本實(shí)用新型涉及電力測(cè)量與通信技術(shù)領(lǐng)域，是一種8路電能計(jì)量裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的增長，電能消耗越來越大，對(duì)電能的計(jì)量已經(jīng)基本完成了由模擬式到數(shù)字式的轉(zhuǎn)變，但是在電能計(jì)量結(jié)構(gòu)上仍未發(fā)生改變，在結(jié)構(gòu)上仍然采用一戶一表的傳統(tǒng)計(jì)量方式。此外，計(jì)量裝置的類型也未發(fā)生改變，依然是單相表，三相表兩部分。這種方式占地面積大，硬件重疊部分多且利用率低，成本高，特別是在面向各個(gè)院校學(xué)生宿舍，部隊(duì)營房，工廠生產(chǎn)線時(shí)，在這種最小用電單位多而且集中的情況時(shí)，采用傳統(tǒng)的計(jì)量方式與計(jì)量裝置，上述問題尤為突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種8路電能計(jì)量裝置，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決傳統(tǒng)計(jì)量裝置計(jì)量結(jié)構(gòu)分散以及計(jì)量路數(shù)少造成成本高的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種8路電能計(jì)量裝置，包括信號(hào)調(diào)理模塊、ADC模塊、MCU管理單元模塊、通信模塊及電源模塊，所述ADC模塊和MCU管理單元模塊之間雙向通信連接，MCU管理單元模塊和通信模塊之間雙向通信連接，電源模塊和信號(hào)調(diào)理模塊之間電連接，電源模塊和ADC模塊之間電連接，電源模塊和MCU管理單元模塊之間電連接，電源模塊和通信模塊之間電連接；信號(hào)調(diào)理模塊包括8組電流調(diào)理電路和8組電壓調(diào)理電路；ADC模塊包括8組電流采樣電路、8組電壓采樣電路和AD轉(zhuǎn)換器，8組電流調(diào)理電路的8個(gè)輸出端分別與8組電流采樣電路的8個(gè)輸入端電連接，8組電壓調(diào)理電路的8個(gè)輸出端分別與8組電壓采樣電路的8個(gè)輸入端電連接，8組電流采樣電路的8個(gè)輸出端分別與AD轉(zhuǎn)換器電連接，8組電壓采樣電路的8個(gè)輸出端分別與AD轉(zhuǎn)換器電連接。

下面是對(duì)上述實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

上述MCU管理單元模塊可包括核心管理單元、LCD單元和存儲(chǔ)單元，LCD單元與核心管理單元之間雙向通信連接，存儲(chǔ)單元與核心管理單元之間雙向通信連接。

上述通信模塊可包括基于IEC62056標(biāo)準(zhǔn)協(xié)的RS-485通信單元、無線通信單元和北斗衛(wèi)星定位通信單元。

上述AD轉(zhuǎn)換器可為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7953，核心管理單元為芯片MSP430F149。

上述LCD單元為串口觸摸屏。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理而緊湊，采用信號(hào)調(diào)理模塊、ADC模塊、MCU管理單元模塊、通信模塊和電源模塊的架構(gòu)，可同時(shí)記錄8路電能值以及發(fā)生的用電事件，可將上述信息與電能計(jì)量結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，并通過基于IEC62056標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通信方式實(shí)現(xiàn)計(jì)量裝置與數(shù)據(jù)采集終端之間的雙向通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與信息主站之間的雙向互動(dòng)計(jì)量，在有線鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，還能將電表的數(shù)據(jù)經(jīng)過北斗通信模塊以無線通信的方式將數(shù)據(jù)送到主站，解決了最小用電單位多且集中與傳統(tǒng)計(jì)量結(jié)構(gòu)分散的問題，8路電能同步計(jì)量，提高了裝置利用率，降低了成本，同時(shí)使得電表的管理維護(hù)工作更加集中便捷。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的體硬件框圖。

圖3為本實(shí)用新型的電流調(diào)理電路電路圖。

圖4為本實(shí)用新型的電壓調(diào)理電路電路圖。

圖5為本實(shí)用新型的電源模塊12V轉(zhuǎn)5V電路電路圖。

圖6為本實(shí)用新型的電源模塊RS-485通信供電電路電路圖。

圖7為本實(shí)用新型的電源模塊5V轉(zhuǎn)3.3V電路電路圖。

圖8為本實(shí)用新型的電源模塊5V轉(zhuǎn)2.5VADC參考電壓電路電路圖。

圖9為本實(shí)用新型的電源模塊5V轉(zhuǎn)2.5V電路電路圖。

圖10為本實(shí)用新型的電源模塊5V轉(zhuǎn)-5V電路電路圖。

圖11為本實(shí)用新型的RS-485通信單元電路圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案與實(shí)際情況來確定具體的實(shí)施方式。

