CN206339596U

CN206339596U - 三相多功能电力仪表

Info

Publication number: CN206339596U
Application number: CN201720031180.9U
Authority: CN
Inventors: 孙红雨
Original assignee: QINGDAO SHUNENG ELECTRICAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: QINGDAO SHUNENG ELECTRICAL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2027-01-10

Abstract

本实用新型公开了一种三相多功能电力仪表。所述三相多功能电力仪表包括ARM处理器、电力参数采集模块、电能计量芯片、人机交互显示模块、开关量输入模块、开关量输出模块和RS485通信接口，其中，ARM处理器采用STM32F103RC芯片，电能计量芯片采用RN8302芯片。本实用新型中电能计量芯片RN8302大大简化了仪表中模拟电路的设计，利于提高产品的精度和可靠性，其内部的DSP运算内核承担了主要的运算任务，为ARM处理器实现多样化的功能节省了软硬件资源。本实用新型充分利用了电能计量芯片的数据处理能力和ARM处理器的事件处理能力，不仅从测量精度上满足要求，在功能上更加丰富多元化。

Description

三相多功能电力仪表

技术领域

本实用新型涉及一种三相多功能电力仪表。

背景技术

三相多功能电力仪表是一款用于低中高压系统(0.4kV—110kV)的智能化装置，具有可编程测量、电能计量、显示、数字通讯等功能的多功能智能电表，其采用大规模集成电路模块化设计，针对电力系统、工业自动化、公用设施、智能型开关柜、楼宇自动化、能源管理系统等的电力监控需求而设计制造。它能高精度的测量所有常用的电力参数，精确度符合国家相关技术要求。使用长寿命LCD显示仪表测量参数和电网系统的运行信息；仪表面板带有四个编程按键，用户可现场实现显示切换、仪表参数编程设置，使用方便。随着配电配网方式的不断升级和改进，老式模拟仪表已经不能够满足目前配电自动化的要求。而伴随半导体行业的不断发展，新型的数字化多功能电力仪表应运而生，其功能也在不断的增加，不仅可以显示当前电量，而且能够根据配电特点对历史运行情况进行全面的分析、记录，并能够借助于计算机技术，对所记录和存储的数据进行多分析。将八位或十六位单片机与电能计量芯片配合使用将成为目前的主流设计思路。然而，此种设计外围电路较多，可靠性和安全性低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种三相多功能电力仪表，采用电能计量芯片对当前模拟量进行采集和计算，并结合ARM处理器从而实现了仪表的测量、计算、显示、通讯、输出和告警等一系列电气自动化功能，简化了仪表结构，提高了产品的可靠性和精度。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

三相多功能电力仪表，包括ARM处理器、电力参数采集模块、电能计量芯片、人机交互显示模块、开关量输入模块、开关量输出模块和RS485通信接口；其中，电力参数采集模块包括三只电压互感器、三只电流互感器、电压变送器和电流变送器，三只电压互感器分别与电压变送器相连，三只电流互感器分别与电流变送器相连，电压变送器和电流变送器分别与电能计量芯片相连；电能计量芯片通过SPI总线与ARM处理器连接，ARM处理器分别与人机交互显示模块、开关量输入模块、开关量输出模块和RS485通信接口连接；开关量输入模块有四路，开关量输出模块有两路；在ARM处理器上还连接有存储芯片和实时时钟；ARM处理器采用STM32F103RC芯片，电能计量芯片采用RN8302芯片。

优选地，所述ARM处理器具有32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置256K字节的闪存和48字节的SRAM。

