CN220084965U - 一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，包括中央处理系统，以及与中央处理系统电连接的采样计量电路、人机接口电路、电力载波通讯电路；采样计量电路包括电能计量芯片，电能计量芯片通过抗混叠式电压信号采样电路和抗混叠式电流信号采样电路与待检测电网互联；人机接口电路通过按键处理电路将液晶驱动模块和液晶显示屏与中央处理系统电连接；电力载波通讯电路通过前端耦合电路和信号调解电路与载波通讯芯片以及中央处理系统电连接。本实用新型提供一种安全可靠的带有电力载波通讯的多功能电力仪表，通过内置的电力载波通讯模块，用电力线路做通讯媒介，使接线简单、通讯可靠；为电力监控系统的稳定可靠运行提供了保障。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域，具体涉及一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表。
背景技术
现有技术中，为了实现能耗精细化管理和用电安全警示，需要将现场终端多功能仪表数据上传至统一后台，并做预警处理。
现有多功能电力仪表基本采用双绞线进行RS485通讯连接，组成现场电力监控系统。但是现有的电力监控系统在实际侧实施过程中，由于现场仪表多，接线点多，安全可靠性得不到保证。
为了解决现有技术中的问题，需要研发一种能将电力载波通讯集成到仪表中，使得电力仪表不但没有通讯连接线，而且提升了安全可靠性，辅助提升了电力监控系统的稳定可靠运行，辅助解决用户能耗管理，安全生产的实际需求。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种安全可靠的带有电力载波通讯的多功能电力仪表，在原有多功能电力仪表基础上增加了电力载波通讯模块，使用电力线路做通讯媒介，不但接线简单，而且通讯可靠；从而为电力监控系统的稳定可靠运行提供了保障。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，包括中央处理系统，以及与所述中央处理系统电连接的采样计量电路、人机接口电路、电力载波通讯电路；所述采样计量电路包括电能计量芯片，所述电能计量芯片通过抗混叠式电压信号采样电路以及抗混叠式电流信号采样电路与待检测电网互联，用于获取待检测电网中的电压信号和电流信号；所述人机接口电路通过按键处理电路将液晶驱动模块以及液晶显示屏与所述中央处理系统电连接；所述电力载波通讯电路通过前端耦合电路和信号调解电路与载波通讯芯片以及所述中央处理系统电连接。
本实用新型一个较佳实施例中，抗混叠式电压信号采样电路包括与待检电网电连接的输入端一，所述输入端一通过一组分压电阻分压后通过抗混滤波电路一与电能计量芯片电连接，获取待检测电网的电压信号。
本实用新型一个较佳实施例中，抗混叠式电流信号采样电路包括与待检电网电连接的输入端二，所述输入端二通过电流互感器和取样电阻以及抗混滤波电路二与电能计量芯片电连接，获取待检测电网的电流信号。
本实用新型一个较佳实施例中，一组分压电阻包括与待检电网的检测端并联的一组串接电阻R1和电阻R2,所述抗混滤波电路一包括一组并联设置的电阻R3和电容C2和一组并联设置的电阻R4和电容C1，电阻R3和电容C2的一端连接点与分压电阻的分压节点连接，电阻R3和电容C2的一端连接点与分压电阻的分压节点连接，电阻R3和电容C2的另一端连接点与并联设置的电阻R4和电容C1的一端连接点连接并接地，并联设置的电阻R4和电容C1的另一端连接点和并联设置的电阻R3和电容C2的连接点与电能计量芯片电连接。
本实用新型一个较佳实施例中，取样电阻包括与电流互感器的二次端并联的一组串接电阻R6和电阻R5,电阻R6和电阻R5的串接节点接地，所述抗混滤波电路二包括分别与电阻R6和电阻R5两端连接的电阻R7和电阻R8,电阻R7和电阻R8的另一端之间通过串接的电容C3和电容C4连接，且电容C3和电容C4的连接节点接地，电阻R7与电容C3连接的一端和电阻R8与电容C4连接的一端分别与电能计量芯片电连接。
本实用新型一个较佳实施例中，按键处理电路包括若干组并联设置的阻容滤波按键电路，所述阻容滤波按键电路包括阻容电阻，以及与所述阻容电阻串联的开关按键，所述开关按键上并联有滤波电容。
本实用新型一个较佳实施例中，前端耦合电路包括耦合变压器，所述耦合变压器的一次侧通过串接的耦合电容和耦合电感与待检测电网互联，所述耦合变压器的二次侧通过所述信号调解电路与载波通讯芯片以及中央处理系统电连接。
