专利名称：多功能电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种计量电子仪表，具体说涉及一种电能表。
背景技术：
随着我国经济的飞速发展，各行各业对电的需求越来越大，不同时间用电量 不均衡的现象也日益严重。为缓解我国日趋尖锐的电力供需矛盾，调节负荷曲线， 改善用电量不均衡的现象，全面实行峰、平、谷分时电价制度，"削峰填谷"，提 高全国的用电效率，合理利用电力资源，国内部分省市的电力部门已开始逐步推
出了多费率多功能电能表，对用户的用电量分时计费。这种电能表采用1.0级感 应系电能表机芯为基�。捎煤焱夤獾绫浠黄鳎龀迨涑龊椭醒氪砥�(MCU)， 单片机电路，使用附带的键盘编程或者红外无线键盘来进行各种需求量、时钟、 时段的设定，可保护本月最大需求量、上月最大需求量和本月尖、峰、平、谷最 大需求量显示及存储。带有脉冲输出及RS-232串行通信口，便于数据远程传送 与监控。仪表性能比较精密可靠，功能可满足我国现阶段分时计费需求，生产工 艺比较成熟，是目前国内应用最为广泛的一代产品。
但是美中不足的是很多生产厂家自行开发专用集成单片机，存储器和IO 口 资源有限，对于扩展更多功能或实现点阵汉字显示非常不便。且这些芯片多为8 位单片机，影响程序执行速度和效率。还有一些电能表使用了单独的电能计量芯 片，虽然克服了上述一些问题，却造成了硬件集成度不高，外围电路复杂，能耗 大，同时也增加了生产的成本。 发明内容
针对现有电能表存在的缺陷，本实用新型提供一种外围电路少，硬件集成度 高、能耗低、功能多、成本低、使用方便的电能表。
解决上述技术问题所采取的具体技术措施是 一种多功能电能表，其特征
在于由Microchip dsPIC30F6014A单片机、电源电路、外部时钟电路、LCD 汉字显示器及键盘、测量回路、通讯接口构成电源电路交流电源联接电源�？椋玫�12V的直流电压， 一组输出端联
接液晶显示器电源输入端，另一组输出端联接MC7805， MC7805输出端联接单 片机电源输入端；
时钟电路:MCU的I2C�？橐允軸DA和时钟SCL两线方式与PCF8563 进行数据交换，PCF8563的振荡器接口连接32.768K晶振，法拉电容和系统电 源连接时钟芯片；
显示及键盘电路汉字显示器与单片机相连接，键盘设置"返回"、"修 改"、"确认"、"査询"键；
测量回路电网中的交流电压、电流连接互感器信号输入端，互感器信号输 出端连接TLC2264四路运算放大器的其中两路输入端，放大电路输出端连接单 片机的2路AD输入接口 AN3,AN4， AGND直接联结AN2;放大器的方波信号 输出端连接单片机的RD8引脚；
通讯接口单片机上具有两路UART�？椋焱庀吣？槭淙肓覯CU的 U1TX1，输出接U1RX1; RS485接口输入联接MCU的U2TX,输出接U2RX。
MCU的工作流程为，初始化MicrochipdsPIC30F6014A，包括对所用到的按 键外部中断、定时器中断、输入捕捉中断、串口中断、ADC中断等常用中断和I2C、 UART等所用�？榈某跏蓟６脸鯩CU中保存的电能表测量参数、通讯参数、电 能脉冲参数、费率设置参数、电能、需量和事件的记录等。设置好看门狗定时器， 以防止程序跑飞或电能表死机。进入程序循环后，根据设置的各个显示页面的内 容，通过外部中断按键进行调用，使得点阵液晶屏上显示所有所需的字符和汉字。 中断扫描通讯接口，当接受到正确的数据帧后，返回电量数值或修改电能表参数。 按所得采样周期采样并完成AD转换，经64点快速傅立叶变换，再经软件滤波得 到电压、电流和频率，并以此计算功率、功率因数和有功、无功电能，电能每隔 1秒保存到MCU的EEPROM中。根据所测有功、无功功率得到每单位时间的有 功、无功电能脉冲数，通过MCU的定时器和脉冲管脚输出电能脉冲。循环通过I2C �？槎寥⊥獠渴敝拥玫降鼻笆奔洌胨璧氖奔涠谓斜冉希贸绦蚍治龅玫降� 前费率和当前月份，把电能准确合理的归入各时段、各月份电能的记录中。然后 根据所设需量周期和滑差判断电能最大需量并保存，同时对停电、来电、清空电能、修改电能表参数等事件进行记录，将相关的时间、电能、次数等参数保存到
