專利名稱：嵌入式低功耗電力儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電力儀表，尤其是檢測電力的數(shù)字化儀表，具體地說是一種嵌入式低功耗電力儀表。
背景技術(shù)：
目前，隨著國家經(jīng)濟快速增長，國家出臺在十二五期間對城鄉(xiāng)的變電站進行擴容和智能化的改造，智能化電網(wǎng)已經(jīng)被列入未來發(fā)展的戰(zhàn)略決策，而智能電網(wǎng)的支撐就需要能滿足智能化要求的電力智能化儀表，而智能化電力儀表發(fā)展相當快，帶通訊接口的高性能嵌入式芯片的應(yīng)用，要求嵌入式市場迫切要求以更低的功耗實現(xiàn)更高的性能，這一需求現(xiàn)已擴展到大量便攜式和墻上電源供電的應(yīng)用中。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對目前嵌入式市場迫切要求以更低的功耗實現(xiàn)更高的性能的問題，提出一種超低功耗電池供電的電流和電壓檢測的嵌入式低功耗電力儀表。本實用新型的技術(shù)方案是一種嵌入式低功耗電力儀表，它包括開關(guān)量信號輸入模塊、光電隔離電路、按鍵、 電壓互感器、箝位保護電路、微處理器、電流互感器、液晶驅(qū)動模塊和液晶顯示模塊，所述的開關(guān)量信號輸入模塊用于檢測電力設(shè)備開關(guān)的開啟狀態(tài)，開關(guān)量信號輸入模塊的信號輸出通過光電隔離電路與微處理器的檢測狀態(tài)信號輸入端相連，微處理器的控制信號輸入端與按鍵的控制信號輸出端相連，電壓互感器和電流互感器分別作為嵌入式低功耗電力儀表的電壓、電流的檢測信號輸入采集電力設(shè)備的電壓、電流，電壓互感器和電流互感器的輸出分別與箝位保護電路的信號輸入端相連，箝位保護電路的信號輸出端與微處理器的檢測信號輸入端相連，微處理器的信號輸出端通過液晶驅(qū)動模塊與液晶顯示模塊相連。本實用新型還包括RS485通訊電路和防雷隔離電路，所述的微處理器的上位機通訊信號端與RS485通訊電路的下行通訊信號端相連，RS485通訊電路的上行通訊信號端通過防雷隔離電路與上位機無線連接。本實用新型還包括復(fù)位電路和JTAG 口，所述的復(fù)位電路和JTAG 口分別與微處理器的對應(yīng)信號端相連。本實用新型的嵌入式低功耗電力儀表由電源提供工作電源；所述的電源為交流電源。本實用新型的開關(guān)量信號輸入模塊為兩路開關(guān)量輸入，分別采集兩個電力設(shè)備開關(guān)的開啟狀態(tài)。本實用新型的微處理器采用MSP430F4270A。本實用新型的有益效果本實用新型采用的是美國德州儀器TI公司生產(chǎn)的16位微處理器MSP430F4270A 主芯片，采用精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址，4種目的操作數(shù)尋址)，簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令，大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)儲存器可以參加多種運算，還有高效的查表處理指令，高處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動下指令周期為125ns，電源電壓采用1.8疒3.6V低電壓，因而可使其在IMHz的時鐘條件下運行時， 芯片的電流會在20(T400uA左右，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0. luA。具有獨特的時鐘系統(tǒng)，基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)時鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字震蕩時鐘系統(tǒng)，由系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生CPU和各功能模塊所需的時鐘，并且這些時鐘可以再指令的控制下打開和關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。在系統(tǒng)中共有一種活動模式(AM)和五種低功耗模式(LPM(TLPM4)，6us的啟動時間可以使啟動更加迅速，ESD保護，抗干擾力強。通過軟件設(shè)定達到定時喚醒模式，使該儀表在不用時處于超低功耗的待機狀態(tài)，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0. luA。本實用新型是集數(shù)字顯示，信號采集，RS485通訊接口，開關(guān)量信號檢測為一體的智能化儀表。