一種多功能智能電力監測儀表的製作方法
2023-07-19 22:07:56 1
專利名稱：一種多功能智能電力監測儀表的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多功能智能電力監測儀表，是一種特別適合安裝在IDcanternet Data Center)中的通信網絡設備機柜上的多功能智能電力監測儀表。
背景技術：
數據通信業務在電信公司中佔有舉足輕重的地位，伺服器託管是電信公司的重要經營項目。近年來各地電信公司都在大規模建設網際網路數據中心(IDC)，在這些中心安裝了各種網絡伺服器，日夜不停的為全球客戶提供服務。網絡伺服器以及必須的空調設備的耗電量巨大，IDC機房的節能降耗是電信運營商的重要節能任務。降低每一臺通信網絡機櫃中伺服器的耗電量，等於可以安裝更多的網絡伺服器，在支持綠色環保事業的同時創造顯著的經濟效益。要降低能耗，必須對其進行準確的監測管理，必須採用先進高效的滿足特定需求的多功能智能電力監測儀表。目前在IDC中通信網絡設備機柜上只安裝雙路數顯電流計，它只能監測和顯示負載電流，不能對電壓、頻率、功率因素、有功功率、無功功率、有功電度等電氣參數進行監測計量。目前一個可選技術方案是採用2個獨立的多功能智能電錶集成在一起分別對兩路電源負載電路中的每一路進行監測，但是這個方案，不僅成本高，而且不能在機櫃本地實現在一個顯示屏上查詢、顯示其中任一路和兩路疊加數據，並通過1個計算機通訊地址將數據傳送到後臺計算機監測系統中心。目前現有多功能智能電錶常見的設計方案是採用專用模數轉換集成電路+智能晶片+存儲晶片+時鐘晶片+IXD驅動器晶片等多個集成電路組合而成，造成電路複雜，可靠性降低，同時對微弱信號產生幹擾，影響測量精度和穩定性。如果需要對兩路電源負載電路進行測量，需要2片這種智能晶片。另外，普通的交流智能電能表的電流互感器固定安裝在其內部，一旦智能電能表出現故障需要更換時，電流互感器(一般情況下不會損壞)即使沒有損壞也要同時更換。中國專利文獻號CN201732471U於2011年2月2日公開一種智能型電力監測裝置， 其特徵在於包括互感器、智能儀表、數據轉換器、控制電腦，其中互感器分別安裝在用電設備前端的輸電線路的A、B、C各相，並通過電纜與所述智能儀表連接，多個智能儀表通過電纜並聯後連接數據轉換器的輸入端，數據轉換器的輸出端通過通信接口連接控制電腦。該結構的互感器與智能儀表分開設置，但由於一個智能儀表只能對一路電源進行監測，不利於使用在IDC中的的通信網絡設備機柜上。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種結構簡單合理、成本低、精度高、操作安裝方便、使用壽命長，能同時對兩路電源負載電路的電氣參數進行採樣、判斷和分別與疊加計算，將測量和計算數據進行網絡傳送，集中在一個顯示屏上查詢、顯示其中任一路和兩路疊加數據的雙路多功能智能電力監測單元，以克服現有技術中的不足之處。按此目的設計的一種多功能智能電力監測儀表，所述電力監測儀表為首選在通信網絡設備機柜上應用的電力監測儀表；安裝在通信網絡設備機柜上的通信設備採用兩路電源供電，其結構特徵是所述電力監測儀表為一套同時對這兩路電源負載電路的電氣參數進行採樣、判斷和分別與疊加計算，將測量和計算數據進行網絡傳送，集中在一個顯示屏上查詢、顯示其中任一路和兩路疊加數據的雙路多功能智能電力監測單元。所述多功能智能電力監測儀表由監測儀表主機和電流傳感器組件組成。電流傳感器組件可安裝在監測儀表主機的左側或右側或監測儀表主機以外其它的位置。電流傳感器組件的外殼與監測儀表主機的外殼為相互獨立的構件，方便在不同的安裝環境中靈活安裝在監測儀表主機的左側或右側或其他方便的位置。在設備運行過程中，假如監測儀表主機出現故障必須更換時，可以保留電流傳感器組件在原安裝位置不變，從而實現在不中斷用戶用電的條件下更換故障設備的目的。所述監測儀表主機包括專用智能晶片電路、串口通信電路、IXD顯示器電路、鍵盤電路和電源模塊；專用智能晶片電路設置有一塊專用智能晶片，專用智能晶片內部包含多種功能模塊和集成了微弱信號調理電路。專用智能晶片採用目前最先進的SoC技術方案， 為德州儀器公司出品的MSP430F471XX系列，該晶片專為智能儀表設計，其可以應用在單相或三相智能儀表產品上，設計給單一電源使用。專用智能晶片內部包含多種智能儀表產品需要使用的功能模塊，使得產品電路大為簡化。