專利名稱：一種智能型電力數(shù)顯表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能型電力數(shù)顯表。
背景技術(shù)：
電力數(shù)顯表是一種以數(shù)字量顯示電力信息的電子儀表，由于其直接顯示數(shù)據(jù)值， 所以電力信息一目了然，目前得到了廣泛使用。圖1是現(xiàn)有的傳統(tǒng)電力數(shù)顯表的示意性的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，傳統(tǒng)電力數(shù) 顯表一般包括電力信號(hào)采集模塊100、微處理器200、電力信息顯示模塊300、通訊模塊400 和輸出控制模塊500，微處理器200分別與電力信號(hào)采集模塊100、電力信息顯示模塊300、 通訊模塊400和輸出控制模塊500連接，其中，電力信號(hào)采集模塊100用于采集外部電流和 電壓，并將采集的電流和電壓發(fā)送給微處理器200進(jìn)行處理；微處理器200用于將從電力信 號(hào)采集模塊100接收的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為可供輸出的數(shù)字信號(hào)，并將處理后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送 給電力信息顯示模塊300進(jìn)行顯示，同時(shí)將通過通訊模塊400從上位機(jī)(未示出，用于控制 電力信號(hào)采集和顯示以及其它外部裝置的操作控制)接收的控制信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給電力信號(hào)采 集模塊100、電力信息顯示模塊300、通訊模塊400和輸出控制模塊500 ；電力信息顯示模塊 300用于根據(jù)從微處理器200接收的數(shù)字信號(hào)顯示電力信息，包括電壓、電流、功率、電能、 頻率等變量的數(shù)值，一般包括顯示屏幕、數(shù)碼管和用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的多個(gè)數(shù)字芯片組合；通 訊模塊400用于與上位機(jī)進(jìn)行通訊，并將上位機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給微處理器200 ；輸出 控制模塊500用于根據(jù)從微處理器200接收到的上位機(jī)控制信號(hào)來控制電力數(shù)顯表外部裝 置的操作，比如，接觸器的閉合、電機(jī)開關(guān)的閉合等?，F(xiàn)有的這種電力數(shù)顯表存在以下幾個(gè)問題1、采用了大量的分離電子元件組合，從而導(dǎo)致電力數(shù)顯表整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和后續(xù)組 裝都很復(fù)雜，電力數(shù)顯表的生產(chǎn)效率低。圖2中顯示了現(xiàn)有電力數(shù)顯表中的電力信息采集模塊中的一路電流采集電路，在 該電流采集電路中，存在多個(gè)通用元件，包括基準(zhǔn)電源SVref、芯片LM2904、外圍電阻元件 R1-R5和電容元件C1-C4等。該電路在工作時(shí)，以基準(zhǔn)電源SVref為基準(zhǔn)，LM2904組成反相 比例電路將采集的電流放大，送到微處理器200端口，由微處理器200處理。在三相電力系 統(tǒng)中，需要使用圖2所示的六路電路來采集電力信號(hào)，顯然整個(gè)采集電路中將包括大量的 分離電子元件，從而導(dǎo)致整個(gè)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后續(xù)組裝也很復(fù)雜。此外，在電力信息顯示模塊中，采用多個(gè)數(shù)字芯片組合來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，也存在結(jié)構(gòu) 復(fù)雜和組裝復(fù)雜的問題。2、使用圖2所示通用元件采集放大電力信息，采集信息的誤差大，從而導(dǎo)致線性 度差(即，實(shí)際顯示值在一定范圍內(nèi)的偏差大)，顯示精度低，不能滿足日益增長的高精度 要求；此外，利用多個(gè)數(shù)字芯片組合驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，也造成了顯示精度不高的問題。3、現(xiàn)有的電力數(shù)顯表中的通訊模塊一般采用RS232接口，因此通訊模塊與上位機(jī) 通訊速率低，通訊性能不穩(wěn)定，傳送距離近，最長傳送距離只有15米。發(fā)明內(nèi)容為了解決以上問題，本實(shí)用新型提供一種智能型電力數(shù)顯表，以簡化電力數(shù)顯表 的電路結(jié)構(gòu)，提高電力數(shù)顯表的生產(chǎn)效率、顯示精度和通訊功能。