它采用交流電作為工作電源，輸入信號頻率范圍為50士0. 3Hz，測量精度達到 0. 5級。工作范圍為溫度為-15 60°C，濕度彡93%，無腐蝕性氣體。本實用新型在電源采用上，使用交流電源，由于采用MAS430F4270A微處理器在抗干擾性上大大減少交流電的干擾，在儀表耗電功耗時，一般的儀表耗電為5mA，而該儀表在功耗上為7uA。在電路上采用的是單片化的結(jié)構(gòu)，與常規(guī)的電路上可以節(jié)約成本， 采用液晶電路后顯示更加清晰，抗干擾性更強，并配置的防雷隔離電路能有效的防止瞬間產(chǎn)生的大電流產(chǎn)生的燒壞原件。該儀表還采用了我公司軟件的定時喚醒功能，使微處理器MSP430F4270A芯片在大部分時間內(nèi)處于待機狀態(tài)，從而使該儀表采用電池供電成為現(xiàn)實..電耗也是超低.本技術(shù)與常規(guī)的低功耗相比具有節(jié)能效果好，架構(gòu)簡單，采用直接輸入交流電減少電路的復(fù)雜性。本實用新型的應(yīng)用與目前的技術(shù)相比較具有功耗低，處理速度快，芯片價格低優(yōu)勢。MSP430是業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗MCU，具有更快的喚醒時間(“猝發(fā)工作模式”)、低功耗振蕩器和存儲器設(shè)計、最低功耗模擬組件和實時時鐘運行(低至IuA以下)。

圖1是本實用新型的原理框圖。圖2是本實用新型的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1所示，一種嵌入式低功耗電力儀表，它包括開關(guān)量信號輸入模塊1、光電隔離電路2、按鍵3、電壓互感器5、箝位保護電路6、微處理器8(采用美國德州儀器TI公司生產(chǎn)的16位微處理器MSP430F4270A)、電流互感器17、液晶驅(qū)動模塊9和液晶顯示模塊10，所述的開關(guān)量信號輸入模塊1用于檢測電力設(shè)備開關(guān)的開啟狀態(tài)，開關(guān)量信號輸入模塊1的信號輸出通過光電隔離電路2與微處理器8的檢測狀態(tài)信號輸入端相連，微處理器8的控制信號輸入端與按鍵3的控制信號輸出端相連，電壓互感器5和電流互感器17分別作為嵌入式低功耗電力儀表的電壓、電流的檢測信號輸入采集電力設(shè)備的電壓、電流，電壓互感器 5和電流互感器17的輸出分別與箝位保護電路6的信號輸入端相連，箝位保護電路6的信號輸出端與微處理器8的檢測信號輸入端相連，微處理器8的信號輸出端通過液晶驅(qū)動模塊9與液晶顯示模塊10相連。如圖2所示，本實用新型還包括RS485通訊電路11、防雷隔離電路12 (見圖2的虛線框內(nèi))、復(fù)位電路14和JTAG 口 15，所述的微處理器8的上位機通訊信號端與RS485通訊電路11的下行通訊信號端相連，RS485通訊電路11的上行通訊信號端通過防雷隔離電路12與上位機無線連接；所述的復(fù)位電路14和JTAG 口 15分別與微處理器8的對應(yīng)信號端相連。本實用新型的嵌入式低功耗電力儀表由電源7提供工作電源；所述的電源7為交流電源。本實用新型工作原理是由電壓輸入直接接入到電壓互感器5上進行電壓變比，由高電壓變比成低電壓后，在采用箝位保護電路6是使信號起始電平固定在輸入到 MSP430F4270A微處理器8電源的要求。并輸入的信號經(jīng)過MSP430F4270A微處理器8處理后，再由MSP430F4270A微處理器8信號傳到液晶驅(qū)動模塊9，由液晶驅(qū)動模塊9驅(qū)動液晶顯示模塊10，實現(xiàn)信號檢測數(shù)據(jù)在屏幕上顯示。本發(fā)明還可以檢測2路開關(guān)量的檢測， 由2路開關(guān)量信號輸入模塊1發(fā)出信號通過光電隔離電路2，對輸出的開關(guān)量信號進行檢測，在開關(guān)量關(guān)閉時光電隔離電路2沒有輸入信號，所以MSP430F4270A微處理器8沒有進行工作，只有當開關(guān)量開啟時光電隔離電路2才能工作，才能輸入到MSP430F4270A微處理器8信號，MSP430F4270A微處理器8才能進行處理，再由MSP430F4270A微處理器8信號傳到液晶驅(qū)動模塊9，由液晶驅(qū)動模塊9驅(qū)動液晶顯示模塊10，實現(xiàn)信號檢測數(shù)據(jù)在屏幕上顯示。MSP430F4270A微處理器8由外部交流電源7直接供電，在供電后由復(fù)位電路14對 MSP430F4270A微處理器8進行6us的啟動時間使啟動更加迅速。在本技術(shù)上可以對檢測的數(shù)據(jù)情況分類檢測，所以設(shè)置按鍵3，對需要檢測的可以通過按鍵選擇顯示畫面。