CN204241686U - 电能表脉冲灯采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电能表脉冲灯采集装置，其包括：一光亮度采集电路、一光脉冲采集电路及一微控制单元，其中，所述光亮度采集电路用于采集所述脉冲灯的光亮度以产生一模拟信号；所述光脉冲采集电路用于采集所述脉冲灯的光脉冲以产生一脉冲信号；所述微控制单元根据所述光亮度采集电路产生的模拟信号对所述脉冲灯的光亮度进行量化，以及根据所述光脉冲采集电路产生的脉冲信号对所述脉冲灯的光脉冲进行计数。该电能表脉冲灯采集装置具有可靠性高、信息直白、可配置性强、受环境影响小及受众明确等特点。

Description

电能表脉冲灯采集装置

技术领域

本实用新型涉及电能表领域，尤其涉及一种电能表脉冲灯采集装置。

背景技术

对于电子式电能表而言，电能表的精度固然非常重要，但是人机交互的友好性也有举足轻重的地位，这会直接影响客户的体验感。作为影响客户体验感的最重要的部分，电能表的脉冲灯是一个非常重要的因素。

目前电能表脉冲灯的光亮度有着一定程度的差异，甚至由于物料的原因，同一块电能表的两个脉冲灯的光亮度也不尽相同，不能达到同一款或同一系列电能表脉冲灯的光亮度整齐划一的程度，这会直接严重地影响客户的体验感。目前设计者采用人眼目测的方式判断脉冲灯光亮度的差异，这样的结果不准确，存在相当程度的人为臆断的因素。

在某些特定的电能表检表试验中，使用的表台无法提供两个脉冲之间的时间间隔，需要测试人员长时间的、不间断的监视电能表光脉冲情况，这样极大地消耗人力，并且人眼长时间监测，存在非常大的不确定性，直接导致实验结果的失败。在一些有辐射伤害或热伤害的实验环境下，需要实时监测电能表的出脉冲情况，以此来判断电能表计量的准确性。目前的做法是，测试人员身着屏蔽服，长时间肉眼监控脉冲情况，这样不仅无法保证实验结果的准确性，更无法确保测试人员在试验中不受伤害。

实用新型内容

本实用新型在于提供一种电能表脉冲灯采集装置，用于解决现有技术中人为判断脉冲灯的光亮度差异，人为监测电能表出脉冲情况及两个脉冲之间的差异，不仅检测结果不准确，而且无法确保测试人员不受伤害的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种电能表脉冲灯采集装置，其包括：一光亮度采集电路、一光脉冲采集电路及一微控制单元，其中，所述光亮度采集电路用于采集所述脉冲灯的光亮度以产生一模拟信号；所述光脉冲采集电路用于采集所述脉冲灯的光脉冲以产生一脉冲信号；所述微控制单元根据所述光亮度采集电路产生的模拟信号对所述脉冲灯的光亮度进行量化，以及根据所述光脉冲采集电路产生的脉冲信号对所述脉冲灯的光脉冲进行计数。

进一步地，所述光亮度采集电路包括第一光敏二极管、第一采样电路及一电压跟随器，所述第一光敏二极管将所述脉冲灯的光亮度转化为第一电流输出，所述第一采样电路根据所述第一光敏二极管输出的第一电流产生第一采样电压，所述电压跟随器对所述第一采样电路产生的第一采样电压进行阻抗匹配后，产生所述模拟信号输出至所述微控制单元。

进一步地，所述第一采样电路包括并联的第一采样电阻、第一滤波电容及第二滤波电容，所述第一采样电路的第一端口分别与所述第一光敏二极管的一端及所述电压跟随器的输入端连接，所述第一采样电路的第二端口与地端连接。

进一步地，所述光脉冲采集电路包括第二光敏二极管、第二采样电路及一开关三极管，所述第二光敏二极管将所述脉冲灯的光脉冲转化为第二电流输出，所述第二采样电路根据所述第二光敏二极管输出的第二电流产生第二采样电压，所述开关三极管根据所述第二采样电路产生的第二采样电压，实现所述第二采样电路与所述微控制单元之间的电路的导通与截止，产生所述脉冲信号输出至所述微控制单元。

进一步地，所述第二采样电路包括串联的第二采样电阻及第三采样电阻，所述第二采样电阻的一端分别与所述第二光敏二极管的一端及所述第三采样电阻的一端连接，所述第二采样电阻的另一端与地端连接，所述第三采样电阻的另一端与所述开关三极管的基极连接。