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型提供的電力數(shù)顯表包括電力信號(hào)采集模塊、微處 理器、電力信息顯示模塊、通訊模塊和輸出控制模塊，其特征在于，所述電力信號(hào)采集模塊 包括電流互感器、電阻分壓、低通濾波電路和電能采集芯片，其中，采集的外部大電流經(jīng)過 電流互感器轉(zhuǎn)換為小電流信號(hào)，然后經(jīng)過低通濾波電路輸入到電能采集芯片的電流采集 口，同時(shí)，采集的外部高電壓經(jīng)過電阻分壓轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)，然后經(jīng)過低通濾波電路輸入 到電能采集芯片的電壓采集口，電能采集芯片對采集的電流和電壓進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算和輸出。優(yōu)選地，所述電能采集芯片通過光電隔離模塊與微處理器進(jìn)行通訊。優(yōu)選地，所述電能采集芯片通過其串行外設(shè)接口將電流和電壓輸出到光電隔離模 塊。優(yōu)選地，所述電能采集芯片采用ADE7758芯片。優(yōu)選地，所述電力信息顯示模塊包括數(shù)碼管和專用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，所述數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片采用芯片TM1623。優(yōu)選地，所述微處理器采用PIC18F4520微處理器。優(yōu)選地，所述通訊模塊采用ISL485通訊芯片。優(yōu)選地，所述通訊芯片通過光電隔離模塊與微處理器進(jìn)行通訊。優(yōu)選地，所述微處理器采用通用同步/異步串行收發(fā)外設(shè)接口通過光電隔離模塊 與通訊芯片進(jìn)行通訊。 優(yōu)選地，所述通訊芯片通過RS485接口與用于控制電力信息采集和顯示以及電力 數(shù)顯表的外部裝置的操作的上位機(jī)進(jìn)行通訊。從以上技術(shù)方案可看出，本實(shí)用新型可獲得如下技術(shù)效果1、通過將專用的電能 采集芯片和專用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)用于電力數(shù)顯表中，減少了電力數(shù)顯表中的分離電子 元件的數(shù)量，簡化了電力數(shù)顯表的電路結(jié)構(gòu)和組裝操作，提高了電力數(shù)顯表的生產(chǎn)效率，并 且提高了電力數(shù)顯表的顯示精度；2、通過利用專用的通訊芯片，提高了通訊性能；3、通過 光電隔離模塊連接電能采集芯片和微處理器，保證了電力數(shù)顯表整個(gè)系統(tǒng)的可靠性；4、通 過光電隔離模塊連接通訊模塊和微處理器，提高了通訊正確率，減少了出錯(cuò)率。

圖1是現(xiàn)有的傳統(tǒng)電力數(shù)顯表的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的傳統(tǒng)電力數(shù)顯表中的一路電流采集電路圖；圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的電力數(shù)顯表的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的電力數(shù)顯表的采集模塊的實(shí)際電路圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明對于現(xiàn)有的傳統(tǒng)電力數(shù)顯表的改進(jìn)之處在于在電力信號(hào)采集模塊中采用 專用的電能采集芯片和專用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電力數(shù)顯表中存在的大量分離電子元件和提高顯示精度；在通訊模塊中采用專用的通訊芯片來改進(jìn)通訊功能。以下，將結(jié) 合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的電力數(shù)顯表的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖3，該電力數(shù)顯表包括 電力信號(hào)采集模塊100、微處理器200、電力信息顯示模塊300、通訊模塊400和輸出控制模 塊500，其中，微處理器200分別與電力信號(hào)采集模塊100、電力信息顯示模塊300、通訊模塊 400和輸出控制模塊500連接。以下將對這些模塊的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行描述。(一 )電力信號(hào)采集模塊100在本實(shí)施例中，采用美國模擬器件公司的ADE7758芯片(詳情可參見美國模擬器 件公司官方網(wǎng)址)作為電能采集芯片。如圖3所示，電力信號(hào)采集模塊100包括電流互感 器101、電阻分壓102、低通濾波電路103和電能采集芯片104。圖4是電流互感器101、電阻分壓102和低通濾波電路103的實(shí)際電路圖。