專利名稱：單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電能計量技術(shù)，具體涉及一種可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，通過該裝置可使單個用電設(shè)備具有顯示任意一個時段耗電量且具有預(yù)先設(shè)置電能用量功能。
某些用電設(shè)備在運(yùn)行時，人們往往不能掌握其在一定時間具體的電能消耗情況，使人對用電設(shè)備本身在不同階段或不同環(huán)境下運(yùn)行時所消耗的電能不能及時方便的了解。目前廣泛使用的電能表只是作為一種電能計量依據(jù)，而無法沒有在某一小型單個用電設(shè)備上實(shí)現(xiàn)任意一個時段電能消耗顯示或預(yù)置消耗電能量。現(xiàn)有的電能表主要作區(qū)域性或單元用戶的電能計量，有些具有多功能的電能控制裝置只具備保護(hù)、報警、防竊電等功能。
本實(shí)用新型的目的在于，提供一種單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量模塊，使電能計量及顯示具體到單一用電設(shè)備上，用成本很低的計量裝置與具體設(shè)備的控制器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備的任一時段電能進(jìn)行實(shí)時計量、顯示、不同時段的電能消耗進(jìn)行記錄，并對用電設(shè)備的用電量實(shí)現(xiàn)預(yù)置限量控制，使用戶對實(shí)際設(shè)備的用電量有明確的了解和掌握。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)造一種單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，可顯示任意一個時段耗電量且可預(yù)先設(shè)置其電能用量，其特征在于，包括顯示控制單元和電能計量單元，其中，電能計量單元有采樣電流輸入端和采樣電壓輸入端分別連接與被計量電器的電源進(jìn)線回路連接的電流傳感單元和電壓傳感單元，所述電能計量單元有電量輸出端連接到所述顯示控制單元的輸入端，所述電能計量單元包括一個電能計量集成電路，所述顯示控制單元包括顯示器和供電控制元件以及對所述顯示器和供電控制元件進(jìn)行控制的微處理器，所述微處理器內(nèi)置或外接有存儲器。
所述微處理器是用電設(shè)備控制器中的微處理器。
所述電能計量集成電路，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、與電流采樣電路連接的A/D轉(zhuǎn)換器、與電壓采樣電路連接的A/D轉(zhuǎn)換器、以上述兩個轉(zhuǎn)換器輸出信號為輸入的乘法器，以及將乘法器輸出進(jìn)行數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器。
所述電能檢測芯片可以是型號為AD775X系列或與其功能等同的集成電路。
所述電能計量集成電路和所述顯示控制單元由一個獨(dú)立于電器的交直流轉(zhuǎn)換器提供電源或與電器控制器共用直流電源。
所述電能計量集成電路的輸出端分別連接有兩個發(fā)光二極管，分別用于指示反極性連接盜電顯示及正常電能計量工作狀態(tài)。
所述電壓傳感元件或者是分壓電阻組合，或者是電壓互感器。
所述電流采樣元件或者是錳銅電阻，或者是電流互感器，所述電流互感器的初級串接在電器的電源回路中，所述電流互感單元的次級連接到所述電能檢測芯片的輸入端。
實(shí)施本實(shí)用新型提供的單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，可結(jié)合于各種用電設(shè)備，對其在任何條件下的運(yùn)行中所消耗電能的多少進(jìn)行計量的顯示。本實(shí)用新型制造成本低，可任意結(jié)合于常規(guī)電器的控制電路，實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備電能消耗情況的實(shí)時了解，掌握設(shè)備本身經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)律，并可預(yù)置用電量以達(dá)到對用電設(shè)備的電能消耗控制，實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備的能耗經(jīng)濟(jì)控制。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的特點(diǎn)，附圖中

圖1是本實(shí)用新型單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置的原理示意圖；圖2是單個用電設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立的電能計量顯示及控制的原理示意圖；圖3是本實(shí)用新型的單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是電能檢測芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型的單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置實(shí)施例的電路原理示意圖。
