專利名稱：數(shù)字多功能電力儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工頻交流電參數(shù)測(cè)量控制指示儀表，特別是涉及一種工業(yè)用安裝式數(shù)字智能電力測(cè)控指示儀表。
背景技術(shù)：
目前，許多電力設(shè)備、電氣元件和技術(shù)發(fā)展較慢，許多產(chǎn)品還與二、三十年前的產(chǎn)品無多大差異，特別是電力參數(shù)儀表，還一直保留電磁感應(yīng)原理磁鐵、線圈和指針的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于電磁式指針儀表精度低(2.0級(jí))、性能差，要想進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制，這種傳統(tǒng)儀表已經(jīng)不能滿足當(dāng)今電力事業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需要和電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能的要求，如對(duì)電力控制和調(diào)度系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)(變電站的數(shù)據(jù)和安全監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng))等。此方面的專利申請(qǐng)也較少，是一個(gè)亟待研發(fā)的領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高精度、真有效值測(cè)量、RS485聯(lián)網(wǎng)通訊、寬量程輸入、抗強(qiáng)電磁干擾能力及具有智能校準(zhǔn)功能的數(shù)字多功能電力儀表。
本實(shí)用新型所述的數(shù)字多功能電力儀表主要由開關(guān)電源、信號(hào)輸入電路、模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、顯示按鍵電路、RS485通訊接口、變送輸出電路、I/O輸入輸出電路和殼體構(gòu)成，開關(guān)電源與各部分電路呈電氣連接，信號(hào)輸入電路與模擬信號(hào)處理電路呈電氣連接，模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路之間兩兩連接，顯示按鍵電路、RS485通訊接口、變送輸出電路、I/O輸入輸出電路分別與單片機(jī)呈電氣連接，上述各部分電路均裝于殼體中，其中開關(guān)電源、信號(hào)輸入電路與模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、顯示按鍵電路由屏蔽板隔開。
單相或三相交流電壓、電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)輸入電路取樣整形后，送到模擬信號(hào)處理電路進(jìn)行高速采樣、A/D轉(zhuǎn)換和運(yùn)算，并由單片機(jī)來讀取測(cè)量電量的運(yùn)算結(jié)果，進(jìn)行二次處理后，送顯示鍵盤電路顯示測(cè)量值，控制I/O輸入輸出電路、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、RS485通訊接口、變送輸出電路等，以完成數(shù)字多功能電力儀表的遙測(cè)、遙信、遙控、顯示、報(bào)警、變送輸出、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和RS485通訊等各電壓項(xiàng)功能；開關(guān)電源給各部分電路提供充裕、穩(wěn)定的電壓。
三相電壓信號(hào)分別由A、B、C三路精密電阻串聯(lián)(5個(gè)電阻)分壓電路取樣，三相電流信號(hào)分別由A、B、C三路精密電流互感器變換，經(jīng)精密電阻取樣。
A、B、C三相電壓和電流取樣信號(hào)分別經(jīng)三片單相電能芯片CS5460A進(jìn)行高速采樣、A/D轉(zhuǎn)換和運(yùn)算處理，保存電壓、電流、電能等有效值，送單片機(jī)作進(jìn)一步處理。
單片機(jī)為W78E516、W78E52、SST89C58、IS89C58等MCS51系列單片機(jī)。
監(jiān)控存儲(chǔ)電路由集成電路IMP813L和鐵電存儲(chǔ)器FM25040構(gòu)成，完成單片機(jī)的上電復(fù)位、看門狗和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。
顯示鍵盤電路由3排6位LED數(shù)碼管、集成電路74AC573、三極管、二極管、電阻、按鍵等連接構(gòu)成。
RS485通訊接口電路由集成電路75LBC184、光藕、二極管、電阻、電容等連接構(gòu)成。
變送輸出電路由集成電路AD421、74HC14、光藕、二極管、電阻、電容等連接構(gòu)成。
I/O輸入輸出電路由繼電器、光藕、二極管、電阻、電容等連接構(gòu)成。
本實(shí)用新型所述電力儀表精度高，電壓、電流為0.2級(jí)，功率、電能為0.5級(jí)，真有效值測(cè)量，RS485聯(lián)網(wǎng)通訊(MODBUS協(xié)議)，量程輸入寬，電壓0-500VAC，電流0-6A，可編程設(shè)定，智能校準(zhǔn)。它徹底克服了機(jī)械表的缺陷，具有高精度、高可靠、抗強(qiáng)電磁干擾能力以及多功能遙測(cè)、遙信、遙控、智能校準(zhǔn)等特點(diǎn)?？捎糜跍y(cè)量單相或三相工頻交流電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能等交流電參數(shù)，可直接替代傳統(tǒng)電磁式指針儀表和數(shù)字面板表。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，但不限于附圖所示。
