CN104977465B - 远程电参数测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力电网监测领域，尤其涉及一种远程电参数测量系统，包括前端电路调理模块、电能计量芯片CS5460A、CPU、液晶显示模块、以太网控制器W5100、RJ45接口以及PC机，前端电路调理模块与所述电能计量芯片CS5460A信号连接，所述电能计量芯片CS5460A与所述CPU连接，所述CPU通过SPI通信总线与所述太网控制器W5100连接，所述太网控制器W5100通过所述RJ45接口连接以太网，所述以太网与所述PC机连接。本发明采用高性能的以太网控制芯片W5100，可以实现数据的远程传输，有效地将经CS5460A采集的电流值、电压值及功率值传送至PC，较好地完成了电能计量和收费管理。
Description
技术领域
本发明属于电力电网监测领域，尤其涉及一种远程电参数测量系统。
背景技术
电能计量系统是衡量电能消费数量的计量仪器，其技术性要求很高。它既要求能精确计量，更要求能稳定工作，并能保证长期高度的可靠性。目前，由于近年来能源的日益紧张，电力供应时常出现短缺现象，各地纷纷采取了各种应对措施，很多地区不约而同地出台了峰谷分时电价和避峰电价政策，因此，多费率表市场需求进一步加大，尤其是大工业用户，对三相多费率表的需求快速增长。另外，随着现代电子产业和电力系统的不断发展，电能计量系统正在向智能化、多功能的方向发展，可以测量多种参数，并可实现自动抄表、分时费率、实时费率、预付费等多种功能的测量电路和集成化、模块化已成为未来发展的趋势。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述技术的不足，而提供一种远程电参数测量系统，可以实现数据的远程传输，有效地将采集的电流值、电压值及功率值传送至PC，较好地完成了电能计量和收费管理。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种远程电参数测量系统，其特征在于，包括前端电路调理模块、电能计量芯片CS5460A、CPU、液晶显示模块、以太网控制器W5100、RJ45接口以及PC机，所述前端电路调理模块用于采集用户端的电流、电压，前端电路调理模块与所述电能计量芯片CS5460A信号连接，所述电能计量芯片CS5460A与所述CPU连接，所述CPU通过SPI通信总线与所述太网控制器W5100连接，所述太网控制器W5100通过所述RJ45接口连接以太网，所述以太网与所述PC机连接。
优选地，所述CPU与所述液晶显示模块连接。
优选地，所述前端电路调理模块利用电压互感器PT、电流互感器CT与精密电阻网络组成的调理电路，用于将电压和电流转换成为芯片可以接受的小电压、电流信号。
优选地，所述前端电路调理模块包括电压互感器PT、电流互感器CT、电阻R1-电阻R12、电容C1-电容C6；所述电阻R1接电压互感器PT输入端，所述电压互感器PT的输出端上端分别接电阻R2、电阻R3、电阻R5的一端；所述电压互感器PT的输出端下端分别接电阻R2的另一端、电阻R4、电阻R6的一端；所述电阻R3和电阻R4的另一端分别接地，所述电阻R5的另一端与所述电阻R6的另一端之间串联所述电容C1和电容C2，所述电容C3与所述电容C1和电容C2并联；所述电阻R7接电压互感器CT输入端，所述电压互感器CT的输出端上端分别接电阻R8、电阻R9、电阻R11的一端；所述电压互感器CT的输出端下端分别接电阻R8的另一端、电阻R10、电阻R12的一端；所述电阻R9和电阻R10的另一端分别接地，所述电阻R11的另一端与所述电阻R12的另一端之间串联所述电容C4和电容C5，所述电容C6与所述电容C1和电容C2并联。
有益效果:本发明采用高性能的以太网控制芯片W5100，利用专用的电能计量芯片CS5460A研究了电参数的远程传输。通过W5100嵌入以太网，可以实现数据的远程传输，有效地将经CS5460A采集的电流值、电压值及功率值传送至PC，较好地完成了电能计量和收费管理。
附图说明
图1是本发明的组成框图；
图2是本发明中前端电路调理模块的原理图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种远程电参数测量系统，包括前端电路调理模块、电能计量芯片CS5460A、CPU、液晶显示模块、以太网控制器W5100、RJ45接口以及PC机，所述前端电路调理模块用于采集用户端的电流、电压，前端电路调理模块与所述电能计量芯片CS5460A信号连接，所述电能计量芯片CS5460A与所述CPU连接，所述CPU通过SPI通信总线与所述太网控制器W5100连接，所述太网控制器W5100通过所述RJ45接口连接以太网，所述以太网与所述PC机连接。所述CPU与所述液晶显示模块连接。W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成10/100以太网控制器，主要应用于高集成、高稳定、低成本的嵌入式系统中，可以实现没有操作系统的Internet连接。W5100内部集成了全硬件的且经过多年实践验证的TCP/IP协议栈，同时内部还集成有16kB存储器用于数据传输。CS5460A是一个包含两个△∑模数转换器(ADC)、功率计算功能、电能到频率转换器、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的△∑模数转换器。它可以精确测量瞬时电压，电流和计算有功电能、无功功率、瞬时功率、IRMS、VRMS，用于研制开发单相、2线和3线电表。为便于与外部控制器间的信号传输，CS5460A集成有一个简单的三线穿行接口，该串口与SPITM兼容。