进一步地，所述开关三极管的基极与所述第二采样电路连接，发射极与地端连接，集电极与所述微控制单元连接。

进一步地，所述微控制单元包括一A/D转换器和/或一计数器，所述A/D转换器用于对所述脉冲灯的光亮度进行量化，所述计数器用于对所述脉冲灯的光脉冲进行计数。

进一步地，所述微控制单元包括一串口，该串口符合RS232协议，以实现与外部实时通信。

进一步地，所述电能表脉冲灯采集装置还包括一电源，所述电源用于供电所述电能表脉冲灯采集装置，由一充电电池提供，所述电源可提供两组电压，一组电压为3.3V，另一组电压为5V。

进一步地，所述光亮度采集电路由5V电源供电，所述光脉冲采集电路由3.3V电源供电。

与现有技术相比，本实用新型的电能表脉冲灯采集装置，具有以下有益效果：通过光亮度采集电路与微控制单元的配合，实现电能表脉冲灯的光亮度量化，通过光脉冲采集电路与微控制单元的配合，实现电能表脉冲灯的光脉冲计数，具有可靠性高、信息直白、可配置性强、受环境影响小及受众明确等特点。

附图说明

图1为本实用新型的电能表脉冲灯采集装置的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的电能表脉冲灯采集装置的电路图。

图3为本实用新型另一实施例的电能表脉冲灯采集装置的电路图。

具体实施方式

以下参考附图，对本实用新型予以进一步地详尽阐述。

请参阅图1，本实用新型提供的一种电能表脉冲灯采集装置100包括：一光亮度采集电路1、一光脉冲采集电路2及一微控制单元3。

其中，光亮度采集电路1用于采集脉冲灯的光亮度以产生一模拟信号。光脉冲采集电路2用于采集脉冲灯的光脉冲以产生一脉冲信号。微控制单元3根据光亮度采集电路1产生的模拟信号对脉冲灯的光亮度进行量化，以及根据光脉冲采集电路2产生的脉冲信号对脉冲灯的光脉冲进行计数。

微控制单元3包括一A/D转换器31及一计数器32，A/D转换器31用于对脉冲灯的光亮度进行量化，计数器32用于对脉冲灯的光脉冲进行计数。该微控制单元3可以是一单片机，其通过外部显示器、键盘或计算机等实现人机交互。例如，通过键盘控制微控制单元3实现光亮度采集电路1与光脉冲采集电路2的切换。通过显示器将微控制单元3的输出信息实时显示。当然，在其他实施例中，微控制单元3也可以是通过一串口实现与外部计算机4的实时通信，该串口符合RS232协议。

电能表脉冲灯采集装置100还包括一电源（未示出），电源用于供电电能表脉冲灯采集装置100，其由一充电电池提供。该电源可提供两组电压，一组电压为3.3V，另一组电压为5V。

请参阅图2，图2为本实用新型一实施例的电能表脉冲灯采集装置的电路图。现结合图1，对本实施例加以详细地说明。

电能表脉冲灯采集装置100包括：一光亮度采集电路1、一微控制单元3、一计算机4及一电源。其中，计算机4通过自带的键盘将微控制单元3的A/D转换器31切换连接至光亮度采集电路1。电源提供一组5V电压至电能表脉冲灯采集装置100。

其中，光亮度采集电路1包括第一光敏二极管D1、第一采样电路及一电压跟随器U1A。

第一光敏二极管D1将脉冲灯的光亮度转化为第一电流输出。可见光的波长范围是400nm至700nm之间，电能表脉冲灯使用的是红色发光二极管，红色光的波长范围为650nm至700nm之间，刚好处于该第一光敏二极管D1敏感度最高的波段范围，因此完全满足脉冲灯的光亮度的采集需求。

第一采样电路根据第一光敏二极管D1输出的第一电流产生第一采样电压。该第一采样电路工作在线性状态，其产生的第一采样电压随着脉冲灯的光亮度强度的增加而增加，亦呈线性变化。

电压跟随器U1A对第一采样电路产生的第一采样电压进行阻抗匹配后，产生模拟信号输出至微控制单元3的A/D转换器31，再通过A/D转换器31对该模拟信号进行数字量化，以产生一脉冲灯的光亮度的统一衰减标准。在本实施例中，微控制单元3的型号为STM32F103，其内置的A/D转换器31的精度为12比特、转换频率为1MHz，可以实现0-4096的数字量化范围。

具体地，第一光敏二极管D1的一端与5V电源连接。第一采样电路的第一端口分别与第一光敏二极管D1的另一端及电压跟随器U1A的输入端3连接，第一采样电路的第二端口与地端连接。第一采样电路包括并联的第一采样电阻R1、第一滤波电容C2及第二滤波电容C3，该两滤波电容C2、C3的目的在于滤除光电直流信号中的高频噪声，以实现采集的稳定性。

