CN2543242Y - 带有多功能电能测量模块的电源插座 - Google Patents

Abstract

带有多功能电能测量模块的插座，它由系统供电模块、电压采样和调理模块、电流采样和调理模块、液晶显示屏、单片机及其控制键盘与插座电连接而成。系统供电模块接在工频电网中，给整个测量模块供电；电压采样和调理模块把高电压转换为AD可以采集的电压信号；电流采样和调理模块把通过的负载电流转换为AD可以采集的电压信号；单片机通过其内部的AD电路采样电压和电流并进行计算，同时还控制键盘和液晶显示；用户通过键盘选择设置参数和选择功能。该插座能测量接在其上的用电设备的实际功率并计算对应的电费消耗，它以不同单元电路为基础，在单片机及其控制键盘的作用下，向用户提供测量和计算结果，使消费者通过液晶显示屏能清楚地了解到相关信息。

Description

带有多功能电能测量模块的电源插座

                        所属技术领域

本实用新型属于一种电源插座。

                        背景技术

目前，市售电源插座的功能是经匹配的电源插头向用电设备提供电能，当然，有些电源插座为方便用户取电或了解插接在该插座上的用电设备用电的相关信息，还附设了相应的电压表、电流表或带电指示灯等。但是，如果用户要想再进一步了解用电设备总耗电量、总用电时间、当前输出功率、总电费等等信息，目前的电源插座就无能为力了，使消费者感觉不便。

                        发明内容

为克服现有电源插座不能进一步提供总耗电量、总用电时间、当前输出功率、总电费等等信息，使消费者取电不便的不足，本实用新型提供一种结构新型的带有多功能电能测量模块的电源插座，这种电源插座可以测量插接在该插座上的用电设备的实际功率并计算出对应的电费消耗，使消费者能非常直观地了解到这些用电设备的总耗电量、当前输出功率、总电费等等信息。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

这种带有多功能电能测量模块的电源插座，其结构要点是：它由系统供电模块、电压采样和调理模块、电流采样和调理模块、晶振电路、液晶显示器及其驱动器、微控制器及其控制键盘电连接而成。应用时，系统供电模块接在工频电网中，给整个测量模块供电；电压采样和调理模块把高电压转换为AD模数转换器可以采集的电压信号；电流采样和调理模块把通过的负载电流转换为AD可以采集的电压信号；微控制器通过其内部的AD电路采样电压和电流并进行计算，同时还控制键盘和液晶显示；用户通过键盘选择设置参数和选择功能；液晶显示屏向用户提供测量和计算结果。

本实用新型的有益效果在于，这种电源插座能测量接在该电源插座上的用电设备的实际功率并计算出对应的电费消耗，具有八种模式：除时间模式外，还有：当前电压、当前电流、当前输出功率、总用电时间、总耗电量、总电费和电费费率。它以不同单元电路为基础，在微控制器及其控制键盘的作用下，向用户提供测量和计算结果，使消费者通过液晶显示器能清楚地了解到用电设备的相关信息。

                        附图说明

图1为本实用新型一个实施例的工作原理框图；

图2为系统供电模块电路原理图；

图3为电流和电压采样电路原理图。

                        具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本实用新型作进一步详述。

参见图1。这种带有多功能电能测量模块的插座，由系统供电模块10、电压采样和调理模块20、电流采样和调理模块30、晶振电路40、液晶显示器(LCD)60及其驱动器70、微控制器(MCU)80及其控制键盘50电连接而成。应用时，系统供电模块接在工频电网中，给整个测量模块供电；电压采样和调理模块把高电压转换为AD可以采集的电压信号；电流采样和调理模块把通过的负载电流转换为AD可以采集的电压信号；微控制器(即MCU，其型号为PIC16F876)通过其内部的AD电路采样电压和电流并进行计算，同时还控制键盘和液晶显示；用户通过键盘选择设置参数和选择功能；液晶显示屏向用户提供测量和计算结果。根据需要在插座电路中还可设置浪涌保护装置。

