CN2689233Y - 多路计量电度表 - Google Patents

Abstract

一种多路计量电度表，其电路部分由信号采集、公共通道两部分组成，信号采集部分包括多个计量回路的信号采集，每一个计量回路通过电子开关与公共通道相联，公共通道部分具有对输入信号进行运算并能将结果存储及显示的功能，通过公共通道中的单片机对信号采集中的电子开关的控制，实现对每一个计量回路的循环采样，实现多路计量。在需要多路计量的场合，使用一块本表，可以替代多块普通电度表，具有体积小、价格低、安装方便等优点。

Description

多路计量电度表

技术领域

本实用新型属于计量器具领域，特别是一种具有多个计量回路的电度表。

背景技术

目前广泛使用的各种电度表都是单路计量的电度表，即一块电度表只能计量一个回路上的电能消耗，一块电度表不能计量多个回路上的电能消耗。在很多场合，使用这样的普通电度表很不方便，也不经济，例如一栋住宅楼的一个单元有十二户住宅，该单元使用一个计量配电箱，如果采用普通的单相有功电度表来计量每一户住宅的用电量，在这个计量配电箱内就要安装十二块单相有功电度表，由于一块单相有功电度表的体积大约有110×150×100mm³，所以在这个计量配电箱装入十二块单相有功电度表，再加上一些配电断路器等元件，该计量配电箱相对于只有配电功能的配电箱而言体积很大，由于体积大，安装起来很不方便，也不美观。同时由于在这个计量配电箱装了十二块单相有功电度表，其价格要比只装一块单相有功电度表要贵很多。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种具有多路计量功能的电度表，该电度表能同时计量多个回路的电能消耗，该电度表的表身和显示部分只有一个，该电度表具有多路的输入端，在上面所述的例子中，只需在计量配电箱内将十二户住宅用电回路的电压、电流信号接入本多路计量单相有功电度表的输入端，本表即可计量出每一户的用电量，如果需要查看某一户住宅的用电量，只需按下相应的按键，显示屏上即显示出该户住宅的用电量。

本实用新型是这样实现的(以下以单相有功电度表为例进行叙述)：

电路部分是由信号采集、公共通道两大部分组成，信号采集部分包括有n个计量回路，计量回路1由：电压信号采集、(电压信号的)电子开关、电流信号采集、(电流信号的)电子开关共四部分组成，其他计量回路的组成与计量回路1完全相同。公共通道部分由：A/D转换、单片机、时钟电路、电源、数据存储器、键盘和通讯接口、LCD显示驱动、LCD显示屏共八部分组成。各组成部分之间的连接关系是这样的：计量回路1的电压信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的一个输入端；计量回路1的电流信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的另一个输入端；这两个电子开关由公共通道部分中的单片机的一个输出端控制。其他计量回路内部各环节之间的连接及与公共通道的连接都与计量回路1相同。公共通道内各部分之间的连接是这样的：A/D转换的输出接单片机的I/O口；时钟电路的输出连接到单片机；电源的输出连接到单片机；单片机的一部分数据输出到数据存储器里保存；键盘及通讯接口和单片机相连；单片机的I/O口输出信号给LCD显示驱动电路；LCD显示驱动电路的输出接LCD显示屏。

本实用新型多路计量电度表的工作原理如下：

计量回路1的电压信号采集环节利用电阻分压的措施取得计量回路1的电压信号，该信号接到一个电子开关的输入端上，电子开关可以是晶体三极管、场效应管或者是光耦合器件，是一种可以受控的开关，计量回路1的电流信号采集环节利用微型电流互感器或者采用在电流回路里串入低阻值电阻的措施取得计量回路1的电流信号，该信号接到另一个电子开关的输入端上，电压信号的电子开关和电流信号的电子开关受到公共通道里单片机的控制，当单片机需要读取计量回路1的电压和电流信号的时候，就发出一个指令信号使计量回路1的电压信号电子开关和电流信号电子开关打开，计量回路1的电压和电流信号通过电子开关，输入到公共通道里的A/D转换电路里，当单片机不需要读取计量回路1的电压和电流信号的时候，就发出指令信号使计量回路1的电压信号电子开关和电流信号电子开关关闭，计量回路1的电压和电流信号就不能输入到公共通道部分中去。

其他的n-1个计量回路的组成和工作原理和计量回路1完全相同。

在公共通道部分中，单片机是整个电路的核心，其他的各部分均是单片机的外围附属电路，其中电源部分向单片机和其他电路提供工作所需的电源；时钟电路向单片机提供时钟信号；A/D转换部分将各个计量回路的电压和电流信号由模拟信号转变为二进制的数字信号；数据存储器将掉电时需要保存的数据保存起来，保证数据的安全可靠；键盘和通讯接口电路将表身上的按键上的指令传递给单片机，通过通讯接口和上位机进行数据交换和通讯；LCD显示驱动部分将单片机输出的显示信号经过转换后驱动LCD显示屏进行显示。

