CN102426291A

CN102426291A - 一种单相多功能电量仪表及其测量方法

Info

Publication number: CN102426291A
Application number: CN2011103008073A
Authority: CN
Inventors: 束龙胜; 孙传峰; 秦小州; 陈坚伟; 汪桂林; 蒋丽丽; 钱田义; 洪晨义; 刘建
Original assignee: Anhui Xinlong Electrical Co Ltd
Current assignee: Anhui Xinlong Electrical Co Ltd
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明公开了一种单相多功能电量仪表及其测量方法，所述的单相多功能电量仪表，包括微处理器、显示电路、信号采集电路、开关量采集电路、按键信号采集电路、继电器输出电路和通讯接口电路、变送输出电路所组成，所述的信号采集电路、开关量采集电路和按键信号采集电路通过微处理器分别与显示电路、输出电路、通讯接口电路相连接，所述的微处理器还与变送输出电路相连接；微处理器通过通讯接口电路与上位机相连，采用RS485接口，MODBUS通讯协议。此外电量仪表还可以根据测量的电压、电流的大小对应输出4-20mA电流。该仪表采用ISP在线可编程方式，方便软件修改：与传统多功能仪表相比，有较高的性价比。

Description

一种单相多功能电量仪表及其测量方法

技术领域

本发明涉及电力测量仪表，具体地说涉及一种单相多功能电量仪表及其测量方法。

背景技术

随着电力系统智能化、多功能化的不断发展，多功能电量仪表的使用也起到了至关重要的作用。

传统的单相电量仪表在人机界面以及功能上存在着不足。在一些需要测量单相电压或电流同时需要通讯、变送、DI/DO等功能的场所，传统的单相电量仪表，已经不能满足实际的需要。而使用三相多功能电量仪表又会造成资源的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单相多功能电量仪表及其测量方法，以满足单相显示，同时需要通讯、变送、DI/DO等功能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是1、一种单相多功能电量仪表，所述的单相多功能电量仪表，包括微处理器、显示电路、信号采集电路、开关量采集电路、按键信号采集电路、继电器输出电路和通讯接口电路、变送输出电路所组成，所述的信号采集电路、开关量采集电路和按键信号采集电路通过微处理器分别与显示电路、继电器输出电路、通讯接口电路相连接，所述的微处理器还与变送输出电路相连接；

所述的微处理器，用于读取到信号采集电路采集到的电量数据，经过处理后，电压/电流值通过显示电路进行显示，并通过通讯接口电路与上位机相连。

所述的信号采集电路由电流/电压互感器和计量芯片所组成，电流或电压信号经过互感器后，变换为计量芯片可采集的信号，微处理器经过SPI输入输出口读取到计量芯片的电流、电压值。

所述的变送输出电路由滤波电路、运算放大电路所组成，微处理器将要采集的信号经过PWM后从输出的引脚输出电压信号，经过滤波电路后得到直流电压信号，信号输入到运算放大电路，通过运算放大电路进行处理后，在输出端子上输出直流4-20mA电流信号。

所述的微处理器为单片机，型号为STC12C5624AD。

一种单相多功能电量仪表的测试方法，其特征在于，所述的方法包括下列步骤；

1)初始化步骤，用于对微处理器的I/O引脚功能进行定义，定时器0、1初始化赋值，串口通讯中断初始化，波特率初始化设置及电量芯片校验值以及参数设置值的读取等；

2)中断判断步骤，用于判断是否有中断，若是，则进入执行中断子程序步骤，若为否，进入数据处理步骤；

3)数据处理步骤，用于读计量芯片值及对读出的值进行数据处理；

4)显示步骤，用于将实时测量的数据显示出来；

5)参数设置判断步骤，用于判断是否按了参数设置键，若是，则进入参数设置步骤。

所述的中断子程序步骤，用于依次判断、执行定时器0中断，判断、执行定时器1中断，判断、执行串口中断。

一种单相多功能电量仪表及其测量方法，由于采用上述结构和方法，由微处理器STC12C5624AD和计量芯片CS5463构成了仪表的电量测量系统。微处理器读取到计量芯片采集到的电量数据，经过处理后，电量值由数码管进行显示。电量仪表可通过4个按键对数码管进行翻屏、参数设置、控制继电器动作等操作。微处理器通过通讯接口模块RSM485CT与上位机相连，采用RS485接口，MODBUS通讯协议。此外电量仪表还可以根据测量的电压、电流的大小对应输出4-20mA电流。该仪表采用ISP在线可编程方式，方便软件修改：与传统多功能仪表相比，有较高的性价比。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

图1为本发明一种单相多功能电量仪表电路结构框图；

图2为图1所示的信号采集电路结构框图；

图3为图1所示的按键信号采集电路和继电器输出电路结构框图；

图4为图1所示的显示电路结构框图；

图5为图1所示的通讯接口电路结构框图；

图6为图1所示的变送输出电路结构框图；

图7为本发明主程序流程图；

图8为图7所示的初始化流程图；

图9为图7所示的中断子程序流程图；

在图1-图6中，1、信号采集电路；3、显示电路；4、变送输出电路；5、微处理器；6、通讯接口电路；7、开关量采集电路；8、按键信号采集电路；9、继电器输出电路。

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明电量仪表的硬件电路结构框图；主要是由：微处理器STC12C5624AD、电量的采集及处理、按键以及开关量信号的采集、显示系统、RS485通讯、变送输出以及继电器输出等部分组成。

单相多功能电量仪表，所述的单相多功能电量仪表，包括与各电路电源输入端相连接的电源、微处理器5、显示电路3、信号采集电路1、开关量采集电路7、按键信号采集电路8、继电器输出电路9和通讯接口电路6、变送输出电路4所组成，所述的信号采集电路1、开关量采集电路7和按键信号采集电路8通过微处理器5分别与显示电路3、继电器输出电路9、通讯接口电路3相连接，所述的微处理器5还与变送输出电路4相连接。

