用于智能家居的電能采集模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是電能采集模塊，具體是一種用于智能家居中帶獨立供電并能把采集的電能信息通過串口通訊的方式傳輸給通信電路的電能采集模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟的發(fā)展、技術(shù)的提高、環(huán)保及安全意識的增強，人們對家庭電器用電的節(jié)能性、便捷性和安全性等要求越來越高，希望隨時隨地都能對家庭電器用電情況進行監(jiān)視和控制。因此可實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能的智能家居受到了廣泛的關(guān)注和深入的研究，并大為推廣。智能家居系統(tǒng)中要求獲取各個電器的實時電能信息和運行狀態(tài)，通過電能采集模塊可以計量每個電器的電能信息，并把電能信息傳輸?shù)酵ㄐ拍K節(jié)點，由通信模塊節(jié)點把數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C進行顯示和存儲等處理。
[0003]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的公開文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?201010165239.6，公開日:2011.11.09，名稱:面向智能電網(wǎng)的多功能電表，該技術(shù)公開一種面向智能電網(wǎng)的多功能電表，由計量模塊、電源模塊、通信模塊、顯示模塊等，具有電量計量、數(shù)據(jù)處理、實時監(jiān)測等功能。但是，該發(fā)明作為電表電路設(shè)計，體積較大，而且沒有設(shè)計與通信節(jié)點的通信功能，不適用作智能家居的電能采集模塊。
[0004]公開號為203894323U的中國實用新型專利公開的一種低功耗電能采集裝置，其公開的內(nèi)容無法實現(xiàn)其發(fā)明目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于補充現(xiàn)有技術(shù)的空缺，提供一種用于智能家居中帶獨立供電和數(shù)據(jù)傳輸功能的電能采集模塊。本發(fā)明不僅能在模塊自身上顯示所采集的電能信息，而且能把電能信息通過串口通信的方式傳輸給智能家居中的通信模塊節(jié)點，實現(xiàn)從各電器到上位機傳輸電能信息的功能。而且，本發(fā)明所述電能采集模塊及其驅(qū)動電路均由系統(tǒng)的220V?5V/3.3V供電電源部分供電，用給電器供電的220V交流電整流得到5V/3.3V直流電為芯片和電路元件供電，不用提供額外的電源，簡化電路并且節(jié)省空間，最大限度保證體積方面滿足便捷性的要求。本發(fā)明使得電能采集模塊保持體積較小的情況下穩(wěn)定可靠地工作，可滿足智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)獲取各個電器電能信息的技術(shù)要求。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]用于智能家居的電能采集模塊，包括供電電源電路、電壓電流檢測電路、電能計量電路和數(shù)據(jù)處理電路，供電電源電路為電能計量電路、數(shù)據(jù)處理電路的芯片供電，電壓電流檢測電路將被測電壓、電流轉(zhuǎn)換成芯片輸入范圍的信號作為電能計量電路中計量芯片的輸入，電能計量電路接收電壓、電流數(shù)字信號，計算功率、電壓、電流，通過串口輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理電路接收電能計量電路輸出的電能信號，作后續(xù)處理工作并通過串口輸出電能信號到通信模塊。
[0008]其中，供電電源電路為兩級電路，包括第一級電路和第二級電路，第一級電路輸入電壓為220V交流電，由電器供電電源而來，輸出電壓為5V ;第二級電路輸入電壓為第一級輸出的5V直流電壓，輸出電壓為3.3V直流電壓。
[0009]供電電源電路包括由四個二極管組成的全橋整流電路、三端穩(wěn)壓1C、穩(wěn)壓芯片，全橋整流電路正極輸出接三端穩(wěn)壓IC的Vin管腳，220V電源經(jīng)過四個二極管組成的全橋整流電路得到12V的波動的直流電壓，12V的波動的直流電壓輸入三端穩(wěn)壓1C，通過三端穩(wěn)壓IC得到穩(wěn)定的DC5V電壓，DC5V電壓作為穩(wěn)壓芯片的輸入，得到穩(wěn)定的DC3.3V電壓。
[0010]其中，電壓電流檢測電路包括電壓互感器、第一電阻、第一濾波電容、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、電流互感器、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻，第二濾波電容。
[0011]電壓互感器的輸入端連接計量進線，電壓互感器的正極端與計量進線的正極之間串聯(lián)第一電阻，電壓互感器、電流互感器的輸入正極與計量進線的正極之間串聯(lián)保險絲。
[0012]電壓互感器的輸出正極端連接第三電阻一端，第三電阻另一端與第四電阻串聯(lián)，第四電阻另一端連接電壓互感器的輸出負極，第二電阻一端連接第三電阻和電壓互感器的輸出正極的公共端，第二電阻另一端連接第一濾波電容，第五電阻一端連接第四電阻和電壓互感器的輸出負極的公共端，第五電阻的另一端連接第一濾波電容。
