CN204613289U - 一种能够消除高频干扰的智能仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能够消除高频干扰的智能仪表，包括：存储模块、按键模块、采样模块、计量模块、显示模块、MCU、电源模块和通讯模块，所述存储模块、按键模块、计量模块、显示模块、电源模块和通讯模块分别与MCU相连接，所述采样模块通过计量模块连接至MCU；其中，所述采样模块包括电流互感器、电流采样单元和电流滤波单元，所述电流互感器与外部电流相连接，所述外部电流通过电流互感器分别与电流采样单元和电流滤波单元相连接，所述电流采样单元和电流滤波单元分别与计量模块相连接。外部电流通过电流互感器将大电流按比例降低，然后通过电流取样单元将电流值转换成电压值提供给计量模块，同时还通过电流滤波单元消除高频干扰。

Description

一种能够消除高频干扰的智能仪表

技术领域

本实用新型涉及一种智能仪表，尤其涉及一种能够消除高频干扰的智能仪表。

背景技术

过去若干年以来，技术快速发展，而随着各种便携式个人通信设备与家用电器设备的增加，人们享受蜂窝移动通信系统带来的便利的同时，对安全性能又提出了新的需求，由于智能仪器一开始就显示它强大的生命力，目前已成为仪器仪表发展的一个主导方向，它的不断发展对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学试验等将产生极其深远的影响；而面对工业领域复杂的环境要求，针对智能仪表的消除外部的干扰和滤除高频干扰对采样电路的影响的需求也是越来越高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种能够消除外部的干扰对采样模块造成的高频干扰的智能仪表。

对此，本实用新型提供一种能够消除高频干扰的智能仪表，包括：存储模块、按键模块、采样模块、计量模块、显示模块、MCU、电源模块和通讯模块，所述存储模块、按键模块、计量模块、显示模块、电源模块和通讯模块分别与MCU相连接，所述采样模块通过计量模块连接至MCU；其中，所述采样模块包括电流互感器、电流采样单元和电流滤波单元，所述电流互感器与外部电流相连接，所述外部电流通过电流互感器分别与电流采样单元和电流滤波单元相连接，所述电流采样单元和电流滤波单元分别与计量模块相连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述电流互感器包括A相电流互感器CT1、B相电流互感器CT2和C相电流互感器CT3，所述电流采样单元包括A相电流采样单元、B相电流采样单元和C相电流采样单元，所述电流滤波单元包括A相电流滤波单元、B相电流滤波单元和C相电流滤波单元，所述外部电流通过A相电流互感器CT1分别连接至A相电流采样单元和A相电流滤波单元，所述外部电流通过B相电流互感器CT2分别连接至B相电流采样单元和B相电流滤波单元，外部电流通过C相电流互感器CT3分别连接至B相电流采样单元和B相电流滤波单元。

本实用新型的进一步改进在于，所述A相电流采样单元包括电阻R38和电阻R40，所述A相电流滤波单元包括电容C27、电阻R36、电容C26、电容C29和电阻R43，所述A相电流互感器CT1连接至电容C27的两端，所述电容C27的一端分别与电阻R38和电阻R36相连接，所述电容C27的另一端分别与电阻R40和电阻R43相连接，所述电阻R38和电阻R40串接，所述电阻R36通过电容C26接地，所述电阻R43通过电容C29接地。

本实用新型的进一步改进在于，所述B相电流采样单元包括电阻R39和电阻R41，所述B相电流滤波单元包括电容C28、电阻R37、电容C22、电容C30和电阻R44，所述B相电流互感器CT2连接至电容C28的两端，所述电容C28的一端分别与电阻R39和电阻R37相连接，所述电容C28的另一端分别与电阻R41和电阻R44相连接，所述电阻R39和电阻R41串接，所述电阻R37通过电容C22接地，所述电阻R44通过电容C30接地。

本实用新型的进一步改进在于，所述C相电流采样单元包括电阻R47和电阻R50，所述C相电流滤波单元包括电容C32、电阻R45、电容C31、电容C33和电阻R51，所述C相电流互感器CT3连接至电容C32的两端，所述电容C32的一端分别与电阻R47和电阻R45相连接，所述电容C32的另一端分别与电阻R50和电阻R51相连接，所述电阻R47和电阻R50串接，所述电阻R45通过电容C31接地，所述电阻R51通过电容C33接地。

