專利名稱：基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種嵌入式電能表，尤其涉及一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表。
背景技術(shù)：
電能在現(xiàn)代社會中起著非常重要的作用，各個行業(yè)以及人民的日常生活都離不開它。因此，電能也就成為了一種特殊的商品進入市場，如何對用戶所消耗的電能進行精確的計量核算以及對電能的控制與管理就成為了我們所必須面對的一個問題。在這種情況下，電能表應(yīng)運而生了。當(dāng)前電能表作為衡量電能使用數(shù)量的計量儀器，其技術(shù)性要求很高，不僅要求精確和穩(wěn)定，而且必須保證長期可靠掛網(wǎng)運行，隨著我國電力市場的逐步建立和完善，作為電力系統(tǒng)重要組成部分的電能表受到了越來越多的關(guān)注。如單相電能表就被廣泛應(yīng)用于居民住宅小區(qū)當(dāng)中，是一種最為簡單的電能表。有了計量電表之后，如何將電表所計量的電量傳送到電力部門又成為了我們必須面對的另一個問題。傳統(tǒng)的運作模式都是依靠人工抄表，不僅效率低下，而且容易產(chǎn)生誤差，并且在使用之初，也存在各種諸如施工、布線 之類的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供了一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、以太網(wǎng)通信模塊、工作電源、數(shù)據(jù)RAM、顯示電路。數(shù)據(jù)采集模塊包括電能計量芯片、電流采樣電路及電壓采樣電路，電流采樣電路及電壓采樣電路分別與電能計量芯片的電流輸入通道和電壓輸入通道相連；電能計量芯片通過SPI總線與控制模塊相連；控制模塊上連接有數(shù)據(jù)RAM及顯示電路；以太網(wǎng)通信模塊包括以太網(wǎng)控制器、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口，它們順序相連；控制模塊通過SPI總線與以太網(wǎng)控制器相連；工作電源分別給電能計量芯片、控制模塊及以太網(wǎng)控制器供電。電能計量芯片采用ADE7758電能計量芯片；控制模塊采用單片機MC68HC11A8 ；以太網(wǎng)控制器采用以太網(wǎng)控制器ENC28J60。本實用新型的基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表提高了用電管理要求，使電表最終達到精度高、功耗低、受諧波影響小等優(yōu)點，又能實現(xiàn)遠程控制、自動抄表等功能。

圖I是基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是電流采樣電路圖；圖3是電壓采樣電路圖。
具體實施方式
本實用新型的基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表包括數(shù)據(jù)采集模塊I、控制模塊2、以太網(wǎng)通信模塊3、工作電源4、數(shù)據(jù)RAM5、顯示電路6。[0010]圖I是基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表的結(jié)構(gòu)原理圖。其中數(shù)據(jù)采集模塊I包括電能計量芯片11、電流采樣電路12及電壓采樣電路13。電能計量芯片11優(yōu)選采用ADE7758電能計量芯片，該芯片是由美國模擬器件公司開發(fā)的一款高精度三相電量測量裝用芯片，具有三個電壓輸入通道和三個電流輸入通道。電流采樣電路12及電壓采樣電路13與電能計量芯片11的電流輸入通道和電壓輸入通道相連。電流采樣電路12及電壓采樣電路13分別如圖2、3所示。電流采樣電阻和分壓電阻大小的選擇既要充分利用電能計量芯片ADE7758的A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)，以便提高測量的精度，同時還要防止過量程時不至于使測量溢出。由于電能計量芯片APE7758的差分輸入電壓低于O. 5 V，因此電流和電 壓采樣通道第一個作用就是將輸入到芯片的電壓限制在O. 5V以下。電路中簡單的RC網(wǎng)絡(luò)起著抗混疊的作用，以A相為例，圖2中，Rl, R2，R7，R8，Cl，C2構(gòu)成輸入端子的抗混疊濾波網(wǎng)絡(luò)。頻率混疊是數(shù)字采樣處理中的特有現(xiàn)象，當(dāng)采樣頻率小于兩倍的信號最高頻率時就會產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的假頻將嚴(yán)重影響測量結(jié)果。由于電能計量芯片ADE7758芯片具有較高的采樣頻率，而所設(shè)計的LPF濾波器的截止頻率遠低于它，這樣可以衰減高頻信號，從而有效阻止混疊現(xiàn)象的產(chǎn)生。圖3中，R20, R21，R22, R15構(gòu)成A相電壓通道的衰減網(wǎng)絡(luò)?