专利名称：一种用于数字家庭的电能计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电能计量领域，涉及一种完成面向数字家庭用电功率及用电量检 测、复费率情况下电费计算以及节电帮助的装置。
背景技术：
数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，各种家用电器通过不同的互联方式 进行通信及数据交换，实现家用电器之间的“互联互通”的新型数字生活环境。随着现代家 庭中用电器数量和功率的不断增长，开发出能够检测数字家庭用电功率和用电量、帮助用 户进行节电行为的电能计量装置，变得非常有前景。电能计量的方法分为感应式和电子式两种。感应式电能计量装置是以电磁感应为 原理，通过机械装置实现电能的计量，存在机械部件易磨损、易受外磁场影响和精度低的缺 点。电子式电能计量装置是一种以微电子技术为基础的电能计量装置，其内部对电能的计 量完全由电子线路和电子模块完成，计量结果和测量参数完全由软件控制完成，具有精确 度高、性能稳定、频率响应范围宽、受外磁场影响小、过负荷能力大、体积小等优点。从而使 得电子式电能计量装置逐渐取代感应式电能计量装置，在电能计量中得到了越来越广泛的 应用。但现有电能计量装置没有设定定时或超负荷的控制系统及报警装置，用户无法根据 自己需要进行声音报警和电器定时断电控制。
发明内容本实用新型的目的是克服现有电能计量装置不能帮助家庭用户实现节约用电的 不足，建立一种用于数字家庭的电能计量系统既能检测家用电器消耗的功率及电能、计算 复费率时的电费，又能帮助家庭用户进行节约用电。一种用于数字家庭的电能计量装置，所述装置电能计量部分和节电控制部分，装 置主要包括电流采样模块1、电压采样模块2、电能计量模块3、单片机4、实时时钟模块5、 数据存储模块6、液晶显示模块7、串行通讯模块8、继电器9和报警装置10。电流采样模块 1的输出与电能计量模块3的引脚VlP和引脚VlN相连；电压采样模块2的输出与电能计 量模块3的引脚V2P和引脚V2N相连；电能计量模块3的脉冲输出引脚CF与单片机4的外 部中断引脚INTO相连；实时时钟模块5的复位引脚RST与单片机4的引脚PB5相连、实时 时钟模块5的串行时钟引脚SCLK与单片机4的引脚PB6相连、实时时钟模块5的数据输入 /输出引脚I/O引脚与单片机4的引脚PB7相连；数据存储模块6的串行时钟输入引脚SCL 与单片机4的引脚PDO相连、数据存储模块6串行数据输入/输出引脚SDA与单片机4的 引脚PDl相连；液晶显示模块7的数据接口 DB与单片机4的PA 口相连、液晶显示模块7的 指令/数据选择引脚RS与单片机4的引脚PGO相连、液晶显示模块7的读写选择引脚RW 与单片机4的引脚PC6相连、液晶显示模块7的使能引脚E与单片机4的引脚PC7相连；串 行通讯模块8的引脚TIin与单片机4的引脚PEO相连、串行通讯模块8的引脚RlOUT与单 片机4的引脚PEl相连；继电器9的控制端与单片机4的引脚PE3相连；报警装置10的控制端与单片机4的引脚PD2相连。本实用新型的有益效果在于通过本装置的各个模块，能够完成家庭的用电功率 及用电量的测量、复费率时电费的计算，以及实现对数字家庭用户节电的帮助。

图1是本实用新型系统结构框图。图1所示装置包含电流采样模块1、电压采样模块2、电能计量模块3、单片机4、实 时时钟模块5、数据存储模块6、液晶显示模块7、串行通讯模块8、继电器9、报警装置10。图2是本实用新型装置的主程序流程图。图3是电量脉冲采集流程图。图4是复费率情况下电能累加流程图。
具体实施方式
以下结合附图具体阐述本实用新型的技术方案。图1所示是一种用于数字家庭的电能计量装置，所述装置各个组成模块如图1所 示，包括电流采样模块1、电压采样模块2、电能计量模块3、单片机4、实时时钟模块5、数据 存储模块6、液晶显示模块7、串行通讯模块8、继电器9和报警装置10。电流采样模块1的 输出与电能计量模块3的引脚VlP和引脚VlN相连；电压采样模块2的输出与电能计量模 块3的引脚V2P和引脚V2N相连；电能计量模块3的脉冲输出引脚CF与单片机4的外部中 断引脚INTO相连；实时时钟模块5的复位引脚RST与单片机4的引脚PB5相连、实时时钟 模块5的串行时钟引脚SCLK与单片机4的引脚PB6相连、实时时钟模块5的数据输入/输 出引脚I/O引脚与单片机4的引脚PB7相连；数据存储模块6的串行时钟输入引脚SCL与 单片机4的引脚PDO相连、数据存储模块6串行数据输入/输出引脚SDA与单片机4的引 脚PDl相连；液晶显示模块7的数据接口 DB与单片机4的PA 口相连、液晶显示模块7的指 令/数据选择引脚RS与单片机4的引脚PGO相连、液晶显示模块7的读写选择引脚RW与 单片机4的引脚PC6相连、液晶显示模块7的使能引脚E与单片机4的引脚PC7相连；串行 通讯模块8的引脚TIin与单片机4的引脚PEO相连、串行通讯模块8的引脚RlOUT与单片 机4的引脚PEl相连；继电器9的控制端与单片机4的引脚PE3相连；报警装置10的控制 端与单片机4的引脚PD2相连。