CN202041580U

CN202041580U - 基于电气物联总线的数字电表装置

Info

Publication number: CN202041580U
Application number: CN2011201554196U
Authority: CN
Inventors: 吴亮
Original assignee: BEIJING HAOTIAN RONGZHI ELECTRICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HAOTIAN RONGZHI ELECTRICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-05-16

Abstract

本实用新型涉及一种基于电气物联总线的数字电表装置该装置包括总线接口模块、主控芯片（MC9S08AW32）、电源转换电路、电量采集模块以及隔离通讯模块。其中，总线接口模块负责主控芯片与总线间的通讯；主控芯片将总线命令解析后发给电量采集模块，该模块根据命令修改电量采集参数或上传数据；电源转换电路，负责把外部直流24V电源转换为工作电源；电量采集模块包括控制芯片（MSP430FE427）及采集电路，对交流电压电流进行采集并处理；隔离通讯模块，负责隔离电量采集模块与主控芯片间的通讯。本实用新型可针对总线系统里的某一个或某几个用电设备进行监测，也可对整个系统内的所有设备进行监测，监测参数齐全，便于人们了解耗电情况。

Description

基于电气物联总线的数字电表装置

技术领域

本实用新型涉及一种数字电表装置，尤其是一种应用于数字化电量监测领域的基于电气物联总线的数字电表装置。

背景技术

随着社会的不断进步，人们在生活中也越来越注重对能源的节约。在实际生活中人们对每个设备的耗电情况却不是很清楚。而让人们清楚的知晓每台或每套电气设备的用电情况，无疑更能加深每个人对节能减排的认知度。现有电器设备个别产品也会有耗电的测量，但是只是个别产品，而且在能耗管理上基本没有此类产品。

电气物联总线（Electric Link Bus）是一种现场总线技术。它将楼宇内的中央空调设备、电气开关设备、灯光照明设备、能源管理、视频监控、安全防护、环境监测等设备进行整合，通过统一的总线式网络结构和控制平台，实现对这些设备的集中监控及管理，并通过相应的通讯接口（如：RS232、RS485、以太网、无线ZIGBEE、WiFi、3G等）与相关系统，如公用电话网、因特网、其它控制平台等进行互联通讯，从而构成现代化的电气物联网体系。

因此，如果能够将电气物联总线应用于数字电表测量并发挥其优势，则可以在很大程度上满足人们对于电气设备耗电情况的了解，进而达到节约电力资源、节能减排的效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于电气物联总线的数字电表装置，该装置将主要针对总线系统里所有设备的电量监测，包括电流、电压、频率、有功、无功、视在功率、总电量等。此外，该装置既可以针对某一个或某几个用电设备进行监测，也可以对整个系统内的所有设备进行监测，从而便于人们了解用电设备的耗电情况。

本实用新型的技术方案是这样实现的，该基于电气物联总线的数字电表装置，主要包括总线接口模块、主控芯片（MC9S08AW32）、电源转换电路、电量采集模块以及隔离通讯模块。

其中总线接口模块与系统总线网络以及主控芯片通讯连接；主控芯片依次与隔离通讯模块和电量采集模块通讯连接；电源转换电路分别与总线网络、总线接口模块及主控芯片电连接。

所述总线接口模块，负责与总线通讯，接收来自系统总线的通讯报文给主控芯片（MC9S08AW32），并将主控芯片（MC9S08AW32）的响应信号发送到总线网络上。

所述主控芯片（MC9S08AW32），接收来自系统总线的通讯命令，经解析后发给电量采集模块，电量采集模块根据通讯命令修改电量采集参数或将存储的电量数据上传给总线网络。

所述电源转换电路，负责把外部接入的直流24V电源转换为系统总线所需要的总线电源和数据电源，以及各芯片的工作电源。

所述电量采集模块，采用微处理器MSP430FE427作为控制芯片，负责对交流电压和交流电流的采集。市电的火线流经300微欧的锰铜分流器后，取得电流信号和电压信号。电流信号经电流采集电路送到控制芯片（MSP430FE427）的电流输入通道；电压信号经电压采集电路送入控制芯片（MSP430FE427）的电压输入通道。经内置信号处理器处理后得到电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、总电量等实际的电量数据。另外微处理器（MSP430FE427）还内置有温度传感器，可以记录现场温度。微处理器（MSP430FE427）将电量数据和温度按固定格式存储在外置的Flash存储器内，供上位机随时查询用电设备的用电情况，方便用户进行能耗管理。

其中锰铜分流器分别与电压采集电路和电流采集电路通讯连接；控制芯片分别与电压采集电路、电流采集电路及存储器通讯连接。

所述隔离通讯模块，负责电量采集模块与主控芯片之间的隔离通讯功能。

本实用新型的有益效果是：该装置可以针对总线系统里的某一个或某几个用电设备进行监测，也可以对整个系统内的所有设备进行监测，且监测参数齐全，从而便于人们了解用电设备的耗电情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理框图

