专利名称：一种智能型电力数显表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力信号处理技术领域，尤其涉及一种智能型电力数显表。
背景技术：
电力数显表是一种以数字量显示电力信息的电子仪表，由于其直接显示数据值， 所以电力信息一目了然，目前得到了广泛使用。图1是现有的传统电力数显表的示意性的内部结构图。如图1所示，传统电力数 显表一般包括电力信号采集模块100、微处理器200、电力信息显示模块300、通讯模块400 和输出控制模块500，微处理器200分别与电力信号采集模块100、电力信息显示模块300、 通讯模块400和输出控制模块500连接，其中，电力信号采集模块100用于采集外部电流和 电压，并将采集的电流和电压发送给微处理器200进行处理；微处理器200用于将从电力信 号采集模块100接收的数字信号转换为可供输出的数字信号，并将处理后的数字信号发送 给电力信息显示模块300进行显示，同时将通过通讯模块400从上位机(未示出，用于控制 电力信号采集和显示以及其它外部装置的操作控制)接收的控制信号转发给电力信号采 集模块100、电力信息显示模块300、通讯模块400和输出控制模块500 ；电力信息显示模块 300用于根据从微处理器200接收的数字信号显示电力信息，包括电压、电流、功率、电能、 频率等变量的数值，一般包括显示屏幕、数码管和用于驱动数码管的多个数字芯片组合；通 讯模块400用于与上位机进行通讯，并将上位机发出的控制信号转发给微处理器200 ；输出 控制模块500用于根据从微处理器200接收到的上位机控制信号来控制电力数显表外部装 置的操作，比如，接触器的闭合、电机开关的闭合等。现有的这种电力数显表存在以下几个问题1、采用了大量的分离电子元件组合，从而导致电力数显表整个系统结构和后续组 装都很复杂，电力数显表的生产效率低。图2中显示了现有电力数显表中的电力信息采集模块中的一路电流采集电路，在 该电流采集电路中，存在多个通用元件，包括基准电源SVref、芯片LM2904、外围电阻元件 R1-R5和电容元件C1-C4等。该电路在工作时，以基准电源SVref为基准，LM2904组成反相 比例电路将采集的电流放大，送到微处理器200端口，由微处理器200处理。在三相电力系 统中，需要使用图2所示的六路电路来采集电力信号，显然整个采集电路中将包括大量的 分离电子元件，从而导致整个电路结构复杂，后续组装也很复杂。此外，在电力信息显示模块中，采用多个数字芯片组合来驱动数码管，也存在结构 复杂和组装复杂的问题。2、使用图2所示通用元件采集放大电力信息，采集信息的误差大，从而导致线性 度差(即，实际显示值在一定范围内的偏差大)，显示精度低，不能满足日益增长的高精度 要求；此外，利用多个数字芯片组合驱动数码管，也造成了显示精度不高的问题。3、现有的电力数显表中的通讯模块一般采用RS232接口，因此通讯模块与上位机 通讯速率低，通讯性能不稳定，传送距离近，最长传送距离只有15米。发明内容为了解决以上问题，本实用新型提供一种智能型电力数显表，以简化电力数显表 的电路结构，提高电力数显表的生产效率、显示精度和通讯功能。为了实现以上目的，本实用新型提供的电力数显表包括电力信号采集模块、微处 理器、电力信息显示模块、通讯模块和输出控制模块，其特征在于，所述电力信号采集模块 包括电流互感器、电阻分压、低通滤波电路和电能采集芯片，其中，采集的外部大电流经过 电流互感器转换为小电流信号，然后经过低通滤波电路输入到电能采集芯片的电流采集 口，同时，采集的外部高电压经过电阻分压转换为低电压信号，然后经过低通滤波电路输入 到电能采集芯片的电压采集口，电能采集芯片对采集的电流和电压进行内部运算和输出。优选地，所述电能采集芯片通过光电隔离模块与微处理器进行通讯。优选地，所述电能采集芯片通过其串行外设接口将电流和电压输出到光电隔离模 块。优选地，所述电能采集芯片采用ADE7758芯片。优选地，所述电力信息显示模块包括数码管和专用的数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片采用芯片TM1623。优选地，所述微处理器采用PIC18F4520微处理器。优选地，所述通讯模块采用ISL485通讯芯片。优选地，所述通讯芯片通过光电隔离模块与微处理器进行通讯。