专利名称：一种具有无线计量功能的电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电源装置，尤其涉及一种具有计量功能的电源装置，该插座
还可以将计量数据以无线方式向外发射，与无线接收装置相结合，可以实现远端的计量显
背景技术：
在科技飞速发展的今天，电在人们生活中的应用越来越广泛，尤其是种类繁多、功 能先进、充满更多人性化设计的大批家用电器的面市，确实给人们的日常生活带来了许多 方便和乐趣，极大地丰富了人们的物质、文化生活。但电器设备的急剧增多和日趋频繁的使 用，使得家庭的用电负荷不断加大、用电环境更加复杂，由此引起的用电纠纷及安全方面的 问题已越来越多。用电环境及用电器的实际运行情况被人们日渐重视起来。近年来，相应 的用于监控家庭用电环境类产品被不断的推向市场。 然而现在市场上的电参数监控类产品，其功能一般来说都比较简单，监控参数少， 大都只计算电费，或者简单地监控电压、电流、有功功率几个用电参数，不能满足市场的需要。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种具有无线计量功能的电源装置，该插座在为电器 提供电力的同时，可以准确地计量多项参数，向启用显示。 本实用新型的另一个目的在于提供一种具有无线计量功能的电源装置，该插座可 t数据以无线方式向外提供。
根据上述目的，本实用新型提供的具有无线计j 电源插头，用于插入到提供市电的电源插座上 电源插座，与所述电源插头相连； 其特征在于，所述电源装置还包括 电压采样单元，与所述电源插座相连，用于测
以将计j
压；
流；功能的电源装置，包括并获得流经所述电源插座的电
电流采样单元，与所述电源插座相连，用于测量并获得流经所述电源插座的电
'右 计量单元，与所述电压采样单元和所述电流采样单元相连，对测得的电压和电^ 进行放大和滤波，并计算电压参数、电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能 参数；以及 显示接口单元，与所述计量单元相连，用于接收所述计量单元输出的电压参数、电
流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数，并向外输出这些参数。 在所述的具有无线计量功能的电源装置中，所述电源装置还包括 无线发射单元，与所述计量单元相连，用于接收所述计量单元输出的电压参数、电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数，并将所述电压参数、电流参数、有
功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数编码后以无线方式向外发射。
在所述的具有无线计量功能的电源装置中，所述电源装置还包括 存储单元，与所述计量单元相连，用于存储所述计量单元提供的电压参数、电流参
数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数。 在所述的具有无线计量功能的电源装置中，所述存储单元为EEPR0M。 如上所述，本实用新型的具有无线计量功能的电源装置可以提供包括电压参数、
电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数等多项参数，用户可以根据这些
参数的显示，及时对用电环境进行监控，还可以与电力局作为电费收取依据的家用电表相
比较，相当于同时监控了家用电表的运行情况，防止由于家用电表的原因(如飞走)造成不
必要的经济损失，更好地监控每月的用电情况。 此外，本实用新型的电源装置还提供了无线发射计量数据的功能，使显示和计量 分开，提供了方便和安全的监控方式，更为人性化。

图1是本实用新型的具有无线计量功能的电源装置的外形结构图； 图2是本实用新型的电源装置的结构框图； 图3示出了电压通道有效值的信号处理链路； 图4示出了电源通道有效值计算的信号处理链路； 图5示出了视在功率的计算过程； 图6示出了电能参数的计算流程。
具体实施方式下面将根据附图详细描述本实用新型的一个实施例。 图1示出了本实用新型的具有无线计量功能的电源装置的外形图。如图1所示， 该电源装置包括电源插头10和电源插座20。电源插头10和电源插座20设置一个壳体上， 在壳体内设置了各种电路单元，有关各电路单元的详细描述将在下文进行。使用时，将电源 插头IO插入到提供市电的电源插座上，获得市电电力，电源插座20在内部与电源插头10 是连通的，各种电器可以插入到该电源插座20上，从而获得电力。 请参见图2，图2示出了本实用新型的电源装置的结构框图。本实用新型的电源装 置除了图1中所示的电源插头IO和电源插座20夕卜，还包括 电流采样单元1和电压采样单元2，电流采样单元1和电压采样单元2分别连接到 电源插座20上，用于测量并获得流经电源插座的电流和电压。