專利名稱：一種單相多功能電量儀表及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力測量儀表，具體地說涉及一種單相多功能電量儀表及其測量方法。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)智能化、多功能化的不斷發(fā)展，多功能電量儀表的使用也起到了至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的單相電量儀表在人機(jī)界面以及功能上存在著不足。在一些需要測量單相電壓或電流同時需要通訊、變送、DI/D0等功能的場所，傳統(tǒng)的單相電量儀表，已經(jīng)不能滿足實際的需要。而使用三相多功能電量儀表又會造成資源的浪費(fèi)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單相多功能電量儀表及其測量方法，以滿足單相顯示，同時需要通訊、變送、DI/D0等功能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是1、一種單相多功能電量儀表，所述的單相多功能電量儀表，包括微處理器、顯示電路、信號采集電路、開關(guān)量采集電路、按鍵信號采集電路、繼電器輸出電路和通訊接口電路、變送輸出電路所組成，所述的信號采集電路、 開關(guān)量采集電路和按鍵信號采集電路通過微處理器分別與顯示電路、繼電器輸出電路、通訊接口電路相連接，所述的微處理器還與變送輸出電路相連接；所述的微處理器，用于讀取到信號采集電路采集到的電量數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，電壓 /電流值通過顯示電路進(jìn)行顯示，并通過通訊接口電路與上位機(jī)相連。所述的信號采集電路由電流/電壓互感器和計量芯片所組成，電流或電壓信號經(jīng)過互感器后，變換為計量芯片可采集的信號，微處理器經(jīng)過SPI輸入輸出口讀取到計量芯片的電流、電壓值。所述的變送輸出電路由濾波電路、運(yùn)算放大電路所組成，微處理器將要采集的信號經(jīng)過PWM后從輸出的引腳輸出電壓信號，經(jīng)過濾波電路后得到直流電壓信號，信號輸入到運(yùn)算放大電路，通過運(yùn)算放大電路進(jìn)行處理后，在輸出端子上輸出直流4-20mA電流信號。所述的微處理器為單片機(jī)，型號為STC12C5624AD。一種單相多功能電量儀表的測試方法，其特征在于，所述的方法包括下列步驟；1)初始化步驟，用于對微處理器的I/O引腳功能進(jìn)行定義，定時器0、1初始化賦值，串口通訊中斷初始化，波特率初始化設(shè)置及電量芯片校驗值以及參數(shù)設(shè)置值的讀取等；2)中斷判斷步驟，用于判斷是否有中斷，若是，則進(jìn)入執(zhí)行中斷子程序步驟，若為否，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理步驟；3)數(shù)據(jù)處理步驟，用于讀計量芯片值及對讀出的值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；
4)顯示步驟，用于將實時測量的數(shù)據(jù)顯示出來；5)參數(shù)設(shè)置判斷步驟，用于判斷是否按了參數(shù)設(shè)置鍵，若是，則進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置步
馬聚ο所述的中斷子程序步驟，用于依次判斷、執(zhí)行定時器0中斷，判斷、執(zhí)行定時器1中斷，判斷、執(zhí)行串口中斷。一種單相多功能電量儀表及其測量方法，由于采用上述結(jié)構(gòu)和方法，由微處理器 STC12C5624AD和計量芯片CSM63構(gòu)成了儀表的電量測量系統(tǒng)。微處理器讀取到計量芯片采集到的電量數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，電量值由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。電量儀表可通過4個按鍵對數(shù)碼管進(jìn)行翻屏、參數(shù)設(shè)置、控制繼電器動作等操作。微處理器通過通訊接口模塊RSM485CT 與上位機(jī)相連，采用RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議。此外電量儀表還可以根據(jù)測量的電壓、 電流的大小對應(yīng)輸出4-20mA電流。該儀表采用ISP在線可編程方式，方便軟件修改與傳統(tǒng)多功能儀表相比，有較高的性價比。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；圖1為本發(fā)明一種單相多功能電量儀表電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1所示的信號采集電路結(jié)構(gòu)框圖；圖3為圖1所示的按鍵信號采集電路和繼電器輸出電路結(jié)構(gòu)框圖；圖4為圖1所示的顯示電路結(jié)構(gòu)框圖；圖5為圖1所示的通訊接口電路結(jié)構(gòu)框圖；圖6為圖1所示的變送輸出電路結(jié)構(gòu)框圖；圖7為本發(fā)明主程序流程圖；圖8為圖7所示的初始化流程圖；圖9為圖7所示的中斷子程序流程圖；在圖1-圖6中，1、信號采集電路；3、顯示電路；4、變送輸出電路；5、微處理器；6、 通訊接口電路；7、開關(guān)量采集電路；8、按鍵信號采集電路；9、繼電器輸出電路。