圖6是本實(shí)用新型的單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置實(shí)施例的一個具體電路圖。
如圖1所示，為實(shí)現(xiàn)電器設(shè)備的電能計量顯示功能，需要實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié)包括電流采樣、電壓采樣、電流采樣值的A/D轉(zhuǎn)換，電壓采樣值的A/D轉(zhuǎn)換，將上述兩個A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸出量進(jìn)行乘法計算，以及將乘法計算結(jié)果送到數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換，將數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器的輸出直接通過記度器進(jìn)行顯示。其中，電壓采樣可以通過分壓電阻或電壓互感器實(shí)現(xiàn)，電流采樣可通過錳銅電阻或電流互感器實(shí)現(xiàn)。而電流采樣值的A/D轉(zhuǎn)換、電壓采樣值的A/D轉(zhuǎn)換以及對經(jīng)過上述兩個A/D轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)值進(jìn)行乘法計算及數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換，可通過專用芯片如美國ADI公司的AD7750(或AD775X系列)集成電路來實(shí)現(xiàn)。
如圖2所示，為實(shí)現(xiàn)電器設(shè)備的電能計量顯示及控制功能，需要實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié)還包括微處理器、例如LCD顯示單元、用電設(shè)備控制單元及程序和數(shù)據(jù)存儲器。用于實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備設(shè)置電能計量的條件、時間段、計量的標(biāo)準(zhǔn)及滿足條件下的控制。換言之，該電路是為具有微處理器的嵌入式電能計量裝置而設(shè)計。
在圖3示出的本實(shí)用新型的可獨(dú)立進(jìn)行電能計量顯示及控制的電器設(shè)備的實(shí)施例中，分別通過電流互感器、分壓電阻實(shí)現(xiàn)電流、電壓采樣，A/D轉(zhuǎn)換及控制是由專門的電能檢測芯片實(shí)現(xiàn)的，即美國ADI公司AD775X系列為電能表電能檢測的專用芯片，該芯片的邏輯組成如圖4所示。AD775X的輸出端連接有兩個發(fā)光二極管，其中一個用于指示電能計量模塊反向連接，另一個用于指示電能計量模塊正常運(yùn)行狀態(tài)。圖3中的負(fù)載即電器可以是電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器、微波爐、洗碗機(jī)、電熱水器、飲水機(jī)、電磁爐等各種家用電器或商用電器。
圖5示出本實(shí)用新型的單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置另一實(shí)施例的電原理圖。其中，采用美國ADI公司的AD775X系列芯片直接用于家用電器進(jìn)行電量指示，并將其濾波乘法電路輸出的信號直接送到電器設(shè)備已有的微處理器或?qū)ｉT的微處理器的I/O端口上。從而實(shí)現(xiàn)單一家電的電能使用實(shí)時顯示，從直觀上可以了解此家電的真實(shí)電能消耗情況(省電或費(fèi)電)，給用戶一個實(shí)時使用參考量，也可通過經(jīng)常性的用電實(shí)時顯示，使用戶掌握所用家電的電能消耗規(guī)律，達(dá)到節(jié)省電能的目的。例如對空調(diào)器與電冰箱，目前這兩種家用電器內(nèi)部控制器都有微處理器芯片，利用其本身的微處理器芯片及顯示電路，再加上電能計量模塊，就可實(shí)現(xiàn)在任何一個時段的電能消耗顯示，并可實(shí)現(xiàn)預(yù)置電量。使得用戶可對空調(diào)器與冰箱在不同運(yùn)行情況下的電能消耗有進(jìn)一步了解，對電器的使用更加經(jīng)濟(jì)合理。同時，隨著家庭自動化的水平日益提高，家用電器也越來越普及，對各種家用電器在其控制電路中增加電能計量模塊，實(shí)現(xiàn)對其本身電能消耗的任一時段顯示與控制，使用戶在使用家用電器上更加方便。同樣，在許多具有微處理器芯片控制的電子辦公設(shè)備中，如在其控制器中電能計量模塊，會使設(shè)備的使用經(jīng)濟(jì)合理化。