CN212111586U - 一种能耗检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种能耗检测装置，它包括主控电路、电能测试与计量电路、光强检测电路和控制电路；所述电能测试与计量电路和光强检测电路的输出端与所述主控电路的输入端连接；所述主控电路的输出端与所述控制电路的输入端连接。通过电能测试与计量电路精确计算电能、光照和温度，检测便利店中的电能能耗，并通过控制电路对便利店中的电能能耗进行控制在能耗设定的范围之内；采用外置存储器减少了主控电路内部存储的负担，同时可以使得数据持久化保存，通过一定的格式将能耗信息保存，从而可以动态优化条件能耗。

Description

一种能耗检测装置

技术领域

本实用新型涉及能耗检测技术领域，尤其涉及一种能耗检测装置。

背景技术

现在越来越多的连锁便利店方便了人们的日常生活，便利店的能耗也是日常成本中的一部分，对便利店日常的能耗检测能够对便利店日常能耗使用情况的分析提供支持，因此，如何对便利店的能耗进行检测测试，是目前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能耗检测装置，能够对便利店中电能能耗进行精确计算进而控制便利店的能耗在设定范围内。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种能耗检测装置，它包括主控电路、电能测试与计量电路、光强检测电路和控制电路；所述电能测试与计量电路和光强检测电路的输出端与所述主控电路的输入端连接；所述主控电路的输出端与所述控制电路的输入端连接。

进一步地，还包括外置存储器、时钟模块和温度传感器；所述时钟模块和温度传感器的输出端与所述主控电路的输入端连接，所述外置存储器与主控电路相互连接。

进一步地，所述的主控电路包括MCU芯片U1，MCU芯片U1的第1、2、3、4、12和15引脚和电能测试与计量电路的输出端连接；MCU芯片U1的第13、21、22引脚与光强检测电路的输出端连接；MCU芯片U1的第5、6、7引脚与控制电路的输入端连接。

进一步地，所述的电能测试与计量电路包括电能测量芯片U5，在所述电能测量芯片U5连接有芯片参考电路；电能测量芯片U5的54RST、54CS、54SDI、54SDO、54SCLK和54INT端口与所述MCU芯片U1对应的54RST、54CS、54SDI、54SDO、54SCLK和54INT端口连接。

进一步地，所述的光强检测电路包括光强采集芯片U9，光强采集芯片U9的第1引脚通过连接电容C33后接地，开关S2连接在光强采集芯片U9的第1和第2引脚；开关S2接光强采集芯片第1引脚的一端还连接VDD电压端，另一端连接电阻R39后接地；光强采集芯片U9的第4引脚连接电阻R38后连接到VDD电压端，第6引脚连接到电阻R37后连接到VDD电压端。

进一步地，所述的光强采集芯片U9的第4引脚连接所述MCU芯片U1的22引脚，光强采集芯片U9的第5引脚连接所述MCU芯片U1的第13引脚，光强采集芯片U9的第6引脚连接所述MCU芯片U1的第21引脚。

进一步地，所述的控制电路包括多个光电隔离器件和多个继电器；每个继电器都连接到一个光电隔离器件上，VCC电压端与多个光电隔离器件连接，光电隔离器件的DATA端连接到所述MCU芯片U1的DATA端。

进一步地，所述控制电路包括三个光电隔离器件和三个继电器组成的三个控制输出，每个光电隔离器件的A端口连接一电阻后与VCC电压端连接，CA端口与所述MCU芯片U1的DATA端连接，C端口连接一上拉电阻且与继电器连接，E端口接地。

进一步地，所述外部存储器包括SD卡，所述SD卡的MICCS端、MOSI端、MICSCLK端和MISO端与所述MCU芯片U1对应的MICCS端、MOSI端、MICSCLK端和MISO端连接。

