CN211954240U - 一种物联网多功能电力仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种物联网智能电力仪表，包括电流信号采集电路、电压信号采集电路、温度采集电路、开关量信号采集电路、电能参数计算处理电路、信号数据处理控制电路、数码管显示电路、热电偶、光电耦合器、按键电路；温度采集电路连接到热电偶，开关量信号采集电路连接到光电耦合器，电流信号采集电路、电压信号采集电路均连接到电能参数计算处理电路，热电偶、光电耦合器、电能参数计算处理电路均连接到信号数据处理控制电路进行数据处理，并控制按键电路、显示电路、通信电路、缓存电路、时钟电路。本实用新型实现对现场设备状态的监视、远程控制和报警输出，提供标准的RS485通讯接口，实现了遥信、遥测、遥控、测量于一体。

Description

一种物联网多功能电力仪表

技术领域

本实用新型涉及电力领域，尤其涉及一种物联网多功能电力仪表。

背景技术

在电力系统传输过程中，需要对三相电压、电流参数进行实时监测，并通过数码管或者液晶屏的形式显示出来。新型多功能电力仪表是一款应用于电力系统中的智能化装置，其具备了电力参数、温度、检测、计量、显示、开关量状态检测、数字远程通信等功能，能准确采集电压电流，并通过电能芯片计算有功无功功率等电力参数，精确度符合国家相关技术标准。

国内多功能电力仪表市场需求，是推动多功能电力仪表技术发展的强劲动力。与发达国家相比，我国智能仪表行业，规模大，综合实力较强，但总体还有不小的差距，尤其是在高精尖产品领域比较薄弱。多功能电力仪表在国内有一个良好的发展氛围，随着节能减排及新能源等新兴产业的发展，如风力发电，核电，网络，智能电网，高速铁路和轨道交通等，多功能电力仪表迎来了巨大发展空间和市场机遇。多功能电力仪表的不断发展，也促进我国节能减排，低碳经济，新能源等行业的发展。

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供一种物联网智能电力仪表，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本实用新型采用以下技术方案：

一种物联网智能电力仪表，包括电流信号采集电路、电压信号采集电路、温度采集电路、开关量信号采集电路、电能参数计算处理电路、信号数据处理控制电路、数码管显示电路、热电偶、光电耦合器、按键电路；

温度采集电路连接到热电偶，开关量信号采集电路连接到光电耦合器，电流信号采集电路、电压信号采集电路均连接到电能参数计算处理电路，热电偶、光电耦合器、电能参数计算处理电路均连接到信号数据处理控制电路进行数据处理，并控制按键电路、显示电路、通信电路、缓存电路、时钟电路。

作为本发明的进一步的方案，温度采集电路包括温度传感器、采样电阻、滤波电容，AD转换器，待测温点通过测温探头将信号通过导线连接至电力仪表接线端子，测温探头正级连接至采样电阻、采样电阻通过滤波电容接地后将信号送至AD转换器引脚8，温度探头负极通过接地电阻接地，另一端通过采样电阻后将信号送至AD转换器的引脚1，AD转换器处理后通过5、6引脚将信号送至单片机。

作为本发明的进一步的方案，开关量信号采集电路包括输入端子、光电耦合器、电阻，开关量信号连接至端子接口1，接口1将信号送至光耦引脚2，光耦引脚1通过上拉电阻接到电源VCC，光耦3接地，光耦4将开关量信号送至单片机进行处理。

作为本发明的进一步的方案，电流信号采集电路包括三个微型电流互感器，电阻、电容，微型电流互感器将大电流转换为毫安级的微电流，微电流通过互感器的引脚输出，一端连接至电阻R1，一端连接电阻R2，R1和R7相连，R2和R8相连，R7另一端和C1相连，R8另一端和C2相连，C1和C2另一端连接至单片机进行处理。

作为本发明的进一步的方案，电压信号采集电路，由限流电阻、整流电阻、滤波电容组成，接线端子将A相B相C相交流220V电压引入电力仪表电压采集电路，交流电压连接至电阻R11，电阻R11串联R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18，R18，R18与电阻R42相连，R42和C22相连，一并组成的限流电路，将交流大电压转换成微电压，微电压经过由电阻和电容组成的电路进行整流和滤波后，将转换的电压送至RN83XX电能芯片进行处理。

