專利名稱：帶有多功能電能測量模塊的電源插座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種電源插座。
背景技術(shù)：
目前，市售電源插座的功能是經(jīng)匹配的電源插頭向用電設(shè)備提供電能，當(dāng)然，有些電源插座為方便用戶取電或了解插接在該插座上的用電設(shè)備用電的相關(guān)信息，還附設(shè)了相應(yīng)的電壓表、電流表或帶電指示燈等。但是，如果用戶要想再進一步了解用電設(shè)備總耗電量、總用電時間、當(dāng)前輸出功率、總電費等等信息，目前的電源插座就無能為力了，使消費者感覺不便。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有電源插座不能進一步提供總耗電量、總用電時間、當(dāng)前輸出功率、總電費等等信息，使消費者取電不便的不足，本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)新型的帶有多功能電能測量模塊的電源插座，這種電源插座可以測量插接在該插座上的用電設(shè)備的實際功率并計算出對應(yīng)的電費消耗，使消費者能非常直觀地了解到這些用電設(shè)備的總耗電量、當(dāng)前輸出功率、總電費等等信息。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這種帶有多功能電能測量模塊的電源插座，其結(jié)構(gòu)要點是它由系統(tǒng)供電模塊、電壓采樣和調(diào)理模塊、電流采樣和調(diào)理模塊、晶振電路、液晶顯示器及其驅(qū)動器、微控制器及其控制鍵盤電連接而成。應(yīng)用時，系統(tǒng)供電模塊接在工頻電網(wǎng)中，給整個測量模塊供電；電壓采樣和調(diào)理模塊把高電壓轉(zhuǎn)換為AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以采集的電壓信號；電流采樣和調(diào)理模塊把通過的負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為AD可以采集的電壓信號；微控制器通過其內(nèi)部的AD電路采樣電壓和電流并進行計算，同時還控制鍵盤和液晶顯示；用戶通過鍵盤選擇設(shè)置參數(shù)和選擇功能；液晶顯示屏向用戶提供測量和計算結(jié)果。
本實用新型的有益效果在于，這種電源插座能測量接在該電源插座上的用電設(shè)備的實際功率并計算出對應(yīng)的電費消耗，具有八種模式除時間模式外，還有當(dāng)前電壓、當(dāng)前電流、當(dāng)前輸出功率、總用電時間、總耗電量、總電費和電費費率。它以不同單元電路為基礎(chǔ)，在微控制器及其控制鍵盤的作用下，向用戶提供測量和計算結(jié)果，使消費者通過液晶顯示器能清楚地了解到用電設(shè)備的相關(guān)信息。


圖1為本實用新型一個實施例的工作原理框圖；圖2為系統(tǒng)供電模塊電路原理圖；圖3為電流和電壓采樣電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖通過實施例對本實用新型作進一步詳述。
參見圖1。這種帶有多功能電能測量模塊的插座，由系統(tǒng)供電模塊10、電壓采樣和調(diào)理模塊20、電流采樣和調(diào)理模塊30、晶振電路40、液晶顯示器(LCD)60及其驅(qū)動器70、微控制器(MCU)80及其控制鍵盤50電連接而成。應(yīng)用時，系統(tǒng)供電模塊接在工頻電網(wǎng)中，給整個測量模塊供電；電壓采樣和調(diào)理模塊把高電壓轉(zhuǎn)換為AD可以采集的電壓信號；電流采樣和調(diào)理模塊把通過的負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為AD可以采集的電壓信號；微控制器(即MCU，其型號為PIC16F876)通過其內(nèi)部的AD電路采樣電壓和電流并進行計算，同時還控制鍵盤和液晶顯示；用戶通過鍵盤選擇設(shè)置參數(shù)和選擇功能；液晶顯示屏向用戶提供測量和計算結(jié)果。根據(jù)需要在插座電路中還可設(shè)置浪涌保護裝置。
參見圖2。PWC為CBB電容，U1、U2是三端穩(wěn)壓器。在進入U1之前，通過D1和DSCH1將輸入的220V降壓到峰值為10V左右的正半波，再經(jīng)過FLTC1濾波，成為有較小紋波的直流電壓，再經(jīng)過U1穩(wěn)壓到+5V；在進入U2之前，通過D2和DSCH2將輸入的220V降壓到峰值為10V左右的負(fù)半波，再經(jīng)過FLTC2濾波，成為有較小紋波的直流電壓，再經(jīng)過U2穩(wěn)壓到-5V；D3、D4、D5和BT為備用電源及其切換電路。+BAK處為測量系統(tǒng)電源輸入端。