参见图2。PWC为CBB电容，U1、U2是三端稳压器。在进入U1之前，通过D1和DSCH1将输入的220V降压到峰值为10V左右的正半波，再经过FLTC1滤波，成为有较小纹波的直流电压，再经过U1稳压到+5V；在进入U2之前，通过D2和DSCH2将输入的220V降压到峰值为10V左右的负半波，再经过FLTC2滤波，成为有较小纹波的直流电压，再经过U2稳压到-5V；D3、D4、D5和BT为备用电源及其切换电路。+BAK处为测量系统电源输入端。

参见图3。R1、R2和D8组成了电压采样模块，220V交流电压经过R1、R2分压，再经过D8嵌位后，VIN端的电压在峰值为3.2V左右的正半波，可以直接送入微控制器MCU的AD模数转换器进行采样。

电流采样模块中，RI为康铜丝也可采用锰铜丝，应串接在负载电路中，这样，通过负载的电流在通过RI时，将产生压降，经过由0P07H和其外围的元件组成的半波放大电路，输出的电压为正半波，从IIN端输入MCU的AD模数转换器进行采样。

图3中所示的电压采样电路的输入端ACIN就是负载上加的电压，通过分压电阻输入到AD(VIN)：采样电阻RI串联在负载电路中，负载上的电流也流过RI，产生压降，经过放大电路后输入AD。这样PIC16F876通过AD就可以采到负载的电压和电流，再经过计算可以得到其它参数，控制LCD控制器，将数据显示到LCD上。

系统晶振(四脚)的输出接PIC16F876的OSI脚，时钟晶振(两脚)的两脚分别接T10SI和T10S0，上电后就会振荡，也就是开始工作。

PIC16F876通过四根线连接LCD控制器，LCD控制器通过4根COM和12根SEG线连接液晶显示器，并通过软件控制其工作。

单片机采样获得电压和电流的数据后，使用离散化的有效值计算公式，计算出电压和电流的有效值，电流电压的有效值与瞬时值的关系为： $U=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{u}^2\mathrm{dt}},I=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{i}^2\mathrm{dt}}$

为适合微处理的数字运算，将以上公式离散化。在一个周期T内，等间隔采样N点，可以得到： $U\≈\sqrt{\frac{1}{N}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_j^2},I\≈\sqrt{\frac{1}{N}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_j^2}$

这里，N为一个周期内的AD采样次数：

由下式决定：N＝T/(一次采样时间)

PIC16F876的片内AD每周期可以采样400次，同时对电压电流两通道采样时，每通道可以采样200次。

用户的输入和数据的显示也是由MCU控制的。

连接在电源插座上的测量模块(或称计量仪器)在出厂前需要进行电压和电流的标定。具体标定时特别应注意：调整供电电源到精确的220V(该电压的精确度将影响将来测量电压的精确度)；调整待测量的负载到精确的2200kWh(该电压的将精确度影响将来测量电压的精确度)；确保电池上方的的短路环应处于短路状态。

利用此仪器，可以测量连接到多孔插座上的电器的电压、功率和电费。为了计算电费，必须输入当地的电费。本仪器可以根据一天中两个不同时段的两种费率来计费。第一种是普通费率，第二种是经济费率。电器在正常时间段使用，电费按正常费率计算：在另一时间段使用，按第二种费率计算。

Claims (3)

1.一种带有多功能电能测量模块的电源插座，其特征是：它由系统供电模块电路(10)、电压采样和调理模块电路(20)、电流采样和调理模块电路(30)、晶振电路40、液晶显示器(60)及其驱动器(70)、微控制器(80)及其控制键盘(50)电连接而成。

2.根据权利要求1所述的一种带有多功能电能测量模块的电源插座，其特征是：该插座中还设置了浪涌保护装置。

3.根据权利要求1所述的一种带有多功能电能测量模块的电源插座，其特征是：在整个电路中由锰铜丝RI、分压电阻R1、R2来获得取样信号。

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