專利名稱：一種電功率檢測控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種交流市電電功率監(jiān)測領域，特別是一種連接在市電線路輸入端與 用電負載中用于提高用電安全性的電功率檢測控制裝置。
背景技術：
為了保障用電安全，通常用戶在交流市電進線處會安裝空氣開關，限制該線路上 的用電負荷。采用這樣的方式存在著以下幾項缺陷1、一旦超過負荷，空氣開關將自動跳 斷，需要用戶在減小負荷后手動合上供電開關；2、對于不超過總負荷的單件違章電器缺乏 有效的監(jiān)測和限制措施；3、當用電環(huán)境發(fā)生變化時候，需要重新配置和更換相應的空氣開 關，缺乏靈活的調(diào)整手段。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種提高用 電安全性的電功率檢測控制裝置。為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種連接在市電線路輸入端與用電負載中 的電功率檢測控制裝置，包括一個與市電輸入端連接的采樣電路，用于獲取實時用電功率；一個控制電路，包括一個繼電器，用于控制所述市電線路的通斷；—個微控制器電路，分別與所述的采樣電路以及控制電路連接，用于電信號處理、 控制所述繼電器的通斷；一個電源電路，用于為以上各部分供電。本發(fā)明中，所述微控制器電路包括MCU芯片。本發(fā)明中，所述采樣電路包括連接在市電線路輸入端與MCU芯片之間的電阻R3、 電阻R4、電阻R5以及電容C5，電阻R3、電阻R4、電阻R5以及電容C5的一端連接所述MCU 芯片的AD輸入端；所述電阻R3用于采樣交流電流，產(chǎn)生交流壓降；所述電容C5為信號濾波電容，濾去電網(wǎng)高頻噪聲。本發(fā)明中，所述微控制器電路包括電阻R7、電阻R8構(gòu)成繼電器狀態(tài)返回檢測部 分，MCU芯片的繼電器狀態(tài)輸入端通過所述電阻R8連接繼電器常閉點2，繼電器常閉點2通 過所述電阻R7連接MCU芯片的vcc 口。本發(fā)明中，所述控制電路包括電容C4、二極管D3、三極管Tl、以及電阻R6 ；所述繼電器的兩個定點分別連接二極管D3的兩端，用于提供繼電器控制線圈的 電流續(xù)流回路；所述繼電器的一個定點連接所述三極管Tl的集電極，三極管Tl的基極通過所述 電阻R6連接MCU芯片的繼電器控制信號輸出端，其發(fā)射極分別連接采樣電路以及所述電容 C4 ；所述電容C4另一端連接所述電源電路，提供繼電器控制線圈的工作電源。
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本發(fā)明中，所述電源電路包含一個與所述微控制器電路連接的發(fā)光二極管，作為 電源指示燈。本發(fā)明中，所述MCU芯片采用型號為PIC16F676的芯片。有益效果本發(fā)明通過在交流進線加裝該電路檢測用電狀況，可測量用戶當前用 電總功率，實時監(jiān)測用戶單件電器功率，并根據(jù)設定參數(shù)限制用戶最大使用功率和單件電 器允許功率。適用于需要強調(diào)用電安全的場合，防止電流過載、杜絕違章大功率電器的使 用。而且本裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、原理新穎可靠、成本低廉，可廣泛應用于學校、賓館、辦 公室、寫字樓等場合，可智能識別用電狀況，減少人工干預，嚴格限制違章電器的使用，保證 用電安全。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做更進一步的具體說明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點將會變得更加清楚。圖1為本發(fā)明一個實施例電路原理圖。