；氐綀D1，電能計量芯片11通過串行外圍設(shè)備(SPI)總線與控制模塊2相連，控制模塊2上連接有數(shù)據(jù)RAM5及顯示電路6?？刂颇K2優(yōu)選采用單片機MC68HC11A8，該單片機是Motorola公司開發(fā)的高性能單片機。以太網(wǎng)通信模塊3包括以太網(wǎng)控制器31、網(wǎng)絡(luò)變壓器32、RJ45接口 33，它們順序相連。控制模塊2通過串行外圍設(shè)備(SPI)總線與以太網(wǎng)控制器31相連。以太網(wǎng)控制器31優(yōu)選采用Microchip Technology公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)控制器ENC28J60。工作電源4分別給電能計量芯片11、控制模塊2及以太網(wǎng)控制器31供電。電能計量系統(tǒng)最重要的功能是精確測量各種電能參數(shù)，如電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)，欠壓和斷相檢測、諧波分析等。目前測量方式主要有兩種一種是采用專用測量芯片，將其檢測到的數(shù)據(jù)加以處理，得到想要測量的參數(shù)；另一種是直接對電流、電壓進行采樣，并通過計算得到電能參數(shù)。為了提高系統(tǒng)的測量精度和可靠性，本系統(tǒng)采用專用電能計量芯片ADE7758來采樣信號，配以單片機MC68HC11A8編程實現(xiàn)多種功能。采樣部分由電流互感器、電壓互感器和外圍處理電路組成，從而得到電流、電壓、頻率、相位等實時數(shù)據(jù)，并輸入到計量芯片中。計量芯片通過對各個輸入信號計量之后，將計量得到各種電能參數(shù)輸入到主控單片機中，由它決定將所需參數(shù)經(jīng)過處理后送到存儲器中儲存，并送到顯示部分進行顯示。通信接口采用以太網(wǎng)控制器ENC28J60和上位機進行通信。如果通信接口接到上位機的命令，則將命令傳輸?shù)絾纹瑱C中，根據(jù)命令可將電能參數(shù)傳送到上位機，即可對電能進行集中管理，實現(xiàn)自動抄表、遠程控制等功能。
權(quán)利要求1.一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，包括數(shù)據(jù)采集模塊(I)、控制模塊(2)、以太網(wǎng)通信模塊(3)、工作電源(4)、數(shù)據(jù)RAM (5)、顯示電路(6)，其特征是數(shù)據(jù)采集模塊(I)包括電能計量芯片(11)、電流采樣電路(12 )及電壓采樣電路(13 )，電流采樣電路(12 )及電壓采樣電路(13 )分別與電能計量芯片(11)的電流輸入通道和電壓輸入通道相連；電能計量芯片(11)通過SPI總線與控制模塊(2)相連；控制模塊(2)上連接有數(shù)據(jù)RAM (5)及顯示電路(6);以太網(wǎng)通信模塊(3)包括順序相連的以太網(wǎng)控制器(31)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(32)和RJ45接口(33);控制模塊(2)通過SPI總線與以太網(wǎng)控制器(31)相連；工作電源(4)分別給電能計量芯片(11)、控制模塊(2)及以太網(wǎng)控制器(31)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，其特征是電能計量芯片(11)采用ADE7758電能計量芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，其特征是控制模塊(2)采用單片機MC68HC11A8。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，其特征是以太網(wǎng)控制器(31)采用以太網(wǎng)控制器ENC28J60。
專利摘要一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、以太網(wǎng)通信模塊、工作電源、數(shù)據(jù)RAM、顯示電路。數(shù)據(jù)采集模塊包括電能計量芯片、電流采樣電路及電壓采樣電路，電流采樣電路及電壓采樣電路分別與電能計量芯片的電流輸入通道和電壓輸入通道相連；電能計量芯片通過SPI總線與控制模塊相連；控制模塊上連接有數(shù)據(jù)RAM及顯示電路；以太網(wǎng)通信模塊包括以太網(wǎng)控制器、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口，它們順序相連；控制模塊通過SPI總線與以太網(wǎng)控制器相連；工作電源分別給電能計量芯片、控制模塊及以太網(wǎng)控制器供電。提高了用電管理要求，使電表最終達到精度高、功耗低、受諧波影響小等優(yōu)點，又能實現(xiàn)遠程控制、自動抄表等功能。
文檔編號G01R22/10GK202649307SQ20122031236
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月1日
發(fā)明者徐斌, 古雄文, 劉巖 申請人:珠海派諾科技股份有限公司