MCU的非易失性数据存储区中。定时监测所设的起始日是否到达，如果到达将 清空本月数据，修改其它月份的数据。另外程序提供了良好的人机键盘参数编程 页面。当通过按键密码检验后，电能表进入参数编程设置界面，可以对电能表的 地址、通讯方式、显示模式、测量参数、当前时间、分费率时间段及其费率、电 量结算日、需量参数、电能起始数值等参数分别进行编辑，退出时可以把修改的 参数保存到MCU中。另外此电能表还可以通过密码进入设置起始电能、校准电 表、清空电能及需量等界面。编程功能方便且强大。
本实用新型的有益效果:本实用新型提供了一种用Microchip dspic30F6014A 芯片以及少量外围电路，即可实现电量测量、电能记录、需量统计、费率设置、 事件管理、键盘操作和LCD汉字显示的新型多功能复费率单相电能表。且由于 设计采用了点阵汉字液晶显示器，使得操作人员能够更简单、更直观的实现人机 对话，避免了由于设置操作失误所造成的不必要的损失。
本实用新型具有电路简单、功能全面、操作直观、计量精确、成本低廉等 特点。采用Microchip dsPIC30F6014A的电能表大大节省了功耗，并提高了程 序的执行效率。传统的电能表只具备一些基本的计量功能，而现在使用了该款芯 片，使得电能表的功能非常全面，必然更加有利于电力部门合理高效地实现电力 能源的合理分析与配置。
图l是本实用新型的结构框图。 图2是图1中电源电路图。 图3是图1中电压、电流采样电路图。
具体实施方式
一种单芯片多功能电能表是由Microchip dsPIC30F6014A单片机、电源电 路、外部时钟电路、LCD汉字显示器及键盘、测量回路、通讯接口、脉冲输出 接口构成，如图1所示。
MicrochipdsPIC30F CPU�？椴捎酶咝阅艿�16位(数据)改良的哈佛架 构，并带有增强型指令集包含对DSP的有力支持。CPU拥有24位指令字，指令字带有长度可变的操作码字段。程序计数器(PC)为24位宽，可以寻址高 达4MX24位的用户程序存储器空间。DSP引擎具备一个高速17位X17位乘 法器、 一个40^ALU、两个40位饱和累加器和一个40位双向桶形移位寄存器。 MicrochipdsPIC30F系列单片机集成了采样、按键、LCD驱动、双通讯、非易失 性数据存储等模块，高达30MIP的工作速度，灵活的看门狗定时器，超大容量的 数据存储空间，使得基于此芯片研发的电能表可以方便的完成电量测量、需量记 录、费率设置、事件管理等项工作，且含有两路通讯接口，可支持多种通讯方式。 电源电路如图2,将交流回路电压引入电源�？椋玫�12V的直流电压， 经过MC7805变换后得到供MCU工作的5伏电压。同时12V电压也为液晶显 示器供电。
时钟电路为分时计费、事件记录提供时钟源，包括PCF8563和它所用 法拉电容及32.768K晶振组成，具有日历、计时和闰年自动切换等功能。
MCU的I2C�？橐允軸DA和时钟SCL两线方式与PCF8563进行数据 交换。法拉电容和系统电源分别在电能表上电和无电时为时钟芯片供电。 PCF8563的振荡器接口连接32.768K晶振，形成振荡源，提供分频信号。