圖1為本實(shí)用新型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例中開關(guān)電源、信號(hào)輸入電路原理圖。
圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例中模擬信號(hào)處理、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路原理圖。
圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例中顯示按鍵電路原理圖。
圖5為本實(shí)用新型的實(shí)施例中RS485通訊接口電路原理圖。
圖6為本實(shí)用新型的實(shí)施例中變送輸出電路原理圖。
圖7為本實(shí)用新型的實(shí)施例中I/O輸入輸出電路原理圖。
圖8為本實(shí)用新型的原理方框圖。
圖1中1-儀表面板；2-儀表前面框；3-電源板；4-儀表后外殼；5-主板；6-功能輸出板；7-屏蔽板；8-顯示板。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，各部分電路裝于殼體中，殼體由儀表前面框2和儀表后外殼4卡裝而成，儀表面板1粘貼在儀表前面框2上，開關(guān)電源、信號(hào)輸入電路與模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、顯示按鍵電路由屏蔽板7隔開。開關(guān)電源及信號(hào)輸入電路中的電壓信號(hào)部分布置在電源板3上；信號(hào)輸入電路中的電流信號(hào)部分、模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路布置在主板5上；顯示按鍵電路布置在顯示板8上；RS485通訊接口、變送輸出電路、I/O輸入輸出電路分別布置在功能輸出板6上。
如圖2所示，電壓信號(hào)部分A相電壓電路由精密電阻R101、R102、R103、R104和精密電阻R105、二極管D103、D104分壓組成；B相電壓電路由精密電阻R106、R107、R108、R109和精密電阻R110、二極管D107、D108分壓組成；C相電壓電路由精密電阻R111、R112、R113、R114和精密電阻R115、二極管D111、D112分壓組成。
電流信號(hào)部分A相電流電路由電流互感器CT101、精密電阻R116、二極管D101、D102組成，B相電流電路由電流互感器CT102、精密電阻R117、二極管D105、D106組成，C相電流電路由電流互感器CT103、精密電阻R118、二極管D109、D110組成；
開關(guān)電源電路部分交流或直流220V電壓接至U101電源模塊的1、2腳，由3、4腳輸出DC+5V，經(jīng)電容CD101、CD102、CD103、C101、C102濾波后，給各部分電路供電。
如圖3所示，模擬信號(hào)處理電路部分A相電流信號(hào)經(jīng)電阻R201、電容C201聯(lián)到U201(CS5460A)16腳，A相電壓信號(hào)經(jīng)電阻R202、電容C202聯(lián)到U201(CS5460A)9腳；B相電流信號(hào)經(jīng)電阻R203、電容C203聯(lián)到U202(CS5460A)16腳，B相電壓信號(hào)經(jīng)電阻R204、電容C204聯(lián)到U202(CS5460A)9腳；C相電流信號(hào)經(jīng)電阻R205、電容C205聯(lián)到U203(CS5460A)16腳，C相電壓信號(hào)經(jīng)電阻R206、電容C206聯(lián)到U203(CS5460A)9腳；U201的1、24腳之間接晶振X202，U201的2腳與U202、U203的24腳相聯(lián)，U201的11、12腳短接后經(jīng)電容C207接地，U202的11、12腳短接后經(jīng)電容C208接地，U203的11、12腳短接后經(jīng)電容C209接地；U201、U202、U203的4、15、10、13腳同時(shí)接地，U201、U202、U203的14、17腳短接后經(jīng)電容CD201、電阻R207與電源VCC聯(lián)接，U201、U202、U203的3腳短接后經(jīng)電容C210、C211、C212濾波后與電源VCC聯(lián)接；U201、U202、U203的23腳短接后與U204的7腳、U205的5腳聯(lián)接，U201、U202、U203的5腳短接后與U204的9腳、U205的6腳聯(lián)接，U201、U202、U203的6腳短接后與U204的8腳、U205的2腳聯(lián)接，U201、U202、U203的19腳短接后與R208、C215聯(lián)接U201的7腳與U204的5腳聯(lián)接，U202的7腳與U204的3腳聯(lián)接，U203的7腳與U204的2腳聯(lián)接。