优选地，所述存储芯片采用AT25512芯片；所述实时时钟采用DS1302芯片。

优选地，所述人机交互显示模块包括液晶显示模块、LED显示模块和按键模块。

优选地，所述ARM处理器上还连接有用于将三相多功能电力仪表数据实时上传的无线发射模块和天线。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型中的三相多功能电力仪表，基于ARM处理器STM32F103RC和电能计量芯片RN8302实现。其中，电能计量芯片RN8302大大简化了仪表中模拟电路的设计，利于提高产品的精度和可靠性，其内部的DSP运算内核承担了主要的运算任务，为ARM处理器实现多样化的功能节省了软硬件资源。本实用新型充分利用了电能计量芯片的数据处理能力和ARM处理器的事件处理能力，不仅从测量精度上满足要求，在功能上更加丰富多元化。

附图说明

图1为本实用新型中三相多功能电力仪表的结构示意图；

图2为本实用新型中电力参数采集模块的结构示意图；

图3为本实用新型中三相多功能电力仪表的安装示意图(由前向后看)；

图4为本实用新型中三相多功能电力仪表的安装示意图(由后向前看)；

其中，1-ARM处理器，2-电力参数采集模块，3-电能计量芯片，4-人机交互显示模块，5-开关量输入模块，6-开关量输出模块，7-RS485通信接口，8-电压互感器；

9-电流互感器，10-电压变送器，11-电流变送器，12-存储芯片，13-实时时钟，14-无线发射模块，15-天线，16-扩展接口，17-仪表壳体，18-固定夹凹槽，19-固定夹，20-安装段，21-凹槽段，22-支撑段，23-一号安装孔，24-开关柜面板，25-通孔，26-螺栓。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

结合图1所示，三相多功能电力仪表包括ARM处理器1、电力参数采集模块2、电能计量芯片3、人机交互显示模块4、开关量输入模块5、开关量输出模块6和RS485通信接口7。

ARM处理器1分别与人机交互显示模块4、开关量输入模块5、开关量输出模块6和RS485通信接口7连接。开关量输入模块5有四路，开关量输出模块6有两路。

如图2所示，电力参数采集模块2包括三只电压互感器8、三只电流互感器9、电压变送器10和电流变送器11，三只电压互感器8分别与电压变送器10相连，三只电流互感器9分别与电流变送器11相连，电压变送器10和电流变送器11分别与电能计量芯片3相连。

通过电能计量芯片3可以实现电压、电流等模拟量输入的采集以及电能脉冲的输出。

优选地，电能计量芯片3选用RN8302芯片。

在RN8302芯片内直接集成了运放电路、AD转换、计算内核和数据接口等。

本实用新型能够在单个芯片上实现弱信号的变送、AD转换、数字化校准、测量计算、电能累计等功能，其测量非线性误差在0.1％以内。

此外，在电压变送器10与电能计量芯片3之间还设有防混叠阻容滤波器，二次信号经过电压变送器10后变为800mV的交流电压信号，经过防混叠阻容滤波后送入电能计量芯片3。RN8302芯片会按照初始化好的参数对模拟信号进行放大、采样、计算、输出。

电能计量芯片3通过SPI总线与ARM处理器1连接。

ARM处理器1通过RN8302芯片上集成的SPI接口对其内部各种运算结果读取。输入的模拟信号有三相电压和三线电流。接线方式有两表法和三表法。同时RN8302芯片的脉冲电度输出接口可连接到ARM处理器1上的数字信号输出接口，实现脉冲电度输出。

ARM处理器1采用STM32F103RC芯片，具有32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置256K字节的闪存和48字节的SRAM，并设有丰富的I/O端口。

ARM处理器1通过SPI接口从电能计量芯片3中读取当前电压、电流、功率因数、电度累加等，将读取的数据做历史分析，并存储分析结果至存储芯片12。

存储芯片12采用AT25512芯片，其内部集成了64K的存储空间，不能能够满足当前数据的存储要求，并且留有扩展部分，最大限度的满足后期扩展需要。

在ARM处理器1上还连接有实时时钟13，其采用DS1302芯片。

优选地，本实用新型中的人机交互显示模块4包括液晶显示模块、LED显示模块和按键模块。其中，液晶显示模块可以显示电力相关参数，LED显示模块用于指示相关信息变化，按键模块则可以实现液晶显示模块上的翻页或参数设置等相关操作。