第一采样电路欲工作在线性状态，需要合理选择第一光敏二极管D1和第一采样电阻R1的阻值。在本实施例中，第一光敏二极管D1的型号为L177，第一采样电阻的阻值为1千欧姆时，该第一采样电路工作在线性状态，其产生的第一采样电压随着脉冲灯的光亮度强度的增加而增加。

电压跟随器U1A的输出端1连接至微控制单元3，同时反馈回电压跟随器U1A的反馈输入端2。在本实施例中，电压跟随器U1A的型号为SA5532，具有输入阻抗大、输出阻抗小的特性，因此能够很好地实现第一采样电路与微控制单元3之间的阻抗匹配。

电压跟随器U1A的输出端1与微控制单元3之间还连接有一3.3V的稳压管Z1，该稳压管Z1的目的在于：将电压跟随器U1A的输出端1输出的模拟信号的电压由5V稳压至3.3V后，再输入至微控制单元3，使得微控制单元3可以保持3.3V的工作电压，以进行正常的采样运算，而不至于被损坏。

请参阅图3，图3为本实用新型另一实施例的电能表脉冲灯采集装置的电路图。现结合图1，对本实施例加以详细地说明。

电能表脉冲灯采集装置100包括：一光脉冲采集电路2、一微控制单元3、一计算机4及一电源。其中，计算机4通过自带的键盘将微控制单元3的计数器32切换连接至光脉冲采集电路2。电源提供一组3.3V电压至电能表脉冲灯采集装置100。

其中，光脉冲采集电路2包括第二光敏二极管D1、第二采样电路及一开关三极管Q1。

第二光敏二极管D1将脉冲灯的光脉冲转化为第二电流输出。可见光的波长范围是400nm至700nm之间，电能表脉冲灯使用的是红色发光二极管，红色光的波长范围为650nm至700nm之间，刚好处于该第二光敏二极管D1敏感度最高的波段范围，因此完全满足脉冲灯的光脉冲的采集需求。

第二采样电路根据第二光敏二极管D1输出的第二电流产生第二采样电压。该第二采样电路工作在开关状态，其产生的第二采样电压为0V或者3.3V。

开关三极管Q1根据第二采样电路产生的第二采样电压，实现第二采样电路与微控制单元3之间的电路的导通与截止，产生脉冲信号输出至微控制单元3的计数器32，再通过计数器32的输入捕获功能，捕获该脉冲信号进行计数，并可进行脉宽、频率、时间间隔的计算。在本实施例中，微控制单元3的型号为STM32F103，其内置的计数器32具有输入捕获功能，可以实现外部脉冲的计数功能。

具体地，第二光敏二极管D1的一端与3.3V电源连接。第二采样电路包括串联的第二采样电阻R1及第三采样电阻R2，第二采样电阻R1的一端分别与第二光敏二极管D1的另一端及第三采样电阻R2的一端连接，第二采样电阻R1的另一端与地端连接，第三采样电阻R2的另一端与开关三极管Q1的基极连接。

第二采样电路欲工作在开关状态，需要合理选择第二采样电阻R1的阻值，至少不低于10千欧姆，若第二采样电阻R1的阻值越大，光脉冲的采样将越灵敏。在本实施例中，考虑到不同电能表的光脉冲亮度不尽相同，且测试环境多使用光纤导光，令第二采样电阻的阻值为82千欧姆，使得该第二采样电路工作在开关状态，同时还兼顾目前电能表脉冲灯的采集条件。

开关三极管Q1的基极与第二采样电路连接，发射极与地端连接，集电极与微控制单元3连接以将脉冲信号输出至微控制单元3。集电极与微控制单元3的公共端还通过一滤波电路连接至3.3V电源，以提供一工作电压至微控制单元3。当第二采样电路产生的第二采样电压为0V时，开关三极管Q1处于截止状态，产生一低电平信号。当第二采样电路产生的第二采样电压为3.3V时，开关三极管Q1处于导通状态，产生一高电平信号。通过捕获由该低电平、高电平信号组成的脉冲信号，微控制单元3的计数器32即可实现对电能表脉冲灯的光脉冲的计数。