圖2為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種連接在市電線路輸入端與用電負載中的電功率檢測控制裝置， 包括一個與市電輸入端連接的采樣電路，用于獲取實時用電功率；所述采樣電路包括連 接在市電線路輸入端與MCU芯片之間的電阻R3、電阻R4、電阻R5以及電容C5，電阻R3、電 阻R4、電阻R5以及電容C5的一端連接所述MCU芯片的AD輸入端，所述電阻R3用于采樣交 流電流，產(chǎn)生交流壓降，并連接所述繼電器；所述電容C5為信號濾波電容，濾去電網(wǎng)高頻噪 聲。包括一個含有繼電器的控制電路，用于控制所述市電線路的通斷；所述控制電路 包括電容C4、二極管D3、三極管Tl、以及電阻R6 ；所述繼電器的兩個定點分別連接二極管 D3的兩端，用于提供繼電器控制線圈的電流續(xù)流回路；所述繼電器的一個定點連接所述三 極管Tl的集電極，三極管Tl的基極通過所述電阻R6連接MCU芯片的繼電器控制信號輸出 端，其發(fā)射極分別連接采樣電路以及所述電容C4 ；所述電容C4另一端連接所述電源電路， 提供繼電器控制線圈的工作電源。包括一個含有MCU芯片微控制器電路，分別與所述的采樣電路以及控制電路連 接，用于電信號處理、控制所述繼電器的通斷；所述微控制器電路包括電阻R7、電阻R8構(gòu)成 繼電器狀態(tài)返回檢測部分，MCU芯片的繼電器狀態(tài)輸入端通過所述電阻R8連接繼電器常閉 點2，繼電器常閉點2通過所述電阻R7連接MCU芯片的vcc 口。一個電源電路，用于為以上各部分供電。所述電源電路包含一個與所述微控制器 電路連接的發(fā)光二極管，作為電源指示燈。本發(fā)明中，所述MCU芯片為型號可以采用PIC16F676的芯片。實施例本實施例圖1為完整實現(xiàn)所需功能的電路圖，其中Jl、J2為交流進線端(市電輸 入端)，其接入市電電網(wǎng)；J3、J4為交流出線端(市電輸出端)，該端輸出接用戶使用的各類負載。圖1中芯片Ul為MCU，繼電器JK，其他均為分立元器件，其主要元件的型號及特性 如下芯片Ul為MCU，采用PIC16F676芯片，工作電壓為2. 5V，內(nèi)含多通道10位AD轉(zhuǎn)換 電路、IK Byte程序區(qū)、U8Byte數(shù)據(jù)EEraOM、64Byte SRAM，自帶工作于4MHZRC振蕩器，12 個I/O 口、內(nèi)置Watchdog。Ul引腳13 (ΑΝ0 口)配置為AD輸入端；引腳6 (OUT 口)配置為 繼電器控制信號輸出端，控制繼電器動作；引腳8(RC2 口 )配置為繼電器狀態(tài)輸入端，獲取 繼電器當前狀態(tài)。繼電器JK為16A/MVDC繼電器，最大控制功率為3500W。NPN三極管Tl提供繼電 器動作的放大和推動。芯片U2為TL431穩(wěn)壓芯片，提供M⑶工作電源。本發(fā)明所述裝置的工作原理說明如下。市電輸入端J1、電阻R3、電容C2、二極管D2、電容Cl以及市電輸入端J2構(gòu)成對電 容C2的半波充電回路，電路參數(shù)配置使電容C2兩端充電到DC9V，圖中二極管Dl提供充電 反向通路，避免交流負半周對二極管D2、電容C2的反向電壓。為了防止交流電網(wǎng)可能存在 的直流偏移，電阻Rl提供電容Cl直流電壓的釋放通路。電容C2的負極為整機工作的直流 參考地。市電輸入端J1、電阻R3、電容C4、二極管D4、電容Cl以及市電輸入端J2構(gòu)成對電 容C4的半波充電回路，電路參數(shù)配置可使電容C4兩端充電到DC18V以上，該電源提供繼電 器控制線圈的工作電源。交流電網(wǎng)的輸入端J2直通到交流輸出端J3，輸入端Jl經(jīng)功率采樣電阻R3接入繼 電器的定點5，由MCU芯片Ul的6腳輸出信號控制輸入功率是否允許輸出到輸出端J4。二 極管D3提供繼電器控制線圈的電流續(xù)流回路，電阻R6為三極管基極電阻。