优选地，在ARM处理器1上还连接有无线发射模块14和天线15。

无线发射模块14通过天线15将三相多功能电力仪表上的数据实时上传至上位机，节省了线路布置，提高了数据上传的精确性和稳定性。

此外，在ARM处理器1上还连接有扩展接口16，该扩展接口例如可以是可选脉冲电度接口、开关量输入接口和开关量输出接口等等。

当然，在ARM处理器1上还可以连接红外通信模块。红外通信模块以红外线作为介质来传送数据信息，由红外接收器和红外发射器来完成信号的无线收发。

在发射端，对发送的数字信号经适当的编码和调制后，送入电光变换电路，驱动红外二极管发射红外光脉冲，在接收端，红外接收器对收到的红外信号进行光电变换，并进行解调和译码后，恢复出原信号。发射电路由调制电路、驱动电路及红外发射器件组成，红外接收电路由红外接收器件、前置放大电路和解调电路组成。

如图3和图4所示，三相多功能电力仪表还包括仪表壳体17，三相多功能电力仪表的各个部件均封装在上述仪表壳体内，该仪表壳体17具有如下结构：

液晶显示模块安装在仪表壳体17的前侧。在仪表壳体17的两个相对侧部分别设有一个固定夹凹槽，例如固定夹凹槽18，用于放置固定夹19。

固定夹19采用Z形结构，其是通过将一根条形板的两个端部分别弯折90度形成的。定义固定夹19由安装段20、凹槽段21和支撑段22组成。

凹槽段21的长度与固定夹凹槽18的长度相等。在安装段20上设有一号安装孔23。在仪表壳体17后侧部上设有两个二号安装孔，每个二号安装孔对应一个一号安装孔23。

三相多功能电力仪表的安装过程如下：在开关柜面板24的合适位置上开设一个与仪表壳体17相适应的通孔25，将仪表壳体17由前向后放入通孔25内，待仪表壳体17放置到位后，在开关柜面板24的内侧将两个固定夹19分别置于其中一个固定夹凹槽18内。

其中，固定夹19的支撑段22顶在开关柜面板24的内侧壁上，一号安装孔23和二号安装孔对齐，通过螺栓26将仪表壳体17固定在开关柜面板上。

此种仪表安装方式操作方便，安装牢固度高，利于保持开关柜面板的美观效果。

当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。

Claims

1.三相多功能电力仪表，其特征在于，包括ARM处理器、电力参数采集模块、电能计量芯片、人机交互显示模块、开关量输入模块、开关量输出模块和RS485通信接口；其中，电力参数采集模块包括三只电压互感器、三只电流互感器、电压变送器和电流变送器，三只电压互感器分别与电压变送器相连，三只电流互感器分别与电流变送器相连，电压变送器和电流变送器分别与电能计量芯片相连；电能计量芯片通过SPI总线与ARM处理器连接，ARM处理器分别与人机交互显示模块、开关量输入模块、开关量输出模块和RS485通信接口连接；开关量输入模块有四路，开关量输出模块有两路；在ARM处理器上还连接有存储芯片和实时时钟；ARM处理器采用STM32F103RC芯片，电能计量芯片采用RN8302芯片。

2.根据权利要求1所述的三相多功能电力仪表，其特征在于，所述ARM处理器具有32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置256K字节的闪存和48字节的SRAM。

3.根据权利要求1或2所述的三相多功能电力仪表，其特征在于，所述存储芯片采用AT25512芯片；所述实时时钟采用DS1302芯片。

4.根据权利要求3所述的三相多功能电力仪表，其特征在于，所述人机交互显示模块包括液晶显示模块、LED显示模块和按键模块。

5.根据权利要求4所述的三相多功能电力仪表，其特征在于，所述ARM处理器上还连接有用于将三相多功能电力仪表数据实时上传的无线发射模块和天线。