专利名称：功率因数自动记录仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及记录仪，具体涉及功率因数自动记录仪，适用于
测量、数字显示并自动存储和打印(记录)单相220V或三相四线制
380V配电线路功率因数。
背景技术：
功率因数是关乎电网运行经济性、变配电设备利用率和供电质量的一项重要指标。从宏观上来讲，电力系统超过80%的用电负载是异步电动机，其在消耗有功功率的同时还要吸收滞后的无功功率，因而其自身的功率因数滞后且偏低，尤其在轻载时更低，功率因数滞后且偏低的危害 一是对电厂发电机起去磁作用，造成输出电压降低，影
响电网电压；二是有功一定的情况下，功率因数越低，电网电流越大，线路压降和线路损耗越大；三是变、配电设备是以电流承受能力为限
度的，过大的无功电流使得在传送不大的用功时就满载甚至过载，影响了其容量的有功发挥。为了减小电网的无功电流，要求用电部门对
功率因数及时、就地补偿。因此功率因数成为电力部门要求用户尤其是工矿企业时常测量、记录和定期上报的一项重要参数，并作为企业考核的一项重要指标。功率因数表便是功率因数高低和补偿量大小的指南针和风向标。然而，长期以来功率因数的测量大多采用电动系指
4针仪表，精度较低且不具备自动记录功能，需要各企业变电站值班电工定时抄表记录并进行补偿。由于电力部门缺乏有效的监控措施，加上有些企业置国家电网利益于不顾，补偿设备不健全或运行维护人员缺乏责任心，长时间以过低的功率因数运行不能及时进行补偿，为了逃避处罚而伪造记录，使电能资源蒙受巨大损失。发明内容
本实用新型的目的在于提供一种功率因数自动记录仪，该记录仪自动实时测量、数字显示、存储和定时打印功率因数及对应的曰期、时间，减轻电力运行维护人员定时抄表的繁琐劳动，增强有效监管力度。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该记录仪包括壳体、微型打印机和控制电路板，在壳体的面板上安装显示屏、微型打印机和键盘，壳体内安装连接显示屏、微型打印机和键盘的控制电路板，在电路板上连接各电子元器件形成控制电路板，其上的控制电路由单片机连接信号采集处理电路、日历时钟电路、键盘电路、显示电路、看门狗/存储器电路和电源电路组成。
其中，信号采集处理电路由电压传感器Hv、电流传感器Hi分别采集线路电压、电流信号；由双运放LM358担任电压和电流信号的放大；双比较器LM393构成过零比较器，将正弦波信号转化为同相位、同频率的方波；由双D触发器74HC74接成4分频器；由二极管D1、D2接成与门，构成计时闸门。
其中，日历时钟电路日历、时钟电路采用DS1302芯片，该芯片可以区分大、小月、平年、闰年，带电池辅助电源，并具有电池充电管理功能，掉电一个月数据不会丢失，该电路用于提供功率因数记录的日期、时间信息。
其中，键盘电路含日历、时钟设定键和打印键，日历、时钟设定键用于校对日历、吋钟及设定自动打印的时间间隔；打印键可随时打印存储器中记录的功率因数历史数据。
其中，显示电路显示电路由两只MAX7219芯片和两组LED数码管连接组成，用于实时显示功率因数、频率及交替显示日期、时间。
其中，单片机采用AT89S51芯片，实现整个记录仪测量、显示、打印控制和管理。
其中，看门狗/存储器电路采用X5045芯片，用于单片机监控，防止死机；存储24小时时间段的功率因数值和对应的日期时间信息，O点时自动交由打印机打印，而后存储下一日的数据。
其中，电源电路经变压器降压、整流、滤波，三端集成稳压器7805稳压得5V稳定电源，为记录仪供电。