如圖4 所示，采集的外部大電流經(jīng)過電流互感器101轉(zhuǎn)換為小電流信號(hào)(VI)，然后經(jīng)過低通濾波 電路103(R1、C1)輸入到電能采集芯片104的電流采集口。同時(shí)，采集的外部高電壓經(jīng)過電 阻分壓102 (Rl, R2)轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)(VI)，然后經(jīng)過低通濾波電路103 (R3, Cl，C2)輸入 到電能采集芯片104的電壓采集口。在電能采集芯片104中，采集到的電流和電壓信號(hào)經(jīng) 過內(nèi)部運(yùn)算從SPI接口(串行外設(shè)接口)輸出。從圖3所示的結(jié)構(gòu)可看出，本發(fā)明將專用集成度高的電能采集芯片104應(yīng)用于電 力數(shù)顯表中，從而減少了分離電子元件的數(shù)量，簡化了電力數(shù)顯表的電路結(jié)構(gòu)，提高了電力 數(shù)顯表的生產(chǎn)效率，并且，減小了電力采集信息的誤差，從而提高了電力數(shù)顯表的顯示精度。此外，為了保證電力數(shù)顯表整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，需要在電能采集芯片104和微處 理器200之間添加一個(gè)光電隔離模塊600，即，從電能采集芯片104的SPI接口輸出的數(shù)字 信號(hào)需要通過光電隔離模塊輸入到微處理器300中。這里，光電隔離模塊600的作用是使電 能采集信號(hào)和微處理器信號(hào)隔離，互不干擾，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ诒緦?shí)施例中， 光電隔離模塊600可采用美國安捷倫公司的6W37光電隔離模塊(詳情可參見美國安捷倫 公司官方網(wǎng)址)。( 二)微處理器200在本實(shí)施例中，采用美國微芯公司的PIC18F4520微處理器(詳情可參見美國微星 公司官方網(wǎng)址)作為微處理器，此微處理器采用優(yōu)化的C編譯器構(gòu)架，運(yùn)算速度達(dá)到40M，寬 的電壓輸入，通用的輸入輸出管腳，而且性價(jià)比高。(三)電力信息顯示模塊300在本實(shí)施例中，采用深圳天微公司的TM1623(詳情可參見深圳天微公司官方網(wǎng) 站)作為電力信息顯示模塊中的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電力數(shù)顯表中的多個(gè)數(shù)字芯 片組合，從而簡化了傳統(tǒng)電力數(shù)顯表中的電力信息顯示模塊的結(jié)構(gòu)，提高了電力數(shù)顯表的 顯示精度。此外，當(dāng)需要顯示多個(gè)變量(比如，電壓、電流、功率、電能、頻率)時(shí)，可在顯示屏 幕上通過分行換屏的形式顯示。此時(shí)，可通過在上位機(jī)中編寫相應(yīng)軟件程序來控制多個(gè)變 量在顯示屏幕上輪流換屏顯示，數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片根據(jù)上位機(jī)的相應(yīng)控制指令驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯 示相應(yīng)變量。[0039](四)通訊模塊400在本實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的安全可靠的遠(yuǎn)距離傳輸，采用美國Intersel 公司的Intersel通訊芯片ISL485 (詳情可參見美國Intersel公司官方網(wǎng)址)作為通信芯 片，通過這種通訊芯片，可以遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，防止高壓沖擊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信號(hào)的安全可靠傳 輸，從而提高了通訊性能。 此外，為了進(jìn)一步改進(jìn)通訊性能，可在通訊模塊400和微處理器200之間添加一個(gè) 光電耦合模塊700來隔離通訊模塊400的數(shù)字信號(hào)和微處理器信號(hào)，從而可加強(qiáng)通訊正確 率，減少出錯(cuò)率。在本實(shí)施例中，光電隔離模塊700可采用美國安捷倫公司的光電隔離模塊 6N135 (詳情可參見美國安捷倫公司官方網(wǎng)址查詢)。此外，通訊模塊400通過微處理器300的USART (通用同步/異步串行收發(fā))外設(shè) 接口與微處理器300通訊，并且，通訊模塊400通過RS485接口與上位機(jī)通訊，采用RS485 接口與傳統(tǒng)電力數(shù)顯表采用RS RS232接口的優(yōu)點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸和提高傳輸速率。