CN105334386A - 一种电能计量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电能计量系统，电能计量系统通过采集电流输入端和采集电压输入端采集用户的电量，其中电流采集采用电流互感器采集，电压采集采用电压互感器采集。采集后的电压和电流经过模拟乘法器得到功率数据，这里的功率数据与电压值成正比关系，再经过低通滤波器滤波，滤波后经过V/F转换器变换成频率数据，微控制器对频率数据进行累计计算得到电能，由输入出装置输出。整个系统实时采集电流和电压值，并经过转换成功率和频率值，整个换算计算过程严密，误差量小，且在换算过程中，经过低通滤波器的滤波，消除外界对运算的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电能计量领域，尤其涉及一种电能计量系统。
背景技术
现有技术中，电能计量通常采用机械式计量，即在电度表中设置一个转盘，转盘上涂有1cm宽的黑条，在转盘的上方或下方设置一红外线发射接收对管。当红外线照射在黑条处，红外线被吸收，无反射，即接收管接收不到红外线，当红外线照在其他部分被发射，接收管能够收到红外线。这样转盘每转一圈，产生一个脉冲，再通过对脉冲的整形、计算、显示完成电能的计量。这种计量方式具有机械感应电度表的缺点，其自身耗电多，表体体积大，笨重不容易安装。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种电能计量系统，包括：采集电流输入端，采集电压输入端，与所述电流输入端连接的I/U变换器，分别与所述I/U变换器和所述电压输入端连接的模拟乘法器，与所述模拟乘法器连接的低通滤波器，与所述低通滤波器连接的V/F转换器，与所述V/F转换器连接的微控制器，与所述微控制器连接的输入出装置。
优选地，所述I/U变换器包括：电流输入端，电流输入端分别与第一电阻的第一端、第一有极电容的正极端、第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与I/U运输放大器的正极端连接，I/U运输放大器的负极端通过第三电阻接地，第一电阻的第二端、第一有极电容的负极端分别接地，I/U运输放大器的输出端通过第五电阻与电压输出端连接，第五电阻与第三电阻之间设有第四电阻。
优选地，所述低通滤波器包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、滤波运算放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第一电感；
第六电阻第一端与所述模拟乘法器输出端连接，第六电阻第二端分别与第一电容第一端、第一电感第一端、第七电阻第一端连接；第一电容与第一电感并联连接，第七电阻第二端通过第二电容接地，同时第七电阻第二端与滤波运算放大器的正极输入端连接，滤波运算放大器的负极输入端通过第八电阻接地，第九电阻一端通过第八电阻接地，另一端与低通滤波器输出端连接，第三电容一端通过第八电阻接地，另一端与低通滤波器输出端连接，滤波运算放大器的输出端分别与第一电容第二端、第一电感第二端、低通滤波器输出端、第九电阻、第三电容连接。
优选地，所述V/F转换器包括：V/F转换芯片、输入滤波电路，V/F线性调节电路。
优选地，所述输入滤波电路包括：输入电阻和滤波电容；
输入电阻分别与所述V/F转换器输入端和V/F转换芯片输入端连接；
滤波电容一端分别与输入电阻和V/F转换芯片输入端连接，滤波电容另一端接地.