單片機(jī)電路部分U204的44、35腳短接后接電源VCC，22腳接地，4腳與U205的1腳、U206的6腳聯(lián)接，22、24腳之間接晶振X201、電容C213、C214；U204的43與J201的1腳、R209相聯(lián)；U204的42、41、40、39、38、37、36腳分別與J201的10、11、12、13、14、15、16腳和R210、R211、R212、R213、R214、R215、R216聯(lián)接；U204的24、25、26、27、28、29、30、31腳分別與J201的2、3、4、5、6、7、8、9腳和R217、R218、R219、R220、R221、R222、R223、R224聯(lián)接；U204的16、17、18、19、6、23、34、1、12、11、13、15腳分別與J201的17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28腳聯(lián)接；
監(jiān)控存儲(chǔ)電路部分U205的3、7、8腳短接后接電源VCC，4腳接地；U206的3腳接電源VCC，3、4腳短接后接地，1、8腳短接，7腳與C215和U204的10腳相聯(lián)。
如圖4所示，顯示按鍵電路J301的1腳與四個(gè)按鍵DOWN、UP、RR、SET的公共端相聯(lián)，J301的2、3、4、5、6、7、8、9腳分別與U301、U302的2、3、4、5、6、7、8、9腳相聯(lián)，其中2腳還與D304和G310基極相聯(lián)，3腳還與D303和G309基極相聯(lián)，4腳還與D302和G308、G301的基極相聯(lián)，5腳還與D301和G307、G302的基極相聯(lián)，6腳還與G306、G303的基極相聯(lián)，7腳還與G305、G304的基極相聯(lián)J301的10腳與U301、U302的1腳相聯(lián)，J301的11腳與U301的11腳相聯(lián)，J301的12腳與U302的11腳相聯(lián)，J301的13腳與GS301的基極相聯(lián)，J301的14腳與GS302的基極相聯(lián)，J301的21腳經(jīng)LD317、R319后與電源VCC相聯(lián)，J301的22腳經(jīng)LD318、R320后與電源VCC相聯(lián)，U301的19、18、17、16、15、14、13、12腳分別經(jīng)電阻R301、R302、R303、R304、R305、R306、R307、R308與LED1、LED3、LED4的A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、P1腳相聯(lián)，U302的19、18、17、16、15、14、13、12腳分別經(jīng)電阻R309、R310、R311、R312、R313、R314、R315、R316與LED2、LED308、LED5、LED6的A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、P1腳相聯(lián)。
如圖5所示，RS485通訊接口電路J201的26腳與R401和U401的6腳相聯(lián)，U401的7、8腳短接與R401、VCC相聯(lián)，U401的5腳接地，2腳經(jīng)R404與+5V相聯(lián)，3腳與U404的1腳相聯(lián)J201的28腳與U402的2腳相聯(lián)，U402的1腳經(jīng)R402與VCC相聯(lián)，4腳接+5V，3腳接R405和U404的2、3腳J201的27腳接U403的3腳，U403的2腳經(jīng)R403與VCC相聯(lián)，U403的7、8腳短接與R406、+5V、C402相聯(lián)，U403的5腳接地，6腳與R406和U404的4腳相聯(lián)；U404的8腳接+5V和C401，6腳與R407、R408、R410相聯(lián)，7腳與R409、R408、R411相聯(lián)，電源VCC接U405的1、2腳，U405的3、4腳接CD401。
如圖7所示，變送輸出電路J201的21腳與U601的2腳相聯(lián)，U601的1腳接RA601的10腳，U601的4腳與C601、R601相聯(lián)，并經(jīng)U610C和U610D后接U613的5腳J201的22腳與U604的2腳相聯(lián)，U604的1腳接RA601的7腳，U604的4腳與C604、R604相聯(lián)，并經(jīng)U611C和U611D后接U614的5腳；J201的23腳與U607的2腳相聯(lián)，U607的1腳接RA601的4腳，U607的4腳與C607、R607相聯(lián)，并經(jīng)U612C和U612D后接U615的5腳；J201的24腳與U603、U606、U609的2腳相聯(lián)，U603、U606、U609的1腳分別接RA601的8、5、3腳，U603的4腳與C603、R603相聯(lián)，并經(jīng)U610A和U610B后接U613的7腳，U606的4腳與C606、R606相聯(lián)，并經(jīng)U611A和U611B后接U614的7腳；U609的4腳與C609、R609相聯(lián)，并經(jīng)U612A和U612B后接U615的7腳；J201的25腳與U602、U605、U608的2腳相聯(lián)，U602、U605、U608的1腳分別接RA601的9、6、4腳，U602的4腳與C602、R602相聯(lián)，并經(jīng)U610F和U610E后接U613的6腳，U605的4腳與C605、R605相聯(lián)，并經(jīng)U611F和U611E后接U614的6腳；U608的4腳與C608、R608相聯(lián)，并經(jīng)U612F和U612E后接U615的6腳；U601、U602、U603的3腳短接后接CB601、CB602、U613的4、9腳和C611、C612、C613、C622；U604、U605、U606的3腳短接后接CB603、CB604、U614的4、9腳和C615、C616、C617、C623；U607、U608、U609的3腳短接后接CB605、CB606、U615的4、9腳和C619、C620、C621、C624；U613的8腳接C625，經(jīng)R616后接OUTA+，U613的16腳接T602基極、T601；U614的8腳接C626，經(jīng)R617后接OUTB+，U614的16腳接T604基極、T603；U615的8腳接C627，經(jīng)R618后接OUTC+，U615的16腳接T606基極、T605。