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

如附圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，該8路電能計(jì)量裝置，包括信號(hào)調(diào)理模塊、ADC模塊、MCU管理單元模塊、通信模塊和電源模塊，所述ADC模塊和MCU管理單元模塊之間雙向通信連接，MCU管理單元模塊和通信模塊之間雙向通信連接，電源模塊和信號(hào)調(diào)理模塊之間電連接，電源模塊和ADC模塊之間電連接，電源模塊和MCU管理單元模塊之間電連接，電源模塊和通信模塊之間電連接；信號(hào)調(diào)理模塊包括8組電流調(diào)理電路和8組電壓調(diào)理電路；ADC模塊包括8組電流采樣電路、8組電壓采樣電路和AD轉(zhuǎn)換器，電流調(diào)理電路的8個(gè)輸出端分別與電流采樣電路的8個(gè)輸入端電連接，電壓調(diào)理電路的8個(gè)輸出端分別與電壓采樣電路的8個(gè)輸入端電連接，電流采樣電路的8個(gè)輸出端和電壓采樣電路的8個(gè)輸出端分別與AD轉(zhuǎn)換器電連接。

如附圖5、6、7、8、9、10所示，其中電源模塊主要分為6個(gè)部分，分別為12V轉(zhuǎn)5V、5V轉(zhuǎn)3.3V、5V轉(zhuǎn)2.5V、5V轉(zhuǎn)5V、5V轉(zhuǎn)-5V、RS-485通信電源，12V線性電源輸入后經(jīng)過TPS62163轉(zhuǎn)換為5V電壓，為ADC模塊的AD轉(zhuǎn)換器以及MCU管理單元模塊的LDC單元供電；5V電源經(jīng)過AMS117后轉(zhuǎn)換為3.3V，為MCU管理單元模塊的核心管理單元提供電源；5V電源經(jīng)過REF5025后轉(zhuǎn)換為2.5V電壓，用于ADC模塊的參考電壓供電；同時(shí)為了盡可能的減少信號(hào)在進(jìn)行ADC前所受到的干擾，保證信號(hào)經(jīng)調(diào)理模塊后不失真，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行抬高時(shí)，單獨(dú)使用了一塊高精度的基準(zhǔn)電源芯片ADR03；為了保證通信的可靠性，采用了B0505-1W隔離電源模塊進(jìn)行隔離設(shè)置，單獨(dú)給通信模塊進(jìn)行供電；由于在后續(xù)的信號(hào)調(diào)理電路中，放大器采用了雙電源供電模式，因此增加了專用負(fù)電荷泵TPS60400提供負(fù)5V電壓。

如附圖3、4所示，信號(hào)調(diào)理模塊中有8組電壓調(diào)理電路，均采用I-V轉(zhuǎn)換電路的方式，包括限流電阻、采樣電阻、高精度電壓互感器、運(yùn)算放大器、限幅二極管、低通濾波器等部件。在電壓調(diào)理電路中R7和R11將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)；PT為2mA/2mA的高精度電流型電壓互感器；PT二次側(cè)電流信號(hào)經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路后變成可直接輸入ADC模塊的電壓信號(hào)；其中R2、R3將1mA左右的輸入電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為1.1V左右的正弦電壓信號(hào)，R2起到微調(diào)作用，C1起高頻濾波作用，串聯(lián)R1和C2主要是為了對(duì)其相位進(jìn)行補(bǔ)償；C8、C9、R10構(gòu)成了抗混疊低通濾波器器，能有效濾除采樣信號(hào)中的高頻部分，減少頻譜混疊；D1與D2的作用是為了防止互感器二次側(cè)某些高頻信號(hào)經(jīng)線圈后產(chǎn)生大電壓，當(dāng)電壓大于D1與D2導(dǎo)通電壓時(shí)，D1或D2導(dǎo)通，起到保護(hù)的作用。信號(hào)調(diào)理模塊中有8組電流調(diào)理電路，均采用I-V轉(zhuǎn)換電路的方式，包括限流電阻、采樣電阻、高精度電流互感器、運(yùn)算放大器、限幅二極管、低通濾波器等部件。在電流調(diào)理電路中CT為高精度電流互感器，CT二次側(cè)電流信號(hào)經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路后變成可直接輸入ADC模塊的電流信號(hào)，其中R8、R9將輸入電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為1.1V左右的正弦電流信號(hào)，R8起到微調(diào)作用，C3起高頻濾波作用，串聯(lián)R4和C5主要是為了對(duì)其相位進(jìn)行補(bǔ)償；C11、C12、R13構(gòu)成了抗混疊低通濾波器器，能有效濾除采樣信號(hào)中的高頻部分，減少頻譜混疊；D3與D4的作用是為了防止互感器二次側(cè)某些高頻信號(hào)經(jīng)線圈后產(chǎn)生大電壓，當(dāng)電壓大于D3與D4導(dǎo)通電壓時(shí)，D3或D4導(dǎo)通，起到保護(hù)的作用，其余各路的電壓調(diào)理電路、電流調(diào)理電路與該電路參數(shù)一致。