优选地，所述V/F线性调节电路包括：与所述V/F转换芯片连接的线性电阻和线性滑动电阻；
线性电阻和线性滑动电阻串联连接，线性电阻一端接所述V/F转换芯片，另一端接线性滑动电阻一端，线性滑动电阻另一端接地；
所述V/F线性调节电路包括：与所述V/F转换芯片连接的第二有极电容C13，第十电阻，第十一电阻。
优选地，所述输入出装置包括：IC卡读卡器；
所述IC卡读卡器设有ID识别模块、金额读取模块、金额扣减模块；
所述ID识别模块用于识别用户的IC个人信息；
所述金额读取模块用于读取IC卡内金额信息；
所述金额扣减模块用于根据用户的用电量扣减IC卡内金额。
优选地，所述输入出装置包括：显示屏，控制键盘。
优选地，电流采集采用电流互感器采集，电压采集采用电压互感器采集。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
电能计量系统通过采集电流输入端和采集电压输入端采集用户的电量，其中电流采集采用电流互感器采集，电压采集采用电压互感器采集。采集后的电压和电流经过模拟乘法器得到功率数据，这里的功率数据与电压值成正比关系，再经过低通滤波器滤波，滤波后经过V/F转换器变换成频率数据，微控制器对频率数据进行累计计算得到电能，由输入出装置输出。整个系统实时采集电流和电压值，并经过转换成功率和频率值，整个换算计算过程严密，误差量小，且在换算过程中，经过低通滤波器的滤波，消除外界对运算的影响，
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为电能计量系统的整体示意图；
图2为I/U变换器电路图；
图3为低通滤波器电路图；
图4为V/F转换器电路图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
本实施例提供一种电能计量系统，请参阅图1所示，包括：采集电流输入端1，采集电压输入端2，与电流输入端1连接的I/U变换器3，分别与I/U变换器3和电压输入端2连接的模拟乘法器4，与模拟乘法器4连接的低通滤波器5，与低通滤波器5连接的V/F转换器6，与V/F转换器6连接的微控制器7，与微控制器7连接的输入出装置。
电能计量系统通过采集电流输入端1和采集电压输入端2采集用户的电量，其中电流采集采用电流互感器采集，电压采集采用电压互感器采集。采集后的电压和电流经过模拟乘法器4得到功率数据，这里的功率数据与电压值成正比关系，再经过低通滤波器5滤波，滤波后经过V/F转换器6变换成频率数据，微控制器7对频率数据进行累计计算得到电能，由输入出装置输出。整个系统实时采集电流和电压值，并经过转换成功率和频率值，整个换算计算过程严密，误差量小，且在换算过程中，经过低通滤波器5的滤波，消除外界对运算的影响，
本实施例中，请参阅图2所示，I/U变换器包括：电流输入端，电流输入端分别与第一电阻R1的第一端、第一有极电容C1的正极端、第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与I/U运输放大器11的正极端连接，I/U运输放大器11的负极端通过第三电阻R3接地，第一电阻R1的第二端、第一有极电容C1的负极端分别接地，I/U运输放大器11的输出端通过第五电阻R5与电压输出端连接，第五电阻R5与第三电阻之间设有第四电阻R4。
具体的，输入电流由于第一有极电容C1的存在使第一电阻R1两端产生一定的压降，然后由利用I/U运输放大器11进行对输入信号的放大实现电压放大，从而完成电流到电压的转换。
为了能够保证I/U变换器具有很好的线性，输入电流的大小与第四电阻R4和第一电阻R1有关，这里可以通过调整第一电阻R1和第四电阻R4的阻值得到较好的转换，使电流与电压的转换具有很好的线性，第一电阻R1和第四电阻R4的具体阻值根据实际需要设定。
本实施例中，请参阅图3所示，低通滤波器5包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、滤波运算放大器12、第一电容C2、第二电容C3、第三电容C4、第一电感L；
第六电阻R6第一端与模拟乘法器4输出端连接，第六电阻R6第二端分别与第一电容C2第一端、第一电感L第一端、第七电阻R7第一端连接；第一电容C2与第一电感L并联连接，第七电阻R7第二端通过第二电容接C2地，同时第七电阻R7第二端与滤波运算放大器12的正极输入端连接，滤波运算放大器12的负极输入端通过第八电阻R8接地，第九电阻R9一端通过第八电阻R8接地，另一端与低通滤波器5输出端连接，第三电容C4一端通过第八电阻R8接地，另一端与低通滤波器5输出端连接，滤波运算放大器12的输出端分别与第一电容C3第二端、第一电感L第二端、低通滤波器5输出端、第九电阻R9、第三电容C4连接。
系统采集的电压值以及计算的功率经过低通滤波器5的输入端，进入低通滤波器5，L和C2对采集的电压值以及计算的频率进行滤波，并且滤波运算放大器12对采集的电压值以及计算的功率进行放大增益，低通滤波器5具有低损耗高抑制；分割点准确的优点，有效的除掉通频带以外的信号和多余的频段、频率的干扰。
本实施例中，请参阅图4所示，V/F转换器6包括：V/F转换芯片13、输入滤波电路，V/F线性调节电路。
V/F转换器6是将一定的输入电压信号按线性的比例关系转换成频率信号，在输入电压变化的情况下，输出频率也响应变化。