优选地，所述微处理器采用通用同步/异步串行收发外设接口通过光电隔离模块 与通讯芯片进行通讯。 优选地，所述通讯芯片通过RS485接口与用于控制电力信息采集和显示以及电力 数显表的外部装置的操作的上位机进行通讯。从以上技术方案可看出，本实用新型可获得如下技术效果1、通过将专用的电能 采集芯片和专用的数码管驱动芯片应用于电力数显表中，减少了电力数显表中的分离电子 元件的数量，简化了电力数显表的电路结构和组装操作，提高了电力数显表的生产效率，并 且提高了电力数显表的显示精度；2、通过利用专用的通讯芯片，提高了通讯性能；3、通过 光电隔离模块连接电能采集芯片和微处理器，保证了电力数显表整个系统的可靠性；4、通 过光电隔离模块连接通讯模块和微处理器，提高了通讯正确率，减少了出错率。

图1是现有的传统电力数显表的结构示意图；图2是现有的传统电力数显表中的一路电流采集电路图；图3是根据本实用新型的电力数显表的结构示意图；图4是根据本实用新型的电力数显表的采集模块的实际电路图。
具体实施方式
本发明对于现有的传统电力数显表的改进之处在于在电力信号采集模块中采用 专用的电能采集芯片和专用的数码管驱动芯片来代替传统电力数显表中存在的大量分离电子元件和提高显示精度；在通讯模块中采用专用的通讯芯片来改进通讯功能。以下，将结 合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。图3是根据本实用新型的电力数显表的结构示意图。参照图3，该电力数显表包括 电力信号采集模块100、微处理器200、电力信息显示模块300、通讯模块400和输出控制模 块500，其中，微处理器200分别与电力信号采集模块100、电力信息显示模块300、通讯模块 400和输出控制模块500连接。以下将对这些模块的具体实现进行描述。(一 )电力信号采集模块100在本实施例中，采用美国模拟器件公司的ADE7758芯片(详情可参见美国模拟器 件公司官方网址)作为电能采集芯片。如图3所示，电力信号采集模块100包括电流互感 器101、电阻分压102、低通滤波电路103和电能采集芯片104。图4是电流互感器101、电阻分压102和低通滤波电路103的实际电路图。如图4 所示，采集的外部大电流经过电流互感器101转换为小电流信号(VI)，然后经过低通滤波 电路103(R1、C1)输入到电能采集芯片104的电流采集口。同时，采集的外部高电压经过电 阻分压102 (Rl, R2)转换为低电压信号(VI)，然后经过低通滤波电路103 (R3, Cl，C2)输入 到电能采集芯片104的电压采集口。在电能采集芯片104中，采集到的电流和电压信号经 过内部运算从SPI接口(串行外设接口)输出。从图3所示的结构可看出，本发明将专用集成度高的电能采集芯片104应用于电 力数显表中，从而减少了分离电子元件的数量，简化了电力数显表的电路结构，提高了电力 数显表的生产效率，并且，减小了电力采集信息的误差，从而提高了电力数显表的显示精度。此外，为了保证电力数显表整个系统的可靠性，需要在电能采集芯片104和微处 理器200之间添加一个光电隔离模块600，即，从电能采集芯片104的SPI接口输出的数字 信号需要通过光电隔离模块输入到微处理器300中。这里，光电隔离模块600的作用是使电 能采集信号和微处理器信号隔离，互不干扰，从而保证数据传输的可靠性。在本实施例中， 光电隔离模块600可采用美国安捷伦公司的6W37光电隔离模块(详情可参见美国安捷伦 公司官方网址)。( 二)微处理器200在本实施例中，采用美国微芯公司的PIC18F4520微处理器(详情可参见美国微星 公司官方网址)作为微处理器，此微处理器采用优化的C编译器构架，运算速度达到40M，宽 的电压输入，通用的输入输出管脚，而且性价比高。(三)电力信息显示模块300在本实施例中，采用深圳天微公司的TM1623(详情可参见深圳天微公司官方网 站)作为电力信息显示模块中的数码管驱动芯片来代替传统电力数显表中的多个数字芯 片组合，从而简化了传统电力数显表中的电力信息显示模块的结构，提高了电力数显表的 显示精度。此外，当需要显示多个变量(比如，电压、电流、功率、电能、频率)时，可在显示屏 幕上通过分行换屏的形式显示。此时，可通过在上位机中编写相应软件程序来控制多个变 量在显示屏幕上轮流换屏显示，数码管驱动芯片根据上位机的相应控制指令驱动数码管显 示相应变量。