首先分别由精密电压传感器和电流传感器采集线路电压和电流信号，经放大、过零比较器把正弦波转化成方波，由单片机测量两者相位的时间差和超前、滞后关系，计算出相位差角，进而求得功率因数和符号；与此同时单片机记录周期、计算频率；数据采集完成以后送数码管显示、存储并按设定的时间进行打印。
本实用新型的有益效果是1、以单片机为核心对功率因数和频率进行实时测量，精度高，显示直观醒目，不仅可以拓展传统功率因数表的功能，而且具有体小量轻、性价比高的优点，对于推动电力测试仪表的数字化、智能化、自动化和电力管理的技术进步具有重要意义；2、自动定时打印，也可随时手控打印，可以大大减轻电力运行维护人员定时抄表的烦琐劳动，同时采用电力部门配发的、带有专用印签的纸巻打印，可杜绝伪造，提供书面依据，实现有效监管；3、将功率因数表和频率表合二为一，增加功能，提高性价比。

图1是本实用新型的电路构成和信号流程图。
图2是信号波形图。
图3是本实用新型的电路原理图。
图4是本实用新型的外观图。
图中l信号采集处理电路，2日历时钟电路，3键盘电路，4显示电路，5单片机，6看门狗/存储器电路，7电源电路，8微型打印机，9壳体，IO面板，ll显示屏，12键盘。
具体实施方式

如图l-4所示，该记录仪包括壳体9、微型打印机8和控制电路板，在壳体9的面板10上安装显示屏11、微型打印机8和键盘12，壳体9内安装连接显示屏11、微型打印机8和键盘12的控制电路板，在电路板上连接各电子元器件形成控制电路板，其上的控制电路由单片机5连接信号采集处理电路1、日历时钟电路2、键盘电路3、显示电路4、看门狗/存储器电路6和电源电路7组成。
其中，信号采集处理电路由电压传感器Hv、电流传感器Hi分别采集线路电压、电流信号；由双运放LM358担任电压和电流信号的放大；双比较器LM393构成过零比较器，将正弦波信号转化为同相位、同频率的方波；由双D触发器74HC74接成4分频器；由二极管D1、D2接成与门，构成计时闸门。
其中，日历时钟电路日历、时钟电路采用DS1302芯片，该芯片可以区分大、小月、平年、闰年，带电池辅助电源，并具有电池充电管理功能，掉电一个月数据不会丢失，该电路用于提供功率因数记录的日期、时间信息。
其中，键盘电路含日历、时钟设定键和打印键，日历、时钟设
定键用于校对日历、时钟及设定自动打印的时间间隔；打印键可随时打印存储器中记录的功率因数历史数据。
其中，显示电路显示电路由两只MAX7219芯片和两组LED数码
管连接组成，用于实时显示功率因数、频率及交替显示日期、时间。
其中，单片机采用AT89S51芯片，实现整个记录仪测量、显示、打印控制和管理。
其中，看门狗/存储器电路采用X5045芯片，用于单片机监控，防止死机；存储24小时时间段的功率因数值和对应的日期时间信息，O点时自动交由打印机打印，而后存储下一日的数据。
其中，电源电路经变压器降压、整流、滤波，三端集成稳压器7805稳压得5V稳定电源，为记录仪供电。
首先分别由电压传感器Hv和电流传感器Hi采集线路电压和电流信号，各自经过运算放大器放大、过零比较器比较后把正弦波转化成方波(整形)，波形图如图2所示；整形后的电压波接单片机的中断源INTO;整形后的电流波一路接单片机的P3.6引脚，用于检测电流波的高低电平；另一路接由与门构成的计时闸门的一端，计时闸门的输出端接单片机的Tl计数器；设单片机的时钟频率为f。，则单片机的ALE端将输出频率为f。/6的脉冲信号，再经外电路4分频，得到f。/24的时基信号fs，时基信号接计时闸门的另一端；由于单片机的时钟频率是精确且稳定的，故fs也是精确和稳定的，可以作为时基信号，当且仅当电流波为高电平时，由与门构成的计时闸门打开，时基脉冲信号fs到达单片机的计数器Tl，通过记录时基信号的脉冲个数可计算电流波高电平的时间t;程序设计中，电压波的下降沿触发INTO中断，启动内部定时器TO计时开始，以记录半周期时间Ti，同时用于计算频率；启动内部计数器T1对时基信号的脉冲计数；检测电流波的高低电平，若为高电平则电流滞后于电压，功率因数取"+"号，反之取"_"号；当电压波变高电平时停止TO计时、Tl计数，然后计算相位差角(4>=180t/Ti)，通过査表程序得到功率因数值。
