CN1354368A - 基于用电负载的电能计量装置 - Google Patents

Abstract

一种基于用电负载的电能计量装置,包括显示控制单元和电能计量单元,其中,电能计量单元的计量输入端连接在用电负载的电源进线回路中,而计量输出端连接到显示控制单元输入端。这种电能计量装置,可在任何条件下对负载电器运行中所消耗电能进行计量和显示,可结合于常规电器的控制电路,或者外接与电器或者内置其中,通过预置用电量达到对用电设备的电能消耗控制,实现对用电设备的能耗经济控制,并为实现用电优化提供支持。

Description

基于用电负载的电能计量装置

本发明涉及电能计量技术，具体涉及一种基于用电负载的电能计量装置，可显示及预置单个用电设备任意一个时段耗电量。

传统电能计量均是基于线路，其灵活性差。在用电设备运行时，无法掌握其在一定时间具体的电能消耗情况，更无法及时方便了解用电设备在不同阶段或不同环境下运行时所消耗的电能情况。同时，现有电能表只是作为一种电能计量依据，而无法在某一小型单个用电设备上实现任意一个时段预置消耗电能量。

本发明的目的在于，提供一种基于用电负载的电能计量装置，可对单一用电设备进行电能计量的显示和预置，并为优化电能提供支持。

本发明的目的是这样实现的，构造一种基于用电负载的电能计量装置，包括显示控制单元和电能计量单元，其中，电能计量单元的计量输入端连接在所述用电负载的电源进线回路中，所述电能计量单元的输出连接到所述显示控制单元的输入端。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述电能计量单元有采样电流输入端和采样电压输入端分别连接与被计量电器的电源进线回路连接的电流传感单元和电压传感单元，所述电能计量单元有电量输出端连接到所述显示控制单元的输入端，所述电能计量单元包括一个电能计量集成电路，所述显示控制单元包括显示单元和外围控制单元以及对所述显示单元和外围控制单元进行控制的微处理器，所述微处理器内置或外接有存储器。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述微处理器可与用电设备控制器共用一个微处理器。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述微处理器接收到电量复位信号时将电量存储存储器清零；在接收到电量计量启始信号时，记录启始时间，对来自电能计量单元的电量换算后累加到所述电量存储器中；接收到电量计量结束信号时，记录结束时间，停止电量累加；在接收到电量显示信号时，将当前电量存储器中电量数据及记录时间信息数据通过显示单元显示出来。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述电能计量集成电路，包括电流采样电路、电压采样电路、与电流采样电路连接的A/D转换器、与电压采样电路连接的A/D转换器、以上述两个转换器输出信号为输入的乘法器，以及将乘法器输出进行数字频率转换的数字频率转换器。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述电能计量集成电路可以是型号为AD775X系列或与其功能等同的集成电路。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述电能计量集成电路的输出端分别连接有两个发光二极管，分别用于指示反极性连接盗电显示及正常电能计量工作状态。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述电压传感元件为分压电阻组合或电压互感器。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述电流采样元件为锰铜电阻或电流互感器，其中，所述电流互感器的初级串接在电器的电源回路中，所述电流互感单元的次级连接到所述电能计量集成电路的输入端。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述电能计量单元通过接插件挂接在所述负载电器外或安装在所述负载电器内。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述显示控制单元包括记度器，所述计度器包括步进电机以及由其驱动的机械转盘计数器。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述显示单元包括独立于电器的LED或LCD显示元件，该显示元件可安装在盒子上。

在按照本发明的基于用电负载的电能计量装置中，所述显示单元包括与所述电器共用的LED或LCD显示器件。

实施本发明提供的基于用电负载的电能计量装置，可在任何条件下对负载电器运行中所消耗电能进行计量和显示，可结合于常规电器的控制电路，或者外接与电器或者内置其中，通过预置用电量达到对用电设备的电能消耗控制，实现对用电设备的能耗经济控制，并为实现用电优化提供支持。