可根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)上述8路電能計(jì)量裝置作進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

如附圖1、2所示，MCU管理單元模塊包括核心管理單元、LCD單元和存儲(chǔ)單元，LCD單元與核心管理單元之間雙向通信連接，存儲(chǔ)單元與核心管理單元之間雙向通信連接。

如附圖1、2、11所示，通信模塊包括基于IEC62056標(biāo)準(zhǔn)協(xié)的RS-485通信單元、無線通信單元和北斗衛(wèi)星定位通信單元。

如附圖11所示，基于IEC62056標(biāo)準(zhǔn)協(xié)的RS-485通信單元的電路中，RS-485通信電路采用SPRS485EN芯片，PS2501L芯片用于電源隔離，用于保護(hù)前段電路；RT1與RT2為熱敏電阻器，與TVS管儀器對(duì)后端起到保護(hù)作用。其中SPRS485EN芯片的電源由專門的RS-485電源提供，該RS-485電源采用B0505-1W隔離電源模塊進(jìn)行隔離設(shè)置單獨(dú)供電?；贗EC62056標(biāo)準(zhǔn)協(xié)的RS-485通信單元中RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)，即保障了使用一個(gè)終端可以最多滿足對(duì)400路電能計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)8路電能計(jì)量裝置與數(shù)據(jù)采集終端之間的雙向通信，并以此實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量裝置與信息主站之間的雙向互動(dòng)計(jì)量通訊；在基本通信模塊出現(xiàn)故障時(shí)，電表的數(shù)據(jù)可經(jīng)過北斗衛(wèi)星定位通信單元將數(shù)據(jù)通過無線鏈路送到主站，北斗衛(wèi)星定位通信單元作為輔助通信方式，在光纖通信出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的超長距離的傳輸。

如附圖1、2所示，該8路電能計(jì)量裝置中，AD轉(zhuǎn)換器為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7953，核心管理單元為芯片MSP430F149。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7953具有最高1MHZ的采樣率，12位分辨率，16路傳輸通道，同時(shí)具備低功耗特性與串行傳輸功能，并且兩種芯片均為同時(shí)帶有多路UART，多路SPI接口的芯片，故ADC模塊和MCU管理單元模塊之間的雙向通信連接、MCU管理單元模塊和通信模塊之間的雙向通信連接均可通過控制CS和SCLK引腳采用SPI方式的雙向通信連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換, MCU管理單元模塊中核心管理芯片和顯示單元之間的雙向通信連接采用UART方式的雙向通信連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，核心管理芯片和存儲(chǔ)單元之間的雙向通信連接采用GPIO口模擬IIC的方式的雙向通信連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

如附圖1、2所示，該8路電能計(jì)量裝置中，LCD單元是串口觸摸屏。

如附圖2所示，LCD單元為串口觸摸屏，通過串口觸摸屏用于數(shù)據(jù)的顯示和按鍵輸入，代替?zhèn)鹘y(tǒng)按鍵輸入，可通過編寫MCU管理程序，實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶按鍵操作，通過觸摸屏接線電路簡單，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，保障該裝置在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下的正常使用；存儲(chǔ)單元為2片外部存儲(chǔ)器（EEPROM），一片用于存放系統(tǒng)的配置參數(shù)，校表參數(shù)及用電數(shù)據(jù)，另一片用于存放負(fù)荷曲線參數(shù)，在數(shù)據(jù)讀寫的過程中，使用了核心管理芯片的兩個(gè)GPIO口模擬IIC總線進(jìn)行讀取操作，同時(shí)兩片存儲(chǔ)器共用時(shí)鐘線與數(shù)據(jù)線。

以上技術(shù)特征構(gòu)成了本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和最佳實(shí)施效果，可根據(jù)實(shí)際需要增減非必要的技術(shù)特征，來滿足不同情況的需求。