CN2453448Y - 单个用电设备的嵌入式电能计量装置 - Google Patents
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Abstract
一种可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置,可显示任意一个时段耗电量且可预先设置其电能用量,包括显示控制单元和电能计量单元,其中,电能计量单元包括一个电能计量集成电路,所述显示控制单元包括显示器和供电控制元件以及对所述显示器和供电控制元件进行控制的微处理器,所述微处理器内置或外接有存储器。这种装置可结合于各种用电设备,对其在任何条件下的运行中所消耗电能的多少进行计量的显示,实现对用电设备的能耗经济控制。
Description
本实用新型涉及电能计量技术，具体涉及一种可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，通过该装置可使单个用电设备具有显示任意一个时段耗电量且具有预先设置电能用量功能。
某些用电设备在运行时，人们往往不能掌握其在一定时间具体的电能消耗情况，使人对用电设备本身在不同阶段或不同环境下运行时所消耗的电能不能及时方便的了解。目前广泛使用的电能表只是作为一种电能计量依据，而无法没有在某一小型单个用电设备上实现任意一个时段电能消耗显示或预置消耗电能量。现有的电能表主要作区域性或单元用户的电能计量，有些具有多功能的电能控制装置只具备保护、报警、防窃电等功能。
本实用新型的目的在于，提供一种单个用电设备的嵌入式电能计量模块，使电能计量及显示具体到单一用电设备上，用成本很低的计量装置与具体设备的控制器相结合，实现对用电设备的任一时段电能进行实时计量、显示、不同时段的电能消耗进行记录，并对用电设备的用电量实现预置限量控制，使用户对实际设备的用电量有明确的了解和掌握。
本实用新型的目的是这样实现的，构造一种单个用电设备的嵌入式电能计量装置，可显示任意一个时段耗电量且可预先设置其电能用量，其特征在于，包括显示控制单元和电能计量单元，其中，电能计量单元有采样电流输入端和采样电压输入端分别连接与被计量电器的电源进线回路连接的电流传感单元和电压传感单元，所述电能计量单元有电量输出端连接到所述显示控制单元的输入端，所述电能计量单元包括一个电能计量集成电路，所述显示控制单元包括显示器和供电控制元件以及对所述显示器和供电控制元件进行控制的微处理器，所述微处理器内置或外接有存储器。
所述微处理器是用电设备控制器中的微处理器。
所述电能计量集成电路，包括电流采样电路、电压采样电路、与电流采样电路连接的A/D转换器、与电压采样电路连接的A/D转换器、以上述两个转换器输出信号为输入的乘法器，以及将乘法器输出进行数字频率转换的数字频率转换器。
所述电能检测芯片可以是型号为AD775X系列或与其功能等同的集成电路。
所述电能计量集成电路和所述显示控制单元由一个独立于电器的交直流转换器提供电源或与电器控制器共用直流电源。
所述电能计量集成电路的输出端分别连接有两个发光二极管，分别用于指示反极性连接盗电显示及正常电能计量工作状态。
所述电压传感元件或者是分压电阻组合，或者是电压互感器。
所述电流采样元件或者是锰铜电阻，或者是电流互感器，所述电流互感器的初级串接在电器的电源回路中，所述电流互感单元的次级连接到所述电能检测芯片的输入端。
实施本实用新型提供的单个用电设备的嵌入式电能计量装置，可结合于各种用电设备，对其在任何条件下的运行中所消耗电能的多少进行计量的显示。本实用新型制造成本低，可任意结合于常规电器的控制电路，实现对用电设备电能消耗情况的实时了解，掌握设备本身经济运行的规律，并可预置用电量以达到对用电设备的电能消耗控制，实现对用电设备的能耗经济控制。
下面结合附图和实施例，进一步说明本实用新型的特点，附图中：
图1是本实用新型单个用电设备的嵌入式电能计量装置的原理示意图；
图2是单个用电设备进行独立的电能计量显示及控制的原理示意图；
图3是本实用新型的单个用电设备的嵌入式电能计量装置实施例的结构示意图；
图4是电能检测芯片的内部逻辑结构示意图；
图5是本实用新型的单个用电设备的嵌入式电能计量装置实施例的电路原理示意图。
图6是本实用新型的单个用电设备的嵌入式电能计量装置实施例的一个具体电路图。
如图1所示，为实现电器设备的电能计量显示功能，需要实现的环节包括：电流采样、电压采样、电流采样值的A/D转换，电压采样值的A/D转换，将上述两个A/D转换的数字输出量进行乘法计算，以及将乘法计算结果送到数字频率转换，将数字频率转换器的输出直接通过记度器进行显示。其中，电压采样可以通过分压电阻或电压互感器实现，电流采样可通过锰铜电阻或电流互感器实现。而电流采样值的A/D转换、电压采样值的A/D转换以及对经过上述两个A/D转换后的输出数值进行乘法计算及数字频率转换，可通过专用芯片如美国ADI公司的AD7750(或AD775X系列)集成电路来实现。
如图2所示，为实现电器设备的电能计量显示及控制功能，需要实现的环节还包括微处理器、例如LCD显示单元、用电设备控制单元及程序和数据存储器。用于实现对用电设备设置电能计量的条件、时间段、计量的标准及满足条件下的控制。换言之，该电路是为具有微处理器的嵌入式电能计量装置而设计。
在图3示出的本实用新型的可独立进行电能计量显示及控制的电器设备的实施例中，分别通过电流互感器、分压电阻实现电流、电压采样，A/D转换及控制是由专门的电能检测芯片实现的，即美国ADI公司AD775X系列为电能表电能检测的专用芯片，该芯片的逻辑组成如图4所示。AD775X的输出端连接有两个发光二极管，其中一个用于指示电能计量模块反向连接，另一个用于指示电能计量模块正常运行状态。图3中的负载即电器可以是电冰箱、洗衣机、空调器、微波炉、洗碗机、电热水器、饮水机、电磁炉等各种家用电器或商用电器。
