CN104808053A

CN104808053A - 一种电子式电度表

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Publication number: CN104808053A
Application number: CN201510251255.XA
Authority: CN
Inventors: 张新安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2015-07-29

Abstract

一种电子式电度表，由电流采样电路、电压采样电路、功率计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成，其连接关系如附图所示。该电子式电度表的电压和电流的采样都使用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量有功功率，应用AT89C2051单片机进行数据处理，采用LCD1602液晶显示器显示用户的用电度数，运用阻容降压型非隔离＋5V电源供电，最大负载电流为20A，测量误差小于±0.5%。其积极效果在于：电路简单、体积小、重量轻、成本低、灵敏度高、功耗小、精度高。

Description

一种电子式电度表

技术领域

本发明涉及电能测量技术领域，具体涉及一种电子式电度表。

背景技术

电度表按结构和工作原理可分为机械式和电子式两种类型。机械式电度表内置电流和电压采样线圈，用铝盘转动驱动计数器指示用户消耗的电能，因此，存在容易磨损、灵敏度低、耗能大、精度低等缺点。电子式电度表还可分为机电脉冲式和全数字式两类，是近几年来发展较快的一种新型的电能测量仪表，它是应用微电子技术、脉冲数字技术和模/数转换技术，把被测电能量转换成电脉冲或数字量用计数器计数，或用数码管、液晶显示器直接显示用户消耗的电能。电子式电度表具有功耗小、灵敏度高、防窃电能力好等优点，因其结构复杂，成本较高等原因，尚未被广泛应用，但它是一种很有发展前途的新型电能测量仪表。

发明内容

为解决机械式电度表的不足，本发明公开一种电子式电度表。该电子式电度表的电压和电流的采样都使用电阻采样，利用HLW8012单相电能计量芯片测量有功功率，应用AT89C2051单片机进行数据处理，采用LCD1602液晶显示器显示用户的用电度数，运用阻容降压型非隔离＋5V电源供电，最大负载电流为20A。测量的灵敏度高、功耗小、精度高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电子式电度表由电流采样电路、电压采样电路、功率计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成。电流采样电路由电阻R1、R2、R3和电容C1、C2组成。电压采样电路由电阻R4～R8和电容C3组成。功率计量电路由集成电路芯片HLW8012、电容C4、电阻R9和发光二极管LED组成。单片机电路由AT89C2051单片机，AT24C02存储器，电阻R10、R11、R12，电容C5～C8和晶振X1组成。LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成。电源电路由电阻R13、R14，电容C9～C12，二极管D1、D2，稳压二极管DZ1和三端稳压集成电路78L05组成。

本发明的积极效果在于：电路简单、体积小、重量轻、成本低、灵敏度高、功耗小、精度高。

附图说明

图1为本发明的结构方框图。

图2为本发明的电流采样电路。

图3为本发明的电压采样电路。

图4为本发明的功率计量电路。

图5为本发明的单片机和LCD显示电路。

图6为本发明的电源电路。

具体实施方式

如附图1所示，本发明由电流采样电路、电压采样电路、功率计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成。功率计量电路的电流采样输入端接电流采样电路的输出端，电压采样输入端接电压采样电路的输出端；单片机电路的输入端接功率计量电路的输出端，输出端接LCD显示电路的输入端；电源电路的输出端接功率计量电路、单片机电路和LCD显示电路的电源端。

如附图2所示，电流采样电路由电阻R1、R2、R3和电容C1、C2组成。电阻R1与R2一端的连接点接负载，负载的另一端接交流电源的火线；R3一端与R1另一端的连接点接地，并连接交流电源的零线；R2的另一端与C1的一端相连为电流采样电路的输出端V1P，与功率计量电路的THLW8012的2脚V1P相连接；R3的另一端与C2的一端相连为电流采样电路的输出端V1N，与THLW8012的3脚V1N相连接；C1与C2的另一端相连并接地。电能的计量测量，电压、电流的采样有互感器采样和电阻采样两种方式。互感器采样方式成本高，本发明的电流采样采用电阻采样方式，电流采样电阻R1设计为0.001Ω/2W的锰铜电阻，最大负载电流为20A。

