专利名称：电测仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力领域里使用的电测仪表，特别是一种单芯片低成 本的电测仪表。
技术背景电力领域经常需要用到电测仪表以掌握相关电气设备和电气网络的工作状 态。目前实现三相多功能的方法有很多，根据核心电路应用来分主要有专用计 量芯片+MCU (或DSP)、片外A/D芯片+ MCU (或DSP)、单片SOC专用芯片。 这三种方法前两种采用2芯片甚至3芯片方案成本较高，第三种方法虽然采用 了单芯片方案，但是专用SOC芯片目前可选型号很少，芯片内可测量参数由芯 片厂家固定，所以应用不是很灵活。所以这三种方案有的成本偏高、有的则使 用灵活性欠缺。 发明内容发明目的本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种单芯片低成本的 电测仪表。技术方案本实用新型提供了一种电测仪表，它包括信号采样及计算单元， 以及与信号采样及计算单元连接的显示及驱动单元、数据保存单元、键盘输入 单元、变送输出单元、数字通讯单元和开关电源单元，电流电压信号经过信号 转换单元后输出到的信号采样及计算单元的模数输入端口，信号采样及计算单元还通过基准处理单元与信号转换单元连接，以抬高送到模数输入端口的信号。 所述基准处理单元包括输出端与反向输入端直接连接的运算放大器，运算 放大器同向输入端与信号采样及计算单元之间设有第一分压电阻，第一分压电 阻与运算放大器同向输入端之间分别并联有与地连接的第二分压电阻以及一端 共地的第一电容和第二电容，第一分压电阻与信号采样及计算单元基准电压输 出端之间还并联有一端共地的第三电容和第四电容；运算放大器输出端与信号 转换单元之间还并联有一端共地的第五电容、第六电容以及第三电阻。所述信号转换单元包括三个等称的电流信号转换电路和三个等称的电压信 号转换电路分别处理输入电测仪表的三相电流和三相电压。所述电流信号经过电流信号转换电路的电流互感器转换，由二极管进行信 号箝位，最后经过滤波电路送信号采样及计算单元连接。所述电压信号经过电压信号转换电路的电阻分压网络转换，由二极管进行 信号箝位，最后经过滤波电路送信号采样及计算单元连接。所述显示及驱动单元通过信号采样及计算单元的I/O 口与译码电路芯片相连，送数码管笔段显示，同时由i/o口通过三极管控制数码管的公共端，轮流动态扫描数码显示。有益效果本实用新型提供的电测仪表，设计结构简单，便于制造，同时 由于采用了单芯片的设计大大成本降低了生产成本。经过实际检测表明，本实用新型的检测性能也更为可靠。

图1是本实用新型的模块示意图。图2是本实用新型的基准处理单元电路图。图3a至图3f是是本实用新型信号转换单元电路图。图4显示及显示驱动单元电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的解释。参见图1，信号采样及计算单元1将经过信号转换单元2与基准处理单元9 处理的信号转换为数字信号，并计算得出电压、电流、功率、功率因数、电能 等各个参数。信号转换单元2的信号输出与信号采样及计算单元1的A/D输入 通道相连、信号采样及计算单元1的内部基准经过基准处理单元9处理后与信 号转换单元2相连，以抬高送到A/D输入通道的信号防止负电压送入。信号采 样及计算单元1通过I/O 口控制显示及驱动单元3的显示。其中电能数据存放于 数据保存单元4，通过i2c 口或SPI 口与数据保存单元4交换数据，以防止掉电 后数据丢失。键盘输入单元5与信号采样及计算单元1的I/O 口相连，信号采样 及计算单元1通过判断I/O电平状态来决定是否进入仪表菜单操作。信号采样及 计算单元1通过其PWM 口控制变送输出单元6的输出，数通过串口控制数字通 讯单元7的工作，开关电源单元8则为各部分提供电源。图3a至图3f，信号采样及计算单元将输入的电网信号(电压电流输入信号) 转化为弱电信号，其中电流信号通过电流互感器(CT1-CT3)转换，为降低成本， 电压则通过电阻分压网络转换，由二极管BAT54S进行信号箝位，防止过高电压 送信号采样及计算单元内A/D导致芯片损坏，最后经过RC滤波电路送A/D输 入口。如图3a至图3c为电流信号转换电路，图中基准电压输入端与阻值为330K 的电阻以及电流互感器一侧串联，同时经过双二极管BAT54S进行信号箝位，然 后由阻值为1K的电阻以及一端接地的47n的电容组成的滤波电路送A/D输入 口。如图3e至图3f为电压信号转换电路，电阻分压网络由阻值分别为2M、 1M、 1M的三个电阻串联而成。