下面结合附图和实施例，进一步说明本发明的特点，附图中：

图1是本发明的原理方框示意图；

图2是本发明进一步的原理示意图；

图3是图2中电能检测芯片的内部逻辑结构示意图；

图4是本发明一个实施例的原理示意图；

图5是本发明一实施例的原理示意图；

图6是本发明另一实施例的电路原理图。

如图1所示，本发明的基于用电负载的电能计量装置，包括显示控制单元3和电能计量单元2，其中，电能计量单元2的计量输入端连接在用电负载1的电源进线回路中，电能计量单元2的输出连接到显示控制单元3的输入端。显示控制单元3包括控制、输入、显示输出及存储多个环节。其中，控制可采用微处理器，输入用于产生计量开始信号，计量结束信号和计量显示信号等，显示则提供电量计量显示。电能计量单元2需要实现的环节包括：电流采样、电压采样、电流采样值的A/D转换，电压采样值的A/D转换，将上述两个A/D转换的数字输出量进行乘法计算，以及将乘法计算结果送到数字频率转换，将数字频率转换器的输出或直接通过记度器进行显示，此时显示控制单元3就相当于计度器，如图4所示，计度器5包括步进电机以及由其驱动的机械转盘计数器。图4中，还包括一个交流/直流电源单元6，其输入端接交流电，输出的直流稳压则提供给集成电路23。

如图2和图4所示，电压采样22可以通过分压电阻或电压互感器实现，电流21可采样可通过锰铜电阻或电流互感器实现。而电流采样值的A/D转换、电压采样值的A/D转换以及对经过上述两个A/D转换后的输出数值进行乘法计算及数字频率转换，可通过专用芯片如美国ADI公司的AD7750(或AD775X系列)集成电路(图2中23)来实现。

如图2所示，为实现电器设备的电能计量显示及控制功能，还需要包括微处理器33、LCD显示单元31、用电设备控制单元32及程序和数据存储器34。还包括输入单元35用于实现对用电设备设置电能计量的条件、时间段、计量的标准及满足条件下的控制。换言之，该电路是为具有微处理器的嵌入式电能计量装置而设计。其计量过程可以这样实现，按下复位开关，微处理器33接收到该复位信号时，将电量存储存储器清零；按下计量启动按钮，微处理器在接收到电量计量启始信号时，记录启始时间，对来自电能计量单元2的电量换算后累加到所述电量存储器中；按下计量结束按钮，微处理器33接收到电量计量结束信号时，记录结束时间，停止电量累加；按下电量显示按钮，微处理器在接收到电量显示信号时，将当前电量存储器中电量数据及记录时间信息数据通过显示单元31显示出来。

在图3示出图1中专用电能集成电路的逻辑结构。结合图2，可分别通过电流互感器、分压电阻实现电流、电压采样，而A/D转换及控制是由专门的电能检测芯片实现的，即美国ADI公司AD775X系列为电能表电能检测的专用芯片，该芯片的的逻辑组成如图3所示。参见图4，AD775X的输出端连接有两个发光二极管，其中一个LED41用于指示电能计量模块反向连接，另一个LED42用于指示电能计量模块正常运行状态。图4中的负载即电器可以是电冰箱、洗衣机、空调器、微波炉、洗碗机、电热水器、饮水机、电磁炉等各种家用电器或商用电器。

图5示出本发明的一实施例的电路原理图。其中，采用美国ADI公司的AD775X系列芯片直接结合于电器进行电量指示。从而实现单一家电的电能使用情况的实时显示。专用电能表芯片AD7755的RESET脚、CF脚、REVP脚分别与微处理器MCU相应的引脚相连，其它引脚均按要求接好，其中V1P脚和V1N脚输入负载的电流信号、V2N脚和V2P输入电压信号；微处理器还与外围设备连接，如LED显示电路、按键、存储设备，时钟电路。此处，显示采用计度器。