如附图3所示，电压采样电路由电阻R4～R8和电容C3组成。R4、R5、R6、R7串联，R4的另一端接交流电源的火线，R8与C3并联的一端接地，并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样电路的输出端V2P，接THLW8012的4脚电压采样输入端V2P。本发明的电压采样采用电阻采样方式，利用电阻R4～R8串联分压采样，R4～R7的电阻值都设计为470KΩ，R8的电阻值为1KΩ。

如附图4所示，功率计量电路由集成电路芯片HLW8012、电容C4、电阻R9和发光二极管LED组成。THLW8012的1脚接＋5V电源和C4的一端，C4的另一端接地；2脚接电流采样电路的输出端V1P；3脚接电流采样电路的输出端V1N；4脚接电压采样电路的输出端V2P；5脚接地；6脚接单片机电路的AT89C2051的6脚；7、8脚悬空不用；R9的一端与LED的正极串联，R9的另一端接THLW8012的6脚，LED的负极接地。LED闪光的频率越高，表示用户消耗的有功功率越大。

HLW8012是深圳市合力为科技推出的单相电能计量芯片，可以测量有功功率、电压有效值和电流有效值。采用先进的CMOS工艺，SOP8封装，内置晶振、2.43V电压参考源和电源监控电路，5V单电源供电，工作时功耗只有15mW。输出的高频脉冲CF是占空比为1:1的方波，通过测量CF引脚输出高频脉冲的频率计算有功功率，精度为±0.3%。输出的高频脉冲CF1是占空比为1:1的方波，通过测量CF1引脚输出高频脉冲的频率计算电压有效值或电流有效值，使用SEL选择，精度为±0.5%。CF脚输出的脉冲频率大小表示有功功率值，CF输出的脉冲个数表示用电量的信息。

如附图5所示，单片机电路由AT89C2051单片机，AT24C02存储器，电阻R10、R11、R12，电容C5～C8和晶振X1组成。AT24C02的1、8脚接＋5V电源，2、3、4、7脚接地， 5、6脚分别接R10、R11的一端和AT89C2051的8、9脚。AT89C2051的1脚接R12一端与C7负极的连接点，2、3、7脚分别接LCD1602的6、5、4脚，4脚接晶振X1一端与电容C6一端的连接点，5脚接晶振X1另一端与电容C5一端的连接点，6脚接HLW8012的6脚，10脚与R12、C5、C6、C8的另一端都接地，11脚悬空不用，12～19脚分别接LCD1602的14～7脚，20脚、R10、R11的另一端、C7的正极和的C8一端都接＋5V电源。

AT89C2051是Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机。AT89C2051的1脚是复位端，R10、C7组成单片机的复位电路。AT89C2051的4脚、5脚内部电路与外部的晶振X1，电容C5、C6组成时钟振荡电路。AT89C2051通过测量6脚输入的CF脉冲的频率和脉冲个数来计算用电量，并驱动LCD显示电路显示用电度数。AT24C02存储器，用于存储掉电时的用电度数。

如附图5所示，LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成。LCD显示电路的LCD1602的1脚接地，2脚接＋5V电源，3脚接电位器RP1的滑动端，RP1的一端接电源正端，另一端接地，LCD1602的4、5、6脚分别接AT89C2051 的7、3、2脚，7～14脚分别接AT89C2051的19～12脚。

LCD1602是一种采用5×7点阵图形显示字符的液晶显示器，每行二十个字符，可显示两行，LCD1602内部的字符发生存储器存储有大小写英文字母、阿拉伯数字、常用符号和日文假名等160个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的代码，电位器RP1用于调节字符的对比度。