基准电压经由阻值为6.8K的电阻接入电阻分压网络 与二极管之间，经过双二极管BAT54S进行信号箝位，然后由阻值为1K的电阻 和33n的电容组成的滤波电路送A/D输入口。参见图2，转换的弱电信号还需通过基准处理单元做信号抬高才能送信号采 样及计算单元内A/D 口，信号抬高部分主要由片内基准电压VREF2经过R50、 R51分压后运放跟随基准电压VREF送与六路弱电信号负端(为确保基准电压稳 定性，需加电容滤波)，而避免一般采用外部基准的方法带来成本问题。所述基 准处理单元9包括输出端与反向输入端直接连接的LM324运算放大器IC1,运 算放大器IC1同向输入端与信号采样及计算单元1之间设有阻值为10K的第一 分压电阻R50，第一分压电阻R50与运算放大器IC1同向输入端之间分别并联 有与地连接的阻值为10K的第二分压电阻R51以及一端共地的10u/16V的第一 电容C6和O.lu的第二电容C16，第一分压电阻R50与信号采样及计算单元l 基准电压输出端之间还并联有一端共地的10u/16V的第三电容C5和O.lu的第四 电容C17;运算放大器IC1输出端与信号转换单元1之间还并联有一端共地的 10u/16V的第五电容C7、 0.1u的第六电容C18以及10K的第三电阻R31。参见图4， 一般显示部分采用专用驱动显示电路，这样虽然实现起来简单， 但是提高了成本。为了降低成本，本实用新型显示部分，通过MCU的I/0口与 译码电路74HC595相连，送数码管笔段显示(如果是液晶显示则可以通过液晶 驱动电路驱动液晶)，同时12根I/0 口通过三极管控制数码管的公共端，轮流动 态扫描数码显示。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种电测仪表，它包括信号采样及计算单元(1)，以及与信号采样及计算单元(1)连接的显示及驱动单元(3)、数据保存单元(4)、键盘输入单元(5)、变送输出单元(6)、数字通讯单元(7)和开关电源单元(8)，其特征在于，电流电压信号经过信号转换单元(2)后输出到信号采样及计算单元(1)的模数输入端口，信号采样及计算单元(1)还通过基准处理单元(9)与信号转换单元(2)连接，以抬高送到模数输入端口的信号。
2、 根据权利要求l所述的电测仪表，其特征在于，所述基准处理单元(9) 包括输出端与反向输入端直接连接的运算放大器(IC1)，运算放大器(IC1)同 向输入端与信号采样及计算单元(1)之间设有第一分压电阻(R50)，第一分压 电阻(R50)与运算放大器(IC1)同向输入端之间分别并联有与地连接的第二 分压电阻(R51)以及一端共地的第一电容(C6)和第二电容(C16)，第一分 压电阻(R50)与信号采样及计算单元(1)基准电压输出端之间还并联有一端 共地的第三电容(C5)和第四电容(C17);运算放大器(IC1)输出端与信号转 换单元(1)之间还并联有一端共地的第五电容(C7)、第六电容(C18)以及第 三电阻(R31)。
3、 根据权利要求1或2所述的电测仪表，其特征在于，所述信号转换单元 (2)包括三个等称的电流信号转换电路和三个等称的电压信号转换电路分别处理输入电测仪表的三相电流和三相电压。
4、 根据权利要求3所述的电测仪表，其特征在于，所述电流信号经过电流 信号转换电路的电流互感器转换，由二极管进行信号箝位，最后经过滤波电路 送信号采样及计算单元(1)连接。
5、 根据权利要求3所述的电测仪表，其特征在于，所述电压信号经过电压 信号转换电路的电阻分压网络转换，由二极管进行信号箝位，最后经过滤波电 路送信号采样及计算单元(1)连接。
6、 根据权利要求1所述的电测仪表，其特征在于，所述显示及驱动单元(3) 通过信号采样及计算单元(1)的1/0 口与译码电路芯片相连，送数码管笔段显 示，同时由i/o口通过三极管控制数码管的公共端，轮流动态扫描数码显示。
专利摘要本实用新型提供了一种电测仪表，它包括信号采样及计算单元，以及与信号采样及计算单元连接的显示及驱动单元、数据保存单元、键盘输入单元、变送输出单元、数字通讯单元和开关电源单元，电流电压信号经过信号转换单元后输出到的信号采样及计算单元的模数输入端口，信号采样及计算单元还通过基准处理单元与信号转换单元连接，以抬高送到模数输入端口的信号。本实用新型提供的电测仪表，设计结构简单，便于制造，同时由于采用了单芯片的设计大大成本降低了生产成本。经过实际检测表明，本实用新型的检测性能也更为可靠。
文档编号G01R15/00GK201166681SQ20082003345
公开日2008年12月17日 申请日期2008年3月21日 优先权日2008年3月21日
发明者张凤雏, 洪著财, 胡晓刚, 董宝宏 申请人:江苏斯菲尔电气有限公司