如圖7所示，I/O輸入輸出電路J201的17腳與R501和U501的4腳相聯(lián)，U501的3腳接地，1腳經(jīng)R503接+5V電源，2腳經(jīng)D501接IN1；J201的18腳與R502和U502的4腳相聯(lián)，U502的3腳接地，1腳經(jīng)R504接+5V電源，2腳經(jīng)D502接IN2；J201的19腳經(jīng)R505與V501的基極相聯(lián)，V501的集電極與R507、D503、K501線包相聯(lián)，K501的觸點(diǎn)接Q1和COM；J201的20腳經(jīng)R506與V502的基極相聯(lián)，V502的集電極與R508、D504、K502線包相聯(lián)，K502的觸點(diǎn)接Q2和COM；電源VCC接U503的1、2腳，U503的3、4腳接CB501和C501。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于主要由開關(guān)電源、信號(hào)輸入電路、模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、顯示按鍵電路、RS485通訊接口、變送輸出電路、I/O輸入輸出電路和殼體構(gòu)成，開關(guān)電源與各部分電路呈電氣連接，信號(hào)輸入電路與模擬信號(hào)處理電路呈電氣連接，模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路之間兩兩連接，顯示按鍵電路、RS485通訊接口、變送輸出電路、I/O輸入輸出電路分別與單片機(jī)呈電氣連接，上述各部分電路均裝于殼體中，其中開關(guān)電源、信號(hào)輸入電路與模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、顯示按鍵電路由屏蔽板(7)隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于信號(hào)輸入電路由電壓信號(hào)和電流信號(hào)兩部分構(gòu)成，電壓信號(hào)部分分別由A、B、C三路精密電阻串聯(lián)分壓取樣電路構(gòu)成，電流信號(hào)部分分別由A、B、C三路精密電流互感器變換、精密電阻取樣電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于模擬信號(hào)處理電路由三片單相電能芯片CS5460A及外圍電阻、電容、晶振連接構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于所述的單片機(jī)為W78E516、W78E52、SST89C58或IS89C58。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于監(jiān)控存儲(chǔ)電路由集成電路IMP813L和鐵電存儲(chǔ)器FM25040連接構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于顯示鍵盤電路由3排6位LED數(shù)碼管、集成電路74AC573、三極管、二極管、電阻和按鍵連接構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于RS485通訊接口電路由集成電路75LBC184、光藕、二極管以及外圍電阻、電容連接構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于變送輸出電路由集成電路AD421、74HC14、光藕、二極管以及外圍電阻、電容連接構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字多功能電力儀表，其特征在于I/O輸入輸出電路由繼電器、光藕、二極管以及外圍電阻、電容經(jīng)電氣連接構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種工頻交流電參數(shù)測(cè)量控制指示儀表，主要由開關(guān)電源、信號(hào)輸入電路、模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、顯示按鍵電路、RS485通訊接口、變送輸出電路、I/O輸入輸出電路和殼體構(gòu)成，開關(guān)電源與各部分電路呈電氣連接，信號(hào)輸入電路與模擬信號(hào)處理電路呈電氣連接，模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路之間兩兩連接，顯示按鍵電路、RS485通訊接口、變送輸出電路、I/O輸入輸出電路分別與單片機(jī)呈電氣連接，上述各部分電路均裝于殼體中，其中開關(guān)電源、信號(hào)輸入電路與模擬信號(hào)處理電路、單片機(jī)、監(jiān)控存儲(chǔ)電路、顯示按鍵電路由屏蔽板隔開。本裝置具有高精度、抗強(qiáng)電磁干擾能力以及多功能遙測(cè)、遙信、遙控、智能校準(zhǔn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R15/00GK2768104SQ20052002224
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者劉文燦 申請(qǐng)人:劉文燦