如图2所示，图2为信号采集电路结构框图；电流或电压信号经过互感器后，变换为计量芯片可采集的信号。即可实现计量芯片的计量功能。微处理器5经过SPI输入输出口，可对计量芯片进行控制。可读取到计量芯片的电流、电压等值，也可执行校准等一些命令。

参见图3，图3为按键信号采集电路和输出电路结构框图；仪表开关量采集电路7中共有4路开关量输入，继电器输出电路9中设有2路继电器输出。输入的开关量信号先经过光电耦合电路的处理，此时微处理器5经过扫描其I/O口，即可获得其开关量的信号。开关量的状态可通过数码管进行直观显示。采用光电耦合电路可增强抗干扰能力，消除外界可能引入的强电信号的干扰。

参见图4，图4显示电路结构框图；人机界面的设计包含键盘和显示设计两个方面。按键信号采集电路8中键盘可以对显示的数码管进行翻屏，对仪表进行参数设置、校验、遥控等操作，是人机交互的桥梁。LED显示电路也是人机界面的重要组成部分，LED需要HD7279驱动芯片来驱动。

参见图5，图5为通讯接口电路结构框图；通信电路设计是完成多功能表与主机以及与操作者之间的信息传递的部分，微处理器5通过通讯接口模块RSM485CHT与上位机相连，网络通讯采用RS485电平，MODBUS协议。

参见图6，图6为变送输出电路结构框图；系统可以根据测量电压、电流的大小相对应的输出4-20mA电流。微处理器5经过PWM后从输出引脚输出电压。经过滤波电路后可得到直流电压，信号输入到运放LM224，经过运放的放大等处理，可以得到稳定输出的4-20mA电流。

如图7所示，图7为本发明单相多功能电量仪表的测量方法主程序流程图；

步骤11为开始动作，步骤12为初始化动作，即微处理器输入输出口的定义、计量芯片、中断寄存器、全局变量、定时器0、定时器1、串口通讯中断、波特率设置等进行初始化。在步骤13中判断是否有中断，若是，则进入步骤14执行中断子程序，若为否或执行完步骤13进入步骤15读计量芯片值及对读出的值进行数据处理，在步骤16中将读出的实时测量的数值显示出来，同时在步骤17中判断是否按了参数设置键，若是，则进入18中的参数设置及参数存储，若否，则返回13循环执行此系统程序。

如图8所示，图8为初始化流程图；步骤21为开始动作，在步骤22中首先对微处理器的I/O各引脚进行定义，在步骤23中对定时器0、1的功能进行定义并且赋初值，在步骤24中对计量芯片CS5463，以及数码管驱动芯片进行初始化。

在步骤25中对串口通讯进行设置，同时定义通讯波特率。在步骤26中从EEPROM中读取计量芯片的校验值，以及参数设置值等，同时将这些值存放到对应的寄存器中。在步骤27中设置中断的优先级及开中断，最后进入步骤28返回主程序。

如图9所示，图9为中断子程序流程图；步骤31为开始动作，在步骤32中判断是否为定时器0中断，若是，则进入步骤33，执行定时器0中断。若否，进入步骤34判断是否为定时器1中断，若是，则进入步骤35，执行定时器1中断。若否，则进入步骤36判断是否为串口中断，若是，则进入步骤37，执行串口中断，进入通讯程序，否则返回主程序步骤38。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种单相多功能电量仪表，其特征在于，所述的单相多功能电量仪表，包括微处理器(5)、显示电路(3)、信号采集电路(1)、开关量采集电路(7)、按键信号采集电路(8)、继电器输出电路(9)和通讯接口电路(6)、变送输出电路(4)所组成，所述的信号采集电路(1)、开关量采集电路(7)和按键信号采集电路(8)通过微处理器(5)分别与显示电路(3)、输出电路(9)、通讯接口电路(3)相连接，所述的微处理器(5)还与变送输出电路(4)相连接；

所述的微处理器(5)，用于读取到信号采集电路(1)采集到的电量数据，经过处理后，电压/电流值通过显示电路(3)进行显示，并通过通讯接口电路与上位机相连。

2.根据权利要求1所述的单相多功能电量仪表，其特征在于，所述的信号采集电路(1)由电流/电压互感器和计量芯片所组成，电流或电压信号经过互感器后，变换为计量芯片(2)可采集的信号，微处理器经过SPI输入输出口读取到计量芯片的电流、电压值。

3.根据权利要求1所述的单相多功能电量仪表，其特征在于，所述的变送输出电路(4)由滤波电路、运算放大电路所组成，微处理器(5)将要采集的信号经过PWM后从输出的引脚输出电压信号，经过滤波电路后得到直流电压信号，信号输入到运算放大电路，通过运算放大电路输出端输出直流4-20mA电流信号。

4.根据权利要求1或2或3所述的单相多功能电量仪表，其特征在于，所述的微处理器(5)为单片机，型号为STC12C5624AD。

5.一种根据权利要求1-3任一项所述的单相多功能电量仪表的测试方法，其特征在于，所述的方法包括下列步骤；

1)初始化步骤，用于对微处理器(5)的I/O引脚功能进行定义，定时器0、1初始化赋值，串口通讯中断初始化，波特率初始化设置及电量芯片校验值以及参数设置值的读取等；

4)显示步骤，用于将实时测量的数据显示出来；

6.根据权利要求5所述的单相多功能电量仪表的测量方法，其特征在于，所述的中断子程序步骤，用于依次判断、执行定时器0中断，判断、执行定时器1中断，判断、执行串口中断。