當Ul的6腳為 高電平時，三極管Tl導通，繼電器線圈通電，控制繼電器定點4接通常開點3，交流輸入功率 允許輸出到輸出端J4，用戶負載接通可正常用電；當MCU芯片的Ul的6腳為低電平時，三 極管Tl截止，控制繼電器定點4接通常閉點2，輸出端J4無輸出，用戶負載斷電。電容C2、二極管D5、電阻R2、穩(wěn)壓芯片U2、電容C3以及電容C6構(gòu)成2. 5V直流穩(wěn) 壓電路，提供MCU芯片Ul的正常工作電源，其中二極管D5為發(fā)光二極管，作為電源指示燈， 電阻R2為限流電阻，穩(wěn)壓芯片U2為分流型電壓調(diào)整管，電容C3、C6為濾波電容。電阻R7、R8構(gòu)成繼電器狀態(tài)返回檢測電路，當繼電器JK定點4接通常閉點2時， MCU芯片Ul的8腳通過電阻R8讀取到低電平，指示目前對用戶供電斷開，當繼電器定點4 接通常開點3時，MCU芯片Ul的8腳通過電阻R8、R7讀取到高電平，指示目前對用戶供電 接通。電阻R3、電阻R4、電阻R5以及電容C5構(gòu)成采樣回路，并接入芯片Ul的13腳 (ΑΝ0 口)。電阻R3采樣交流電流，產(chǎn)生交流壓降，其中電容C5為信號濾波電容，濾去電網(wǎng) 高頻噪聲。該交流電壓信號由電阻R4、R5分壓接芯片Ul的13腳AD輸入端。設當前交流 電流為I，則電阻R3的交流壓降Vl = I*R3，該交流經(jīng)電阻R4、R5分壓后接入Ul的交流 電壓為0. 5*I*R3，設芯片Ul的電源電壓為VCC = 2. 5V，該電壓也是AD轉(zhuǎn)換的參考電壓， 則芯片Ul的13腳輸入直流電壓為1. 25V，因此，AD轉(zhuǎn)換輸入電壓V=I. 25+0. 5*I*R3 =1.25+0. 05*1 (V)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為512+51. 2*1。芯片Ul內(nèi)部程序完成高速AD轉(zhuǎn) 換，經(jīng)過6個工頻周期的連續(xù)測量，檢測最大值Vmax和最小值Vmin，計算P = Vmax-Vmin 值，該數(shù)值即為供電電流的峰峰值，可換算為當前用電功率。圖2為工作流程圖，由芯片Ul的嵌入式軟件控制執(zhí)行，圖2中，Pmax表示最大允 許用電功率，設定參數(shù)；Pc表示單件電器允許功率，設定參數(shù)；T表示測量周期，時間為6個 工頻周期，120ms ；Px表示當前測量的電功率；PO ；上個周期測量的電功率。當本發(fā)明裝置接入供電線路后，首先電容C4充電到DC18V以上，電容C2充電到 DC9V左右；繼電器觸點為常閉狀態(tài)；芯片U2穩(wěn)壓在2. 5V ；芯片Ul上電復位，執(zhí)行初始化程 序，設定MCU各寄存器及I/O ；芯片Ul讀取內(nèi)部EEPROM設定的最大功率限制Pmax和單件 電器功率限制Pc參數(shù)。程序控制三極管Tl導通，繼電器JK吸合至常開點，對用戶供電，程序開始檢測用 電總功率1^。若Px> Pmax或1 > Pc，程序控制繼電器斷開，中止用戶供電半分鐘，迫使 用戶關閉違章電器，保證用電安全。半分鐘后再次接通繼電器，檢測總功率Px。該過程將持 續(xù)進行，直到用戶用電符合安全范圍。若用戶1 < Pc和1 < Pmax,電路對用戶正常供電，并連續(xù)按6個工頻周期為一個 功率測量周期檢測當前用電功率，設功率測量周期為T，在to時刻測量的用電功率為P0，在 tl = to+T時刻測量的功率為P1，當Pl < PO時，供電保持，并記錄本次Pl數(shù)據(jù)，用于在t2 =tl+T時刻測量的電功率P2作比較；當Pl > Pmax時，程序控制繼電器斷開，中止用戶供 電半分鐘，迫使用戶減少用電功率，符合用電總功率限制；當Pl > PO時，計算Pt = P1-P0, 若Pt > Pc，中止用戶供電半分鐘，迫使用戶停止使用單件違章電器，若Pt < Pc，供電保持， 并記錄本次Pl數(shù)據(jù)，用于在t2 = tl+T時刻測量的電功率P2作比較。