CN102901852A - 基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统 - Google Patents

Abstract

一种基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统。其包括多功能电能表和上位机系统；其中多功能电能表包括电压互感器、电流互感器、第一、第二滤波电路、第一、第二量程转换电路、第一、第二电压抬升电路、频率相位差测量电路、电源转换电路、微处理器、RS-485通讯模块、LCD显示模块、按键模块、时钟模块和存储模块。本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统不仅可以准确地计量飞机在地面使用400Hz地面中频电源的时间，而且还可以准确地分时分阶段地计量其所消耗的电能，这对民航节能减排工作能够起到积极推动作用。

Description

基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统

技术领域

本发明属于民航技术领域，特别是涉及一种基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统。

背景技术

近年来，随着国家对于“节能减排”工作的高度重视，民航局也出台了《关于加快推进行节能减排工作的指导意见》，该《意见》中提出要积极推进机场建设和地面服务中的节能减排。在这一背景下，机场对用于飞机和机载设备的启动、维修和通电检查的电能将采取有偿供电的方式。

目前，市场上出售的电能表多用于计量工频电信号，测量的频率范围大多在45Hz到65Hz之间，但较少用于中频范围内的电量计量。由于这些电能计量仪器是针对工频信号而设计，故不适合对中频范围内的电量进行计量，而针对基于民用机场400Hz/115V中频电源的电能计量系统就更少了。

在这种情况下，机场对为航空公司提供的400Hz地面电源的费用均由各地机场自行规定，而没有一个科学的计量系统和客观的收费标准，从而在实际的管理过程中存在着电力资源浪费、收费不合理等现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统。

为了达到上述目的，本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统包括多功能电能表和上位机系统；其中多功能电能表包括电压互感器、电流互感器、第一、第二滤波电路、第一、第二量程转换电路、第一、第二电压抬升电路、频率相位差测量电路、电源转换电路、微处理器、RS-485通讯模块、LCD显示模块、按键模块、时钟模块和存储模块；所述的电压互感器的输入端并接在民用机场400Hz/115V中频电源的相线和零线之上，电流互感器的输入端串联在民用机场400Hz/115V中频电源的相线上，电压互感器的输出端依次通过第一滤波电路、第一量程转换电路和第一电压抬升电路与微处理器相连，电流互感器的输出端依次通过第二滤波电路、第二量程转换电路和第二电压抬升电路与微处理器相接；频率相位差测量电路的两个输入端中一个与第一滤波电路的输出端相连接，另一个与第二滤波电路的输出端相连接，两个输出端均与微处理器相接；电源转换电路同时与第一、第二量程转换电路、频率相位差测量电路、微处理器、RS-485通讯模块、LCD显示模块、按键模块、时钟模块和存储模块相连，RS-485通讯模块、LCD显示模块、按键模块、时钟模块和存储模块分别与微处理器相连接，并且RS-485通讯模块还同时与上位机系统相连接。

所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统还包括红外通信模块和红外手持抄录器；其中红外通信模块同时与微处理器、电源转换电路和红外手持抄录器相连，而红外手持抄录器与上位机系统则通过RS-232接口或红外接口进行连接。

所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统还包括与微处理器相连接的备用电池。

所述的微处理器采用MSP430F449超低功耗单片机。

所述的LCD显示模块采用12864图像型点阵液晶，用于对飞机使用机场地面中频电源的时间、用电量、日期等数据进行显示。

所述的存储模块选用EEPROM芯片AT24C64，采用两线串行接口(I2C总线)的方式与微处理器进行连接，用于对电流、电压的系数、分时计费表和累计电能等各种数据的存储。

所述的时钟模块由时钟芯片组成，为整个系统提供实时时钟以及费率切换的依据。

本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统不仅可以准确地计量飞机在地面使用400Hz地面中频电源的时间，而且还可以准确地分时分阶段地计量其所消耗的电能，这对民航节能减排工作能够起到积极推动作用。