(五)輸出控制模塊500本實(shí)用新型的輸出控制模塊500與圖1所示傳統(tǒng)電力數(shù)顯表的輸出控制模塊500 相同，因此，省略其描述。以上已參照附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是，應(yīng)該理解，本實(shí)用 新型并不限于以上所公開的具體實(shí)施例，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在此基礎(chǔ)之上容易想到的 修改和變型都應(yīng)包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電力數(shù)顯表，包括電力信號(hào)采集模塊、微處理器、電力信息顯示模塊、通訊模塊 和輸出控制模塊，微處理器分別與電力信號(hào)采集模塊、電力信息顯示模塊、通訊模塊和輸出 控制模塊連接，其特征在于所述電力信號(hào)采集模塊包括電流互感器、電阻分壓、低通濾波電路和電能采集芯片，其 中，采集的外部大電流經(jīng)過電流互感器轉(zhuǎn)換為小電流信號(hào)，然后經(jīng)過低通濾波電路輸入到 電能采集芯片的電流采集口，同時(shí)，采集的外部高電壓經(jīng)過電阻分壓轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)，然 后經(jīng)過低通濾波電路輸入到電能采集芯片的電壓采集口，電能采集芯片對采集的電流和電 壓進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算和輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述電能采集芯片通過光電隔離 模塊與微處理器進(jìn)行通訊，所述電能采集芯片通過其串行外設(shè)接口將電流和電壓輸出到光 電隔離模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述電能采集芯片采用ADE7758芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述電力信息顯示模塊包括數(shù)碼 管和專用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，所述數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片采用芯片TM1623。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述微處理器采用PIC18F4520微 處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述通訊模塊采用ISL485通訊芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述通訊芯片通過光電隔離模塊 與微處理器進(jìn)行通訊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述微處理器采用通用同步/異步 串行收發(fā)外設(shè)接口通過光電隔離模塊與通訊芯片進(jìn)行通訊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述通訊芯片通過RS485接口與用 于控制電力信息采集和顯示以及電力數(shù)顯表的外部裝置的操作的上位機(jī)進(jìn)行通訊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力數(shù)顯表，其特征在于，所述電力信息顯示模塊根據(jù)從上 位機(jī)接收的多個(gè)電力信息相關(guān)變量輪流換屏顯示指令來顯示多個(gè)電力信息相關(guān)變量。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電力數(shù)顯表，在該電力數(shù)顯表中，分別集成了專用的電能采集芯片、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片和通訊芯片。通過將專用的電能采集芯片和專用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片集成到電力數(shù)顯表中，減少了電力數(shù)顯表中的分離電子元件的數(shù)量，簡化了電力數(shù)顯表的電路結(jié)構(gòu)和組裝操作，提高了電力數(shù)顯表的顯示精度；通過利用專用的通訊芯片，提高了通訊性能；通過光電隔離模塊連接電能采集芯片和微處理器，保證了電力數(shù)顯表整個(gè)系統(tǒng)的可靠性；通過光電隔離模塊連接通訊模塊和微處理器，提高了通訊正確率，減少了出錯(cuò)率。
文檔編號(hào)G01R13/02GK201788215SQ201020262098
公開日2011年4月6日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者呂鵬丹, 宋建慧, 靳夢龍 申請人:新疆特變電工自控設(shè)備有限公司