如图2所示，所述前端电路调理模块利用电压互感器PT、电流互感器CT与精密电阻网络组成的调理电路，用于将电压和电流转换成为芯片可以接受的小电压、电流信号。所述前端电路调理模块包括电压互感器PT、电流互感器CT、电阻R1-电阻R12、电容C1-电容C6；所述电阻R1接电压互感器PT输入端，所述电压互感器PT的输出端上端分别接电阻R2、电阻R3、电阻R5的一端；所述电压互感器PT的输出端下端分别接电阻R2的另一端、电阻R4、电阻R6的一端；所述电阻R3和电阻R4的另一端分别接地，所述电阻R5的另一端与所述电阻R6的另一端之间串联所述电容C1和电容C2，所述电容C3与所述电容C1和电容C2并联；所述电阻R7接电压互感器CT输入端，所述电压互感器CT的输出端上端分别接电阻R8、电阻R9、电阻R11的一端；所述电压互感器CT的输出端下端分别接电阻R8的另一端、电阻R10、电阻R12的一端；所述电阻R9和电阻R10的另一端分别接地，所述电阻R11的另一端与所述电阻R12的另一端之间串联所述电容C4和电容C5，所述电容C6与所述电容C1和电容C2并联。利用互感器与精密电阻网络组成的调理电路，将电压和电流转换成为芯片可以接受的小电压、电流信号，该方案设计简单、精度高，且实现了芯片与电网隔离，保证了芯片的安全。
CS5460A可以利用电压互感器或组织比较大的分压电阻测量电压，使用价格比较低的电流互感器或分流器测量电流。CS5460A具有功率计算引擎和电能-脉冲转换双通道ADC。电压通道输入引脚VIN±，两端输入一电压信号波，经10倍增益放大器放大，再通过2nd△∑调制数字化。同时，电流通道输入引脚IIN±两端输入一电压信号波，为适应不同电平的输入电压，电流通道集成有一个增益可编程放大器(PGA)，使输入电平量程可选为±250mVRMS或±50m VRMS。通过4th△∑调制器来数字化。两个调制器的采样速率为MCLK/8。两个通道都提供了一个可选的高通滤波器，加入信号通路，以在VRMS/IRMS有功功率之前除去电流电压信号中的直流成分。数字滤波器输入字是基于DC偏移量调整和增益校准。校准后测量的瞬时电压，电流是有效的。RMS值是利用最近的N格瞬态电压/电流采样值计算，这些值可以从IRMS和VRMS寄存器中读出
工作原理：前端电路调理模块把所输入的大电压信号转变为CS5460A可以接受的小电压信号，以差模电压或电流的形式输入进去，CS5460A根据采样电路输入的瞬时电压、瞬时电流及瞬时功率由SPI串口传送至主控制器STM32F103，电压或电流信号通过STM32F103丰富的外围接口进行输入或通过外部DataBus输入，然后再用STM32处理器对传输的电流或电压数据进行预处理，再通过SPI接口把数据传递给W5100芯片以完成网络协议的处理，最后通过网络连接端口把信号传输到PC机，从而实现远程人机互动。本发明采用高性能的以太网控制芯片W5100，利用专用的电能计量芯片CS5460A研究了电参数的远程传输。通过W5100嵌入以太网，可以实现数据的远程传输，有效地将经CS5460A采集的电流值、电压值及功率值传送至PC，较好地完成了电能计量和收费管理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种远程电参数测量系统，其特征在于，包括前端电路调理模块、电能计量芯片CS5460A、CPU、液晶显示模块、以太网控制器W5100、RJ45接口以及PC机，所述前端电路调理模块用于采集用户端的电流、电压，前端电路调理模块与所述电能计量芯片CS5460A信号连接，所述电能计量芯片CS5460A与所述CPU连接，所述CPU通过SPI通信总线与所述以太网控制器W5100连接，所述以太网控制器W5100通过所述RJ45接口连接以太网，所述以太网与所述PC机连接；所述CPU与所述液晶显示模块连接；所述前端电路调理模块利用电压互感器PT、电流互感器CT与精密电阻网络组成的调理电路，用于将电压和电流转换成为芯片可以接受的小电压、电流信号；所述前端电路调理模块包括电压互感器PT、电流互感器CT、电阻R1-电阻R12、电容C1-电容C6；所述电阻R1接电压互感器PT输入端，所述电压互感器PT的输出端上端分别接电阻R2、电阻R3、电阻R5的一端；所述电压互感器PT的输出端下端分别接电阻R2的另一端、电阻R4、电阻R6的一端；所述电阻R3和电阻R4的另一端分别接地，所述电阻R5的另一端与所述电阻R6的另一端之间串联所述电容C1和电容C2，所述电容C3与所述电容C1和电容C2并联；所述电阻R7接电压互感器CT输入端，所述电压互感器CT的输出端上端分别接电阻R8、电阻R9、电阻R11的一端；所述电压互感器CT的输出端下端分别接电阻R8的另一端、电阻R10、电阻R12的一端；所述电阻R9和电阻R10的另一端分别接地，所述电阻R11的另一端与所述电阻R12的另一端之间串联所述电容C4和电容C5，所述电容C6与所述电容C1和电容C2并联。
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