专利名称：一款用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电表，具体涉及一款用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表，属于计量设备技术领域。
背景技术：
随着信息技术的进步和智能家居的发展，人们对电力的需求日益增加。鉴于发电过程带来的环境污染问题和用电侧的电能浪费现象，监测家用电器的能源使用情况，优化家庭能源消耗结构，从而实现家庭节能是非常有意义的。家庭能耗管理的有效实施需要采集每个家用电器的详细用电信息，为用户建立用电信息数据库，帮助用户分析家庭能耗结构，使用户了解自身行为习惯对于家庭能耗的影响，引导用户自觉地采用节能措施并养成良好的节能习惯。这些详细用电信息的采集需要智能电表的支持，因此需要开发具有多参数测量和双向无线通信能力的低成本智能电表。

实用新型内容本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一款用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一款用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表，包含电能计量芯片、电流变换电路、电压变换电路、单片机系统、 LCD显示、存储芯片；所述电能计量芯片通过并联设置的电流变换电路、电压变换电路采集电流、电压参数；所述电能计量芯片与单片机系统通信，将用电设备的电流、电压参数数据传给单片机系统处理；所述单片机系统对得到的数据做进一步的处理，通过计算得到用电设备耗能和功率因素等参数，并且单片机系统分别与LCD显示、存储芯片相连，实现数据的 IXD显示和储存功能。优选的，所述单片机系统通过无线通讯与家庭网关进行通讯，将数据传递给家庭网关。优选的，所述电压转换电路采用电流型电压互感器将电网电压信号进行降压以满足电能计量芯片CSM60A的测量电压输入通道指标要求。优选的，所述电流转换电路采用电流互感器对待测家用电器电流进行变换和降流以满足电能计量芯片的测量电流输入通道指标要求。优选的，所述无线通讯采用使用Zigbee通讯技术的通讯芯片CCM30。由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点本实用新型的所述的用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表为家庭能耗管理提供了家用电器多参数量测智能电表，该智能电表具有结构简单、测量参数多、成本低等特点，并且采用Zigbee协议进行无线通讯，非常适用于家庭能耗管理对用电信息监测的需求。以下结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明

图1是示出本实用新型的总体框图；图2是示出本实用新型的电压变换电路；图3是示出本实用新型的电流变换电路；图4是示出本实用新型信号采集处理部分端口连接图；图5是示出本实用新型双向通信部分连接框具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。本实用新型所述的本实用新型的实施将参考图1到图5进行说明。本实用新型的整体结构框图如图1所示。本实用新型开发的用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表采用CRYSTAL公司推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片CS5460A采集电流、电压和功率等参数。待测电流和电压信号通过电流、电压转换电路转换为电能测量芯片CS5460A允许的输入信号。电能计量芯片CSM60A通过SPI 口与ATmegaie单片机系统通信，将用电设备的电流，电压和功率等参数传给单片机处理。ATmegaie单片机系统对得到的数据做进一步的处理，通过计算得到用电设备耗能和功率因素等参数，并且ATmegaie单片机系统IXD显示、存储芯片相连，实现数据的IXD显示和储存功能。所述单片机系统通过无线通讯与家庭网关进行通讯，将数据传递给家庭网关； 所述无线通讯采用使用Zigbee通讯技术的通讯芯片CCM30 ；处理后的数据采用Zigbee技术与家庭网关进行通讯，将数据传递给家庭网关，协助家庭能耗管理系统实现家用电器的监控。电能采集芯片CS5460A在单+5V电源或双极性5V电源下运行。CS5460A的电压采集输入通道的最大差模输入电压范围为士250mV，因此不能直接将家用电器电压 (220V/380V)接到CSM60A的电压输入引脚VIN+和VIN-，需要用电压互感器将电网电压信号进行降压以满足电能计量芯片的电压输入范围要求。如图2所示电网电压经过4个IOOk 电阻，然后经过电流型电压互感器PTl ^iiA/2mA)，该电压互感器变比是1 1的，因此转换成的二次侧电流和一次侧电流相等，二次侧电流经过R5 (180欧)电阻转换成电压，最后输入到CSM60A的电压通道引脚VIN+和VIN-。例如一次侧电压是220V，则经过电压互感器之后的二次侧电流为0. 55mA，然后经过电阻R5转换成电压99mV，可见满足电压输入范围。电能采集芯片CSM60A的电流通道集成有一个增益可编程放大器(PGA)，有两个增益IOX和50X可供选择，这里我们选择IOX增益，此时输入电平满量程为士250mV。由于输入电平量程小，电流通道也不能直接测量用电设备的电流。这里我们采用变比为1000 1 电流互感器对待测电流进行变换，然后进行测量。测量电路如图3所示。待测电流通过 IA、IB端输入，经过电流互感器U3转化为二次侧电流，经过R12转换为电压，该电压信号由 IIN+和IIN-输入到电能计量芯片。例如输入端是3A的电流那么二次侧电流输出为3mA， 经过R12(56欧)转化为168mV，满足电流通道电平输入范围。本实用新型所采用的CSM60A芯片的输入端VIN+，VIN-用来接收待量测电压信号，输入端IIN+，IN-用来接收待量测电流信号，待测电流和电压信号是经过电流、电压采