显示及键盘电路两者配合显示电量、调整参数。四个按键分别代表"返 回"、"修改"、"确认"、"査询"功能。通过按键切换显示内容，可以显示 实时电量、电能及需量记录、输入密码设置参数、清空电能等。显示器采用128 X64点阵显示屏，突破了传统段码LCD只能显示若干固定符号的限制，使电能 表更直观更具操作性。
测量回路如图3，电网中的交流电压、电流信号分别经过电压互感器和 电流互感器得到模拟采样信号，经过TLC2264运算放大器的输入引脚，放大后 输出的信号经过100欧电阻降压，形成标准宽范围的正弦波进入MCU的AD转 换�？椋缪剐藕帕有诺繟N3，电流信号连接信道AN4，基准地信号连接信 道AN2。同时采样得到的电压模拟信号经运放积分后形成方波信号，进入MCU 的输入捕捉通道RD8，得到电网频率和MCU采样中断周期，并以此判断正弦波 的周期。所采样信号经过AD转换后，通过64点快速傅立叶变化和软件滤波结 合DSP�？楣δ艿玫浇涣鞯缪埂⒌缌鞯氖导手担玫焦β屎偷缒�。
通讯接口 Microchip dsPIC30F6014A具有两路UART�？椋裳≡窈焱�
6线、RS232、 RS485等接口与上位机通讯。
脉冲输出接口为校表或计量检测所设置。Microchip dsPIC30F6014A产 生的有功、无功电能脉冲采用两路高速光耦NEC2701隔离输出实现，既简单又 安全可靠。
以上各部分电路通过与Microchip dsPIC30F6014A的完整连接实现了多功 能复费率电能表的所有功能。
权利要求1、一种多功能电能表，其特征在于是由Microchip dsPIC30F6014A单片机、电源电路、外部时钟电路、LCD汉字显示器及键盘、测量回路、通讯接口构成电源电路交流电源联接电源模块，得到12V的直流电压，一组输出端联接液晶显示器电源输入端，另一组输出端联接MC7805，MC7805输出端联接单片机电源输入端；时钟电路MCU的I2C�？橐允軸DA和时钟SCL两线方式与PCF8563进行数据交换，PCF8563的振荡器接口连接32.768K晶振，法拉电容和系统电源连接时钟芯片；显示及键盘电路显示器与单片机相联接，键盘设置“返回”、“修改”、“确认”、“查询”键；测量回路电网中的交流电压、电流联接互感器信号输入端，互感器信号输出端联接TLC2264四路运算放大器的其中两路输入端，放大电路输出端联接单片机2路AD输入接口AN3、AN4，AGND直接联结AN2；放大器的方波信号输出端连接单片机的RD8引脚；通讯接口单片机上具有两路UART�？椋缓焱庀吣？槭淙肓覯CU的U1TX1，输出接U1RX1；RS485接口输入联接MCU的U2TX，输出接U2RX。
专利摘要本实用新型涉及到一种以Microchip dsPIC30F6014A单片机为核心构成的单相多功能电子式复费率电能表。该电能表包括了电源电路、采样电路、汉字LCD显示器、电能脉冲接口和通讯接口。采样交流电压、电流经过互感器和运算放大器TLC2264进入到MCU中的AD�？椋钡缪剐藕沤隡CU的输入捕捉�？榛竦貌裳德剩倬�64点快速傅立叶变换得到精确的电量数值，因此款MCU所特有的DSP�？椋沟缒鼙砭哂懈叩牟饬烤群驮怂闼俣�。同时依靠实时时钟有效地将电能根据设置的时段和每月结算日期，产生分时段电能以及各月各费率的电能记录。多功能电能表可记录并保存电能的最大需量、停电来电、清空电能、设置系统参数等事件的发生情况，以利于电力部门进行统计和调整供电方案，实现能源的合理配置。
文档编号G01R11/57GK201289503SQ200820218929
公开日2009年8月12日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者吴东波, 莹 张, 杰 沈 申请人:丹东华通测控有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