进一步地，一个控制输出控制灯光熄灭个数，一个控制输出控制灯光工作电压，一个控制输出连接到报警装置，用于系统报警。

本实用新型具有以下优点：一种能耗检测装置，通过电能测试与计量电路精确计算电能、光照和温度，检测便利店中的电能能耗，并通过控制电路对便利店中的电能能耗进行控制在能耗设定的范围之内；采用外置存储器减少了主控电路内部存储的负担，同时可以使得数据持久化保存，通过一定的格式将能耗信息保存，从而可以动态优化条件能耗。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为主控电路图；

图3为电能测试与计量电路图；

图4为光强检测电路图；

图5为控制电路图；

图6为外置存储器电路图；

图7为时钟模块电路图；

图8为温度传感器电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种能耗检测装置，它包括主控电路、电能测试与计量电路、光强检测电路和控制电路；所述电能测试与计量电路和光强检测电路的输出端与所述主控电路的输入端连接；所述主控电路的输出端与所述控制电路的输入端连接。

进一步地，还包括外置存储器、时钟模块和温度传感器；所述时钟模块和温度传感器的输出端与所述主控电路的输入端连接，所述外置存储器与主控电路相互连接。

进一步地，如图2所示，所述的主控电路包括MCU芯片U1，MCU芯片U1的第1、2、3、4、12和15引脚和电能测试与计量电路的输出端连接；MCU芯片U1的第13、21、22引脚与光强检测电路的输出端连接；MCU芯片U1的第5、6、7引脚与控制电路的输入端连接。

MCU芯片U1为STC89C52单片机，由于STC89C52单片机P0口没有内置上拉，所以在驱动LCD1602显示时，需要外接上拉电阻。时钟电路。时钟电路就是产生象时钟一样准确运动的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路是保证处理器协调工作的基础。

中断是微控制设备发展历史上的一大创新，控制器较高的处理速度下(相对于处理器与外部通信)，仅仅采用查询方式，CPU执行效率低，并且处理器响应外部设备延迟高，软硬件中断使得处理器通过异步的方式，来处理程序中相关事务。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。STC89C52的两个外部中断用于接收CS5464和TSL2561的中断信号。定时/计数器T0和T1使能后，其中的寄存器开始计数加，最高位溢出时产生中断信号，向CPU请求中断。定时/计数中断用于更新系统某些状态标志位。例如更新系统读取电量计量数据标的志位。

进一步地，如图3所示，所述的电能测试与计量电路包括电能测量芯片U5，在所述电能测量芯片U5连接有芯片参考电路；电能测量芯片U5的54RST、54CS、54SDI、54SDO、54SCLK和54INT端口与所述MCU芯片U1对应的54RST、54CS、54SDI、54SDO、54SCLK和54INT端口连接。

电能测量芯片U5型号为CS5464，其内置了4路ΔΣ算法的高精度数模转换测量电路，可以测量一路电压信号两路电流和一路温度信号。可以测量有功功率、无功功率、视在功率、有效值和峰值电压电流，并且可以实现单位计量脉冲输出以及防止失压、电压零漂移和防窃电功能。

CS5464的4个ΔΣ转换电路，使得电流电压测量转换精度较高。采用SPI中线，使得数据的传输电路设计简单，减少了控制器的引脚占用。CS5464有接口和电流测量电压测量接口的优化，电流测量接口可以与分流或电流互感器连接，电压测量接口与分压电阻网络或电压互感器连接。两个满量程范围输入的电流通道适应两种类型的电流传感器。第二个电流输入通道用于窃电检测，其精度相对较低，采用的是2个ΔΣ转换电路。输入通道中电压差为250mV，设计采集电路时注意电阻大小。

由于CS5464接地端有两种，数字地、模拟地，同时传感电路中接入端是220V交流电，所以在设计时要考虑到电路中的隔离。CS5464的时钟晶振较高，为32MHZ，其原因有以下两点：自带A/D转换电路，其精度较高，工作频率要求较高。4个ΔΣ模-数转换器比ADC0809等8位的逐步逼近型转换器精度，转换频率更高。芯片内部需要计算功耗等工作，电能计算模块需要进行较多的数学运算。频率较高使得计算速度提高。

