專利名稱：電子式三相多費率電能表的制作方法
技術(shù)領域：
電子式三相多費率電能表
技術(shù)領域：
本實用新型涉及用來計量電量的電能表，尤其涉及一種電子式三相多費率 電能表。背景技術(shù)：
現(xiàn)有電子式三相多費率電能表雖然已有各種各樣很多類型，但普遍存在長 時間運行不夠穩(wěn)定可靠、計量精度差、成本高等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種電子式三相多費 率電能表，能夠提高計量精度及長時間運行的可靠性，且成本低。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出了一種電子式三相多費率電能表，包括 三相計量芯片、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片，三相計量芯片連接在功能處理芯
片的輸入端，功能處理芯片上還分別連接有脈沖輸出電路、LCD顯示電路、存儲 器、紅外通訊電路、RS485電路和帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片，所述三相計量芯片采 用ATT7028芯片。
作為優(yōu)選，功能處理芯片的輸入端還連接有按鍵輸入電路和逆相序檢測電路。
作為優(yōu)選，所述功能處理芯片采用NEC0537芯片。 作為優(yōu)選，所述存儲器采用EEPROM。
作為優(yōu)選，所述紅外通訊電路采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出 線、 一根輸出發(fā)送信號波形的三線控制電路。
作為優(yōu)選，所述RS485電路采用MAX13485芯片。只需一對雙絞線就可實現(xiàn) 多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)、設備簡單、價格低廉、通信距離長。
作為優(yōu)選，所述帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片采用DS3231芯片。本實用新型的有益效果本實用新型電壓、電流經(jīng)取樣電路分別取樣后， 送入三相計量芯片進行處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到功能處理芯片進行計算，
功能處理芯片通過串行接口將ATT7028芯片的數(shù)據(jù)讀出，并根據(jù)帶溫度補償?shù)?br> 時鐘芯片的實時時間和預先設定的時段完成分時有功電能計量和最大需量計量
功能，根據(jù)需要向存儲器存取數(shù)據(jù)，在LCD顯示電路的LCD液晶上顯示各項數(shù) 據(jù)，通過紅外通訊電路或RS485電路進行通訊傳輸。采用高精度計量芯片 ATT7028,使得電壓電流采樣分辨率大為提高，且有足夠的時間來更加精確的測 量電能數(shù)據(jù)，從而使電能表的計量準確度有了顯著改善。電路能夠長時間穩(wěn)定 運行，且整個電路成本低。對各部分電路做了分割，各部分電路的供電情況可 控，所以下電的功耗可以控制在最小范圍內(nèi)，延長了電池供電的使用時間。
本實用新型的特征及優(yōu)點將通過實施例結(jié)合附圖進行詳細說明。

圖1是本實用新型電子式三相多費率電能表的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參閱圖l，電子式三相多費率電能表，包括三相計量芯片l、帶液晶驅(qū)動的 功能處理芯片2，三相計量芯片1連接在功能處理芯片2的輸入端，功能處理芯 片2上還分別連接有脈沖輸出電路3、 LCD顯示電路4、存儲器5、紅外通訊電 路6、RS485電路7和帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片8，所述三相計量芯片1采用ATT7028 芯片。所述功能處理芯片2的輸入端還連接有按鍵輸入電路9和逆相序檢測電 路10。電能表工作時，電壓、電流經(jīng)取樣電路分別取樣后，送入三相計量芯片 l進行處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到功能處理芯片2進行計算。由于采用了專用 的ATT7028芯片，使得電壓電流采樣分辨率大為提高，且有足夠的時間來更加 精確的測量電能數(shù)據(jù)，從而使電能表的計量準確度有了顯著改善。功能處理芯 片2用于分時計費和處理各種輸入輸出數(shù)據(jù)，通過串行接口將專用電能芯片的 數(shù)據(jù)讀出，并根據(jù)帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片8的實時時間和預先設定的時段完成 分時有功電能計量和最大需量計量功能，根據(jù)需要向存儲器5存取數(shù)據(jù)，在LCD顯示電路4的LCD液晶上顯示各項數(shù)據(jù)、通過紅外通訊電路6或者RS485電路7 進行通訊傳輸，并完成運行參數(shù)的監(jiān)測，記錄存儲各種數(shù)據(jù)。所述功能處理芯 片2采用NEC0537芯片。