總體而言本發(fā)明軟件部分包括以下功能定時中斷程序，整個電路工作的時基由 該中斷生成；系統(tǒng)初始化模塊，微控制器上電復位后設置各寄存器為各指定功能；主控程 序，測量當前功率，并檢測單件電器功率，并做出相應的控制動作；控制參數(shù)的設置和獲取， 控制參數(shù)存放在內(nèi)部EEPR0M。本發(fā)明提供了一種電功率檢測控制裝置的思路及方法，具體實現(xiàn)該技術方案的方 法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種連接在市電線路輸入端與用電負載中的電功率檢測控制裝置，其特征在于，包括一個與市電輸入端連接的采樣電路，用于獲取實時用電功率； 一個控制電路，包括一個繼電器，用于控制所述市電線路的通斷； 一個微控制器電路，分別與所述的采樣電路以及控制電路連接，用于電信號處理、控制 所述繼電器的通斷；一個電源電路，用于為以上各部分供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述微控制器電路 包括MCU芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述采樣電路包括 連接在市電線路輸入端與MCU芯片之間的電阻R3、電阻R4、電阻R5以及電容C5，電阻R3、 電阻R4、電阻R5以及電容C5的一端并接后連接所述MCU芯片的AD輸入端；所述電阻R3用于采樣交流電流，產(chǎn)生交流壓降； 所述電容C5為信號濾波電容，濾去電網(wǎng)高頻噪聲。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述微控制器 電路包括電阻R7、電阻R8構(gòu)成繼電器狀態(tài)返回檢測部分，MCU芯片的繼電器狀態(tài)輸入端通過所述電阻R8連接繼電器常閉點2，繼電器常閉點2通過所述電阻R7連接MCU芯片的vcc□。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述控制電路包 括電容C4、二極管D3、三極管Tl、以及電阻R6 ；所述繼電器的兩個定點分別連接二極管D3的兩端，用于提供繼電器控制線圈的電流 續(xù)流回路；所述繼電器的一個定點連接所述三極管Tl的集電極，三極管Tl的基極通過所述電阻 R6連接MCU芯片的繼電器控制信號輸出端，其發(fā)射極分別連接采樣電路以及所述電容C4 ； 所述電容C4另一端連接所述電源電路，提供繼電器控制線圈的工作電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述電源電路包含 一個與所述微控制器電路連接的發(fā)光二極管，作為電源指示燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電功率檢測控制裝置，其特征在于，所述MCU芯片采用型 號為PIC16F676的芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連接在市電線路輸入端與用電負載中的電功率檢測控制裝置，包括一個與市電輸入端連接的采樣電路，用于獲取實時用電功率；一個控制電路，包括一個繼電器，用于控制所述市電線路的通斷；一個微控制器電路，分別與所述的采樣電路以及控制電路連接，用于電信號處理、控制所述繼電器的通斷；一個電源電路，用于為以上各部分供電。本裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、原理新穎可靠、成本低廉，可廣泛應用于學校、賓館、辦公室、寫字樓等場合，可智能識別用電狀況，減少人工干預，嚴格限制違章電器的使用，保證用電安全。
文檔編號G05B19/04GK102110972SQ201110067449
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者周斌 申請人:南京誠善科技有限公司, 張金芳