附图说明

图1为本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统构成框图。

图2为本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统中电压互感器电路原理图。

图3为本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统中电流互感器电路原理图。

图4为本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统中频率相位差测量电路原理图。

图5为复费率结构示意图。

图6为本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统中电源转换电路结构框图。

具体实施方式

本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统的整体工作原理是：利用多功能电能表对电能进行分时计量，并进行显示和存储数据，同时通过RS-485通讯模块和上位机系统进行数据通信。工作人员还可利用红外手持抄录器通过红外通讯模块进行红外抄表和编程，然后通过RS-232接口或红外通讯接口将数据传给上位机系统进行管理。上位机系统可以通过RS-485模块对多功能电能表进行数据管理。下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统包括多功能电能表19和上位机系统20；其中多功能电能表19包括电压互感器1、电流互感器2、第一、第二滤波电路3、4、第一、第二量程转换电路5、6、第一、第二电压抬升电路8，10、频率相位差测量电路9、电源转换电路7、微处理器18、RS-485通讯模块11、LCD显示模块13、按键模块15、时钟模块16和存储模块17；所述的电压互感器1的输入端并接在民用机场400Hz/115V中频电源的相线和零线之上，电流互感器2的输入端串联在民用机场400Hz/115V中频电源的相线上，电压互感器1的输出端依次通过第一滤波电路3、第一量程转换电路5和第一电压抬升电路8与微处理器18相连，电流互感器2的输出端依次通过第二滤波电路4、第二量程转换电路6和第二电压抬升电路10与微处理器18相接；频率相位差测量电路9的两个输入端中一个与第一滤波电路3的输出端相连接，另一个与第二滤波电路4的输出端相连接，两个输出端均与微处理器18相接；电源转换电路7同时与第一、第二量程转换电路5、6、频率相位差测量电路9、微处理器18、RS-485通讯模块11、LCD显示模块13、按键模块15、时钟模块16和存储模块17相连，RS-485通讯模块11、LCD显示模块13、按键模块15、时钟模块16和存储模块17分别与微处理器18相连接，并且RS-485通讯模块11还同时与上位机系统20相连接。

所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统还包括红外通信模块12和红外手持抄录器21；其中红外通信模块12同时与微处理器18、电源转换电路7和红外手持抄录器21相连，而红外手持抄录器21与上位机系统20则通过RS-232接口或红外接口进行连接。

所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统还包括与微处理器18相连接的备用电池14。

所述的微处理器18采用MSP430F449超低功耗单片机。

所述的LCD显示模块13采用12864图像型点阵液晶，用于对飞机使用机场地面中频电源的时间、用电量、日期等数据进行显示。

所述的存储模块17选用EEPROM芯片AT24C64，采用两线串行接口(I²C总线)的方式与微处理器18进行连接，用于对电流、电压的系数、分时计费表和累计电能等各种数据的存储。

所述的时钟模块16由时钟芯片组成，为整个系统提供实时时钟以及费率切换的依据。

现将本发明提供的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统工作原理阐述如下：当需要使用本电能计量系统时，首先由工作人员利用按键模块15开启多功能电能表19，此时电压互感器1、电流互感器2将民用机场中频电源输出的400Hz/115V交流电接入多功能电能表19，并将大电压、大电流转化成mV/mA级别的小电压、小电流，然后分别经第一、第二滤波电路3、4滤除低频成分，再通过由放大器构成的第一、第二量程转换电路5、6将电压信号转换到-1.25V～+1.25V之间，其中电压互感器1和电流互感器2采用如图2、3所示的IC采样电路。图中的IC器件选用OP07运算放大器，图中参数为：C0＝4500/ω×Rf；R1≥Vin/I1，其中I1为互感器一次侧最大额定输入电流，ω为被采样信号的频率；运算放大器输出电压Vout＝I2×Rf。由于微处理器18内部集成的模数转换模块采样的电压范围为0～2.5V之间，因此由第一、第二量程转换电路5、6输出的电信号分别经过第一、第二电压抬升电路8、10抬升1.25V，即将电信号的范围由-1.25V～+1.25V抬升到0～2.5V，以供微处理器18进行采集。微处理器18首先利用其上的模数转换模块将上述输入的模拟信号转换成数字信号，之后对该数据进行处理和计算，以得出电压、电流、功率因数等参数，然后存入存储模块17，并随时间累计电量，同时通过LCD显示模块13进行显示。在上述工作过程中，多功能电能表19将实时从电网中采集、计算和存储数据，工作人员可利用红外手持抄录器21通过红外通信模块12随时将上述数据读取出并传输给上位机系统20。当本电能计量系统停止使用时，可利用按键模块15将多功能电能表19关闭。