具體實施例方式如圖1所示，圖1為本發(fā)明電量儀表的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖；主要是由微處理器 STC12C5624AD、電量的采集及處理、按鍵以及開關(guān)量信號的采集、顯示系統(tǒng)、RS485通訊、變送輸出以及繼電器輸出等部分組成。單相多功能電量儀表，所述的單相多功能電量儀表，包括與各電路電源輸入端相連接的電源、微處理器5、顯示電路3、信號采集電路1、開關(guān)量采集電路7、按鍵信號采集電路8、繼電器輸出電路9和通訊接口電路6、變送輸出電路4所組成，所述的信號采集電路1、 開關(guān)量采集電路7和按鍵信號采集電路8通過微處理器5分別與顯示電路3、繼電器輸出電路9、通訊接口電路3相連接，所述的微處理器5還與變送輸出電路4相連接。如圖2所示，圖2為信號采集電路結(jié)構(gòu)框圖；電流或電壓信號經(jīng)過互感器后，變換為計量芯片可采集的信號。即可實現(xiàn)計量芯片的計量功能。微處理器5經(jīng)過SPI輸入輸出口，可對計量芯片進(jìn)行控制。可讀取到計量芯片的電流、電壓等值，也可執(zhí)行校準(zhǔn)等一些命令。參見圖3，圖3為按鍵信號采集電路和輸出電路結(jié)構(gòu)框圖；儀表開關(guān)量采集電路7 中共有4路開關(guān)量輸入，繼電器輸出電路9中設(shè)有2路繼電器輸出。輸入的開關(guān)量信號先經(jīng)過光電耦合電路的處理，此時微處理器5經(jīng)過掃描其I/O 口，即可獲得其開關(guān)量的信號。 開關(guān)量的狀態(tài)可通過數(shù)碼管進(jìn)行直觀顯示。采用光電耦合電路可增強(qiáng)抗干擾能力，消除外界可能引入的強(qiáng)電信號的干擾。參見圖4，圖4顯示電路結(jié)構(gòu)框圖；人機(jī)界面的設(shè)計包含鍵盤和顯示設(shè)計兩個方面。按鍵信號采集電路8中鍵盤可以對顯示的數(shù)碼管進(jìn)行翻屏，對儀表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、校驗、遙控等操作，是人機(jī)交互的橋梁。LED顯示電路也是人機(jī)界面的重要組成部分，LED需要 HD7279驅(qū)動芯片來驅(qū)動。參見圖5，圖5為通訊接口電路結(jié)構(gòu)框圖；通信電路設(shè)計是完成多功能表與主機(jī)以及與操作者之間的信息傳遞的部分，微處理器5通過通訊接口模塊RSM485CHT與上位機(jī)相連，網(wǎng)絡(luò)通訊采用RS485電平，MODBUS協(xié)議。參見圖6，圖6為變送輸出電路結(jié)構(gòu)框圖；系統(tǒng)可以根據(jù)測量電壓、電流的大小相對應(yīng)的輸出4-20mA電流。微處理器5經(jīng)過PWM后從輸出引腳輸出電壓。經(jīng)過濾波電路后可得到直流電壓，信號輸入到運(yùn)放LM224，經(jīng)過運(yùn)放的放大等處理，可以得到穩(wěn)定輸出的 4-20mA 電流。如圖7所示，圖7為本發(fā)明單相多功能電量儀表的測量方法主程序流程圖；步驟11為開始動作，步驟12為初始化動作，即微處理器輸入輸出口的定義、計量芯片、中斷寄存器、全局變量、定時器0、定時器1、串口通訊中斷、波特率設(shè)置等進(jìn)行初始化。在步驟13中判斷是否有中斷，若是，則進(jìn)入步驟14執(zhí)行中斷子程序，若為否或執(zhí)行完步驟13進(jìn)入步驟15讀計量芯片值及對讀出的值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在步驟16中將讀出的實時測量的數(shù)值顯示出來，同時在步驟17中判斷是否按了參數(shù)設(shè)置鍵，若是，則進(jìn)入18中的參數(shù)設(shè)置及參數(shù)存儲，若否，則返回13循環(huán)執(zhí)行此系統(tǒng)程序。如圖8所示，圖8為初始化流程圖；步驟21為開始動作，在步驟22中首先對微處理器的I/O各引腳進(jìn)行定義，在步驟23中對定時器0、1的功能進(jìn)行定義并且賦初值，在步驟M中對計量芯片CS5463，以及數(shù)碼管驅(qū)動芯片進(jìn)行初始化。在步驟25中對串口通訊進(jìn)行設(shè)置，同時定義通訊波特率。在步驟沈中從EEPROM 中讀取計量芯片的校驗值，以及參數(shù)設(shè)置值等，同時將這些值存放到對應(yīng)的寄存器中。在步驟27中設(shè)置中斷的優(yōu)先級及開中斷，最后進(jìn)入步驟觀返回主程序。