进一步地，如图4所示，所述的光强检测电路包括光强采集芯片U9，光强采集芯片U9的第1引脚通过连接电容C33后接地，开关S2连接在光强采集芯片U9的第1和第2引脚；开关S2接光强采集芯片第1引脚的一端还连接VDD电压端，另一端连接电阻R39后接地；光强采集芯片U9的第4引脚连接电阻R38后连接到VDD电压端，第6引脚连接到电阻R37后连接到VDD电压端。

进一步地，所述的光强采集芯片U9的第4引脚连接所述MCU芯片U1的22引脚，光强采集芯片U9的第5引脚连接所述MCU芯片U1的第13引脚，光强采集芯片U9的第6引脚连接所述MCU芯片U1的第21引脚。

光强采集芯片U9型号为TSL2561，其一种采集测量光强的集成芯片，它具有高速、可编程配置、功耗较低、量程宽的光强度数字转换芯片。该芯片被运用于显示控制，动态改变光强的公共设施中。由于使用的是IC总线通信，在监测系统中，设备可以电路设计较为简单。该芯片的主要特点有：光强门限值可通过控制器程序控制。光强过高时，发出中断信号予以报警。

进一步地，如图5所示，所述的控制电路包括多个光电隔离器件和多个继电器；每个继电器都连接到一个光电隔离器件上，VCC电压端与多个光电隔离器件连接，光电隔离器件的DATA端连接到所述MCU芯片U1的DATA端。

进一步地，所述控制电路包括三个光电隔离器件和三个继电器组成的三个控制输出，每个光电隔离器件的A端口连接一电阻后与VCC电压端连接，CA端口与所述MCU芯片U1的DATA端连接，C端口连接一上拉电阻且与继电器连接，E端口接地。

光电隔离器件的型号为TLP521，STC89C52的工作电压为5V，而继电器工作电压不一的。继电器通过线圈的闭合控制外部电路通断。这里有三个控制输出，其中一个用来控制灯光熄灭个数，一个用于控制灯光工作电压，另一个连接到报警装置，用于系统报警。

进一步地，如图6所示，所述外部存储器包括SD卡，所述SD卡的MICCS端、MOSI端、MICSCLK端和MISO端与所述MCU芯片U1对应的MICCS端、MOSI端、MICSCLK端和MISO端连接。

Micro SD卡的接口可以支持SPI模式和SDIO模式。SDIO模用4条高速数据线传输，传输速率高，但是大部分微控制器因为引脚资源有限而无此接口。SPI模式使用简单通用的SPI通道接口，即可实现数据传输，目前大多数微控制器都提供SPI接口。SPI模式相对于SDIO模式的缺点是损失了传输速度，但目前微处理器的处理速度越来越高，利用SPI模式大多都能满足工程需要。本文采用的是SPI模式。由于其读写时相对于SD卡模式，所占用的引脚较少，读写实现较为简单，所以采用这种方法。空闲状态中，SPI总线需要保持高电平，采用上拉电阻的方式，能有效的限制总线中的电流，也能保证总线中电压需求。总线上接地电容的作用是滤波。在读写过程中，SD卡容易应为杂波而读写错误，甚至破坏存储空间。滤波电容可以减少电磁干扰带来的杂波，降低读写错误的概率。

如图7所示，时钟模块采用型号为DS1302的时钟模块，其电路中了一个32,768kHz的晶振，一个备用电源VCC1，数据I/O线上拉。DS1302的电路电源工作电流在2.5到5.5V间，所以备用电源采用的是3V的纽扣电池。DS1302的DS1320SC端和DS1320RS端和MCU芯片U1对应的DS1320SC端和DS1320RS端连接。