图5示出本实用新型的单个用电设备的嵌入式电能计量装置另一实施例的电原理图。其中，采用美国ADI公司的AD775X系列芯片直接用于家用电器进行电量指示，并将其滤波乘法电路输出的信号直接送到电器设备已有的微处理器或专门的微处理器的I/O端口上。从而实现单一家电的电能使用实时显示，从直观上可以了解此家电的真实电能消耗情况(省电或费电)，给用户一个实时使用参考量，也可通过经常性的用电实时显示，使用户掌握所用家电的电能消耗规律，达到节省电能的目的。例如对空调器与电冰箱，目前这两种家用电器内部控制器都有微处理器芯片，利用其本身的微处理器芯片及显示电路，再加上电能计量模块，就可实现在任何一个时段的电能消耗显示，并可实现预置电量。使得用户可对空调器与冰箱在不同运行情况下的电能消耗有进一步了解，对电器的使用更加经济合理。同时，随着家庭自动化的水平日益提高，家用电器也越来越普及，对各种家用电器在其控制电路中增加电能计量模块，实现对其本身电能消耗的任一时段显示与控制，使用户在使用家用电器上更加方便。同样，在许多具有微处理器芯片控制的电子办公设备中，如在其控制器中电能计量模块，会使设备的使用经济合理化。本实用新型基于目前大部分家电产品(主要为空调器、电冰箱、洗衣机等)内部都是由微处理器通过编程来控制，并且内部控制电路中都有电流、电压检测装置，利用家用电器本身的内部资源，再加上很简单的一些辅助电路，就可以实现家用电器的电能消耗显示与控制。如果在家用电器控制器的内部安装具有此电能检测功能的芯片，就可以实现单一家电的电能使用实时显示，从直观上可以了解此家电的真实电能消耗情况(省电或费电)，给用户一个实时使用参考量，也可通过经常性的用电实时显示，使用户掌握所用家电的电能消耗规律，达到节省电能的目的。此外，利用家用电器本身的微处理器和显示器与本电路相结合，可以实现预先设置限制用电量的功能。如在设计电器(包括家用电器或工业上一些小电器)时嵌入本实用新型的装置既可显示该产品的省电效果，又可为用户在用电设备的运行中提供用电量的实时参考依据。
如图6所示，在本实用新型的一个具体电路连接图中，专用电能表芯片采用美国ADI公司的AD7755芯片，其RESET脚、CF脚REVP脚分别与微处理器MCU相应的引脚相连，其它引脚均按要求接好，其中V1P脚和V1N脚输入负载的电流信号、V2N脚和V2P输入电源信号；微处理器还与外围设备连接，如LED显示电路、按键、存储设备，时钟电路。
Claims (10)
1、一种可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，可显示任意一个时段耗电量且可预先设置其电能用量，其特征在于，包括显示控制单元和电能计量单元，其中，电能计量单元有采样电流输入端和采样电压输入端分别连接与被计量电器的电源进线回路连接的电流传感单元和电压传感单元，所述电能计量单元有电量输出端连接到所述显示控制单元的输入端，所述电能计量单元包括一个电能计量集成电路，所述显示控制单元包括显示器和供电控制元件以及对所述显示器和供电控制元件进行控制的微处理器，所述微处理器内置或外接有存储器。
2、根据权利要求1所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述微处理器是用电设备控制器中的微处理器。
3、根据权利要求1所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述电能计量集成电路，包括电流采样电路、电压采样电路、与电流采样电路连接的A/D转换器、与电压采样电路连接的A/D转换器、以上述两个转换器输出信号为输入的乘法器，以及将乘法器输出进行数字频率转换的数字频率转换器。
4、根据权利要求3所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述电能检测芯片可以是型号为AD775X系列或与其功能等同的集成电路。
5、根据权利要求3所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述电能计量集成电路和所述显示控制单元由一个交直流转换器提供电源。
6、根据权利要求3所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述电能计量集成电路的输出端分别连接有两个发光二极管，分别用于指示反极性连接盗电显示及正常电能计量工作状态。
7、根据权利要求3所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述电压传感元件为分压电阻组合。
8、根据权利要求3所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述电压传感元件为电压互感器。
9、根据权利要求3所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述电流采样元件为锰铜电阻。
10、根据权利要求3所述可用于单个用电设备的嵌入式电能计量装置，其特征在于，所述电流采样元件为电流互感器，所述电流互感器的初级串接在电器的电源回路中，所述电流互感单元的次级连接到所述电能检测芯片的输入端。
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| CN102608414A (zh) * | 2012-03-28 | 2012-07-25 | 山东计保电气有限公司 | 高压电气开关设备的嵌入式电能计量方法及扩展应用方法 |
| CN101629976B (zh) * | 2008-07-17 | 2014-04-30 | 湖北盛佳电器设备有限公司 | 一种电能计量总成结构 |
| CN104636133A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-05-20 | 小米科技有限责任公司 | 功耗计算方法及装置 |
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