通常，电流采样单元1可以 采用感应线圈，利用电磁感应，获得流经电源装置的电流值；电压采样单元2采用分压电阻 串，并联到电源装置上； 计量单元3，该计量单元3接收电流采样单元1和电压采样单元2输出的信号。由 于电流采样单元1和电压采样单元2输出的信号一般较弱，因此，在计量单元3中，先对电 流采样信号和电压采样信号进行放大和滤波，然后进行计算，获得电压参数、电流参数、有 功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数，下面以实施例的形式提供一种计算电压参数、电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数的方式，但应当理解，有关这 些参数的计算为常规技术，本领域技术人员完全可以采用其它的已有技术来实现这些参数 的计算。
1、电压有效值参数的计算 首先对连续信号V (t)的均方根值定义为Vrms = 1/T* / 。TV2 (t) dt开根号！ 对时间采样的，有效值包含信号的平方、取平均和开根号Vrms = 1/N* E i = /V2 (i) dtk开根号。 图3详细说明了电压通道有效值的信号处理链路，电压通道的有效值取于电压通 道在波形采样模式下所取得的采样值。因为低通滤波器LPF1，这个有效值将会有轻微的衰 减。电压有效值存储在一个无符号24位寄存器中，它的刷新比率是CLKIN(输入时钟)/4。 在模拟输入端输入满幅信号0. 5V时，低通滤波器LPF1的输出在2518H和DAE8H之间摆 动，交流满幅度输入时的有效值在VRMS寄存器中的值大约是1561400D(17D338H)。对于 满幅度和1/20满幅度的输入信号，芯片中的电压有效值测量提供±0.5%以内的精确度， 从寄存器值到伏特值的转换通过外部寄存器来实现。为了把噪声干扰降到最小，在输入电 压过零时同步读取有效值寄存器，而且，要多次读取求平均值。电压转换公式为URMS = VRMS*4. 69*10-4*1080/1643. 8。其中VRMS为电压有效值寄存器值。 2.电流有效值参数的计算 芯片在不同的寄存器同时计算电流通道和电压通道的有效值，图4详细说明了电
流通道有效值计算的信号处理链路，电流通道有效值取于电流通道在波形采样模式下所取
得的采样值，这个有效值存储在一个无符号24位寄存器中(IRMS)，电流通道有效值寄存器
的最低位等于电流通道中波形采样的最低点，它的刷新比率是CLKIN/4。 在模拟输入端输入满幅电压±0. 5V时，ADC将会有一个大约士2642412D的输出
编码，满幅度交流输入时的有效值等于1868467D(1C82B3H)，对于满幅度和1/100满幅度的
输入信号，芯片中的电流有效值测量提供1 %以内的精确度，从寄存器值到安培值的转换通
过外部微处理器来实现，为了把噪声干扰将到最低，在输入电压过零时同步读取有效值寄
存器，而且要多次读取求平均值。电压转换公式为CURMS = IRMS*7. 73*10-5*1080/1. 44。
其中IRMS为电压有效值寄存器值。 3.有功功率参数的计算 电功率定义为电能从电源流向负载的速率，并由电压和电流波形的乘积来表示。 所得到的瞬时功率波形称为瞬时功率信号，它等于每一瞬时的能流速率。功率的单位是W 或J/S。式(3)给出交流系统中瞬时功率信号的表达式。
V (t) = Osin(wt) (1)
I (t)=固IsinOt) (2)
V =电压有效值 I=电流有效值 式中 P(t) P(t) = Vl-VIcos(2"t) (3)[0048] 在整数(n)倍线电压周期内的平均值由式4给出 <formula>formula see original document page 6</formula>[0050] 式中T =线电压周期；P称作有功功率或有效功率。 4.视在功率参数的计算 视在功率公式定义为<formula>formula see original document page 6</formula>，其中U、 I为有效值。 图5示出了视在功率的计算过程。实在功率补偿的信号处理链路中，视在功率增 益寄存器可进行视在功率的调节，向功率增益寄存器写入12位二进制补码可以调节这个 增益。 <formula>formula see original document page 6</formula>[0055] 5.电能参数的计算 如前所述，功率定义为流的速率。这个定义在数学上可以用式(5)表示 <formula>formula see original document page 6</formula> 式中P =功率；E =电能 相反，电能由对功率的积分给出 <formula>formula see original document page 6</formula>[0061] 芯片通过在49位有功电能寄存器中对有功功率信号进行连续累计来完成有功功
