一種低功耗電能采集裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低功耗電能采集裝置，包括采集芯片、微處理器、顯示器、存儲(chǔ)器和電源模塊；該裝置還包括電壓互感器、電流互感器，分別與電壓互感器和電流互感器連接的第一低通濾波器和第二低通濾波器；第一低通濾波器和第二低通濾波器與采集芯片連接；微處理器分別與顯示器、存儲(chǔ)器連接，并通過(guò)SPI接口與采集芯片連接。本實(shí)用新型的低功耗電能采集裝置，采用低功耗處理器芯片和高集成度電能采集芯片完成對(duì)民用交流電能采集，在完成電能采集功能的前提下，把自身的功耗降到最低，實(shí)現(xiàn)在追求低功耗運(yùn)行模式下完成對(duì)交流電能的采集功能。同時(shí)本裝置還設(shè)計(jì)組網(wǎng)功能，滿足后端控制平臺(tái)對(duì)該裝置的電能采集與控制。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于應(yīng)用電子產(chǎn)品【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種是采集民用交流電電能用量的 低功耗電能采集裝置。 一種低功耗電能采集裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 目前針對(duì)民用交流電能的采集只要分為兩種：機(jī)械電子式和全電子式。
[0003] 機(jī)械電子式采集裝置是交變電流電壓通過(guò)線圈，形成交變磁場(chǎng)，導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)盤(pán)位于 交變磁場(chǎng)中，類(lèi)似形成一個(gè)電機(jī)，交變磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度由場(chǎng)強(qiáng)決定，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈 數(shù)作為計(jì)量電能的單位。
[0004] 圖1是現(xiàn)有的全電子式電能采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，全電子式電能采 集裝置通過(guò)電壓進(jìn)行電阻分壓，對(duì)電流進(jìn)行小電阻取樣，取樣得到的等比例電壓和電流再 進(jìn)行數(shù)字化采樣轉(zhuǎn)換。利用專用集成電路完成電壓和電流的乘積，以時(shí)間單位進(jìn)行電流電 壓乘積的積分，依據(jù)積分值的大小以脈沖個(gè)數(shù)的形式正比例輸出，最后由脈沖驅(qū)動(dòng)電度計(jì) 或數(shù)字顯示器，完成對(duì)電能的采集。
[0005] 但現(xiàn)有的電能采集裝置功耗普遍較高，不符合現(xiàn)在綠色環(huán)保的要求。且現(xiàn)有的電 能采集裝置只完成電度計(jì)量功能，只適用于有電度計(jì)量需求的場(chǎng)合，功能單一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種精確采集能耗以及采集 裝置自身功耗低的低功耗電能采集裝置。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案：
[0008] 本實(shí)用新型的低功耗電能采集裝置，包括采集芯片、微處理器、顯示器、存儲(chǔ)器和 電源模塊；該裝置還包括電壓互感器、電流互感器，分別與電壓互感器和電流互感器連接 的第一低通濾波器和第二低通濾波器；第一低通濾波器和第二低通濾波器與采集芯片連 接；微處理器分別與顯示器、存儲(chǔ)器連接，并通過(guò)SPI接口與采集芯片連接；微處理器采用 MSP430F149芯片，采集芯片采用CS5463芯片。
[0009] 所述的微處理器上設(shè)置有多個(gè)基于485總線的訪問(wèn)接口。
[0010] 所述的微處理器上還連接有一組地址撥碼開(kāi)關(guān)。
[0011] 所述的顯示器為斷碼液晶顯示器。
[0012] 本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0013] 本實(shí)用新型的低功耗電能采集裝置，采用低功耗處理器芯片和高集成度電能采集 芯片完成對(duì)民用交流電能采集，在完成電能采集功能的前提下，把自身的功耗降到最低，實(shí) 現(xiàn)在追求低功耗運(yùn)行模式下完成對(duì)交流電能的采集功能。同時(shí)本裝置還設(shè)計(jì)組網(wǎng)功能，滿 足后端控制平臺(tái)對(duì)該裝置的電能采集與控制。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 [0014]
[0015] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的全電子式電能采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016] 圖2是本實(shí)用新型的低功耗電能采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017] 圖3是本實(shí)用新型的低功耗電能采集裝置的程序流程圖。

【具體實(shí)施方式】 [0018]
[0019] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的低功耗電能采集裝置做進(jìn)一步說(shuō)明。 下述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而并非對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0020] 圖2是本實(shí)用新型的低功耗電能采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，本實(shí)用新型 的低功耗電能采集裝置，包括采集芯片、微處理器、顯示器、存儲(chǔ)器和電源模塊；該裝置還包 括電壓互感器、電流互感器，分別與電壓互感器和電流互感器連接的第一低通濾波器和第 二低通濾波器；第一低通濾波器和第二低通濾波器與采集芯片連接；微處理器分別與顯示 器、存儲(chǔ)器和繼電器連接，并通過(guò)SPI接口與采集芯片連接。顯示器為斷碼液晶顯示器。