本实用新型的进一步改进在于，所述计量模块包括计量芯片，所述计量芯片通过SPI接口与MCU进行双向通讯。

本实用新型的进一步改进在于，所述SPI接口通过电阻连接至MCU。

本实用新型的进一步改进在于，所述显示模块包括数码管和LED驱动芯片，所述LED驱动芯片通过I²C总线与MCU相连接，所述MCU通过LED驱动芯片与数码管相连接。

本实用新型的进一步改进在于，还包括状态指示灯，所述状态指示灯与数码管相连接。

本实用新型的进一步改进在于，还包括电平转换电路和时钟模块，所述通讯模块包括485通讯模块和无线通讯模块，所述485通讯模块和时钟模块分别与MCU相连接，所述无线通讯模块通过电平转换电路与MCU相连接。

与现有技术相比：本实用新型的有益效果在于：外部电流通过电流互感器将大电流按比例降低，变比优选为2000:1，然后通过电流取样单元将电流互感器二次变流后的电流值转换成电压值，并提供给后端的计量模块来测量其电流值，在此基础上，还通过电流滤波单元消除外部干扰对采样模块所造成的高频干扰，提高了测量的精度，成本低。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例的采样模块的电路图；

图3是本实用新型一种实施例的计量模块的电路图；

图4是本实用新型一种实施例中计量模块与MCU之间的电路连接示意图；

图5是本实用新型一种实施例的显示模块的电路图；

图6是本实用新型一种实施例的状态指示灯的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本例提供一种能够消除高频干扰的智能仪表，包括：存储模块、按键模块、采样模块、计量模块、显示模块、MCU、电源模块和通讯模块，所述存储模块、按键模块、计量模块、显示模块、电源模块和通讯模块分别与MCU相连接，所述采样模块通过计量模块连接至MCU；其中，所述采样模块包括电流互感器、电流采样单元和电流滤波单元，所述电流互感器与外部电流相连接，所述外部电流通过电流互感器分别与电流采样单元和电流滤波单元相连接，所述电流采样单元和电流滤波单元分别与计量模块相连接。

如图1所示，本例还包括电平转换电路和时钟模块，所述通讯模块包括485通讯模块和无线通讯模块，所述485通讯模块和时钟模块分别与MCU相连接，所述无线通讯模块通过电平转换电路与MCU相连接；因此，本例既可以通过485也可以通过无线网络进行数据采集，所述无线通讯模块通过电平转换电路连接至MCU，所述电平转换电路用于实现将MCU的电压转换为无线通讯模块可用的电压，如将5.0V的电压转换为3.3V的电压，以实现无线通讯模块的供电，便于MCU直接控制无线通讯模块；所述时钟模块与MCU相连接，用于实现时间的校准和辅助数据存储。

本例通过采样模块和计量模块，能够集成数字集成电路进而直接准确地测量各种电参数，并采用MCU通过读取并显示电参数数据，实现各种测控功能；通过电平转换电路满足无线通讯模块的电平转换需求，实现MCU供电需求与无线通讯模块供电需求之间的电平转换，进而实现数据的无线读取；通过存储模块的设置，能够在通讯过程出现异常的情况下实现数据存储功能，例如通讯线路断开或上位主机关闭等类似情况下，将异常过程中的数据存储在存储模块中，不至于丢失数据。

本例还优选包括时钟模块和485通讯模块，所述时钟模块和485通讯模块分别与MCU相连接。本例通过存储模块和时钟模块的设置，能够在通讯过程出现异常的情况下实现数据回读功能，例如通讯线路断开或上位主机关闭等类似情况下，将异常过程中的数据存储在存储模块中，所述时钟模块通过MCU校准当前时间, 所述MCU能够根据当前时间和设置好的时间间隔进行定时的数据冻结，并将冻结的数据及其冻结时间从计量模块和时钟模块存储到存储模块中，进而防止数据丢失，并能够设置定时回读数据以便减少读写次数。