本實(shí)用新型基于目前大部分家電產(chǎn)品(主要為空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)等)內(nèi)部都是由微處理器通過編程來控制，并且內(nèi)部控制電路中都有電流、電壓檢測裝置，利用家用電器本身的內(nèi)部資源，再加上很簡單的一些輔助電路，就可以實(shí)現(xiàn)家用電器的電能消耗顯示與控制。如果在家用電器控制器的內(nèi)部安裝具有此電能檢測功能的芯片，就可以實(shí)現(xiàn)單一家電的電能使用實(shí)時顯示，從直觀上可以了解此家電的真實(shí)電能消耗情況(省電或費(fèi)電)，給用戶一個實(shí)時使用參考量，也可通過經(jīng)常性的用電實(shí)時顯示，使用戶掌握所用家電的電能消耗規(guī)律，達(dá)到節(jié)省電能的目的。此外，利用家用電器本身的微處理器和顯示器與本電路相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)置限制用電量的功能。如在設(shè)計電器(包括家用電器或工業(yè)上一些小電器)時嵌入本實(shí)用新型的裝置既可顯示該產(chǎn)品的省電效果，又可為用戶在用電設(shè)備的運(yùn)行中提供用電量的實(shí)時參考依據(jù)。
如圖6所示，在本實(shí)用新型的一個具體電路連接圖中，專用電能表芯片采用美國ADI公司的AD7755芯片，其RESET腳、CF腳REVP腳分別與微處理器MCU相應(yīng)的引腳相連，其它引腳均按要求接好，其中V1P腳和V1N腳輸入負(fù)載的電流信號、V2N腳和V2P輸入電源信號；微處理器還與外圍設(shè)備連接，如LED顯示電路、按鍵、存儲設(shè)備，時鐘電路。
權(quán)利要求1.一種可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，可顯示任意一個時段耗電量且可預(yù)先設(shè)置其電能用量，其特征在于，包括顯示控制單元和電能計量單元，其中，電能計量單元有采樣電流輸入端和采樣電壓輸入端分別連接與被計量電器的電源進(jìn)線回路連接的電流傳感單元和電壓傳感單元，所述電能計量單元有電量輸出端連接到所述顯示控制單元的輸入端，所述電能計量單元包括一個電能計量集成電路，所述顯示控制單元包括顯示器和供電控制元件以及對所述顯示器和供電控制元件進(jìn)行控制的微處理器，所述微處理器內(nèi)置或外接有存儲器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述微處理器是用電設(shè)備控制器中的微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述電能計量集成電路，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、與電流采樣電路連接的A/D轉(zhuǎn)換器、與電壓采樣電路連接的A/D轉(zhuǎn)換器、以上述兩個轉(zhuǎn)換器輸出信號為輸入的乘法器，以及將乘法器輸出進(jìn)行數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述電能檢測芯片可以是型號為AD775X系列或與其功能等同的集成電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述電能計量集成電路和所述顯示控制單元由一個交直流轉(zhuǎn)換器提供電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述電能計量集成電路的輸出端分別連接有兩個發(fā)光二極管，分別用于指示反極性連接盜電顯示及正常電能計量工作狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述電壓傳感元件為分壓電阻組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述電壓傳感元件為電壓互感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述電流采樣元件為錳銅電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置，其特征在于，所述電流采樣元件為電流互感器，所述電流互感器的初級串接在電器的電源回路中，所述電流互感單元的次級連接到所述電能檢測芯片的輸入端。
專利摘要一種可用于單個用電設(shè)備的嵌入式電能計量裝置,可顯示任意一個時段耗電量且可預(yù)先設(shè)置其電能用量,包括顯示控制單元和電能計量單元,其中,電能計量單元包括一個電能計量集成電路,所述顯示控制單元包括顯示器和供電控制元件以及對所述顯示器和供電控制元件進(jìn)行控制的微處理器,所述微處理器內(nèi)置或外接有存儲器。這種裝置可結(jié)合于各種用電設(shè)備,對其在任何條件下的運(yùn)行中所消耗電能的多少進(jìn)行計量的顯示,實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備的能耗經(jīng)濟(jì)控制。
文檔編號G01R22/00GK2453448SQ00262348
公開日2001年10月10日 申請日期2000年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月14日
發(fā)明者阿勇嘎 申請人:廣東科龍電器股份有限公司