按鍵3也通過MSP430F4270A微處理器8才能進行處理，再由MSP430F4270A微處理器8信號傳到液晶驅(qū)動模塊9，由液晶驅(qū)動模塊9驅(qū)動液晶顯示模塊10，實現(xiàn)信號檢測數(shù)據(jù)在屏幕上顯示。 本嵌入式儀表還設(shè)定RS485通訊接口，對電壓和2路開關(guān)量信號通過MSP430F4270A微處理器8才能進行處理后輸入到RS485通訊電路11，并再輸入到防雷隔離電路12處理后，再上傳到上位機，能對檢測的數(shù)據(jù)進行處理，也可以由上位機輸入到防雷隔離電路12，再傳輸?shù)?RS485通訊電路11，由RS485通訊電路11處理后傳到MSP430F4270A微處理器8進行處理。 在本技術(shù)中還能對JTAG 口 15可以實現(xiàn)在線編程和調(diào)試，使得調(diào)試更為簡單和方便。由于采用MSP430F4270A微處理器8和自主編制的軟件，設(shè)定的定時喚醒模式，使該儀表在不用時處于超低功耗的待機狀態(tài)，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0. luA。本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種嵌入式低功耗電力儀表，其特征是它包括開關(guān)量信號輸入模塊(1)、光電隔離電路(2)、按鍵(3)、電壓互感器(5)、箝位保護電路(6)、微處理器(8)、電流互感器(17)、液晶驅(qū)動模塊(9)和液晶顯示模塊(10)，所述的開關(guān)量信號輸入模塊(1)用于檢測電力設(shè)備開關(guān)的開啟狀態(tài)，開關(guān)量信號輸入模塊(1)的信號輸出通過光電隔離電路(2)與微處理器 (8)的檢測狀態(tài)信號輸入端相連，微處理器(8)的控制信號輸入端與按鍵(3)的控制信號輸出端相連，電壓互感器(5)和電流互感器(17)分別作為嵌入式低功耗電力儀表的電壓、電流的檢測信號輸入采集電力設(shè)備的電壓、電流，電壓互感器(5)和電流互感器(17)的輸出分別與箝位保護電路(6)的信號輸入端相連，箝位保護電路(6)的信號輸出端與微處理器 (8)的檢測信號輸入端相連，微處理器(8)的信號輸出端通過液晶驅(qū)動模塊(9)與液晶顯示模塊(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式低功耗電力儀表，其特征是它還包括RS485通訊電路(11)和防雷隔離電路(12)，所述的微處理器(8)的上位機通訊信號端與RS485通訊電路(11)的下行通訊信號端相連，RS485通訊電路(11)的上行通訊信號端通過防雷隔離電路(12)與上位機無線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式低功耗電力儀表，其特征是它還包括復(fù)位電路(14)和 JTAG 口(15)，所述的復(fù)位電路(14)和JTAG 口( 15)分別與微處理器(8)的對應(yīng)信號端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式低功耗電力儀表，其特征是所述的嵌入式低功耗電力儀表由電源(7 )提供工作電源；所述的電源(7 )為交流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式低功耗電力儀表，其特征是所述的開關(guān)量信號輸入模塊(1)為兩路開關(guān)量輸入，分別采集兩個電力設(shè)備開關(guān)的開啟狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式低功耗電力儀表，其特征是所述的微處理器(8)采用 MSP430F4270A。
專利摘要一種嵌入式低功耗電力儀表，包括開關(guān)量信號輸入模塊(1)、光電隔離電路(2)、按鍵(3)、電壓互感器(5)、微處理器(8)、電流互感器(17)和液晶顯示模塊(10)，開關(guān)量信號輸入模塊(1)的信號輸出通過光電隔離電路(2)與微處理器(8)相連，微處理器(8)與按鍵(3)相連，電壓互感器(5)和電流互感器(17)作為電壓、電流的檢測信號輸入采集電力設(shè)備的電壓、電流，電壓互感器(5)和電流互感器(17)的輸出分別通過箝位保護電路(6)與微處理器(8)的檢測信號輸入端相連，微處理器(8)的信號輸出端通過液晶驅(qū)動模塊(9)與液晶顯示模塊(10)相連。本實用新型具有功耗低、處理速度快和成本低的優(yōu)點。
文檔編號G01R31/327GK202002963SQ20112007666
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者楊慧, 王正山, 陸華 申請人:博耳(宜興)電力成套有限公司