由於集成了微弱信號調理電路，產品測量精度和穩定性有了明顯的提高。所述專用智能晶片為MSP430F471XX系列的智能晶片，MSP430F471XX中的XX為 63、73、83、93、26、66、76、86、96、27、67、77、87或97 ；所述專用智能晶片的功能模塊包括CPU 寄存器模塊、電源檢測模塊、硬體乘法器模塊、看門狗模塊、定時器模塊、日曆時鐘模塊、LCD 顯示屏驅動埠模塊、無線串行通信埠模塊、DMA控制器模塊、振蕩器模塊、程序寄存器模塊、數據寄存器模塊、轉換器模塊、比較器模塊和通用I/O埠模塊(將這些功能模塊集中到智能晶片中構成高集成度的功能齊全的專用器件的技術，通稱為SoC技術。目前大多普通智能電能表採用專用電參數採樣晶片+通用智能晶片MCU+實時晶片+溫度傳感器+可變增益放大器+……的電路結構複雜、成本高)。所述串口通信電路為RS-485串行通信電路，該電路設置有SN65HVD3085通信晶片和光電耦合器件。RS-485串行通信埠採用帶抗浪湧能力的SN65HVD3085通信晶片和光電耦合器件，實現與核心電路完全隔離的目的。確保監測單元能夠穩定準確地工作在電磁環境惡劣的環境下，確保通信埠以及核心電路不被外部雷電脈衝破壞，提高了設備的生存能力。所述監測儀表主機設置有由下往上向前傾斜的控制面板，控制面板上設置有IXD 顯示屏、操作鍵盤和指示燈，LCD顯示屏與LCD顯示器電路連接，操作鍵盤和指示燈與鍵盤電路連接。LCD顯示屏為採用與專用智能晶片驅動電路特性相匹配的電氣設計指標專門設計定製，直接使用專用智能晶片內置的驅動功能，在實現良好的顯示效果的同時，大大簡化了產品的外圍電路。大屏幕的LCD顯示屏傾斜設置，即使安裝在高處，也方便操作人員觀看 IXD顯示屏上的參數。所述鍵盤電路設置有外部鍵盤連接口，該連接口通過電纜與外部按鍵控制盒連接；和/或，監測儀表主機還設置有無線遙控電路，該無線遙控電路上設置有射頻遙控通信模塊或紅外遙控通信模塊，並配套有無線遙控控制盒。監測儀表主機控制面板的鍵盤設置有三個按鍵，按鍵設計在LCD顯示器旁邊；另外，監測儀表主機還設計有通過電纜連接的外部按鍵控制盒和無線遙控控制盒，與此鍵盤組件的操作功能重疊，方便不同應用環境下操作人員對監測儀表的使用。無線通信埠設計有射頻遙控通信模塊和紅外遙控通信模塊兩種形式，無線通信埠支持採用無線通信方式連接監測儀表主機，實現擴展按鍵操作便利性。所述監測儀表主機設置有控制繼電器模塊連接口。控制繼電器模塊提供給客戶額外的可擴展的控制能力，繼電器具備250VAC/10A的控制能力。繼電器可按照通過串行通信埠傳送的指令進行操作，也可以由監測儀表主機按照預先設置的條件自主控制。與繼電器模塊聯動的還可以有本地聲光告警功能。所述兩路電源負載電路為由兩個開關分別控制的單相交流電源A和電源B及其受電的設備負載；或者，兩路電源負載電路為由兩個開關分別控制的直流電源A和電源B及其受電的設備負載。所述電源模塊還包含有在沒有外部電源的條件下為專用智能晶片的日曆時鐘模塊提供電源的鋰電池。電源模塊負責向監測儀表提供電源。監測儀表同時使用兩路相互獨立電源供電，只要其中一個電源能夠正常供電便可以支持設備正常工作。電源模塊內部包含鋰電池，在完全沒有外部電源的條件下支持智能晶片內部日曆時鐘的繼續運行。本發明的智能電力監測儀表通過在通信網絡設備機櫃的電源引入端安裝智能電力監測儀表，對客戶實行與耗電量直接相關的收費政策。與按空間收費政策相比有利於鼓勵用戶選用、安裝新型高效的網絡設備，有利於電信公司提高IDC容量、提高設備運行可靠性、降低耗電量、降低運營成本。智能電力監測儀表能夠同時對兩路電源負載電路的電氣參數進行採樣、判斷和分別與疊加計算，將測量和計算數據進行網絡傳送，集中在一個顯示屏上查詢、顯示各路和兩路疊加數據的工作，與普通的智能電能表只能監測1路電源的能力相比有很大的區別。設備的電路結構採用了目前行業最先進的SoC技術，採用這種方式可以大幅度的降低電路的複雜程度，有效的降低電磁幹擾對產品的影響，提高模擬信號的信噪比進而提高各種電參數的測量精度，實現產品的高性能和低成本的良好配合。智能電力監測儀表還配套設計了電纜連接的按鍵控制盒和無線遙控控制器，方便操作人員在地面操作安裝在較高位置的智能電力監測儀表。其結構簡單合理、成本低、精度高、操作安裝方便、 使用壽命長。