作为本发明的进一步的方案，数码管显示电路，STC15W单片机的I/O口与显示驱动电路的输入端相连，显示驱动电路的输出端与数码显示管的笔画段管脚 相连， STC15W单片机的多个I/O口与数码显示管的公共端管脚相连，数码管显示电路包括三极管、电阻、LED、数码管，单片机将控制信号连接至三极管的基极，三极管的集电极连接至电源VCC，发射极通过信号控制数码管的点亮，LED正极连接至三极管发射极，负极连接至单片机，集电极连接电源VCC，三排数码管均由单片机控制，实现不同段位的点亮。

作为本发明的进一步的方案，信号数据处理控制电路STC15W处理器通过RN83XX电能芯片上集成的SDI、SCS_N、SCLK、SDO、INTN接口将电能芯片内部各种运算结果读取出来，输入的模拟信号有三相电压和三线电流，开关量和温度信号，STC15W处理器，采用工作频率为72MHz，内置4K字节的闪存，并设有丰富的I/O端口，STC处理器通过接口从电能计量芯片中读取当前电压、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。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型采用单片机为主体的测量控制仪表，采用信息处理器技术、物联网技术和交流采样技术，通过RS485通讯模块实现对现场设备状态的监视、远程控制和报警输出，提供标准的RS485通讯接口，实现了遥信、遥测、遥控、测量于一体。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理图；

图2为本实用新型的温度采集电路原理图；

图3为本实用新型的开关量信号采集电路原理图；

图4为本实用新型的电流信号采集电路原理图；

图5为本实用新型的电压信号采集电路原理图；

图6为本实用新型的数码管显示电路原理图；

图7为本实用新型的信号处理电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细阐述。

如图1所示，一种物联网智能电力仪表，包括电流信号采集电路、电压信号采集电路、温度采集电路、开关量信号采集电路、电能参数计算处理电路、信号数据处理控制电路、数码管显示电路、热电偶、光电耦合器、按键电路；

温度采集电路连接到热电偶，开关量信号采集电路连接到光电耦合器，电流信号采集电路、电压信号采集电路均连接到电能参数计算处理电路，热电偶、光电耦合器、电能参数计算处理电路均连接到信号数据处理控制电路进行数据处理，并控制按键电路、显示电路、通信电路、缓存电路、时钟电路。

如图2所示，温度采集电路包括温度传感器、采样电阻、滤波电容，AD转换器，待测温点通过测温探头将信号通过导线连接至电力仪表接线端子，测温探头正级连接至采样电阻、采样电阻通过滤波电容接地后将信号送至AD转换器引脚8，温度探头负极通过接地电阻接地，另一端通过采样电阻后将信号送至AD转换器的引脚1，AD转换器处理后通过5、6引脚将信号送至单片机。

如图3所示，开关量信号采集电路包括输入端子、光电耦合器、电阻，开关量信号连接至端子接口1，接口1将信号送至光耦引脚2，光耦引脚1通过上拉电阻接到电源VCC，光耦3接地，光耦4将开关量信号送至单片机进行处理。

如图4所示，电流信号采集电路包括三个微型电流互感器，电阻、电容，微型电流互感器将大电流转换为毫安级的微电流，微电流通过互感器的引脚输出，一端连接至电阻R1，一端连接电阻R2，R1和R7相连，R2和R8相连，R7另一端和C1相连，R8另一端和C2相连，C1和C2另一端连接至单片机进行处理。

如图5所示，电压信号采集电路，由限流电阻、整流电阻、滤波电容组成，接线端子将A相B相C相交流220V电压引入电力仪表电压采集电路，交流电压连接至电阻R11，电阻R11串联R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18，R18，R18与电阻R42相连，R42和C22相连，一并组成的限流电路，将交流大电压转换成微电压，微电压经过由电阻和电容组成的电路进行整流和滤波后，将转换的电压送至RN83XX电能芯片进行处理。

如图6所示，数码管显示电路，STC15W单片机的I/O口与显示驱 动电路的输入端相连，显示驱动电路的输出端与数码显示管的笔画段管脚 相连， STC15W单片机的多个I/O口与数码显示管的公共端管脚相连，数码管显示电路包括三极管、电阻、LED、数码管，单片机将控制信号连接至三极管的基极，三极管的集电极连接至电源VCC，发射极通过信号控制数码管的点亮，LED正极连接至三极管发射极，负极连接至单片机，集电极连接电源VCC，三排数码管均由单片机控制，实现不同段位的点亮。

