低功耗數字式電力測量儀表的製作方法

2023-06-02 18:48:01

專利名稱：低功耗數字式電力測量儀表的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量儀表，具體涉及一種低功耗數字式電力參數測量儀 表。該測量儀表可用於測量電壓、電流、功率、功率因數、頻率等電力參數，屬 電子儀表技術領域。
技術背景在電力系統中， 一般需要用到各種電力儀表來對電壓、電流、功率、功率因 數、頻率等電力參數進行實時監測，並且以指針、數字等各種形式顯示出來。早 期的電力儀表靠指針指示這些電力參數，這些表也稱模擬式指針表。其優點是成 本低廉且無須外部接輔助性電源，但缺點是精度低、無法智能化、顯示不直觀和 測量參數單一。所以目前市場上逐步正在被數字式電力儀表取代。數字式電力儀 表採用數字顯示後更加直觀，因為採用了電子線路後使測量更加精確，在電子線 路中增加CPU後使得數字儀表可實現一表多參數測量、可編程設置、數據遠傳實現自動化抄表等。但是也因為數字儀表採用電子線路工作，這些電子線路需要 有輔助性電源才能正常工作，所以增加了工程布線。另外釆用外部電源供電有諸多不利面比如對於直接靠電網交流220V供電的儀表，因為目前電網很多地方 質量很差電源經常容易受電網非正常高壓、大電流影響而損壞，導致儀表損壞； 有些採用開關電源的儀表往往設計不當變成了電網諧波的重要來源因素。如採用 不通過外部連接輔助性電源，而是通過內部電池供電的方法，電池供電能力有限， 一般的設備靠電池供電連續工作時間不會超過幾個月，所以一些數字萬用表、數 字水錶、數字氣表等都是間隙性工作，以保證能夠使用較長時間，但是對於電力 測量儀表是不允許間隙工作的，需要持續監測。所以如何解決功耗使電池工作壽 命延長是關鍵所在。 發明內容發明目的本實用新型的目的是針對現有技術不足，提供一種無需外部連接 輔助性電源僅靠電池供電也能連續工作多年並測量顯示電壓、電流、功率、功率 因數、頻率等電力參數的低功耗數字式電力測量儀表。技術方案本實用新型所表述的一種低功耗數字式電力測量儀表，它包括測 量信號處理電路、A/D信號轉換電路、LCD驅動電路和LCD顯示裝置，其特徵在於它還包括CPU處理器和定時器，CPU處理器連接於A/D信號轉換電路和 LCD驅動電路之間，定時器與CPU處理器相連；定時器輔助CPU處理器控制 測量信號處理電路、A/D信號轉換電路、LCD驅動電路和LCD顯示裝置的工作周 期。本實用新型所表述的一種低功耗數字式電力測量儀表一種適用於屏裝的的 電力測量儀表。測量信號處理電路用於感應待測的輸入信號，並將被測的高強度電壓、電流 等數據轉化為適合於A/D信號轉換電路處理的模擬電壓弱電信號。A/D信號轉換電路將測量信號處理電路送過來的模擬電壓弱電信號進行模 擬/數字轉換，並將轉換後的數位訊號送給CPU處理器做計算。CPU處理器則擔任著數位訊號的計算處理和控制測量信號處理電路、A/D 信號轉換電路、掉電數據存儲電路、定時器、LCD驅動電路及LCD顯示裝置 工作時序的工作；在測量信號處理電路帶運放處理傳送信號到A/D信號轉換電 路的情況下，CPU處理器還可以控制運放電源工作狀態，以達到省電的目的。定時器擔任上述測量信號處理電路、A/D信號轉換電路、掉電數據存儲電路、 定時器、LCD驅動電路及LCD顯示裝置定時的工作，當某電路定時時間到，會 由CPU發出指令控制這部分電路工作的運作或停止。