权利要求1.功率因数自动记录仪，其特征在于该记录仪包括壳体(9)、微型打印机(8)和控制电路板，在壳体(9)的面板(10)上安装显示屏(11)、微型打印机(8)和键盘(12)，壳体(9)内安装连接显示屏(11)、微型打印机(8)和键盘(12)的控制电路板，在电路板上连接各电子元器件形成控制电路板，其上的控制电路由单片机(5)连接信号采集处理电路(1)、日历时钟电路(2)、键盘电路(3)、显示电路(4)、看门狗/存储器电路(6)和电源电路(7)组成。
2. 根据权利要求1所述的功率因数自动记录仪，其特征在于 信号采集处理电路由电压传感器Hv、电流传感器Hi分别采集线路 电压、电流信号；由双运放LM358担任电压和电流信号的放大；双比 较器LM393构成过零比较器，将正弦波信号转化为同相位、同频率的 方波；由双D触发器74HC74接成4分频器；由二极管D1、D2接成与 门，构成计时闸门。
3. 根据权利要求1所述的功率因数自动记录仪，其特征在于 日历时钟电路日历、时钟电路采用DS1302芯片，该芯片可以区分 大、小月、平年、闰年，带电池辅助电源，并具有电池充电管理功能， 掉电一个月数据不会丢失，该电路用于提供功率因数记录的日期、时 间信息。
4. 根据权利要求1所述的功率因数自动记录仪，其特征在于 键盘电路含日历、时钟设定键和打印键，日历、时钟设定键用于校对日历、时钟及设定自动打印的时间间隔；打印键可随时打印存储器 中记录的功率因数历史数据。
5. 根据权利要求1所述的功率因数自动记录仪，其特征在于 显示电路:显示电路由两只MAX7219芯片和两组LED数码管连接组成， 用于实时显示功率因数、频率及交替显示日期、时间。
6. 根据权利要求1所述的功率因数自动记录仪，其特征在于 单片机采用AT89S51芯片，实现整个记录仪测量、显示、打印控制 和管理。
7. 根据权利要求1所述的功率因数自动记录仪，其特征在于 看门狗/存储器电路采用X5045芯片，用于单片机监控，防止死机， 存储24小时时间段的功率因数值和对应的日期时间信息，0点时自 动交由打印机打印，而后存储下一日的数据。
8. 根据权利要求1所述的功率因数自动记录仪，其特征在于 电源电路经变压器降压、整流、滤波，三端集成稳压器7805稳压 得5V稳定电源，为记录仪供电。
专利摘要本实用新型公开了功率因数自动记录仪，在壳体(9)的面板(10)上安装显示屏(11)、微型打印机(8)和键盘(12)，壳体(9)内安装连接显示屏(11)、微型打印机(8)和键盘(12)的控制电路板，在电路板上连接各电子元器件形成控制电路板，其上的控制电路由单片机(5)连接信号采集处理电路(1)、日历时钟电路(2)、键盘电路(3)、显示电路(4)、看门狗/存储器电路(6)和电源电路(7)组成。本实用新型记录仪能够测量、存储、数字显示功率因数和频率，且能够定时自动打印或随时手控打印功率因数及对应日期、时间历史数据，用于工矿企业配电线路，可以减轻电力运行维护人员定时抄表的繁琐劳动，提供书面依据，实现有效监管。
文档编号G01R21/06GK201322772SQ20082021692
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者刘洪恩 申请人:淮安信息职业技术学院