如图7所示，信号数据处理控制电路STC15W处理器通过RN83XX电能芯片上集成的SDI、SCS_N、SCLK、SDO、INTN接口将电能芯片内部各种运算结果读取出来，输入的模拟信号有三相电压和三线电流，开关量和温度信号，STC15W处理器，采用工作频率为72MHz，内置4K字节的闪存，并设有丰富的I/O端口，STC处理器通过接口从电能计量芯片中读取当前电压、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。

存储芯片采用AT24C512芯片，其内部集成了64K的存储空间，不仅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STC处理器上还连接有实时时钟，其采用DS1302芯片。

本实用新型中的人机交互显示模块包括数码管显示、LED指示灯和按键。其中，数码管显示电路可以显示电力相关参数，LED显示电路用于指示相关信息变化，按键电路则可以实现数码管显示的参数翻页或参数设置等相关操作。

以上所述为本实用新型较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种物联网多功能电力仪表，其特征在于，包括电流信号采集电路、电压信号采集电路、温度采集电路、开关量信号采集电路、电能参数计算处理电路、信号数据处理控制电路、数码管显示电路、热电偶、光电耦合器、按键电路；

温度采集电路连接到热电偶，开关量信号采集电路连接到光电耦合器，电流信号采集电路、电压信号采集电路均连接到电能参数计算处理电路，热电偶、光电耦合器、电能参数计算处理电路均连接到信号数据处理控制电路进行数据处理，并控制按键电路、显示电路、通信电路、缓存电路、时钟电路。

2.如权利要求1所述的一种物联网多功能电力仪表，其特征在于，温度采集电路包括温度传感器、采样电阻、滤波电容，AD转换器，待测温点通过测温探头将信号通过导线连接至电力仪表接线端子，测温探头正级连接至采样电阻、采样电阻通过滤波电容接地后将信号送至AD转换器引脚8，温度探头负极通过接地电阻接地，另一端通过采样电阻后将信号送至AD转换器的引脚1，AD转换器处理后通过5、6引脚将信号送至单片机。

3.如权利要求1所述的一种物联网多功能电力仪表，其特征在于，开关量信号采集电路包括输入端子、光电耦合器、电阻，开关量信号连接至端子接口1，接口1将信号送至光耦引脚2，光耦引脚1通过上拉电阻接到电源VCC，光耦3接地，光耦4将开关量信号送至单片机进行处理。

4.如权利要求1所述的一种物联网多功能电力仪表，其特征在于，电流信号采集电路包括三个微型电流互感器，电阻、电容，微型电流互感器将大电流转换为毫安级的微电流，微电流通过互感器的引脚输出，一端连接至电阻R1，一端连接电阻R2，R1和R7相连，R2和R8相连，R7另一端和C1相连，R8另一端和C2相连，C1和C2另一端连接至单片机进行处理。

5.如权利要求1所述的一种物联网多功能电力仪表，其特征在于，电压信号采集电路，由限流电阻、整流电阻、滤波电容组成，接线端子将A相B相C相交流220V电压引入电力仪表电压采集电路，交流电压连接至电阻R11，电阻R11串联R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18，R18，R18与电阻R42相连，R42和C22相连，一并组成的限流电路，将交流大电压转换成微电压，微电压经过由电阻和电容组成的电路进行整流和滤波后，将转换的电压送至RN83XX电能芯片进行处理。

6.如权利要求1所述的一种物联网多功能电力仪表，其特征在于，数码管显示电路，STC15W单片机的I/O口与显示驱动电路的输入端相连，显示驱动电路的输出端与数码显示管的笔画段管脚相连，STC15W单片机的多个I/O口与数码显示管的公共端管脚相连，数码管显示电路包括三极管、电阻、LED、数码管，单片机将控制信号连接至三极管的基极，三极管的集电极连接至电源VCC，发射极通过信号控制数码管的点亮，LED正极连接至三极管发射极，负极连接至单片机，集电极连接电源VCC，三排数码管均由单片机控制，实现不同段位的点亮。

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