CN204287282U - 一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置，涉及一种电能表的控制装置，所述装置包括线圈天线和电感数字转换器组成涡流检测电路；电能表的微处理器MCU通过SPI串行通信总线与涡流损耗检测电路连接，MCU通过I2C总线与显示电路连接，涡流损耗检测电路直接与一个谐振电容和一个线圈天线连接；LDC1000为涡流损耗检测传感器，LDC1000和第1、2、3、5脚分别为SPI总线的SCLK、CSB、SDI与SDO直接与MCU的SPI接口总线连接，MCU与LDC1000通过SPI总线连接；用户观察电能表示时，隔着透明窗将手指靠近智能电能表按键的位置，就可以对电能表进行背光唤醒和屏幕翻页。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电能表的控制装置，特别是涉及一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置。
背景技术
目前，智能电能表在全国范围内已经普及，但在实际使用的过程中发现一些由于现有技术的不足为普遍不熟悉智能电能表的用户带来困扰，也为智能电能表的工作人员带来不便，其中最主要的是现在智能电能表全部统一安装在电表箱中，普通用电用户不能打开电表箱接触电能表，所以用户不能方便的使用电能表上的按键，无法点亮智能电能表的背光，也不能控制电能表翻屏显示，为用户和相关工作人员读取电能表数据带来极大的困难。
国内一些地区为了解决上述问题，为智能电能表增加了任意红外唤醒功能：使用任意红外摇控器可以唤醒智能电能表点亮背光，电能表被唤醒后使用任意红外遥控器可控制电能表显示翻屏。这样设计虽然可以在不打开电表箱的情况下控制电能表的显示，但同时也带来了一系列的问题：（1）用户必需使用红外摇控器，查看电能表数据时必需携带红外摇控器，使用不方便；（2）使用任意红外唤醒电能表不符合国家智能电能表的相关标准，并非所有电能表均具有任意红外唤醒功能；（3）容易受可见光影响，尤其容易受楼道内声控灯影响,楼道内声控灯点亮时易造成所有电能表一起显示的情况，不但给用户造成错误判断，也浪费电能；（4）不能实现一对一的控制，一旦用户使用红外摇控器控制电能表，一个表箱内的所有电能表都会同时做出相同反应，容易对用户的观察造成干扰。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置，该装置通过检测智能电能表按键位置周围的导体与电能表按键位置的距离变化模拟电能表按键动作，控制智能电能表工作，用户观察电能表示时，隔着透明窗将手指靠近智能电能表按键的位置，就可以对电能表进行背光唤醒和屏幕翻页。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置，所述装置包括线圈天线和电感数字转换器组成涡流损耗检测电路；电能表的微处理器MCU通过SPI串行通信总线与涡流损耗检测电路连接，MCU通过I2C总线与显示电路连接，涡流损耗检测电路直接与谐振电容和线圈天线连接；LDC1000的第1、2、3、5脚分别为串行外设接口SPI总线的串行外设时钟输入信号SCLK、串行外设片选使能信号CSB、串行外设从设备数据输入SDI、串行外从设备数据输出SDO，LDC1000第16脚为中断输出INTB。LDC1000的SPI接口总线与MCU的SPI接口总线连接，LDC1000的INTB与MCU的中断输入引脚连接，LDC1000的第9、10脚与PCB线圈连接，PCB线圈两端并联连接电容C_Tark。
所述的一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置，所述装置的涡流损耗检测电路的芯片通过线圈连接到端口。
所述的一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置，所述装置的谐振电路为线圈与100pF电容并联构成。
本实用新型的优点与效果是：
（1）用户观察电能表示数时不需要打开电表表箱，可以隔着透明窗将手指靠近智能电能表按键的位置，就可以对电能表进行背光唤醒和屏幕翻页；
（2）不使用传统的机械式按键，改用电子式的导体感应按键，无使用寿使命限制，不受温湿度环境影响，大大延长了按键使用年限；
（3）导体感应不受可见光影响，避免了通过红外方式控制容易受楼道内声控灯影响的弊端；
（4）非接触导体感应式按键属于近距离感应，控制一只电能表时不会对其它电能表产生影响，不会导致类似红外控制同一表箱内所有电能表同时反应的现象；
（5）不改变电能表及电能表箱现有结构，外观和功能完全兼容现有的智能电能表；
（6）非接触导体感应式按键使用更加安全，按键与人体完全带离，不会因电表潮湿或用户手上有水等原因导致人体触电。
附图说明
图1是本实用新型的应用示意图；
图2是本实用新型的工作原理示意图；
图3是本实用新型的检测电路的等效电路图；
图4是本实用新型的检测电路的并联等效电路图；
图5是本实用新型的电路硬件电路结构框图；
图6是本实用新型的涡流损耗检测的硬件电路图；
图7是本实用新型的模拟电能表按键按下及释放状态判定示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例，对本实用新型作进一步详述。
