCC为单片机的工作电压。
如图3所示，所述电流采样单元还可以由两个互感器电流采样通道组成，两个电流互感器串联接在火线输入端和火线输出端之间。其具体电路连接方式与图2类似，只是把锰铜采样通道的连接部分改成互感器采样通道的连接部分。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种宽量程高精度电能表，包括单片机中央处理单元、电能表计量单元，其特征是：所述电能表计量单元由电流采样单元、电压采样单元、外部时钟单元、宽量程计量芯片及其外围电路组成；所述电流采样单元和电压采样单元的输出端分别与宽量程计量芯片的输入端相连，宽量程计量芯片与外部时钟单元相连，宽量程计量芯片的输出端与单片机中央处理单元相连；所述电流采样单元由锰铜电流采样通道和互感器电流采样通道两部分组成，其中锰铜分流器和电流互感器串联接在火线输入端和火线输出端之间；所述电流采样单元中锰铜电流采样通道包括锰铜分流器MT1，电阻R1，电阻R2，电容C2，电容C3和滤波磁珠C1；互感器电流采样通道包括电流互感器CT1，电阻R3~电阻R6，电容C6，电容C7，稳压管D1；所述电压采样单元包括电阻R7~电阻R10，电阻R14，电阻R15，电容C4和电容C5；所述外部时钟单元包括晶体Y1，电容C12和电容C13；所述宽量程计量芯片及其外围电路包括计量芯片U1，电阻R11~电阻R13，电阻R16~电阻R23，电容C8~电容C11，电容C14和复合三极管BG1，所述芯片U1的型号为MSP430AFE253；所述锰铜分流器MT1的1脚接火线输入，MT1的3脚接火线输出，MT1的2脚经电阻R2接计量芯片U1的2脚，MT1的3脚经电阻R1连接到U1的1脚，MT1的1脚经滤波磁珠C1连接到GND，U1的1脚经电容C2连接到GND，U1的2脚经电容C3连接到GND；电流互感器CT1的1脚连接到火线输出，CT1的2脚连接到火线输入，CT1的4脚经电阻R3连接到U1的3脚，CT1的3脚经电阻R4连接到U1的4脚，CT1的4脚经电阻R5连接到GND，CT1的3脚经电阻R6连接到GND，U1的3脚经电容C6连接到GND，U1的4脚经电容C7连接到GND，稳压管D1连接在U1的3脚和4脚之间；所述电压采样单元中零线输入经电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10连接到U1的8脚，U1的8脚经电阻R14连接到GND，U1的9脚经电阻R15连接到GND，电容C4并联在电阻R14两端，电容C5并联在电阻R15两端；所述外部时钟单元中晶体Y1一端连接到U1的14脚，另一端连接到U1的15脚，U1的14脚经电容C12连接到GND，U1的15脚经电容C13连接到GND；所述计量外围电路中U1的5脚经电阻R11连接到VDD，U1的5脚经电容C9连接到GND，U1的6脚连接到GND，U1的7脚经电容C8连接到GND，U1的11脚经电容C10连接到GND，经电阻R19上拉到VDD，并经二极管D5连接到单片机的复位信号端；U1的13脚连接到GND，U1的16脚连接到VDD，U1的16脚经电容C11连接到GND；U1的24脚经二极管D2连接到单片机的SPI模式片选信号端，并经电阻R16上拉到VDD；U1的23脚经二极管D3连接到单片机的SPI模式时钟输入信号端，并经电阻R17上拉到VDD；U1的22脚经电阻R12连接到复合三极管BG1的1脚，BG1的2脚经电阻R21上拉到VDD，BG1的6脚连接到单片机的SPI模式数据输出信号端，并经电阻R22上拉到直流电压VCC；U1的21脚经电阻R13和二极管D4连接到单片机的SPI模式数据输入信号端，并经电阻R18上拉到VDD；U1的18脚连接到BG1的4脚，BG1的5脚经电阻R20上拉到VDD，BG1的6脚连接到单片机的计量脉冲输出信号端，并经电阻R23连接到VCC，电容C14连接在BG1的6脚和GND之间。
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