圖1為本發明一實施例結構示意圖。圖2為圖1另一角度結構示意圖。圖3為圖1的後視結構示意圖。圖4為專用智能晶片功能模塊構成框圖。圖5為專用智能晶片電路圖。圖6為RS-485串口通信電路。圖7為無線遙控電路。
圖8為LCD顯示器電路。圖9為鍵盤與IXD背光控制電路。圖10為智能電力監測儀表操作流程圖。圖11為發明構成框圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。參見圖1-圖9和圖11，本多功能智能電力監測儀表，所述電力監測儀表為首選在通信網絡設備機柜上應用的電力監測儀表；安裝在通信網絡設備機柜上的通信設備採用兩路電源供電，所述電力監測儀表，其特徵是為一套同時對這兩路電源負載電路的電氣參數進行採樣、判斷和分別與疊加計算，將測量和計算數據進行網絡傳送，集中在一個顯示屏上查詢、顯示各路和兩路疊加數據的雙路智能電力監測單元。兩路電源負載電路為由兩個開關分別控制的單相交流電源A和電源B及其受電的設備負載；或者，兩路電源負載電路為由兩個開關分別控制的直流電源A和電源B及其受電的設備負載。智能電力監測儀表由監測儀表主機1和電流傳感器組件3組成。監測儀表主機1呈薄盒狀，兩側及後端設置有安裝
^k 2 ο監測儀表主機1包括專用智能晶片電路、串口通信電路、IXD顯示器電路、鍵盤電路和電源模塊；專用智能晶片電路設置有一塊專用智能晶片，專用智能晶片內部包含多種功能模塊和集成了微弱信號調理電路。專用智能晶片為MSP430F471XX系列的智能晶片， MSP430F471XX 中的 XX 為 63、73、83、93、26、66、76、86、96、27、67、77、87 或 97 ；所述專用智能晶片的功能模塊包括CPU寄存器模塊、電源檢測模塊、硬體乘法器模塊、看門狗模塊、定時器模塊、日曆時鐘模塊、IXD顯示屏驅動埠模塊、無線串行通信埠模塊、DMA控制器模塊、振蕩器模塊、程序寄存器模塊、數據寄存器模塊、轉換器模塊、比較器模塊和通用I/O埠模塊。串口通信電路為RS-485串行通信電路，該電路設置有SN65HVD3085通信晶片和光電耦合器件。監測儀表主機設置有由下往上向前傾斜的控制面板1. 1，控制面板上設置有IXD 顯示屏1. 3、操作鍵盤1. 2和指示燈1. 4，IXD顯示屏與IXD顯示器電路連接，操作鍵盤和指示燈與鍵盤電路連接。監測儀表主機1還包括有IXD背光控制電路，為IXD顯示屏提供照明。鍵盤電路設置有外部鍵盤連接口 1. 6，該連接口通過電纜與外部按鍵控制盒連接； 監測儀表主機還設置有無線遙控電路，該無線遙控電路設置有晶片SM5032，並配套有無線遙控控制盒。監測儀表主機1設置有控制繼電器模塊連接口 1.5。電源模塊還包含有在沒有外部電源的條件下為專用智能晶片的日曆時鐘模塊提供電源的鋰電池。參見圖10，本智能電力監測儀表操作流程(1)打開電源開關，自動進入測量狀態，並自動滾動顯示各種測量參數，間隔15s，用Up/Down鍵可手動改變顯示參數。(2)短時按下Enter鍵，進入查詢狀態，顯示屏順序顯示設備基本設置參數，用任意鍵可更換顯示參數；如無人幹預，每一參數顯示30s ；操作完成後返回測量狀態。( 長按Enter鍵> 5s，進入設置狀態，短按Up/Down鍵，進行基本參數設置，順序設置各種基本測量參數，Enter鍵選擇進入設置，Up/Down鍵可手動改變顯示參數；使用Up/Down鍵跳過不希望修改的參數；操作完成後返回測量狀態。或者，進入設置狀態後，長按Enter鍵> 5s，進行測量參數設置依次進行9檔電壓、電流測量校準；Enter鍵執行某一檔校準，Down鍵跳過某一檔校準；操作完成後返回測量狀態。本多功能智能電力監測儀表的性能參數如下產品特點(1)採用先進的電力計量專用智能晶片，真有效值測量。電參數測量精度高，穩定性好。(2)具備對兩路單相交流電源或兩路直流電源負載電路進行實時電參數監測和計量功能。(3)監測儀表主機與電流傳感器組件為分離結構，能夠適應不同機櫃的安裝空間， 支持在不停電的條件下更換監測儀表。(4)具備豐富的統計功能，可保存過去6個月的月度電能消費記錄，可按照設置的時間保存電源需量數據。(5)具備全隔離的RS-485通信埠，安裝有可設置的控制繼電器，具備聯動的聲
光告警。(6)監測儀表安裝在通信網絡設備機櫃頂端，標準19」機盤安裝結構，不影響網絡伺服器以及相關電纜的安裝。
權利要求