值得一提的是，本实用新型的第一、第二光敏二极管可以是相同的，也可以是不同的。虽然光亮度采集电路由于电压跟随器的工作电压原因，需要采用5V电压，光脉冲采集电路由于微控制单元的工作电压原因，需要采用3.3V电压，使得二者的工作电压不同，但是只要选择工作电压范围在2.5-5.5V的光敏二极管即可以同时适用于该两种不同的采集电路，故本实用新型并不以此为限。

综上所述，本实用新型的一种电能表脉冲灯采集装置具有如下有益效果：

（1）可靠性高。实现了电能表脉冲灯的光亮度的采集量化，为电能表脉冲灯的结构设计提供一种统一的光亮度衰减标准。

（2）信息直白，可配置性强。该电能表脉冲灯采集装置可以同外部实时通信，例如计算机、显示器、键盘等，通过显示器可以根据用户需要实时地显示采集测试结果，通过键盘还可以对微控制单元进行控制，以实现光亮度采集电路与光脉冲采集电路的切换。

（3）释放人力。该电能表脉冲灯采集装置可以不受环境及时间的限制，为电能表脉冲灯提供了有效地监测，实现了人力的释放。

（4）保护测试人员不受测试环境的伤害。该电能表脉冲灯采集装置为电能表脉冲灯提供了有效地监测，而且能够监控并记录测试结果，使得测试人员可以不必在现场，确保了测试人员在试验中不受伤害。

（5）受环境影响小。采用充电电池统一供电，可以不受使用环境的限制。

（6）受众明确。相比单一功能的测试设备，该电能表脉冲灯采集装置不仅测试功能多，可以采集脉冲灯的光亮度进行量化、还可以采集脉冲灯的光脉冲进行计数，并进行脉宽、频率、时间间隔等计算，而且成本较低，有明确的受众。

上述内容，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的实施方案，本领域普通技术人员根据本实用新型的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本实用新型的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，包括：

一光亮度采集电路，用于采集所述脉冲灯的光亮度以产生一模拟信号；

一光脉冲采集电路，用于采集所述脉冲灯的光脉冲以产生一脉冲信号；及

一微控制单元，根据所述光亮度采集电路产生的模拟信号对所述脉冲灯的光亮度进行量化，以及根据所述光脉冲采集电路产生的脉冲信号对所述脉冲灯的光脉冲进行计数。

2.如权利要求1所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，所述光亮度采集电路包括第一光敏二极管、第一采样电路及一电压跟随器，所述第一光敏二极管将所述脉冲灯的光亮度转化为第一电流输出，所述第一采样电路根据所述第一光敏二极管输出的第一电流产生第一采样电压，所述电压跟随器对所述第一采样电路产生的第一采样电压进行阻抗匹配后，产生所述模拟信号输出至所述微控制单元。

3.如权利要求2所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，所述第一采样电路包括并联的第一采样电阻、第一滤波电容及第二滤波电容，所述第一采样电路的第一端口分别与所述第一光敏二极管的一端及所述电压跟随器的输入端连接，所述第一采样电路的第二端口与地端连接。

4.如权利要求1所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，所述光脉冲采集电路包括第二光敏二极管、第二采样电路及一开关三极管，所述第二光敏二极管将所述脉冲灯的光脉冲转化为第二电流输出，所述第二采样电路根据所述第二光敏二极管输出的第二电流产生第二采样电压，所述开关三极管根据所述第二采样电路产生的第二采样电压，实现所述第二采样电路与所述微控制单元之间的电路的导通与截止，产生所述脉冲信号输出至所述微控制单元。

5.如权利要求4所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，所述第二采样电路包括串联的第二采样电阻及第三采样电阻，所述第二采样电阻的一端分别与所述第二光敏二极管的一端及所述第三采样电阻的一端连接，所述第二采样电阻的另一端与地端连接，所述第三采样电阻的另一端与所述开关三极管的基极连接。

6.如权利要求4所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，所述开关三极管的基极与所述第二采样电路连接，发射极与地端连接，集电极与所述微控制单元连接。

7.如权利要求1所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，所述微控制单元包括一A/D转换器和/或一计数器，所述A/D转换器用于对所述脉冲灯的光亮度进行量化，所述计数器用于对所述脉冲灯的光脉冲进行计数。

8.如权利要求1所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，所述微控制单元包括一串口，该串口符合RS232协议，以实现与外部实时通信。

9.如权利要求1所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，还包括一电源，所述电源用于供电所述电能表脉冲灯采集装置，由一充电电池提供，所述电源可提供两组电压，一组电压为3.3V，另一组电压为5V。

10.如权利要求9所述的电能表脉冲灯采集装置，其特征在于，所述光亮度采集电路由5V电源供电，所述光脉冲采集电路由3.3V电源供电。