本实用新型一个较佳实施例中，信号调解电路包括与耦合变压器的二次侧并联的一组并联设置的电容C9和电感L3；电感L3和电容C9连接节点的一端分成两路一路通过电阻R13和电容C11与载波通讯芯片电连接，电感L3和电容C9连接节点的另一路通过电感L2和电容C10与载波通讯芯片电连接，且电容C10与载波通讯芯片电连接的一端还分别通过反向二极管D2接地，通过正向二极管D3接电源VHH；耦合变压器的二次侧还并联设置有瞬态抑制二极管D1。
本实用新型一个较佳实施例中，中央处理系统中包括CPU芯片FM33L；所述电能计量芯片采用的是RN7302；所述载波通讯芯片采用的是PL3106C；所述液晶驱动模块采用的是HT16C23A；所述液晶显示屏采用的是D1293。
本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型的有益效果：
本实用新型一种安全可靠的带有电力载波通讯的多功能电力仪表，在原有多功能电力仪表基础上增加了电力载波通讯模块，使用电力线路做通讯媒介，不但接线简单，而且通讯可靠；从而为电力监控系统的稳定可靠运行提供了保障。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型的原理框图；
图2是本实用新型优选实施例中的采样计量电路的结构示意图；
图3是本实用新型优选实施例中的中央处理系统的结构示意图；
图4是本实用新型优选实施例中的人机接口电路的结构示意图；
图5是本实用新型优选实施例中的电力载波通讯电路的结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
实施例一
如图1-图5所示，一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，包括中央处理系统，以及与所述中央处理系统电连接的采样计量电路、人机接口电路、电力载波通讯电路。具体的，电力载波通讯电路以及电能计量电路分别与待检测电网的UA端和UN端互联；载波通讯电路以及采样计量电路分别与中央处理系统电连接；中央处理系统与人机接口电路中按键处理电路电连接，且中央处理系统分别与人机接口电路中液晶驱动模块电连接。液晶驱动模块的I/O端与液晶显示屏的I/O端电连接。
具体地，采样计量电路包括电能计量芯片，所述电能计量芯片通过抗混叠式电压信号采样电路以及抗混叠式电流信号采样电路与待检测电网互联，用于获取待检测电网中的电压信号和电流信号。
具体地，抗混叠式电压信号采样电路包括与待检电网电连接的输入端一，所述输入端一通过一组分压电阻分压后通过抗混滤波电路一与电能计量芯片电连接，获取待检测电网的电压信号。进一步的，一组分压电阻包括与待检电网的检测端并联的一组串接电阻R1和电阻R2,所述抗混滤波电路一包括一组并联设置的电阻R3和电容C2和一组并联设置的电阻R4和电容C1，电阻R3和电容C2的一端连接点与分压电阻的分压节点连接，电阻R3和电容C2的一端连接点与分压电阻的分压节点连接，电阻R3和电容C2的另一端连接点与并联设置的电阻R4和电容C1的一端连接点连接并接地，并联设置的电阻R4和电容C1的另一端连接点和并联设置的电阻R3和电容C2的连接点与电能计量芯片电连接。
具体地，抗混叠式电流信号采样电路包括与待检电网电连接的输入端二，所述输入端二通过电流互感器和取样电阻以及抗混滤波电路二与电能计量芯片电连接，获取待检测电网的电流信号。进一步的，取样电阻包括与电流互感器的二次端并联的一组串接电阻R6和电阻R5,电阻R6和电阻R5的串接节点接地，所述抗混滤波电路二包括分别与电阻R6和电阻R5两端连接的电阻R7和电阻R8,电阻R7和电阻R8的另一端之间通过串接的电容C3和电容C4连接，且电容C3和电容C4的连接节点接地，电阻R7与电容C3连接的一端和电阻R8与电容C4连接的一端分别与电能计量芯片电连接。
具体地，人机接口电路通过按键处理电路将液晶驱动模块以及液晶显示屏与所述中央处理系统电连接。进一步的，按键处理电路包括若干组并联设置的阻容滤波按键电路，所述阻容滤波按键电路包括阻容电阻，以及与所述阻容电阻串联的开关按键，所述开关按键上并联有滤波电容。