1.一種多功能智能電力監測儀表，所述電力監測儀表為在通信網絡設備機柜上應用的電力監測儀表；安裝在通信網絡設備機柜上的通信設備採用兩路電源供電，其特徵是所述電力監測儀表為一套同時對這兩路電源負載電路的電氣參數進行採樣、判斷和分別與疊加計算，將測量和計算數據進行網絡傳送，集中在一個顯示屏上查詢、顯示其中任一路和兩路疊加數據的雙路多功能智能電力監測單元。
2.根據權利要求1所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述雙路多功能智能電力監測單元由監測儀表主機(1)和電流傳感器組件C3)組成；電流傳感器組件C3)安裝在監測儀表主機的左側或右側或監測儀表主機以外其它的位置。
3.根據權利要求2所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述監測儀表主機(1)包括專用智能晶片電路、串口通信電路、IXD顯示器電路、鍵盤電路和電源模塊；專用智能晶片電路設置有一塊專用智能晶片，專用智能晶片內部包含多種功能模塊和集成了微弱信號調理電路。
4.根據權利要求3所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述專用智能晶片為 MSP430F471XX 系列的智能晶片，MSP430F471XX 中的 XX 為 63、73、83、93、26、66、76、86、96、 27、67、77、87或97 ；所述專用智能晶片的功能模塊包括CPU寄存器模塊、電源檢測模塊、硬體乘法器模塊、看門狗模塊、定時器模塊、日曆時鐘模塊、LCD顯示屏驅動埠模塊、無線串行通信埠模塊、DMA控制器模塊、振蕩器模塊、程序寄存器模塊、數據寄存器模塊、轉換器模塊、比較器模塊和通用I/O埠模塊。
5.根據權利要求3或4所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述串口通信電路為 RS-485串行通信電路，該電路設置有SN65HVD3085通信晶片和光電耦合器件。
6.根據權利要求5所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述監測儀表主機設置有由下往上向前傾斜的控制面板(1. 1)，控制面板上設置有IXD顯示屏(1. 3)、操作鍵盤(1. 2) 和指示燈(1. 4)，LCD顯示屏與LCD顯示器電路連接，操作鍵盤和指示燈與鍵盤電路連接。
7.根據權利要求6所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述鍵盤電路設置有外部鍵盤連接口(1. 6)，該連接口通過電纜與外部按鍵控制盒連接；和/或，監測儀表主機還設置有無線遙控電路，該無線遙控電路上設置有射頻遙控通信模塊或紅外遙控通信模塊，並配套有無線遙控控制盒。
8.根據權利要求2或3所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述監測儀表主機 (1)設置有控制繼電器模塊連接口(1.5)。
9.根據權利要求2或3所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述兩路電源負載電路為由兩個開關分別控制的單相交流電源A和電源B及其受電的設備負載；或者，兩路電源負載電路為由兩個開關分別控制的直流電源A和電源B及其受電的設備負載。
10.根據權利要求4所述多功能智能電力監測儀表，其特徵是所述電源模塊還包含有在沒有外部電源的條件下為專用智能晶片的日曆時鐘模塊提供電源的鋰電池。
全文摘要
一種多功能智能電力監測儀表，所述電力監測儀表為首選在通信網絡設備機柜上應用的智能型電力監測儀表；安裝在通信網絡設備機柜上的通信設備採用兩路電源供電，所述電力監測儀表為一套同時對這兩路電源負載電路的電氣參數進行採樣、判斷和分別與疊加計算，將測量和計算數據進行網絡傳送，集中在一個顯示屏上查詢、顯示其中任一路和兩路疊加數據的雙路智能電力監測單元。本發明的電路結構採用了目前行業最先進的SoC技術，採用這種技術可以大幅度的降低電路的複雜程度，有效的降低電磁幹擾對產品性能的影響，提高模擬信號的信噪比進而提高各種電參數的測量精度，實現產品的高性能和低成本的良好配合。
文檔編號G08C17/02GK102230946SQ20111008434
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者張錦暘, 李志長, 田繼清, 黃大星 申請人:廣東天樂通信設備有限公司