图2是本实用新型的电量采集模块的电路原理框图

图3是本实用新型的总线接口模块管脚定义图

图4是本实用新型的总线接口模块与主控芯片连接的应用图

图中

1 总线网络

2 电源转换电路

3 总线接口模块

4 主控芯片

5 市电

6 电量采集模块

7 隔离通讯模块

8 锰铜分流器

9 电压采集电路

10 电流采集电路

11 控制芯片

12 存储器。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本实用新型的优选实施例。在此之前需要说明的是，本说明书及权利要求书中所使用的术语或词语不能限定解释为通常的含义或辞典中的含义，而应当立足于为了以最佳方式说明其实用新型发明人可以对术语的概念进行适当定义的原则解释为符合本实用新型技术思想的含义和概念。随之，本说明书所记载的实施例和附图中表示的结构只是本实用新型最佳实施例之一，并不能完全代表本实用新型的技术思想，因此应该理解到对于本实用新型而言可能会存在能够进行替换的各种等同物和变形例。

如图1所示，本实用新型的基于电气物联总线的数字电表装置，主要包括总线接口模块3、主控芯片4、电源转换电路2、电量采集模块6以及隔离通讯模块7。

其中，系统总线网络1与总线接口模块3、主控芯片4相连，主控芯片4通过隔离通讯电路7与电量采集电路6相连。主控芯片4采用飞思卡尔半导体公司（FREESCALE）生产的微处理器MC9S08AW32。

市电5的电压经过本装置的滤波、分压和限幅后送入电量采集模块6的电压通道；市电5的电流经滤波和限幅后送入电量采集模块6的电流通道。电量采集模块6内置有嵌入式信号处理器（ESP），能自动完成电能和周期的测量、负电能流向指示、峰值电压和电流的测量、相电流和线电流比较，并能够检测窃电现象、具有精确的电流和电压通道的相位匹配。同时，ESP能够完成所有有用功率、视在功率、有效电压、电流和波形采样的精确计算。

用电设备的用电数据经电量采集模块6的处理后按一定格式存入外置的Flash存储器12，方便用户调阅、查询设备能耗状况。用户查询能耗数据时，先通过系统总线发送查询命令，经总线接口模块3解析后，向电量采集模块6发送命令，可以查询当前能耗数据和历史能耗数据。

图2给出了电量采集模块6的具体结构，市电5的火线流经300微欧的锰铜分流器8，取得电流信号和电压信号。电流信号经电流采集电路10送到控制芯片11的电流输入通道；电压信号经电压采集电路9送入控制芯片11的电压输入通道。控制芯片11采用德州仪器公司（TI）生产的微处理器MSP430FE427。

其中，控制芯片11内置有嵌入式信号处理器（ESP），能完成所有有用功率、视在功率、有效电压、电源频率、电流和波形采样的精确计算，并将对应数据存入内置寄存器。控制芯片11可定时读取ESP寄存器得到电量数据，经数据处理后以固定的格式存入外置数据存储器12。由于电量采集模块6的地线与市电的火线相连，为保证系统安全，其地线不能与系统总线的地线相连，所以它们之间要采取隔离措施，电量采集模块6使用的是隔离电源，并且与总线接口模块的通讯电路也采用隔离通讯。

如图3、图4所示，总线接口模块3，承担着该装置与总线网络1的通讯功能，该模块的各管脚定义如下：

1- TE：发送使能端，高电平有效；

2- TXD：数据发送端；

3- RXD：数据接收端；

4- GND：电源地；

5- BUSY：总线忙状态指示端，高电平表示总线忙，低电平表示总线空闲；

6- NC：无连接；

7- R/T-S：总线数据接收/发送端，0~24V电平；

8- VCC：电源正极，5V。

需要注意的是，尽管本实用新型已参照具体实施方式进行描述和举例说明，并且给出了基于电气物联总线的数字电表装置的具体结构。但是并不意味着本实用新型限于这些描述的实施方式，本领域技术人员可以从中衍生出许多不同的变体，它们都将覆盖于本实用新型权利要求的真实精神和范围中。

Claims

1.一种基于电气物联总线的数字电表装置，包括电源转换电路（2）、总线接口模块（3）、主控芯片（4）、电量采集模块（6）及隔离通讯模块（7），其特征在于：

所述总线接口模块（3）与系统总线网络（1）以及主控芯片（4）通讯连接，将接收自总线网络（1）的通讯信号发送给主控芯片（4），并将主控芯片（4）的响应信号发送到总线网络（1）上；

所述主控芯片（4）依次与隔离通讯模块（7）和电量采集模块（6）通讯连接，主控芯片（4）接收来自系统总线的通讯命令，经解析后发给电量采集模块（6），电量采集模块（6）根据通讯命令修改电量采集参数或将存储的电量数据上传给总线网络（1）；

所述电源转换电路（2）分别与总线网络（1）、总线接口模块（3）及主控芯片（4）电连接，负责把外部接入的直流24V电源转换为系统总线所需要的总线电源和数据电源，以及各芯片的工作电源。

2.根据权利要求1所述的基于电气物联总线的数字电表装置，其特征在于：所述电量采集模块（6）包括锰铜分流器（8）、电压采集电路（9）、电流采集电路（10）、控制芯片（11）及存储器（12）；其中锰铜分流器（8）分别与电压采集电路（9）和电流采集电路（10）通讯连接；控制芯片（11）分别与电压采集电路（9）、电流采集电路（10）及存储器（12）通讯连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于电气物联总线的数字电表装置，其特征在于：所述主控芯片（4）采用飞思卡尔半导体公司生产的微处理器MC9S08AW32。

4.根据权利要求3所述的基于电气物联总线的数字电表装置，其特征在于：控制芯片（11）采用德州仪器公司生产的微处理器MSP430FE427。

5.根据权利要求4所述的基于电气物联总线的数字电表装置，其特征在于：控制芯片（11）还内置有温度传感器。