如附图6所示，电源电路由电阻R13、R14，电容C9～C12，二极管D1、D2，稳压二极管DZ1和三端稳压集成电路78L05组成。C9与R13并联的一端接交流电源的火线，另一端接R14的一端，R14的另一端接D1负极与D2正极的连接点，D2的负极、DZ1的负极、C10的正极、C11的一端和78L05的1脚相连接，78L05的3脚与C12的正极相连接为＋5V电源的输出端，D1的正极、DZ1的正极、C10的负极、C11的另一端、78L05的2脚和C12的负极都接地，并连接交流电源的零线。为了配合电流、电压的电阻非隔离采样方式，电源电路必须为非隔离电源，本发明采样阻容降压型的非隔离电源。

本发明设计的电子式电度表，工作电压为220V的交流市电，最大负载电流为20A，测量误差小于±0.5%，电路简单、体积小、重量轻，功耗低、灵敏度高、功耗小、精度高、价格便宜，拥有广阔的市场前景。

Claims

1.一种电子式电度表，其特征是：它由电流采样电路、电压采样电路、功率计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成；电流采样电路由电阻R1、R2、R3和电容C1、C2组成；电压采样电路由电阻R4～R8和电容C3组成；功率计量电路由集成电路芯片HLW8012、电容C4、电阻R9和发光二极管LED组成；单片机电路由AT89C2051单片机，AT24C02存储器，电阻R10、R11、R12，电容C5～C8和晶振X1组成；LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成；电源电路由电阻R13、R14，电容C9～C12，二极管D1、D2，稳压二极管DZ1和三端稳压集成电路78L05组成。

2.根据权利要求1所述的一种电子式电度表，其特征是：电流采样电路的R1与R2一端的连接点接负载，负载的另一端接交流电源的火线；R3一端与R1另一端的连接点接地，并连接交流电源的零线；R2的另一端与C1的一端相连为电流采样电路的输出端V1P，与功率计量电路的THLW8012的2脚V1P相连接；R3的另一端与C2的一端相连为电流采样电路的输出端V1N，与THLW8012的3脚V1N相连接；C1与C2的另一端相连并接地；电流采样电阻R1设计为0.001Ω/2W的锰铜电阻，最大负载电流为20A。

3.根据权利要求1所述的一种电子式电度表，其特征是：电压采样电路的R4、R5、R6、R7串联，R4的另一端接交流电源的火线，R8与C3并联的一端接地，并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样电路的输出端V2P，接THLW8012的4脚电压采样输入端V2P；R4～R7的电阻值都设计为470KΩ，R8的电阻值为1KΩ。

4.根据权利要求1所述的一种电子式电度表，其特征是：功率计量电路的THLW8012的1脚接＋5V电源和C4的一端，C4的另一端接地；5脚接地；6脚接单片机电路的AT89C2051的6脚；7、8脚悬空不用；R9的一端与LED的正极串联，R9的另一端接THLW8012的6脚，LED的负极接地。

5.根据权利要求1所述的一种电子式电度表，其特征是：单片机电路的AT24C02的1、8脚接＋5V电源，2、3、4、7脚接地，5、6脚分别接R10、R11的一端和AT89C2051的8、9脚；AT89C2051的1脚接R12一端与C7负极的连接点，2、3、7脚分别接LCD1602的6、5、4脚，4脚接晶振X1一端与电容C6一端的连接点，5脚接晶振X1另一端与电容C5一端的连接点，10脚与R12、C5、C6、C8的另一端都接地，11脚悬空不用，12～19脚分别接LCD1602的14～7脚，20脚、R10、R11的另一端、C7的正极和的C8一端都接＋5V电源。

6.根据权利要求1所述的一种电子式电度表，其特征是：LCD显示电路的LCD1602的1脚接地，2脚接＋5V电源，3脚接电位器RP1的滑动端，RP1的一端接电源正端，另一端接地。

7.根据权利要求1所述的一种电子式电度表，其特征是：电源电路的C9与R13并联的一端接交流电源的火线，另一端接R14的一端，R14的另一端接D1负极与D2正极的连接点，D2的负极、DZ1的负极、C10的正极、C11的一端和78L05的1脚相连接，78L05的3脚与C12的正极相连接为＋5V电源的输出端；D1的正极、DZ1的正极、C10的负极、C11的另一端、78L05的2脚和C12的负极都接地，并连接交流电源的零线。