[0013]電流互感器的輸入正極連接計量進線，電流互感器的輸入端負極連接計量出線，電流互感器的輸出正極連接第八電阻一端，第八電阻另一端與第九電阻串聯(lián)，第九電阻另一端連接電流互感器的輸出負極，第六電阻一端連接第八電阻和電流互感器的輸出正極的公共端，第六電阻另一端連接第二濾波電容，第十電阻一端連接第九電阻和電流互感器的輸出負極的公共端，第十電阻的另一端連接第二濾波電容，第七電阻的兩端分別連接電流互感器輸出的正負極。
[0014]其中，電能計量電路包括芯片CS5463，芯片CS5463由DC5V供電，芯片CS5463的管腳AGND、DGND共地，時鐘晶振4.096MHz, CS5463芯片電壓通道引腳VIN土兩端輸入電壓信號，電流通道引腳IIN土兩端輸入電流信號，芯片CS5463計量了負載用電信息后通過通過三線串行接口(SPI)向數(shù)據(jù)處理電路進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0015]其中，數(shù)據(jù)處理電路包括芯片ATMEGA16L，芯片ATMEGA16L的VCC、AVCC管腳分別接DC5V電源，GND、AREF管腳接地，SS、M0S1、MIS0、SCK管腳分別接芯片CS5463的CS、SD1、SDO,SCLK管腳，芯片ATMEGA16L驅(qū)動440IBS共陽數(shù)碼管顯示屏顯示電能信息，并通過串口向通信模塊傳輸電能數(shù)據(jù)。
[0016]所述電流互感器的變比為2000:1。
[0017]所述第一電阻阻值為110K。
[0018]所述第二電阻、第五電阻為470 Ω。
[0019]所述三端穩(wěn)壓IC型號為LM7805。
[0020]所述穩(wěn)壓芯片型號為AMS1117。
[0021]本發(fā)明有益效果是:把交流220V電能轉(zhuǎn)換為5V/3.3V給芯片和驅(qū)動電路元件供電，最大限度地減小整個模塊的體積，符合智能家居系統(tǒng)便捷性、美觀性的要求，簡化電路并且節(jié)省空間；通過電壓電流檢測電路和電能計量電路，能獲取電器實時電能信息，保證高精度；通過數(shù)據(jù)處理電路，既能在電器節(jié)點上顯示電器實時電能信息，又能通過串口把信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄐ拍K，又通信模塊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，使得上位機收集所有電器電能信息數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明所述供電電源電路的示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明所述電壓電流檢測電路的示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明所述計量芯片CS5463的電路示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明所述芯片ATMEGA16L的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的系統(tǒng)作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0028]實施例1:
[0029]如圖1所示，本實施例所述用于智能家居的電能采集模塊，包括供電電源電路、電壓電流檢測電路、電能計量電路和數(shù)據(jù)處理電路。供電電源電路為電能計量電路、數(shù)據(jù)處理電路及驅(qū)動電路元器件提供電源，電壓電流檢測電路通過電壓互感器、電流互感器把被測電壓、電流轉(zhuǎn)換成芯片輸入范圍的信號作為電能計量電路中計量芯片的輸入，計量芯片CS5463接收電壓、電流數(shù)字信號，計算功率、電壓、電流，通過串口輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理電路的數(shù)據(jù)處理芯片ATMEGA16L接收電能測量芯片輸出的電能信號，作后續(xù)處理工作，包括驅(qū)動數(shù)碼管顯示屏顯示電能信息，通過串口輸出電能信號到通信模塊。
[0030]如圖2所示，供電電源電路分為兩級電路，包括第一級電路和第二級電路，第一級電路輸入電壓為220V交流電，由電器供電電源而來，輸出電壓為5V ;第二級電路輸入電壓為第一級輸出的5V直流電壓，輸出電壓為3.3V直流電壓，供電電源電路為電能計量電路的計量芯片、數(shù)據(jù)處理電路的數(shù)據(jù)處理芯片供電。供電電源電路包括由四個二極管組成的全橋整流電路、三端穩(wěn)壓1C、穩(wěn)壓芯片，全橋整流電路正極輸出接三端穩(wěn)壓IC的Vin管腳，市電電源AC220V經(jīng)過四個二極管組成的全橋整流電路得到12V的波動的直流電壓。直流電壓在三端穩(wěn)壓ICLM7805的輸入電壓7V?18V的范圍內(nèi)，通過三端穩(wěn)壓ICLM7805可以得到穩(wěn)定的DC5V電壓，DC5V電壓作為芯片AMSl117穩(wěn)壓芯片的輸入，即可得到穩(wěn)定的DC3.3V電壓。
[0031]如圖3所示，電壓電流檢測電路包括電壓互感器Tl、第一電阻R1、第一濾波電容Cl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、電流互感器T2、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10，第二濾波電容C2。
[0032]電壓互感器Tl的輸入端連接計量進線，電壓互感器Tl的正極端與計量進線的正極之間串聯(lián)第一電阻R1，電壓互感器Tl、電流互感器T2的輸入正極與計量進線的正極之間串聯(lián)