整個電路采用線性電源11及電池電路13通過電源管理電路12供電。采用 線性變壓器降壓方式，變壓器采用全密封方式，整潔可靠。穩(wěn)壓電路采用普通 三端穩(wěn)壓管7805穩(wěn)壓，輸出端除了電解電容外還用濾波電感對電壓進行濾波， 保證輸出端電壓的質(zhì)量。將多費率各部分電路的供電進行分割，上電時工作， 下電后不工作的電路和上下電時都工作的電路分開供電，上下電時都可以工作 的電路根據(jù)功耗的大小及工作頻繁程度分開供電，并根據(jù)控制電路對各部分的 供電情況進行控制，在不需要用到某部分電路時可以對其不加以供電，做到可 能的最小功耗，以保證下電時電池運行壽命的最長；同時根據(jù)部分電路對表計 運行及相關(guān)數(shù)據(jù)的重要程度，用不同的電源對其供電，確保時間走時準確和數(shù) 據(jù)的不丟失。下面對紅外通訊電路6的電源供給情況進行說明由于紅外工作 時功耗較大，可以達到幾十個毫安，所以我們對電表紅外部分的供電與其他部 分分開，我們采用的辦法是將三端穩(wěn)壓管7805地腳經(jīng)1N4007后入地，以使其 輸出電壓為5. 7V左右，然后將5. 7V電壓分成不同的分支，紅外部分的供電為 其中一條分支。分成不同分支的目的是為了在上電時各部分電路工作時盡量少 影響其他部分的電源波動，這里特別是對于部分短時功耗較大的電路來說的， 另一個重要的考慮是在下電后電池供電時利用分支二極管的單向?qū)ㄐ?，可?有針對的供某部分電路電源；由于對于多費率表來說隨時都可能抄收電表的相 關(guān)數(shù)據(jù)，不管是在外部有電還是沒電的情況下，下電后對于紅外的供電我們用 兩節(jié)3V電池串聯(lián)后降壓提供，同時考慮到紅外工作時功耗太大，電池電量有限， 要求電表在沒有外部電源的情況下長時間可靠的運行，我們設計利用控制電路 對此電源進行控制，每過一定的時間開啟紅外部分電源，紅外接收管工作，紅 外控制電路的設計也非常注重功耗問題，限流電阻在可以正常控制的前提下盡 量選較大阻值。如果外部有紅外操作，接收管會接收到信號，CPL!確認有紅外工作后對紅外部分電路長時間供電，直到有一定時間紅外沒有工作后，CPU將紅外 電源關(guān)閉，然后再進入循環(huán)電源打開，檢測紅外，電源關(guān)斷，等待的這樣一 個過程中，直到有下一次的紅外信號，以上的軟硬件設計可以最大限度的減小 沒有外部電源供電時電池供電的功耗，延長電池供電時電表運行時間。
ATT7028是一顆高精度三相電能計量芯片，適用于三相三線和三相四線電 能表的應用；集成了六路二階sigma-deltaADC、參考電壓電路以及所有功率、 能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量的數(shù)字信號處理等電路，能夠測量各相 及合相的有功功率、視在功率、有功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效 值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復費率和有功表的需求；支 持全數(shù)字域的增益、相位校正，即存軟件校表；有功電能脈沖輸出CF1、 CF2提 供瞬時有功功率信息，可以直接接到標準表進行誤差校準；提供兩類視在能量 輸出，RMS視在能量以及PQS視在能量，CF3和CF4也可被配置為視在能量脈沖 輸出；提供一個SPI接口，方便與外部MCU之間進行計量參數(shù)以及校表參數(shù)的 傳遞，所有計量參數(shù)都可以通過SPI接口讀出；內(nèi)部有電壓檢測電路，可以保 證加電和斷電時正常工作。
所述存儲器5采用EEPR0M。采用24LC32I芯片，24LC32I是美國Microchip 公司的低功耗CMOS串行EEPR0M，它是內(nèi)含4K x 8 (32K bit)存儲空間，具有 工作電壓寬(2. 5 5. 5V)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于5ms) 等優(yōu)點。24LC32I的1、 2、 3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，第8 腳和第4腳分別為正、負電源，第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這 條雙向I2C總線串行傳送，第6腳SCL為串行時鐘輸入線，SDA和SCL都需要 和正電源間各接一個10K的電阻上拉，第7腳需要接地。24LC32I中帶有片內(nèi)地 址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加l，以實現(xiàn)對下 一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間， 一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。