本例在实现了无线通讯模块的基础上，还包括485通讯模块，在工业环境恶劣的情况下，比如在无线信号无法穿透或是无线信号不稳定的情况下，可以通过485通讯模块实现有线的数据传输，进而双方面保证数据传输的流畅性和稳定性；同时，增加485通讯模块，也有利于无线智能仪表的测试。

如图2所示，本例所述电流互感器包括A相电流互感器CT1、B相电流互感器CT2和C相电流互感器CT3，所述电流采样单元包括A相电流采样单元、B相电流采样单元和C相电流采样单元，所述电流滤波单元包括A相电流滤波单元、B相电流滤波单元和C相电流滤波单元，所述外部电流通过A相电流互感器CT1分别连接至A相电流采样单元和A相电流滤波单元，所述外部电流通过B相电流互感器CT2分别连接至B相电流采样单元和B相电流滤波单元，外部电流通过C相电流互感器CT3分别连接至B相电流采样单元和B相电流滤波单元。

如图2所示，所述A相电流采样单元包括电阻R38和电阻R40，所述A相电流滤波单元包括电容C27、电阻R36、电容C26、电容C29和电阻R43，所述A相电流互感器CT1连接至电容C27的两端，所述电容C27的一端分别与电阻R38和电阻R36相连接，所述电容C27的另一端分别与电阻R40和电阻R43相连接，所述电阻R38和电阻R40串接，所述电阻R36通过电容C26接地，所述电阻R43通过电容C29接地。

如图2所示，所述B相电流采样单元包括电阻R39和电阻R41，所述B相电流滤波单元包括电容C28、电阻R37、电容C22、电容C30和电阻R44，所述B相电流互感器CT2连接至电容C28的两端，所述电容C28的一端分别与电阻R39和电阻R37相连接，所述电容C28的另一端分别与电阻R41和电阻R44相连接，所述电阻R39和电阻R41串接，所述电阻R37通过电容C22接地，所述电阻R44通过电容C30接地。

如图2所示，所述C相电流采样单元包括电阻R47和电阻R50，所述C相电流滤波单元包括电容C32、电阻R45、电容C31、电容C33和电阻R51，所述C相电流互感器CT3连接至电容C32的两端，所述电容C32的一端分别与电阻R47和电阻R45相连接，所述电容C32的另一端分别与电阻R50和电阻R51相连接，所述电阻R47和电阻R50串接，所述电阻R45通过电容C31接地，所述电阻R51通过电容C33接地。

外部电流通过A相电流互感器CT1、B相电流互感器CT2和C相电流互感器CT3将大电流按比例降低，变比优选为2000:1，然后通过电阻R38和电阻R40做A相电流采样单元，将A相电流互感器CT1二次变流后的电流值转换成电压值提供给后端的计量模块来测量电流值；所述电容C27、电阻R36、电容C26、电容C29和电阻R43构成了A相电流滤波单元，消除外部的干扰对采样模块造成的高频干扰；同理，B相和 C相的工作原理也是同样如此。

如图3所示，本例所述计量模块包括计量芯片ATT7022C，所述计量芯片ATT7022C通过SPI接口与MCU进行双向通讯；如图4所示，所述SPI接口通过电阻连接至MCU，MCU通过6个控制及通讯端口完成对计量芯片ATT7022的通讯和控制，CS-ATT是计量芯片ATT7022的SPI片选端口，SEL-ATT是计量芯片ATT7022的模式选择端口，RST-ATT是计量芯片ATT7022的复位端口，SCK-ATT是计量芯片ATT7022的SPI时钟总线，MOSI-ATT是SPI的数据总线，方向是从MCU传输数据到计量芯片ATT7022；MISO-ATT是SPI的数据总线，方向是计量芯片ATT7022传输数据到MCU；图4中的电阻R42、电阻R46、电阻R48、电阻R49、电阻R52和电阻R53是串接在计量芯片ATT7022和MCU之间的电阻，作用是防止线路干扰对通讯造成影响。