具体地，电力载波通讯电路通过前端耦合电路和信号调解电路与载波通讯芯片以及所述中央处理系统电连接。进一步的，前端耦合电路包括耦合变压器，所述耦合变压器的一次侧通过串接的耦合电容和耦合电感与待检测电网互联，所述耦合变压器的二次侧通过所述信号调解电路与载波通讯芯片以及中央处理系统电连接。信号调解电路包括与耦合变压器的二次侧并联的一组并联设置的电容C9和电感L3；电感L3和电容C9连接节点的一端分成两路一路通过电阻R13和电容C11与载波通讯芯片电连接，电感L3和电容C9连接节点的另一路通过电感L2和电容C10与载波通讯芯片电连接，且电容C10与载波通讯芯片电连接的一端还分别通过反向二极管D2接地，通过正向二极管D3接电源VHH；耦合变压器的二次侧还并联设置有瞬态抑制二极管D1。
实施例二
一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，包括中央处理系统，以及与所述中央处理系统电连接的采样计量电路、人机接口电路、电力载波通讯电路。本实施例中，中央处理系统中包括CPU芯片采用的是如图3中的芯片U2，采用的型号是FM33L。但不仅限于此，在其他实施例中可以选用现有技术中相同功能的其他型号的芯片。中央处理系统采用的是最小单片机系统，包括CPU芯片以及外围连接有单片机驱动电路，单片机驱动电路包括配套的晶振电路和复位电路。
具体地，采样计量电路包括电能计量芯片，所述电能计量芯片通过抗混叠式电压信号采样电路以及抗混叠式电流信号采样电路与待检测电网互联，用于获取待检测电网中的电压信号和电流信号。抗混叠式电压信号采样电路包括与待检电网电连接的输入端一，所述输入端一通过一组分压电阻分压后通过抗混滤波电路一与电能计量芯片电连接，一组分压电阻包括与待检电网的检测端并联的一组串接电阻R1和电阻R2,所述抗混滤波电路一包括一组并联设置的电阻R3和电容C2和一组并联设置的电阻R4和电容C1，电阻R3和电容C2的一端连接点与分压电阻的分压节点连接，电阻R3和电容C2的一端连接点与分压电阻的分压节点连接，电阻R3和电容C2的另一端连接点与并联设置的电阻R4和电容C1的一端连接点连接并接地，并联设置的电阻R4和电容C1的另一端连接点和并联设置的电阻R3和电容C2的连接点与电能计量芯片电连接；获取待检测电网的电压信号。抗混叠式电流信号采样电路包括与待检电网电连接的输入端二，所述输入端二通过电流互感器和取样电阻以及抗混滤波电路二与电能计量芯片电连接，取样电阻包括与电流互感器的二次端并联的一组串接电阻R6和电阻R5,电阻R6和电阻R5的串接节点接地，所述抗混滤波电路二包括分别与电阻R6和电阻R5两端连接的电阻R7和电阻R8,电阻R7和电阻R8的另一端之间通过串接的电容C3和电容C4连接，且电容C3和电容C4的连接节点接地，电阻R7与电容C3连接的一端和电阻R8与电容C4连接的一端分别与电能计量芯片电连接；获取待检测电网的电流信号。本实施例中，电能计量芯片采用的是如图2中的芯片U1，采用的型号是RN7302；但不仅限于此，在其他实施例中可以选用现有技术中相同功能的其他型号的芯片；电能计量芯片外围连接有计量芯片驱动电路，计量芯片驱动电路包括晶振电路和复位电路。
具体地，人机接口电路通过按键处理电路将液晶驱动模块以及液晶显示屏与所述中央处理系统电连接。进一步的，按键处理电路包括若干组并联设置的阻容滤波按键电路，所述阻容滤波按键电路包括阻容电阻，以及与所述阻容电阻串联的开关按键，所述开关按键上并联有滤波电容。本实施例中，并联设置有四组阻容滤波按键电路，四组阻容滤波按键电路的一端共点与中央处理系统中包括CPU芯片的DVCC端电连接；四组阻容滤波按键电路的另一端共点接地。四组阻容滤波按键电路其中一组包括阻容电阻R9，以及与所述阻容电阻R9串联的开关按键SET1，所述开关按键SET1上并联有滤波电容C7；另一组包括阻容电阻R10，以及与所述阻容电阻R10串联的开关按键SET2，所述开关按键SET2上并联有滤波电容C8；其他组包括阻容电阻R11，以及与所述阻容电阻R11串联的开关按键SET3，所述开关按键SET3上并联有滤波电容C5；以及另一组包括阻容电阻R12，以及与所述阻容电阻R12串联的开关按键SET4，所述开关按键SET4上并联有滤波电容C6。本实施例中，液晶驱动模块采用的如图4的芯片U3，采用的型号是HT16C23A；所述液晶显示屏如图4中的芯片U4，采用的型号是D1293。但不仅限于此，在其他实施例中可以选用现有技术中相同功能的其他型号的芯片。液晶驱动模块外围连接有液晶驱动电路，液晶驱动电路采用现有技术中与液晶驱动模块和液晶显示屏型号配套的内部芯片驱动电路。