所述紅外通訊電路6采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出線、 一根輸出發(fā)送信號波形的三線控制電路。紅外通訊電路6分為發(fā)射和接收兩部分。 發(fā)射部分的發(fā)射元件為紅外發(fā)光二極管，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光，常
用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，發(fā)射功率約100mW。接收 電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓， 它才能正常工作而獲得高的靈敏度。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅 外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現(xiàn) 在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭。'紅外線一體 化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。 紅外部分線路采用三線控制電路，即輸出(發(fā)射)用兩根線，輸入(接收)用 一根線，輸出其中一個口利用定時器一直輸出38K波，另一個口輸出發(fā)送信號 波形，可以看作是控制38K波的發(fā)送；接收由于采用集成接收頭，到功能處理 芯片2管腳的為普通電平，所以用一個中斷口連接，當接受到電平變化后進入 中斷開始接收紅外數(shù)據(jù)。
所述RS485電路7采用MAX13485芯片。RS485電路7是一種常用的串口 ， 具有網(wǎng)絡連接方便、抗干擾性能好、傳輸距離遠等優(yōu)點。使用RS-485總線組網(wǎng)， 只需一對雙絞線就可實現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)、設備簡單、價格低廉、 通信距離長。在應用系統(tǒng)中，RS-485半雙工異步通信總線是被各個研發(fā)機構(gòu)廣 泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，它往往應用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。為 了實現(xiàn)總線與功能處理芯片系統(tǒng)的隔離，在功能處理芯片的異步通信口與 MAX13485之間采用光耦隔離。由于應用系統(tǒng)中，主機與分機相隔較遠，通信線 路的總長度往往超過400米，而分機系統(tǒng)上電或復位又常常不在同一個時刻完 成。如果在此時MAX13485的DE端電位為"1 "，那么它的485總線輸出將會 處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機就無法與主機進行通 信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個分機出現(xiàn)異常情況下(死機)，會使整個系統(tǒng)通信 崩潰。因此在電路設計時，應保證系統(tǒng)上電復位時MAX13485的DE端電位為"0"。由于功能處理芯片在復位期間，I/O 口輸出高電平，故電路的接法有效 地解決復位期間分機"咬"總線的問題。輸出電路的設計要充分考慮到線路上 的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復雜，現(xiàn)場常有各種形 式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護措施。在電路設計中可以
選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件，考慮到線路的特殊情況(如某一塊 表的485芯片被擊穿短路)，為防止總線中其它分機的通信受到影響，在MAX13485 的485信號輸出端串聯(lián)兩個熱敏電阻。這樣本機的硬件故障就不會使整個總線 的通信受到影響。