[0039](四)通讯模块400在本实施例中，为了实现数字信号的安全可靠的远距离传输，采用美国Intersel 公司的Intersel通讯芯片ISL485 (详情可参见美国Intersel公司官方网址)作为通信芯 片，通过这种通讯芯片，可以远距离传输信号，防止高压冲击，实现设备信号的安全可靠传 输，从而提高了通讯性能。 此外，为了进一步改进通讯性能，可在通讯模块400和微处理器200之间添加一个 光电耦合模块700来隔离通讯模块400的数字信号和微处理器信号，从而可加强通讯正确 率，减少出错率。在本实施例中，光电隔离模块700可采用美国安捷伦公司的光电隔离模块 6N135 (详情可参见美国安捷伦公司官方网址查询)。此外，通讯模块400通过微处理器300的USART (通用同步/异步串行收发)外设 接口与微处理器300通讯，并且，通讯模块400通过RS485接口与上位机通讯，采用RS485 接口与传统电力数显表采用RS RS232接口的优点在于可实现远距离传输和提高传输速率。(五)输出控制模块500本实用新型的输出控制模块500与图1所示传统电力数显表的输出控制模块500 相同，因此，省略其描述。以上已参照附图和实施例对本实用新型进行了详细描述，但是，应该理解，本实用 新型并不限于以上所公开的具体实施例，任何本领域的技术人员在此基础之上容易想到的 修改和变型都应包括在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种电力数显表，包括电力信号采集模块、微处理器、电力信息显示模块、通讯模块 和输出控制模块，微处理器分别与电力信号采集模块、电力信息显示模块、通讯模块和输出 控制模块连接，其特征在于所述电力信号采集模块包括电流互感器、电阻分压、低通滤波电路和电能采集芯片，其 中，采集的外部大电流经过电流互感器转换为小电流信号，然后经过低通滤波电路输入到 电能采集芯片的电流采集口，同时，采集的外部高电压经过电阻分压转换为低电压信号，然 后经过低通滤波电路输入到电能采集芯片的电压采集口，电能采集芯片对采集的电流和电 压进行内部运算和输出。
2.根据权利要求1所述的电力数显表，其特征在于，所述电能采集芯片通过光电隔离 模块与微处理器进行通讯，所述电能采集芯片通过其串行外设接口将电流和电压输出到光 电隔离模块。
3.根据权利要求2所述的电力数显表，其特征在于，所述电能采集芯片采用ADE7758芯片。
4.根据权利要求1所述的电力数显表，其特征在于，所述电力信息显示模块包括数码 管和专用的数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片采用芯片TM1623。
5.根据权利要求1所述的电力数显表，其特征在于，所述微处理器采用PIC18F4520微 处理器。
6.根据权利要求1所述的电力数显表，其特征在于，所述通讯模块采用ISL485通讯芯片。
7.根据权利要求6所述的电力数显表，其特征在于，所述通讯芯片通过光电隔离模块 与微处理器进行通讯。
8.根据权利要求7所述的电力数显表，其特征在于，所述微处理器采用通用同步/异步 串行收发外设接口通过光电隔离模块与通讯芯片进行通讯。
9.根据权利要求8所述的电力数显表，其特征在于，所述通讯芯片通过RS485接口与用 于控制电力信息采集和显示以及电力数显表的外部装置的操作的上位机进行通讯。
10.根据权利要求9所述的电力数显表，其特征在于，所述电力信息显示模块根据从上 位机接收的多个电力信息相关变量轮流换屏显示指令来显示多个电力信息相关变量。
专利摘要本实用新型提供一种电力数显表，在该电力数显表中，分别集成了专用的电能采集芯片、数码管驱动芯片和通讯芯片。通过将专用的电能采集芯片和专用的数码管驱动芯片集成到电力数显表中，减少了电力数显表中的分离电子元件的数量，简化了电力数显表的电路结构和组装操作，提高了电力数显表的显示精度；通过利用专用的通讯芯片，提高了通讯性能；通过光电隔离模块连接电能采集芯片和微处理器，保证了电力数显表整个系统的可靠性；通过光电隔离模块连接通讯模块和微处理器，提高了通讯正确率，减少了出错率。
文档编号G01R13/02GK201788215SQ201020262098
公开日2011年4月6日 申请日期2010年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者吕鹏丹, 宋建慧, 靳梦龙 申请人:新疆特变电工自控设备有限公司