在CPU處於省電模式時， 定時器通過A/D信號轉換電路中斷子程序喚醒CPU使其進入正常工作模式。掉電數據存儲電路與CPU處理器相連接，作用是將一些常用的重要信息做 保存，以免更換電池時或電路因意外斷路時數據丟失。LCD驅動電路及LCD顯示裝置承擔顯示被測量信號數據的功能。電源為3.6V電池，分別為A/D信號轉換電路、LCD顯示裝置、CPU處理 器和定時器供電，其可以是鋰亞電池、鋰錳電池。有益效果本實用新型採用低功耗元件並且設計了工作/省電的分時可控工 作模式，因此無需外部連接輔助性電源僅靠電池供電也能連續工作多年並測量顯 示電壓、電流、功率、功率因數、頻率等電力參數。

圖1為本實用新型低功耗數字式電力測量儀表的結構框圖。
具體實施方式
實施例l如圖l所示，本實用新型超低功耗數字式電力參數測量儀表，主要由測量信號處 理電路l、自帶基準電壓的A/D信號轉換電路2、 CPU處理器3、定時器4、掉 電數據存儲電路7、 LCD驅動電路5及LCD顯示裝置6和電池組成。測量信處 理電路1與A/D信號轉換電路2相連並通過開關控制電路與CPU處理器3連接， A/D信號轉換電路2與CPU處理器3相連，CPU處理器3分別與定時器4、掉 電數據存儲電路7和LCD驅動電路5， LCD顯示裝置6相連在LCD驅動電路5 上。以上測量信號處理電路l、 A/D信號轉換電路2、 CPU處理器3、掉電數據 存儲電路7、 LCD驅動電路5及LCD顯示裝置6採用了分時工作的方法，時序 均由CPU處理器3根據定時器4產生定時中斷後發出指令控制。測量信號處理電路1由CPU處理器3通過J3控制工作狀態，將被測電壓電 流強電信號轉換成模擬電壓弱電信號後送給A/D信號轉換電路2。當定時器4定 時時間到後通過J1啟動定時中斷子程序，暫時激活CPU並將定時器4關閉，然 後將A/D轉換開關和基準開關合上並開啟A/D信號轉換電路2。當A/D每轉換 一次完成後，將A^)轉換結果送晶片RAM保存，並判斷A/D信號轉換電路2 轉換次數是否達到預設定的I次，如果沒到則繼續A/D信號轉換，如果I次完成， 則通過J2可以關閉A/D信號轉換電路2和電壓基準，並啟動A/D中斷子程序激 活CPU使進入主程序作A/D信號轉換結果分析和計算，最後將計算結果送LCD 顯示裝置6。這樣一個工作循環結束，之後再次打開定時器4，並關CPU使其進 入節電模式。對耗電較大的信號處理部分、A/D轉換電路其工作時間控制在0.5 至3個工頻電網周期內，而耗電相對較小的LCD驅動及LCD顯示部分則控制在剩 餘的工作周期時間內，從而使整機功耗達到最小。由電池提供電源，掉電數據存 儲電路7用來保存掉電後的重要數據。當儀表根據整機功耗設定工作周期時間為IS時，上電初始化後，CPU進入 節電模式，僅開啟LCD驅動電路5及LCD顯示裝置6、定時器4。對於低頻工 作的CPU本身功耗不高，可以持續開啟，對於高頻工作的CPU可使其進入節電 模式(此刻只開啟定時器4)，消耗約2-5iiA ，加上LCD顯示裝置63 u A ，總 共有5-8pA，這段時間持續了 980mS，直到定時器4定時中斷，將CPU暫時激 活(中斷時間很短，中斷退出後仍會自動關閉CPU，所以消耗電流可忽略不計)以關閉定時器4並且開啟A/D信號轉換電路2和電壓基準。被測信號如果為20ms 周期信號，也就是這段20ms時間內A/D信號轉換電路2要根據釆樣時鐘間隔開 啟工作，其總消耗電流約600 U A， 20mS轉換完成之後將激活CPU做短暫的計 算和顯示處理，因為這段時間為wS級，所以平均1S內的電流很小可忽略不計。 