所述帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片8采用DS3231芯片。多費率表表因牽涉分時計 費，必須使用外部硬件時鐘時鐘芯片，不宜采用軟件時鐘，軟件時鐘在受到干 擾時，引起時鐘不準確，靠軟件算法糾錯，會造成一定的誤差，例采用一分鐘 糾錯一次技術(shù)，在干擾出錯需要糾錯時，會引起一分鐘誤差。采用外部時鐘早 期采用飛利浦PCF8563，外部采用32. 768KHZ晶體，外部時鐘晶體在焊接工藝上 要求嚴格，只能采用拉線技術(shù)，否則會造成晶體停振，時鐘停走。本實用新型 采用DS3231芯片，為帶自動溫度補償芯片，在-40°C-+80匸時鐘時鐘誤差為3PPM， 曰誤差為0.26秒每天，在標稱溫度為2PPM，日誤差為O. 18秒每天。批量生產(chǎn) 能保證日誤差在0.2秒。EPSON公司生產(chǎn)的RX8025，時鐘為土5P醒，即日誤差 為0.4秒每天，其精度可以調(diào)整，但步距為3PPM，即0.26秒每天，即原為-0.5 秒，經(jīng)調(diào)整后可以為-0.24秒。但其輸出脈沖為不均勻，必須將測試周期放大。 采用RX8025外部還必須有溫度傳感器，采用軟件方式方式進行溫度補償， 一般 10分鐘計算一次，補償達不到預期效果；停電情況下無法進行溫度補償，時鐘 誤差難以控制，在運行過程中對時鐘進行改寫，風險大，容易造成時鐘紊亂。 DS3231為微功耗，停電情況下也能進行時鐘溫度自動補償。
上述實施例是對本實用新型的說明，不是對本實用新型的限定，任何對本 實用新型簡單變換后的結(jié)構(gòu)均屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1. 電子式三相多費率電能表，其特征在于包括三相計量芯片(1)、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片(2)，三相計量芯片(1)連接在功能處理芯片(2)的輸入端，功能處理芯片(2)上還分別連接有脈沖輸出電路(3)、LCD顯示電路(4)、存儲器(5)、紅外通訊電路(6)、RS485電路(7)和帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片(8)，所述三相計量芯片(1)采用ATT7028芯片。
2. 如權(quán)利要求1所述的電子式三相多費率電能表，其特征在于所述功能處理 芯片(2)的輸入端還連接有按鍵輸入電路(9)和逆相序檢測電路(10)。
3. 如權(quán)利要求1所述的電子式三相多費率電能表，其特征在于所述功能處理 芯片(2)采用NEC0537芯片。
4. 如權(quán)利要求1所述的電子式三相多費率電能表，其特征在于所述存儲器(5) 采用EEPROM。
5. 如權(quán)利要求1所述的電子式三相多費率電能表，其特征在于所述紅外通訊 電路(6)采用一根輸入線、 一根輸出38K波形的輸出線、 一根輸出發(fā)送信號 波形的三線控制電路。
6. 如權(quán)利要求1所述的電子式三相多費率電能表，其特征在于所述RS485電 路(7)采用MAX13485芯片。
7. 如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的電子式三相多費率電能表，其特征在于 所述帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片(8)采用DS3231芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種電子式三相多費率電能表，包括三相計量芯片、帶液晶驅(qū)動的功能處理芯片，三相計量芯片連接在功能處理芯片的輸入端，功能處理芯片上還分別連接有脈沖輸出電路、LCD顯示電路、存儲器、紅外通訊電路、RS485電路和帶溫度補償?shù)臅r鐘芯片，所述三相計量芯片采用ATT7028芯片。本實用新型電壓、電流經(jīng)取樣電路分別取樣后，送入三相計量芯片進行處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到功能處理芯片進行計算，并完成分時有功電能計量和最大需量計量。采用高精度計量芯片ATT7028，使得電壓電流采樣分辨率大為提高，且有足夠的時間來更加精確的測量電能數(shù)據(jù)，從而使電能表的計量準確度有了顯著改善。且運行穩(wěn)定、成本低。
文檔編號G01R11/00GK201247273SQ20082016318
公開日2009年5月27日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者顧海松 申請人:浙江恒業(yè)電子有限公司