4样电路转换并且为电能测量芯片CS5460A允许的输入信号。电能测量芯片CS5460A芯片的输出信号 M60_SDU460_SD0，M60_SCK，M60_INT 分别接 Atmegal6 单片机的 PB5，PB6， PB7和PB2。存储芯片采用MC02E2PR0M，其S DA和SCL引脚接在单片机Atmegal6的PCO 和PCl引脚。IXD显示芯片利用单片机PA 口和其他几个I/O 口的资源进行连接。如图4所不。单片机Atmegal6的PDO(RXD)，PDl (TXD)通过电平转换芯片MAX3373分别接到 Zigbee芯片CCM30的P0_3 (TXDO)，P0_2 (RXDO)实现URAT传输，然后CCM30将接收到的数据通过Zigbee无线通讯协议发送给协调器(家庭网关的CCM30芯片系统)，如图5所示。电能采集芯片CSM60A能够实现对用电设备的电流、电压和功率的精确测量，只要实时读取相应寄存器的值即可得到实时电流、电压和功率数据。耗能及其功率因素需在单片机Atmegaie中对得到的数据进一步处理得到。耗能的值用读取的功率累加得到。这里需要考虑用电设备工作与不工作两种状态。当用电设备工作时，单片机将功率寄存器的值进行累加进而得到能量值，当用电设备不工作时单片机将数据储存在一个全局变量中，以便下次设备工作时调用此数据进行耗能的累加，并将此时的数据存储在外部存储器MC02 中，以备掉电时数据不丢失。功率因数采用公式E = I*U*C0Sc5。由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点本实用新型的所述的用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表为家庭能耗管理提供了家用电器多参数量测智能电表，该智能电表具有结构简单、测量参数多、成本低等特点，并且采用Zigbee协议进行无线通讯，非常适用于家庭能耗管理对用电信息监测的需求。以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。
权利要求1.一款用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表，其特征在于，包含电能计量芯片、电流变换电路、电压变换电路、单片机系统、LCD显示、存储芯片；所述电能计量芯片通过并联设置的电流变换电路、电压变换电路采集电流、电压参数；所述电能计量芯片与单片机系统通信，将用电设备的电流、电压参数数据传给单片机系统处理；所述单片机系统对得到的数据做进一步的处理，通过计算得到用电设备耗能和功率因素等参数，并且单片机系统分别与IXD显示、存储芯片相连，实现数据的IXD显示和储存功能。
2.根据权利要求1所述的用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表，其特征在于，所述单片机系统通过无线通讯与家庭网关进行通讯，将数据传递给家庭网关。
3.根据权利要求1或2所述的用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表，其特征在于，所述电压转换电路采用电流型电压互感器将电网电压信号进行降压以满足电能计量芯片CSM60A的测量电压输入通道指标要求。
4.根据权利要求1或2所述的用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表，其特征在于，所述电流转换电路采用电流互感器对待测家用电器电流进行变换和降流以满足电能计量芯片的测量电流输入通道指标要求。
5.根据权利要求2所述的用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表，其特征在于，所述无线通讯采用使用Zigbee通讯技术的通讯芯片CCM30。
专利摘要本实用新型涉及一款用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表，包含电能计量芯片、电流变换电路、电压变换电路、单片机系统、LCD显示、存储芯片；所述电能计量芯片通过并联设置的电流变换电路、电压变换电路采集电流、电压参数；所述电能计量芯片与单片机系统通信，将用电设备的电流、电压参数数据传给单片机系统处理；所述单片机系统对得到的数据做进一步的处理，通过计算得到用电设备耗能和功率因素等参数，并且单片机系统分别与LCD显示、存储芯片相连，实现数据的LCD显示和储存功能；本实用新型为家庭能耗管理提供了家用电器多参数量测智能电表，该智能电表具有结构简单、测量参数多、成本低等特点，并且采用Zigbee协议进行无线通讯，非常适用于家庭能耗管理对用电信息监测的需求。
文档编号G01R22/06GK202256488SQ201120356570
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者林峰, 王振, 舒少龙, 辛菊琴, 黄志强 申请人:苏州卡泰克电子科技有限公司