參見圖3。R1、R2和D8組成了電壓采樣模塊，220V交流電壓經(jīng)過R1、R2分壓，再經(jīng)過D8嵌位后，VIN端的電壓在峰值為3.2V左右的正半波，可以直接送入微控制器MCU的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行采樣。
電流采樣模塊中，RI為康銅絲也可采用錳銅絲，應(yīng)串接在負(fù)載電路中，這樣，通過負(fù)載的電流在通過RI時，將產(chǎn)生壓降，經(jīng)過由0P07H和其外圍的元件組成的半波放大電路，輸出的電壓為正半波，從IIN端輸入MCU的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行采樣。
圖3中所示的電壓采樣電路的輸入端ACIN就是負(fù)載上加的電壓，通過分壓電阻輸入到AD(VIN)采樣電阻RI串聯(lián)在負(fù)載電路中，負(fù)載上的電流也流過RI，產(chǎn)生壓降，經(jīng)過放大電路后輸入AD。這樣PIC16F876通過AD就可以采到負(fù)載的電壓和電流，再經(jīng)過計算可以得到其它參數(shù)，控制LCD控制器，將數(shù)據(jù)顯示到LCD上。
系統(tǒng)晶振(四腳)的輸出接PIC16F876的OSI腳，時鐘晶振(兩腳)的兩腳分別接T10SI和T10S0，上電后就會振蕩，也就是開始工作。
PIC16F876通過四根線連接LCD控制器，LCD控制器通過4根COM和12根SEG線連接液晶顯示器，并通過軟件控制其工作。
單片機采樣獲得電壓和電流的數(shù)據(jù)后，使用離散化的有效值計算公式，計算出電壓和電流的有效值，電流電壓的有效值與瞬時值的關(guān)系為U=1T∫0Tu2dt,I=1T∫0Ti2dt]]>為適合微處理的數(shù)字運算，將以上公式離散化。在一個周期T內(nèi)，等間隔采樣N點，可以得到U≈1NΣj=0N-1uj2,I≈1NΣj=0N-1ij2]]>這里，N為一個周期內(nèi)的AD采樣次數(shù)由下式?jīng)Q定N＝T/(一次采樣時間)PIC16F876的片內(nèi)AD每周期可以采樣400次，同時對電壓電流兩通道采樣時，每通道可以采樣200次。
用戶的輸入和數(shù)據(jù)的顯示也是由MCU控制的。
連接在電源插座上的測量模塊(或稱計量儀器)在出廠前需要進行電壓和電流的標(biāo)定。具體標(biāo)定時特別應(yīng)注意調(diào)整供電電源到精確的220V(該電壓的精確度將影響將來測量電壓的精確度)；調(diào)整待測量的負(fù)載到精確的2200kWh(該電壓的將精確度影響將來測量電壓的精確度)；確保電池上方的的短路環(huán)應(yīng)處于短路狀態(tài)。
利用此儀器，可以測量連接到多孔插座上的電器的電壓、功率和電費。為了計算電費，必須輸入當(dāng)?shù)氐碾娰M。本儀器可以根據(jù)一天中兩個不同時段的兩種費率來計費。第一種是普通費率，第二種是經(jīng)濟費率。電器在正常時間段使用，電費按正常費率計算在另一時間段使用，按第二種費率計算。
權(quán)利要求1.一種帶有多功能電能測量模塊的電源插座，其特征是它由系統(tǒng)供電模塊電路(10)、電壓采樣和調(diào)理模塊電路(20)、電流采樣和調(diào)理模塊電路(30)、晶振電路40、液晶顯示器(60)及其驅(qū)動器(70)、微控制器(80)及其控制鍵盤(50)電連接而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有多功能電能測量模塊的電源插座，其特征是該插座中還設(shè)置了浪涌保護裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有多功能電能測量模塊的電源插座，其特征是在整個電路中由錳銅絲RI、分壓電阻R1、R2來獲得取樣信號。
專利摘要帶有多功能電能測量模塊的插座，它由系統(tǒng)供電模塊、電壓采樣和調(diào)理模塊、電流采樣和調(diào)理模塊、液晶顯示屏、單片機及其控制鍵盤與插座電連接而成。系統(tǒng)供電模塊接在工頻電網(wǎng)中，給整個測量模塊供電；電壓采樣和調(diào)理模塊把高電壓轉(zhuǎn)換為AD可以采集的電壓信號；電流采樣和調(diào)理模塊把通過的負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為AD可以采集的電壓信號；單片機通過其內(nèi)部的AD電路采樣電壓和電流并進行計算，同時還控制鍵盤和液晶顯示；用戶通過鍵盤選擇設(shè)置參數(shù)和選擇功能。該插座能測量接在其上的用電設(shè)備的實際功率并計算對應(yīng)的電費消耗，它以不同單元電路為基礎(chǔ)，在單片機及其控制鍵盤的作用下，向用戶提供測量和計算結(jié)果，使消費者通過液晶顯示屏能清楚地了解到相關(guān)信息。
文檔編號H01R13/66GK2543242SQ0221734
公開日2003年4月2日 申請日期2002年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月13日
發(fā)明者唐厚君 申請人:寧波凱峰電器有限公司