之後再次關閉A/D信號轉換電路2和電壓基準並且開定時器4進入下一個循環。 整個電流分配基本上是前980ms內為5-8u A,後20ms內為600w A,整個1 S 鍾內平均電流低於20u A。如果用1.2Ah的鋰電池工作時間為1200/0.02=60000h 約6.8年，考慮電池一致性，劣化等因素保守估計為5年。如果在成本允許的情 況下加大電池容量還可以使用更長的時間。 實施例2本實用新型超低功耗數字式電力參數測量儀表也可以採用ZK8AXXX晶片， 該晶片內部集成了CPU處理器3、定時器4、 LCD驅動電路5和掉電數據存儲 電路7，在ZK8AXXX晶片外圍分別連接A/D信號轉換電路2、 LCD顯示裝置6 和電池，測量信號處理電路1連接在A/D信號轉換電路2上。具體實施原理與 實施例1相同。 實施例3本實用新型超低功耗數字式電力參數測量儀表還可以採用MSP430FEXXX 晶片，該晶片集成了 A/D信號轉換電路2、 CPU處理器3、定時器4、 LCD驅動 電路5和掉電數據存儲電路7,在該晶片MSP430FEXXX的外圍分別連接測量信 號處理電路l、 LCD顯示裝置6和電池。具體實施原理與實施例l相同。
權利要求1、一種低功耗數字式電力測量儀表，它包括測量信號處理電路(1)、A/D信號轉換電路(2)、LCD驅動電路(5)和LCD顯示裝置(6)，其特徵在於它還包括CPU處理器(3)和定時器(4)，CPU處理器(3)連接於A/D信號轉換電路(2)和LCD驅動電路(5)之間，定時器(4)與CPU處理器(3)相連；定時器(4)輔助CPU處理器(3)控制測量信號處理電路(1)、A/D信號轉換電路(2)、LCD驅動電路(5)和LCD顯示裝置(6)的工作周期。
2、 根據權利要求1所述的低功耗數字式電力測量儀表，其特徵是A/D信號 轉換電路(2)、 CPU處理器(3)、定時器(4)及LCD顯示裝置(6)由電池提 供電源。
3、 根據權利要求1所述的低功耗數字式電力測量儀表，其特徵是選用含有 CPU處理器(3)、定時器(4)、 LCD驅動電路(5)和掉電數據存儲電路(7) 的ZK8AXXX晶片，該ZK8AXXX晶片的分別連接A/D信號轉換電路(2)和 LCD顯示裝置(6)，測量信號處理電路(1)與A/D信號轉換電路(2)連接。
4、 根據權利要求1所述的低功耗數字式電力測量儀表，其特徵是選用含有 A/D信號轉換電路(2)、 CPU處理器(3)、定時器(4)、 LCD驅動電路(5)和 掉電數據存儲電路(7)的MSP430FEXXX晶片，該MSP430FEXXX晶片的分 別連接測量信號處理電路(1)和LCD顯示裝置(6)。
專利摘要本實用新型所表述的一種低功耗數字式電力測量儀表，它包括測量信號的處理電路、A/D信號轉換電路、LCD驅動電路和LCD顯示裝置，CPU處理器和定時器。採用CPU處理器與定時器結合的工作方式實現智能化間歇工作，降低功耗；A/D信號轉換電路和LCD顯示裝置也是低耗電元件，有效節約電池的使用，掉電數據存儲電路可以防止斷電時數據的丟失。該測量儀表無需外部連接輔助性電源僅靠電池供電也能連續工作多年，並且能夠實時測量顯示電壓、電流、功率、功率因數、頻率等電力參數。
文檔編號G01R15/12GK201083786SQ20072004605
公開日2008年7月9日 申請日期2007年9月18日 優先權日2007年9月18日
發明者張鳳雛, 洪著財, 胡曉剛, 懿 魏 申請人:江蘇斯菲爾電氣有限公司