如圖9所示，圖9為中斷子程序流程圖；步驟31為開始動作，在步驟32中判斷是否為定時器0中斷，若是，則進(jìn)入步驟33，執(zhí)行定時器0中斷。若否，進(jìn)入步驟34判斷是否為定時器1中斷，若是，則進(jìn)入步驟35，執(zhí)行定時器1中斷。若否，則進(jìn)入步驟36判斷是否為串口中斷，若是，則進(jìn)入步驟37，執(zhí)行串口中斷，進(jìn)入通訊程序，否則返回主程序步驟38。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單相多功能電量儀表，其特征在于，所述的單相多功能電量儀表，包括微處理器 (5)、顯示電路(3)、信號采集電路⑴、開關(guān)量采集電路(7)、按鍵信號采集電路⑶、繼電器輸出電路⑶)和通訊接口電路(6)、變送輸出電路(4)所組成，所述的信號采集電路(1)、開關(guān)量采集電路(7)和按鍵信號采集電路(8)通過微處理器( 分別與顯示電路(3)、輸出電路(9)、通訊接口電路C3)相連接，所述的微處理器( 還與變送輸出電路(4)相連接；所述的微處理器(5)，用于讀取到信號采集電路(1)采集到的電量數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后， 電壓/電流值通過顯示電路C3)進(jìn)行顯示，并通過通訊接口電路與上位機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相多功能電量儀表，其特征在于，所述的信號采集電路(1) 由電流/電壓互感器和計量芯片所組成，電流或電壓信號經(jīng)過互感器后，變換為計量芯片 (2)可采集的信號，微處理器經(jīng)過SPI輸入輸出口讀取到計量芯片的電流、電壓值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相多功能電量儀表，其特征在于，所述的變送輸出電路(4) 由濾波電路、運(yùn)算放大電路所組成，微處理器( 將要采集的信號經(jīng)過PWM后從輸出的引腳輸出電壓信號，經(jīng)過濾波電路后得到直流電壓信號，信號輸入到運(yùn)算放大電路，通過運(yùn)算放大電路輸出端輸出直流4-20mA電流信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單相多功能電量儀表，其特征在于，所述的微處理器 (5)為單片機(jī)，型號為STC12C5624AD。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的單相多功能電量儀表的測試方法，其特征在于，所述的方法包括下列步驟；1)初始化步驟，用于對微處理器(5)的I/O引腳功能進(jìn)行定義，定時器0、1初始化賦值，串口通訊中斷初始化，波特率初始化設(shè)置及電量芯片校驗值以及參數(shù)設(shè)置值的讀取等；2)中斷判斷步驟，用于判斷是否有中斷，若是，則進(jìn)入執(zhí)行中斷子程序步驟，若為否，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理步驟；3)數(shù)據(jù)處理步驟，用于讀計量芯片值及對讀出的值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；4)顯示步驟，用于將實時測量的數(shù)據(jù)顯示出來；5)參數(shù)設(shè)置判斷步驟，用于判斷是否按了參數(shù)設(shè)置鍵，若是，則進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單相多功能電量儀表的測量方法，其特征在于，所述的中斷子程序步驟，用于依次判斷、執(zhí)行定時器0中斷，判斷、執(zhí)行定時器1中斷，判斷、執(zhí)行串口中斷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單相多功能電量儀表及其測量方法，所述的單相多功能電量儀表，包括微處理器、顯示電路、信號采集電路、開關(guān)量采集電路、按鍵信號采集電路、繼電器輸出電路和通訊接口電路、變送輸出電路所組成，所述的信號采集電路、開關(guān)量采集電路和按鍵信號采集電路通過微處理器分別與顯示電路、輸出電路、通訊接口電路相連接，所述的微處理器還與變送輸出電路相連接；微處理器通過通訊接口電路與上位機(jī)相連，采用RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議。此外電量儀表還可以根據(jù)測量的電壓、電流的大小對應(yīng)輸出4-20mA電流。該儀表采用ISP在線可編程方式，方便軟件修改與傳統(tǒng)多功能儀表相比，有較高的性價比。
文檔編號G01R22/06GK102426291SQ20111030080
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者劉建, 孫傳峰, 束龍勝, 汪桂林, 洪晨義, 秦小州, 蔣麗麗, 錢田義, 陳堅偉 申請人:安徽鑫龍電器股份有限公司