如图8所示，温度传感器采用型号为DS18B20的温度传感器，它具有单总线的接口方式，仅仅一条线路就可以完成通信，简化了控制系统中电路设计，提高了控制系统中对温度这种传输要求不是严格的程序设计需求。数据总线可供电，电压范围在3.0V-5.5V，测量温度范围在-55℃到+125℃之间。-10℃至+85℃范围内精度为±0.5℃。DS18B20的第2引脚与MCU芯片U1的DS18b20D端连接，并且连接一上拉电阻R26后与VCC电压端连接，第1引脚接地，第3引脚与VCC电压端连接。

温度传感器的分辨率为可控的9～12位，具有体积小，电路简单，精度高等特点，应用范围包括消费电子产品温度计、温控装置、工业生产环境系统、以及其他热敏感系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种能耗检测装置，其特征在于：它包括主控电路、电能测试与计量电路、光强检测电路和控制电路；所述电能测试与计量电路和光强检测电路的输出端与所述主控电路的输入端连接；所述主控电路的输出端与所述控制电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种能耗检测装置，其特征在于：还包括外置存储器、时钟模块和温度传感器；所述时钟模块和温度传感器的输出端与所述主控电路的输入端连接，所述外置存储器与主控电路相互连接。

3.根据权利要求2所述的一种能耗检测装置，其特征在于：所述的主控电路包括MCU芯片U1，MCU芯片U1的第1、2、3、4、12和15引脚和电能测试与计量电路的输出端连接；MCU芯片U1的第13、21、22引脚与光强检测电路的输出端连接；MCU芯片U1的第5、6、7引脚与控制电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种能耗检测装置，其特征在于：所述的电能测试与计量电路包括电能测量芯片U5，在所述电能测量芯片U5连接有芯片参考电路；电能测量芯片U5的54RST、54CS、54SDI、54SDO、54SCLK和54INT端口与所述MCU芯片U1对应的54RST、54CS、54SDI、54SDO、54SCLK和54INT端口连接。

5.根据权利要求3所述的一种能耗检测装置，其特征在于：所述的光强检测电路包括光强采集芯片U9，光强采集芯片U9的第1引脚通过连接电容C33后接地，开关S2连接在光强采集芯片U9的第1和第2引脚；开关S2接光强采集芯片第1引脚的一端还连接VDD电压端，另一端连接电阻R39后接地；光强采集芯片U9的第4引脚连接电阻R38后连接到VDD电压端，第6引脚连接到电阻R37后连接到VDD电压端。

6.根据权利要求5所述的一种能耗检测装置，其特征在于：所述的光强采集芯片U9的第4引脚连接所述MCU芯片U1的22引脚，光强采集芯片U9的第5引脚连接所述MCU芯片U1的第13引脚，光强采集芯片U9的第6引脚连接所述MCU芯片U1的第21引脚。

7.根据权利要求3所述的一种能耗检测装置，其特征在于：所述的控制电路包括多个光电隔离器件和多个继电器；每个继电器都连接到一个光电隔离器件上，VCC电压端与多个光电隔离器件连接，光电隔离器件的DATA端连接到所述MCU芯片U1的DATA端。

8.根据权利要求7所述的一种能耗检测装置，其特征在于：所述控制电路包括三个光电隔离器件和三个继电器组成的三个控制输出，每个光电隔离器件的A端口连接一电阻后与VCC电压端连接，CA端口与所述MCU芯片U1的DATA端连接，C端口连接一上拉电阻且与继电器连接，E端口接地。

9.根据权利要求2所述的一种能耗检测装置，其特征在于：一个控制输出控制灯光熄灭个数，一个控制输出控制灯光工作电压，一个控制输出连接到报警装置，用于系统报警。

10.根据权利要求3所述的一种能耗检测装置，其特征在于：所述外置存储器包括SD卡，所述SD卡的MICCS端、MOSI端、MICSCLK端和MISO端与所述MCU芯片U1对应的MICCS端、MOSI端、MICSCLK端和MISO端连接。

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