具体地，电力载波通讯电路通过前端耦合电路和信号调解电路与载波通讯芯片以及所述中央处理系统电连接。进一步的，前端耦合电路包括耦合变压器，所述耦合变压器的一次侧通过串接的耦合电容和耦合电感与待检测电网互联，所述耦合变压器的二次侧通过所述信号调解电路与载波通讯芯片以及中央处理系统电连接。信号调解电路包括与耦合变压器的二次侧并联的一组并联设置的电容C9和电感L3；电感L3和电容C9连接节点的一端分成两路一路通过电阻R13和电容C11与载波通讯芯片电连接，电感L3和电容C9连接节点的另一路通过电感L2和电容C10与载波通讯芯片电连接，且电容C10与载波通讯芯片电连接的一端还分别通过反向二极管D2接地，通过正向二极管D3接电源VHH；耦合变压器的二次侧还并联设置有瞬态抑制二极管D1。本实施例中，载波通讯芯片采用的如图5中的芯片U5，采用的型号是PL3106C。但不仅限于此，在其他实施例中可以选用现有技术中相同功能的其他型号的芯片。载波通讯芯片外围连接有载波通讯驱动电路，载波通讯驱动电路采用现有技术中与载波通讯芯片型号配套的晶振电路和复位电路。
具体的，电力载波通讯电路中载波通讯芯片的UA端和UN端以及电能计量电路中电能计量芯片的UA端和UN端分别与待检测电网的UA端和UN端互联；载波通讯电路中载波通讯芯片的RXD端和TXD端以及采样计量电路中电能计量芯片的SCS端、SDO端、SDI端、SCLK端分别与中央处理系统中CPU芯片的RXD端、TXD端、SCS端、SDO端、SDI端、SCLK端电连接；中央处理系统中CPU芯片的KET1端、KET2端、KET3端、KET4端分别与人机接口电路中按键处理电路电连接，且中央处理系统中CPU芯片的LCD-SCL端、LCD-SDA端分别与人机接口电路中液晶驱动模块的LCD-SCL端、LCD-SDA端电连接。液晶驱动模块的I/O端与液晶显示屏的I/O端电连接。
工作原理：
本实用新型公开的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，解决了用户现场多功能仪表的安全可靠通讯，保证现场电力监控系统的稳定运行，实现用户能耗管理的问题，为安全生产提供保证。本实用新型在原有多功能电力仪表基础上增加了电力载波通讯模块，使用电力线路做通讯媒介，不但接线简单，而且通讯可靠；从而为电力监控系统的稳定可靠运行提供了保障。
具体的，如图2所示，采样计量电路主要实现多功能电力仪表的数据采样计算，并上传给中央处理系统中的CPU芯片；待检测电网中的现场电压信号经过电阻R1、电阻R2分压，通过电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2构成的抗混叠滤波电路将现场电网电压信号接至电能计量芯片；同时现场电流信号通过电流互感器CT1、取样取样电阻中的电阻R5、电阻R6，再经过电阻R7、电阻R8、电容C3、电容C4构成的抗混叠滤波电路将现场电网电流信号接至电能计量芯片U1；这样通过U1计算处理后，上传给CPU去做显示和报警动作！
如图3所示，中央处理系统中的CPU芯片使用的ARM内核的复旦微单片机FM33LC046N构成，主要负责现场数据显示、仪表参数设置、和电力载波通讯组网。
如图4所示，人机接口电路是由：电阻R9、电容C7对开关KEY1实现阻容滤波，电阻R10、电容C8对开关KEY2实现阻容滤波，电阻R11、电容C5对开关KEY3实现阻容滤波，电阻R12、电容C6对开关KEY4实现阻容滤波，构成按键处理电路，减少中央处理系统中的CPU芯片的去抖过程，保证按键可靠；和液晶驱动模块的芯片U3（HT16C23A）和液晶显示屏芯片D1293构成；组成多功能表的人机接口部分，实现人机对话。
如图5所示，电力载波通讯电路由耦合电容CZ1、耦合电感L1和耦合变压器TZ1构成前端信号耦合电路，再通过变压器TZ1的二次侧将电力线路信号由谐振电感L3、谐振电容C9将信号耦合到电力载波芯片的芯片U5（PL3106C）的SIGIN口进行信号解调，并通过RS232的TXD信号端，将该信号上传给中央处理系统中的CPU芯片；同时通过RS232的RXD口接受CPU发来的信号调制后通过电力载波芯片的芯片U5信号输出口PSK_OUT输出，然后经谐振电感L2、谐振电容C10，通过变压器TZ1的二次侧耦合到待检测的电网中。通过电力载波芯片的芯片U5将电力线路通讯信号调制、解调后进行多功能表组网。