当单片机需要读取计量回路1的电压和电流信号的时候，单片机给计量回路1的电压和电流信号的电子开关发出指令信号，电子开关打开，计量回路1的电压和电流信号输入A/D转换电路，经过转换后，计量回路1的电压和电流信号以二进制数字信号的形式被单片机从I/O读入，单片机根据电压和电流相位差计算出功率因数CosΦ，根据单相有功功率的定义：P＝UICosΦ(式中P：有功功率；U：电压；I：电流；CosΦ：功率因数)，所以单片机可以计算出瞬时的有功功率，根据有功电度的定义W＝PT(式中W：有功电度；T：时间)，将计算出的瞬时的有功功率对时间进行积分运算，即可得到计量回路1的有功电度数值，单片机将计算出的有功电度数值存入可以掉电保持的数据存储器中保存。

计量回路1的电度计算完成后，单片机进行下一个计量回路的电度计算，单片机发出指令使计量回路1的电压信号电子开关和电流信号电子开关关闭，同时，单片机发出指令使计量回路2的电压信号电子开关和电流信号电子开关打开，计量回路2的电压和电流信号输入A/D转换电路，单片机按照上面所述的计量回路1有功电度的计算方法计算出计量回路2的有功电度数值，并将结果存入可以掉电保持的数据存储器中保存。

依此类推，单片机将n个计量回路的有功电度数值计算出来，并存入可以掉电保持的数据存储器中保存，然后单片机又从计量回路1开始，进行下一轮的计算，并不停的循环往复，这样就能同时计量n个计量回路的有功电度数值。

当需要读出某一个计量回路的有功电度数值时，只需按下电度表上相应的按键，单片机接到需要显示的指令后，将数据存储器相应的数据读出后通过I/O口输出给LCD显示驱动电路，这个计量回路的有功电度数值经过LCD显示驱动电路的处理后在LCD显示屏上显示出来。这样仅仅通过本实用新型的一块多路计量电度表就可以计量出n个计量回路的有功电度数值，能取代n块普通的电度表。

n的取值范围：n代表本多路计量电度表能计量的回路个数，根据上面所述的本多路计量电度表工作流程，本多路计量电度表采用的是循环查询的方式对每一个计量回路进行采样，如果n的数值过大，就会使采样的周期过长，会使电度表的精度降低，同时如果n的数值过大，即计量回路太多，电度表外部接线会很多，造成线路敷设的困难，所以根据具体的工程实例，本多路计量电度表最大的计量回路的数目一般不大于15，这已经能满足绝大多数的实际应用的需要了。随着单片机技术的发展，单片机的晶体振荡频率越来越高，在本设计中，如果单片机采用更高的晶体振荡频率，就会使循环采样的周期变短，电度表的精度会有所提高，在精度一定的情况下，最大计量回路数目可以提高，所以我们可以选用新型的的单片机芯片，采用更高的晶体振荡频率，就可以设计出更多计量回路、更高计量精度的多路计量电度表。

功能的扩展：上面所述的多路计量电度表是以单相有功电度表为例进行叙述的，实际上，本多路计量单相有功电度表设计思路完全可以应用在单相复费率有功、三相有功、三相无功、三相复费率有功的计量上，区别仅在于：复费率有功电度计量和无功电度计量的单片机软件算法和软件流程有所区别；三相计量要增加信号的采样路数，和单相有功多路计量电度表相比，仅仅在信号采集部分有所区别，这里不再一一赘述。本多路计量电度表是采用单片机的电子电度表，其核心元件单片机的功能强大，单片机具有串行输入输出接口，可以很容易实现与上位机进行串行通讯，实现由上位机远程读取数据和进行参数设定的功能，可以组成现在流行的微机远程集中抄表及控制系统。

本实用新型所述的多路计量电度表，能同时计量多个用电回路的电能消耗，能起到一块电度表代替多个普通电度表的作用，在如上面例子所述的需要安装多个电度表的地方，只需使用一块本多路计量电度表即可，虽然本多路计量电度表的价格比一块普通的电度表要高，但要比十二块普通电度表价格的总和要低很多，所以可以节约费用，而且安装电度表的计量配电箱的体积也会大大的减小，安装起来更方便，节省建筑面积，降低安装造价，同时计量配电箱体积减小后，外观更加美观。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

图1是本实用新型应用于单相电度表的电路方框图。

图2是本实用新型应用于三相电度表的电路方框图。

具体实施方式

图1为本实用新型应用于单相电度表的电路方框图，该多路计量电度表由信号采集、公共通道两大部分组成，信号采集部分包括有n个计量回路，计量回路1由：电压信号采集、(电压信号的)电子开关、电流信号采集、(电流信号的)电子开关共四部分组成，其他计量回路的组成与计量回路1完全相同。公共通道部分由：A/D转换、单片机、时钟电路、电源、数据存储器、键盘和通讯接口、LCD显示驱动、LCD显示屏共八部分组成。