在图6示出的本发明的另一实施例的电路原理图中，该电路可结合在电器原来的控制器中，例如，可结合于电冰箱、洗衣机、空调器、微波炉、洗碗机、电热水器、饮水机、电磁炉等各种家用电器或商用电器中。通过电流互感器、分压电阻实现电流、电压采样，A/D转换及控制是由专门的电能检测芯片实现的，即美国ADI公司AD775X系列为电能表电能检测的专用芯片，该芯片的逻辑组成如图3所示。将该芯片的滤波乘法电路输出的信号直接送到电器设备已有的微处理器或专门的微处理器的I/O端口上。从而实现单一家电的电能使用实时显示，从直观上可以了解此家电的真实电能消耗情况(省电或费电)，给用户一个实时使用参考量，也可通过经常性的用电实时显示，使用户掌握所用家电的电能消耗规律，达到节省电能的目的。

图6中，微处理器33接收电能芯片23提供的计量信号，在LCD显示前加了个译码器，并连接有输入按键35、存储器34和时钟电路。该微处理器可与负载电器的原有控制微处理器共用。

Claims (13)

1、一种基于用电负载的电能计量装置，其特征在于，包括显示控制单元(3)和电能计量单元(2)，其中，电能计量单元(2)的计量输入端连接在所述用电负载(1)的电源进线回路中，所述电能计量单元(2)的输出连接到所述显示控制单元(3)的输入端。

2、根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述电能计量单元(2)有采样电流输入端和采样电压输入端分别连接与被计量电器的电源进线回路连接的电流传感单元(21)和电压传感单元(22)，所述电能计量单元(2)有电量输出端连接到所述显示控制单元(3)的输入端，所述电能计量单元(2)包括一个电能计量集成电路(23)，所述显示控制单元(3)包括显示单元(31)和外围控制单元(32)以及对所述显示单元(31)和外围控制单元(32)进行控制的微处理器(33)，所述微处理器(33)内置或外接有存储器(34)。

3、根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述微处理器(33)可与用电设备(1)控制器共用一个微处理器。

4、根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述微处理器(33)接收到电量复位信号时将电量存储存储器清零；在接收到电量计量启始信号时，记录启始时间，对来自电能计量单元(2)的电量换算后累加到所述电量存储器中；接收到电量计量结束信号时，记录结束时间，停止电量累加；在接收到电量显示信号时，将当前电量存储器中电量数据及记录时间信息数据通过显示单元(31)显示出来。

5、根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述电能计量集成电路(23)，包括电流采样电路(231)、电压采样电路(232)、与电流采样电路(231)连接的A/D转换器(233)、与电压采样电路(232)连接的A/D转换器(234)、以上述两个转换器输出信号为输入的乘法器(235)，以及将乘法器(235)输出进行数字频率转换的数字频率转换器(236)。

6、根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述电能计量集成电路(23)可以是型号为AD775X系列或与其功能等同的集成电路。

7、根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述电能计量集成电路(23)的输出端分别连接有两个发光二极管(41、42)，分别用于指示反极性连接盗电显示及正常电能计量工作状态。

8、根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述电压传感元件(22)为分压电阻组合或电压互感器。

9、根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述电流采样元件(21)为锰铜电阻或电流互感器，其中，所述电流互感器的初级串接在电器的电源回路中，所述电流互感单元的次级连接到所述电能计量集成电路(23)的输入端。

10、根据权利要求1-9中任何一项所述装置，其特征在于，所述电能计量单元(2)通过接插件挂接在所述负载电器外或安装在所述负载电器内。

11、根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述显示控制单元(3)包括记度器(5)，所述计度器(5)包括步进电机以及由其驱动的机械转盘计数器。

12、根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述显示单元(31)包括独立于电器的LED或LCD显示元件，该显示元件可安装在盒子上。

13、根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述显示单元(31)包括与所述电器共用的LED或LCD显示器件。

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