以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (9)
1.一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：包括中央处理系统，以及与所述中央处理系统电连接的采样计量电路、人机接口电路、电力载波通讯电路；
所述采样计量电路包括电能计量芯片，所述电能计量芯片通过抗混叠式电压信号采样电路以及抗混叠式电流信号采样电路与待检测电网互联，用于获取待检测电网中的电压信号和电流信号；
所述人机接口电路通过按键处理电路将液晶驱动模块以及液晶显示屏与所述中央处理系统电连接；
所述电力载波通讯电路通过前端耦合电路和信号调解电路与载波通讯芯片以及所述中央处理系统电连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：所述抗混叠式电压信号采样电路包括与待检电网电连接的输入端一，所述输入端一通过一组分压电阻分压后通过抗混滤波电路一与电能计量芯片电连接，获取待检测电网的电压信号。
3.根据权利要求2所述的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：所述抗混叠式电流信号采样电路包括与待检电网电连接的输入端二，所述输入端二通过电流互感器和取样电阻以及抗混滤波电路二与电能计量芯片电连接，获取待检测电网的电流信号。
4.根据权利要求3所述的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：一组分压电阻包括与待检电网的检测端并联的一组串接电阻R1和电阻R2,所述抗混滤波电路一包括一组并联设置的电阻R3和电容C2和一组并联设置的电阻R4和电容C1，电阻R3和电容C2的一端连接点与分压电阻的分压节点连接，电阻R3和电容C2的一端连接点与分压电阻的分压节点连接，电阻R3和电容C2的另一端连接点与并联设置的电阻R4和电容C1的一端连接点连接并接地，并联设置的电阻R4和电容C1的另一端连接点和并联设置的电阻R3和电容C2的连接点与电能计量芯片电连接。
5.根据权利要求4所述的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：取样电阻包括与电流互感器的二次端并联的一组串接电阻R6和电阻R5,电阻R6和电阻R5的串接节点接地，所述抗混滤波电路二包括分别与电阻R6和电阻R5两端连接的电阻R7和电阻R8,电阻R7和电阻R8的另一端之间通过串接的电容C3和电容C4连接，且电容C3和电容C4的连接节点接地，电阻R7与电容C3连接的一端和电阻R8与电容C4连接的一端分别与电能计量芯片电连接。
6.根据权利要求5所述的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：所述按键处理电路包括若干组并联设置的阻容滤波按键电路，所述阻容滤波按键电路包括阻容电阻，以及与所述阻容电阻串联的开关按键，所述开关按键上并联有滤波电容。
7.根据权利要求6所述的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：所述前端耦合电路包括耦合变压器，所述耦合变压器的一次侧通过串接的耦合电容和耦合电感与待检测电网互联，所述耦合变压器的二次侧通过所述信号调解电路与载波通讯芯片以及中央处理系统电连接。
8.根据权利要求7所述的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：所述信号调解电路包括与耦合变压器的二次侧并联的一组并联设置的电容C9和电感L3；电感L3和电容C9连接节点的一端分成两路一路通过电阻R13和电容C11与载波通讯芯片电连接，电感L3和电容C9连接节点的另一路通过电感L2和电容C10与载波通讯芯片电连接，且电容C10与载波通讯芯片电连接的一端还分别通过反向二极管D2接地，通过正向二极管D3接电源VHH；耦合变压器的二次侧还并联设置有瞬态抑制二极管D1。
9.根据权利要求8所述的一种带有电力载波通讯的多功能电力仪表，其特征在于：所述中央处理系统中包括CPU芯片FM33L；所述电能计量芯片采用的是RN7302；所述载波通讯芯片采用的是PL3106C；所述液晶驱动模块采用的是HT16C23A；所述液晶显示屏采用的是D1293。
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