如图5所示，本例所述显示模块包括数码管和LED驱动芯片，所述LED驱动芯片通过I²C总线与MCU相连接，所述MCU通过LED驱动芯片与数码管相连接；所述LED驱动芯片优选为TM1640，即图5中的U1，所述MCU将所需要显示的信息通过I2C总线发送给LED驱动芯片TM1640，U1驱动状态指示灯和数码管显示所需信息，通过U1驱动状态指示灯和数码管可以避免较复杂的驱动电路来实现信息的显示；所述状态指示灯如图6所示，所述状态指示灯与数码管相连接，状态指示灯包括发光二极管D1、发光二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、发光二极管D5、发光二极管D6、发光二极管D7和发光二极管D8，用于指示当前显示的状态，配合显示模块的数码管完成对所需信息的显示，发光二极管D1~发光二极管D8所指示的状态优选依次为电压U、电流I、有功功率P、无功功率Q、功率因素PF、频率F、有功电量Kwh和无功电量Kvarh。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，包括：存储模块、按键模块、采样模块、计量模块、显示模块、MCU、电源模块和通讯模块，所述存储模块、按键模块、计量模块、显示模块、电源模块和通讯模块分别与MCU相连接，所述采样模块通过计量模块连接至MCU；其中，所述采样模块包括电流互感器、电流采样单元和电流滤波单元，所述电流互感器与外部电流相连接，所述外部电流通过电流互感器分别与电流采样单元和电流滤波单元相连接，所述电流采样单元和电流滤波单元分别与计量模块相连接。

2.根据权利要求1所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，所述电流互感器包括A相电流互感器CT1、B相电流互感器CT2和C相电流互感器CT3，所述电流采样单元包括A相电流采样单元、B相电流采样单元和C相电流采样单元，所述电流滤波单元包括A相电流滤波单元、B相电流滤波单元和C相电流滤波单元，所述外部电流通过A相电流互感器CT1分别连接至A相电流采样单元和A相电流滤波单元，所述外部电流通过B相电流互感器CT2分别连接至B相电流采样单元和B相电流滤波单元，外部电流通过C相电流互感器CT3分别连接至B相电流采样单元和B相电流滤波单元。

3.根据权利要求2所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，所述A相电流采样单元包括电阻R38和电阻R40，所述A相电流滤波单元包括电容C27、电阻R36、电容C26、电容C29和电阻R43，所述A相电流互感器CT1连接至电容C27的两端，所述电容C27的一端分别与电阻R38和电阻R36相连接，所述电容C27的另一端分别与电阻R40和电阻R43相连接，所述电阻R38和电阻R40串接，所述电阻R36通过电容C26接地，所述电阻R43通过电容C29接地。

4.根据权利要求2所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，所述B相电流采样单元包括电阻R39和电阻R41，所述B相电流滤波单元包括电容C28、电阻R37、电容C22、电容C30和电阻R44，所述B相电流互感器CT2连接至电容C28的两端，所述电容C28的一端分别与电阻R39和电阻R37相连接，所述电容C28的另一端分别与电阻R41和电阻R44相连接，所述电阻R39和电阻R41串接，所述电阻R37通过电容C22接地，所述电阻R44通过电容C30接地。

5.根据权利要求2所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，所述C相电流采样单元包括电阻R47和电阻R50，所述C相电流滤波单元包括电容C32、电阻R45、电容C31、电容C33和电阻R51，所述C相电流互感器CT3连接至电容C32的两端，所述电容C32的一端分别与电阻R47和电阻R45相连接，所述电容C32的另一端分别与电阻R50和电阻R51相连接，所述电阻R47和电阻R50串接，所述电阻R45通过电容C31接地，所述电阻R51通过电容C33接地。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，所述计量模块包括计量芯片，所述计量芯片通过SPI接口与MCU进行双向通讯。

7.根据权利要求6所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，所述SPI接口通过电阻连接至MCU。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，所述显示模块包括数码管和LED驱动芯片，所述LED驱动芯片通过I²C总线与MCU相连接，所述MCU通过LED驱动芯片与数码管相连接。

9.根据权利要求8所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，还包括状态指示灯，所述状态指示灯与数码管相连接。

10.根据权利要求1至5任意一项所述的能够消除高频干扰的智能仪表，其特征在于，还包括电平转换电路和时钟模块，所述通讯模块包括485通讯模块和无线通讯模块，所述485通讯模块和时钟模块分别与MCU相连接，所述无线通讯模块通过电平转换电路与MCU相连接。