各单元电路的连接是这样的：

计量回路1的电压信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的一个输入端；计量回路1的电流信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的另一个输入端；这两个电子开关由公共通道部分中的单片机的一个输出端控制。其他计量回路内部各环节之间的连接及与公共通道的连接都与计量回路1相同。公共通道内各部分之间的连接是这样的：A/D转换的输出接单片机的I/O口；时钟电路的输出连接到单片机；电源的输出连接到单片机；单片机的一部分数据输出到数据存储器里保存；键盘及通讯接口和单片机相连；单片机的I/O口输出信号给LCD显示驱动电路；LCD显示驱动电路的输出接LCD显示屏。

图2为本实用新型应用于三相电度表的电路方框图，该多路计量电度表由信号采集、公共通道两大部分组成，信号采集部分包括有n个计量回路，计量回路1由：L1相电压信号采集、(L1相电压信号的)电子开关、L1相电流信号采集、(L1相电流信号的)电子开关、L2相电压信号采集、(L2相电压信号的)电子开关、L2相电流信号采集、(L2相电流信号的)电子开关、L3相电压信号采集、(L3相电压信号的)电子开关、L3相电流信号采集、(L3相电流信号的)电子开关共十二部分组成，其他计量回路的组成与计量回路1完全相同。公共通道部分由：A/D转换、单片机、时钟电路、电源、数据存储器、键盘和通讯接口、LCD显示驱动、LCD显示屏共八部分组成。

各单元电路的连接是这样的：

计量回路1的L1相电压信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的一个输入端；L1相电流信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的另一个输入端；L2相电压信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的另一个输入端；L2相电流信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的另一个输入端；L3相电压信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的另一个输入端；L3相电流信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的另一个输入端；这六个电子开关由公共通道部分的单片机的一个输出端控制。其他计量回路内部各环节之间的连接及与公共通道的连接都与计量回路1相同。公共通道内各部分之间的连接是这样的：A/D转换的输出接单片机的I/O口；时钟电路的输出连接到单片机；电源的输出连接到单片机；单片机的一部分数据输出到数据存储器里保存；键盘及通讯接口和单片机相连；单片机的I/O口输出信号给LCD显示驱动电路；LCD显示驱动电路的输出LCD显示屏。

Claims (4)

1.一种多路计量的电度表，其特征在于：电路部分是由信号采集、公共通道两大部分组成，信号采集部分包括有n个计量回路，计量回路1由：电压信号采集、电子开关、电流信号采集、电子开关共四部分组成，其他计量回路的组成与计量回路1完全相同；公共通道部分由：A/D转换、单片机、时钟电路、电源、数据存储器、键盘及通讯接口、LCD显示驱动、LCD显示屏共八部分组成；各组成部分之间的连接关系是这样的：计量回路1的电压信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的一个输入端；计量回路1的电流信号采集环节的输出接一个电子开关，该电子开关的输出接公共通道部分中的A/D转换的另一个输入端；这两个电子开关由公共通道部分中的单片机的一个输出端控制，其他计量回路内部各环节之间的连接及与公共通道的连接都与计量回路1相同；公共通道内各部分之间的连接是这样的：A/D转换的输出接单片机的I/O口；时钟电路的输出连接到单片机；电源的输出连接到单片机；单片机的一部分数据输出到数据存储器里保存；键盘及通讯接口和单片机相连；单片机的I/O口输出信号给LCD显示驱动电路；LCD显示驱动电路的输出接LCD显示屏。

2.根据权利要求1所述的多路计量的电度表，其特征在于电度表的表身只有一个，该电度表具有多个计量回路输入端，能同时计量多个回路的电能消耗。

3.根据权利要求1所述的多路计量的电度表，其特征在于多个计量回路中的任何一个计量回路的电压、电流采样输出都通过电子开关与A/D转换电路相联，电子开关受到单片机的控制，当电子开关打开时，该计量回路的电压、电流信号能够传输到A/D转换电路进行处理；当电子开关关闭时，该计量回路的电压、电流信号就不能够传输到A/D转换电路里，平时各计量回路的电子开关均处于关闭状态，当单片机控制各计量回路的电子开关依次打开时，就能够把多个计量回路的电压、电流信号依次输入到A/D转换电路里进行处理。

4.根据权利要求1所述的多路计量的电度表，其特征在于公共通道中的各组成部分：A/D转换、做为运算处理的核心的单片机、时钟电路、电源、数据存储器、键盘及通讯接口、LCD显示驱动、LCD显示屏在整个电路里只有一个，是多个计量回路所共用的部分。

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