输入滤波电路包括：输入电阻R11和滤波电容C11；输入电阻R11分别与V/F转换器输入端和V/F转换芯片13输入端连接；滤波电容C11一端分别与输入电阻R11和V/F转换芯片13输入端连接，滤波电容C11另一端接地。输入电阻R11和滤波电容C11起到了滤除输入参数的杂波，保证V/F转换器的精准性。
V/F线性调节电路包括：与V/F转换芯片13连接的线性电阻R12和线性滑动电阻R13；
线性电阻R12和线性滑动电阻R13串联连接，线性电阻R12一端接V/F转换芯片13，另一端接线性滑动电阻R13一端，线性滑动电阻R13另一端接地；
V/F线性调节电路包括：与V/F转换芯片13连接的第二有极电容C13，第十电阻R14，第十一电阻R15。
第十一电阻R15能够保证电路线性失真度不小于0.02％。R16、C12、R14、R12、R13为低温漂稳定元件，
通过调节R13的阻值可以调整V/F转换器线性度，保证转换不失真
R14、R15、C13组成补偿基准电路，能够保证转换的非线性失真度，在工作频率较低时，也能较好的保证线性。
本实施例中，输入出装置包括：IC卡读卡器8；
IC卡读卡器8设有ID识别模块、金额读取模块、金额扣减模块；
ID识别模块用于识别用户的IC个人信息；
金额读取模块用于读取IC卡内金额信息；
金额扣减模块用于根据用户的用电量扣减IC卡内金额。
这样用户将IC卡插入IC卡读卡器8内，IC卡读卡器8能够读取用户的身份信息以及IC卡内金额信息，显示到显示屏上，通过金额扣减模块能够根据用户的用电量扣减IC卡内金额，并显示在显示屏上让客户了解用电信息。
输入出装置包括：显示屏9，控制键盘10。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种电能计量系统，其特征在于，包括：采集电流输入端，采集电压输入端，与所述电流输入端连接的I/U变换器，分别与所述I/U变换器和所述电压输入端连接的模拟乘法器，与所述模拟乘法器连接的低通滤波器，与所述低通滤波器连接的V/F转换器，与所述V/F转换器连接的微控制器，与所述微控制器连接的输入出装置。
2.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，
所述I/U变换器包括：电流输入端，电流输入端分别与第一电阻的第一端、第一有极电容的正极端、第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与I/U运输放大器的正极端连接，I/U运输放大器的负极端通过第三电阻接地，第一电阻的第二端、第一有极电容的负极端分别接地，I/U运输放大器的输出端通过第五电阻与电压输出端连接，第五电阻与第三电阻之间设有第四电阻。
3.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，
所述低通滤波器包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、滤波运算放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第一电感；
第六电阻第一端与所述模拟乘法器输出端连接，第六电阻第二端分别与第一电容第一端、第一电感第一端、第七电阻第一端连接；第一电容与第一电感并联连接，第七电阻第二端通过第二电容接地，同时第七电阻第二端与滤波运算放大器的正极输入端连接，滤波运算放大器的负极输入端通过第八电阻接地，第九电阻一端通过第八电阻接地，另一端与低通滤波器输出端连接，第三电容一端通过第八电阻接地，另一端与低通滤波器输出端连接，滤波运算放大器的输出端分别与第一电容第二端、第一电感第二端、低通滤波器输出端、第九电阻、第三电容连接。
4.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，
所述V/F转换器包括：V/F转换芯片、输入滤波电路，V/F线性调节电路。
5.根据权利要求4所述的电能计量系统，其特征在于，
所述输入滤波电路包括：输入电阻和滤波电容；
输入电阻分别与所述V/F转换器输入端和V/F转换芯片输入端连接；
滤波电容一端分别与输入电阻和V/F转换芯片输入端连接，滤波电容另一端接地。
6.根据权利要求4所述的电能计量系统，其特征在于，
所述V/F线性调节电路包括：与所述V/F转换芯片连接的线性电阻和线性滑动电阻；
线性电阻和线性滑动电阻串联连接，线性电阻一端接所述V/F转换芯片，另一端接线性滑动电阻一端，线性滑动电阻另一端接地；
所述V/F线性调节电路包括：与所述V/F转换芯片连接的第二有极电容C13，第十电阻，第十一电阻。
7.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，
所述输入出装置包括：IC卡读卡器；
所述IC卡读卡器设有ID识别模块、金额读取模块、金额扣减模块；
所述ID识别模块用于识别用户的IC个人信息；
所述金额读取模块用于读取IC卡内金额信息；
所述金额扣减模块用于根据用户的用电量扣减IC卡内金额。
8.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，
所述输入出装置包括：显示屏，控制键盘。
9.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，
电流采集采用电流互感器采集，电压采集采用电压互感器采集。
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