本实用新型通过一个线圈天线和电感数字转换器(LDC)组成涡流检测电路，如图1所示，涡流检测芯片通过线圈驱动端口输出交流电流，电流通过天线线圈时在线圈周围产生交变磁场；当有导体靠近线圈天线时，线圈各边处于磁场中的不同位置，所以在导体内部产生涡电流，同时导体也会产生自己的交变磁场，导体产生的磁场方向与线圈天线产生的磁场方向相反，线圈天线产生线圈涡流损耗。通过电感数字转换器测量线圈天线电路的线圈涡流损耗可以计算导体与线圈天线的距离。
本实用新型的等效电路框图如图2所示。图中 为电路电感与线圈天线等效电感的和， 为电路电阻与线圈天线等效电阻的和。通过电感数字转换器输出交流电流，交流电流通过线圈天线产生磁场。电路产生的功率可通过以下公式计算：
；
由于电感数字转换器直接输出电流驱动线圈电感L产生交变磁场会产生较大功耗，为了降低电路的功耗，所以使用并联电容C与L连接，组成一个LC谐振电路，如图3所示，这样可以大幅降低电路的驱动电流。线圈电感本身的电阻值与限流电阻的阻值之和为新电路等效电阻，电路的所消耗的功率仅为上的功率损耗。
线圈天线的等效电感可参照如下公式计算，选择参数合适的电感参数：
；
式中为并联电容的容值，为电路的震荡频率。
将图3电路转换为图4中所示的等效电路， 与的并行等效电阻的阻抗可通过如下公式计算得出：
；
线圈涡流损耗可通过如下公式计算：
；
通过电感数字转换器测量线圈涡流损耗的变化量，就可以计算出是否有导体接近电感线圈，以及导体与线圈天线之间的距离。
本实用新型中所述的非接触导体感应式按键不但可以检测的导体不仅包括金属导体，也包括人体导体。由于人体中含有微量铁元素，当人体手指与非接触导体感应式按键靠近时，也会产生涡电流，改变线圈涡流损耗，所以非接触导体感应式按键靠可以直接检测到人的手指靠近。
实施例：
本实用新型智能电能表的非接触导体感应式按键的总体电路框图如图5所示。智能电能表的微处理器MCU通过SPI串行通信总线与涡流损耗检测电路连接，MCU通过I2C总线与显示电路连接，涡流损耗检测电路直接与一个谐振电容和一个线圈天线连接。
本实用新型的涡流损耗检测的硬件电路如图6所示。本实用新型使用LDC1000做为涡流损耗检测传感器，LDC1000和第1、2、3、5脚分别为SPI总线的SCLK、CSB、SDI与SDO信号，直接与MCU的SPI接口总线连接，MCU与LDC1000通过SPI总线通信；LDC第15脚为INT信号，与MCU的中断检测引脚连接，当涡流损耗大于或小于预设阀值时，INT引脚输出中断信号，通知MCU有事件发生；LDC1000和第9、10脚与PCB线圈连接，线圈与100pF电容并联构成谐振电路，LDC1000通过PCB线圈检测涡流损耗。
本实用新型MCU通过检测涡流损耗值来模拟电能表按键工作状态，模拟电能表按键按下及释放状态判定示如图7所示。MCU通过SPI总线与涡流损耗检测电路通信，当电能表启动时MCU通过SPI总线将最小涡流损耗阀值和最大涡流损耗阀值写入涡流损耗检测传感器的寄存器。当涡流损耗的值大于设定的最大涡流损耗阀值时，涡流损耗检测电路发出中断，MCU通过SPI总线读取涡流损耗值，如果读取的实际涡流损耗值大于最大涡流损耗阀值，则判定有导体靠近线圈天线，将电能表状态置为按键按下状态，并执行按键按下处理程序；如果读取的实际涡流损耗值小于最大涡流损耗阀值，则判定为干扰信号。当涡流损耗的值小于设定的最小涡流损耗阀值时，涡流损耗检测电路发出中断，MCU通过SPI总线读取涡流损耗值，如果读取的实际涡流损耗值小于最小涡流损耗阀值，则判定导体离开线圈天线，将电能表状态置为按键释放状态，并执行按键释放处理程序；如果读取的实际涡流损耗值大于最小涡流损耗阀值，则判定为干扰信号。
Claims (3)
1.一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置，其特征在于，所述装置包括线圈天线和电感数字转换器组成涡流损耗检测电路；电能表的微处理器MCU通过SPI串行通信总线与涡流损耗检测电路连接，MCU通过I2C总线与显示电路连接，涡流损耗检测电路直接与谐振电容和线圈天线连接；LDC1000的第1、2、3、5脚分别为串行外设接口SPI总线的串行外设时钟输入信号SCLK、串行外设片选使能信号CSB、串行外设从设备数据输入SDI、串行外从设备数据输出SDO，LDC1000第16脚为中断输出INTB；LDC1000的SPI接口总线与MCU的SPI接口总线连接，LDC1000的INTB与MCU的中断输入引脚连接，LDC1000的第9、10脚与PCB线圈连接，PCB线圈两端并联连接电容C_Tark。
2.根据权利要求1所述的一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置，其特征在于，所述装置的涡流损耗检测电路的芯片通过线圈连接到端口。
3.根据权利要求1所述的一种智能电能表的非接触导体感应式按键的控制装置，其特征在于，所述装置的谐振电路为线圈与100pF电容并联构成。
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Cited By (2)
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