另外，为了实现分时计量，多功能电能表19中还设有计时准确、时段误差和日误差小、接通/切换准确的时钟和时控电路。因为晶体振荡器的振荡频率稳定度很高，故用它作为多功能电能表19中时钟电路的时基。时基经分频产生秒信号；秒信号经计数产生分、时等时钟信号。时控电路将时间信号分段，并控制峰控门、谷控门或平控门的开与关，以实现电能的分时多费率计量。复费率结构如图5所示。

此外，当本电能计量系统的供电中断时，考虑到停电后系统的核心部分仍能正常运行，并且红外手持抄录器21仍能抄表，同时能对停电发生的时间进行记录，本系统中设置了备用电池14，断电时系统能自动切换到备用电池14供电方式。

如图4所示，所述的频率相位差测量电路9由过零比较器、施密特触发器及与门组成，用于周期和相位差的测量。交流信号通过电压比较器后变成方波信号，然后通过施密特触发器去掉毛刺。电压信号经过两次施密特触发器的触发一路送至定时器B的TB0，另一路与电流对应的电压信号的反相送到与门得到相位差脉宽波形，也送至定时器B的TB1，利用定时器B捕获单元测量周期和相位差。

如图6所示，所述的电源转换电路7为整个系统提供电源。变压器有两路二次侧电压U1、U2输出。一路经由整流电桥降压、整流、滤波和稳压芯片后得到+5V的基准电压，+5V的电压经电源芯片和电压基准分别得到3.3V的系统电压和1.25V的基准电压；另一路经由整流电桥、稳压芯片进行降压、整流、稳压后得到+5V电压，为RS-485通讯模块11提供电源，即RS-485通信电路电源和微处理器的核心电路电源互相隔离，减小通信干扰。

Claims (7)

1.一种基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统，其特征在于：所述的电能计量系统包括多功能电能表(19)和上位机系统(20)；其中多功能电能表(19)包括电压互感器(1)、电流互感器(2)、第一、第二滤波电路(3、4)、第一、第二量程转换电路(5、6)、第一、第二电压抬升电路(8，10)、频率相位差测量电路(9)、电源转换电路(7)、微处理器(18)、RS-485通讯模块(11)、LCD显示模块(13)、按键模块(15)、时钟模块(16)和存储模块(17)；所述的电压互感器(1)的输入端并接在民用机场400Hz/115V中频电源的相线和零线之上，电流互感器(2)的输入端串联在民用机场400Hz/115V中频电源的相线上，电压互感器(1)的输出端依次通过第一滤波电路(3)、第一量程转换电路(5)和第一电压抬升电路(8)与微处理器(18)相连，电流互感器(2)的输出端依次通过第二滤波电路(4)、第二量程转换电路(6)和第二电压抬升电路(10)与微处理器(18)相接；频率相位差测量电路(9)的两个输入端中一个与第一滤波电路(3)的输出端相连接，另一个与第二滤波电路(4)的输出端相连接，两个输出端均与微处理器(18)相接；电源转换电路(7)同时与第一、第二量程转换电路(5、6)、频率相位差测量电路(9)、微处理器(18)、RS-485通讯模块(11)、LCD显示模块(13)、按键模块(15)、时钟模块(16)和存储模块(17)相连，RS-485通讯模块(11)、LCD显示模块(13)、按键模块(15)、时钟模块(16)和存储模块(17)分别与微处理器(18)相连接，并且RS-485通讯模块(11)还同时与上位机系统(20)相连接。

2.根据权利要求1所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统，其特征在于：所述的电能计量系统还包括红外通信模块(12)和红外手持抄录器(21)；其中红外通信模块(12)同时与微处理器(18)、电源转换电路(7)和红外手持抄录器(21)相连，而红外手持抄录器(21)与上位机系统(20)则通过RS-232接口或红外接口进行连接。

3.根据权利要求1所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统，其特征在于：所述的电能计量系统还包括与微处理器(18)相连接的备用电池(14)。

4.根据权利要求1所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统，其特征在于：所述的微处理器(18)采用MSP430F449超低功耗单片机。

5.根据权利要求1所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统，其特征在于：所述的LCD显示模块(13)采用12864图像型点阵液晶。

6.根据权利要求1所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统，其特征在于：所述的存储模块(17)选用EEPROM芯片AT24C64，采用两线串行接口的方式与微处理器(18)进行连接。

7.根据权利要求1所述的基于民用机场中频电源的多功能复费率的电能计量系统，其特征在于：所述的时钟模块(16)由时钟芯片组成。

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