电流采样模块1和电压采样模块2用于获得电流和电压采样信号，电能计量模块 3用于将电流采样模块1和电压采样模块2输入的采样信号转换为与功率成正比的电能计 量脉冲，实时时钟模块5用于为复费率电费计算提供时间基准，数据存储模块6用于存储用 电量以及用户输入的信息，液晶显示模块7用于显示各种信息，串行通讯模块8用于实现与 上位机之间的通讯，继电器9用于控制用电器的运行情况，报警装置10用于实现用电量超 过预设值时的声音报警。软件总流程如图2所示，单片机检测到电能计量脉冲后根据时钟时间判断当前属 于峰谷平中的哪一时段，并对相应时段电量进行累计后进行数据存储和显示，检测界面切 换键是否按下，如按下则处理相应显示界面，没有按下则继续显示当前界面。电量脉冲采集 子程序各图3所示，读取脉冲电平逻辑值并与前一次值进行异或运算，结果为“ 1”并保持稳定20毫秒则说明是一个电量脉冲，否则为干扰信号。对峰谷平各时段电量累加流程如图4 所示，单片机检测到一个稳定的电能计量脉冲后，读取当前时钟时间，并调取峰谷平时段信 息与之进行对比，判断出是峰谷平中的哪一个时段，并对该时段脉冲变化量进行累加。判断 累加脉冲个数是否达到160个(对应电量0. lkWh)，如果达到则对相应时段的电量累加，脉 冲个数没有达到160个则返回继续接收脉冲。 节电帮助为用户可以设定一个每日预计用电量值，若当日用电量到达这个值，则 有报警电路给出声音提示；用户可以设定多路电器的定时关闭时间，通过继电器控制用电 器的运行情况，以防止这些用电器在夜间待机时消耗电能。
权利要求1. 一种用于数字家庭的电能计量装置，其特征是电能计量装置包括电流采样模块 (1)、电压采样模块(2)、电能计量模块(3)、单片机(4)、实时时钟模块(5)、数据存储模块 (6)、液晶显示模块(7)、串行通讯模块(8)、继电器(9)和报警装置(10);电流采样模块(1) 的输出与电能计量模块(3)的引脚VlP和引脚VlN相连；电压采样模块(2)的输出与电能 计量模块(3)的引脚V2P和引脚V2N相连；电能计量模块(3)的脉冲输出引脚CF与单片机(4)的外部中断引脚INTO相连；实时时钟模块(5)的复位引脚RST与单片机(4)的引脚PB5 相连、实时时钟模块(5)的串行时钟引脚SCLK与单片机(4)的引脚PB6相连、实时时钟模块(5)的数据输入/输出引脚I/O引脚与单片机(4)的引脚PB7相连；数据存储模块(6)的串 行时钟输入引脚SCL与单片机(4)的引脚PDO相连、数据存储模块(6)串行数据输入/输出 引脚SDA与单片机(4)的引脚PDl相连；液晶显示模块(7)的数据接口 DB与单片机(4)的 PA 口相连、液晶显示模块(7)的指令/数据选择引脚RS与单片机(4)的引脚PGO相连、液 晶显示模块(7)的读写选择引脚RW与单片机(4)的引脚PC6相连、液晶显示模块(7)的使 能引脚E与单片机(4)的引脚PC7相连；串行通讯模块(8)的引脚TIin与单片机(4)的引 脚PEO相连、串行通讯模块(8)的引脚RlOUT与单片机(4)的引脚PEl相连；继电器(9)的 控制端与单片机(4)的引脚PE3相连；报警装置(10)的控制端与单片机(4)的引脚PD2相 连。
专利摘要本实用新型公开了一种用于数字家庭的电能计量装置，属于电能计量领域，涉及一种完成面向数字家庭用电功率及用电量检测、复费率时电费计算以及节电帮助的装置。所述装置包括电流采样模块(1)、电压采样模块(2)、电能计量模块(3)、单片机(4)、实时时钟模块(5)、数据存储模块(6)、液晶显示模块(7)、串行通讯模块(8)、继电器(9)和报警装置(10)。通过本装置的各个模块，能够完成家庭的用电功率及用电量的测量、复费率时电费的计算，以及实现对数字家庭用户节电的帮助。
文档编号G01R19/25GK201892704SQ20102064976
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者于鹏, 刘梦晨, 史光远, 方红亮, 迟健男 申请人:北京科技大学