[0021] 微處理器采用MSP430F149芯片，MSP430F149具有7種低功耗模式，極低功耗模式 下最低工作電流僅需要360nA，可以滿足各種低功耗應(yīng)用場(chǎng)合，該處理器是16位處理器，處 理能力較8位處理器處理能力更加強(qiáng)大，有質(zhì)的提升，同時(shí)該處理器內(nèi)部集成硬件乘法器， 能夠滿足較復(fù)雜算法的計(jì)算要求。
[0022] 采集芯片采用CS5463芯片，該芯片可以自動(dòng)采集測(cè)量一系列電能參數(shù)，包括瞬時(shí) 電壓、電流、功率、視在功率、有功功率、無(wú)功功率、有功基波、有功諧波、無(wú)功基波、功率因 數(shù)、交流頻率等，同時(shí)還具有系統(tǒng)校準(zhǔn)好相位補(bǔ)償?shù)裙δ?，采用此測(cè)量芯片，能夠獲得一系 列電能參數(shù)。傳統(tǒng)電能采集裝置只完成電度計(jì)量功能，只適用于有電度計(jì)量需求的場(chǎng)合，本 發(fā)明除完成電度計(jì)量外，還能夠?qū)﹄娔軈?shù)進(jìn)行算法處理，依據(jù)電能參數(shù)完成例如功率因 素的測(cè)量、無(wú)功功率、電壓頻率等的測(cè)量，可為后臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器提供一系列電能數(shù)據(jù)。
[0023] 微處理器上設(shè)置有多個(gè)基于485總線的訪問(wèn)接口，可以實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前電能參數(shù)， 為后臺(tái)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)采集裝置之間并行聯(lián)網(wǎng)功能。這也是傳統(tǒng)電能采集 裝置所不具備的。
[0024] 微處理器上還連接有一組地址撥碼開(kāi)關(guān)。通過(guò)外設(shè)撥碼的方式設(shè)定自身地址，后 臺(tái)服務(wù)器通過(guò)此地址尋址訪問(wèn)。裝置與后臺(tái)服務(wù)器之間通過(guò)485總線方式進(jìn)行通信。
[0025] 本裝置采集的是民用交流電的電能用量，適用于需要精確采集能耗以及要求采集 裝置自身低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合，能夠?qū)崿F(xiàn)在自身低功耗模式下完成電能參數(shù)的采集、存儲(chǔ)、顯 示及傳輸。本裝置采用低功耗處理器芯片和高集成度電能采集芯片完成對(duì)民用交流電能采 集，在完成電能采集功能的前提下，把自身的功耗降到最低，實(shí)現(xiàn)在追求低功耗運(yùn)行模式下 完成對(duì)交流電能的采集功能。同時(shí)本裝置還設(shè)計(jì)組網(wǎng)功能，滿足后端控制平臺(tái)對(duì)該裝置的 電能采集與控制。
[0026] 本實(shí)用新型的低功耗電能采集裝置的工作過(guò)程如下：交流220V電壓通過(guò)電流互 感器和電壓互感器等比例交流電壓和電流，然后經(jīng)過(guò)低通濾波處理，去掉感應(yīng)得到的高頻 分量，送采集芯片CS5463進(jìn)行采樣，微處理器MSP430F149通過(guò)SPI接口完成對(duì)CS5463的 操作，最后讀取得到電能參數(shù)，微處理器通過(guò)分析得到的電能參數(shù)，控制斷碼液晶顯示、本 地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)上傳等。
[0027] 為實(shí)現(xiàn)裝置低功耗要求，在硬件設(shè)計(jì)上，所有上拉電阻均采用2ΜΩ的弱上拉，使 上拉漏電流在微安級(jí)；顯示器采用斷碼液晶顯示器，并且關(guān)閉背光，使得顯示屏耗電在五十 微安以下；電路穩(wěn)壓芯片采用高效率開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓芯片LT3480,靜態(tài)工作電流極低，在十微 安左右；外部鐵電存儲(chǔ)lie接口加弱上拉；低通濾波器采用無(wú)源濾波器，進(jìn)一步減少功耗； 微處理器空閑管腳做接地處理，避免由于內(nèi)部上拉導(dǎo)致的漏電流耗散，晶體振蕩器采用 32.768KHz。
[0028] 裝置采用電池供電方式，系統(tǒng)低功耗運(yùn)行，正常工作是平均電流1. 55mA，僅需小容 量電池供電，在無(wú)充電條件下，可連續(xù)工作1年時(shí)間，減少了電能采集裝置自身的能耗，達(dá) 到節(jié)能環(huán)保的目的。
【權(quán)利要求】
1. 一種低功耗電能采集裝置，包括采集芯片、微處理器、顯示器、存儲(chǔ)器和電源模塊； 其特征在于：該裝置還包括電壓互感器、電流互感器，分別與電壓互感器和電流互感器連 接的第一低通濾波器和第二低通濾波器；第一低通濾波器和第二低通濾波器與采集芯片連 接；微處理器分別與顯示器、存儲(chǔ)器連接，并通過(guò)SPI接口與采集芯片連接；微處理器采用 MSP430F149芯片，采集芯片采用CS5463芯片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗電能采集裝置，其特征在于：微處理器上設(shè)置有 多個(gè)基于485總線的訪問(wèn)接口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗電能采集裝置，其特征在于：微處理器上還連接 有一組地址撥碼開(kāi)關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗電能采集裝置，其特征在于：顯示器為斷碼液晶 顯示器。
【文檔編號(hào)】G01R21/133GK203894323SQ201420188868
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】謝家祖, 李金鳳, 宋維 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)