率信号的积分。这个内部寄存器的高24位表示有功功率能量寄存器。这种离散时间累加
或求和等效于连续时间内的积分。式(7)示出其关系。
<formula>formula see original document page 6</formula> 式中n是离散时间采样数，T是采样周期。 图6给出了电能参数的计算流程。 6.周期(频率)参数的计算 周期测量寄存器是 一 个无符号15位寄存器，每个周期进行刷新。当 CLKIN-3. 579545时，寄存器的分辨率为2. 2US/LSB，这表示在线性周期为50HZ时的 0. 013%。 7.功率因数参数的计算 功率因数是通过以上测得的有功功率和视在功率通过计算来实现的，其表达式 为 <formula>formula see original document page 6</formula> 再请参见图2，本实用新型的具有无线计量功能的电源装置还包括显示接口单元 4，该显示接口单元4连接到计量单元3上，接收计量单元3输出的电压参数、电流参数、有 功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数。显示接口单元4将这些参数转换成适用于 诸如LCD显示器或LED显示器等显示装置显示的数据格式，并向外输出这些参数。因此，本 电源装置提供了向外输出参数的功能，当把一外接显示装置接到本电源装置上后，可以在 外接显示装置上显示出这些参数。 为了更方便地提供参数显示，本实用新型的电源装置还可以设置一个无线发射单 元6。该无线发射单元连接到计量单元3上，接收计量单元3输出的电压参数、电流参数、 有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数。发射单元6中包含一个编码单元(示图 示)，用于将所述电压参数、电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数进行编码，然后以无线方式向外发射。 此外，为了在掉电之后，仍能保存相关参数，在本实用新型的电源装置中，还设置 有一个存储单元5，该存储单元5连接到计量单元3上，用于存储所述计量单元提供的电压 参数、电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数。该存储单元5可以采用 诸如EEPR0M等非易失性存储器。
权利要求一种具有无线计量功能的电源装置，包括电源插头，用于插入到提供市电的电源插座上；电源插座，与所述电源插头相连；其特征在于，所述电源装置还包括电压采样单元，与所述电源插座相连，用于测量并获得流经所述电源插座的电压；电流采样单元，与所述电源插座相连，用于测量并获得流经所述电源插座的电流；计量单元，与所述电压采样单元和所述电流采样单元相连，对测得的电压和电流进行放大和滤波，并计算电压参数、电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数；以及显示接口单元，与所述计量单元相连，用于接收所述计量单元输出的电压参数、电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数，并向外输出这些参数。
2. 根据权利要求1所述的具有无线计量功能的电源装置，其特征在于，所述电源装置 还包括无线发射单元，与所述计量单元相连，用于接收所述计量单元输出的电压参数、电流参 数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数，并将所述电压参数、电流参数、有功功 率、视在功率、功率因数、频率和电能参数编码后以无线方式向外发射。
3. 根据权利要求1所述的具有无线计量功能的电源装置，其特征在于，所述电源装置 还包括存储单元，与所述计量单元相连，用于存储所述计量单元提供的电压参数、电流参数、 有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数。
4. 根据权利要求3所述的具有无线计量功能的电源装置，其特征在于，所述存储单元 为EEPR0M。
专利摘要本实用新型提供了一种具有无线计量功能的电源装置。现在市场上的电参数监控类产品存在着功能简单，监控参数少等问题，不能满足市场的需要。本实用新型的电源装置包括电源插头，用于插入到提供市电的电源插座上；电源插座，与电源插头相连；电压采样单元，与电源插座相连，用于测量并获得流经所述电源插座的电压；电流采样单元，与电源插座相连，用于测量并获得流经所述电源插座的电流；计量单元，与电压采样单元和所述电流采样单元相连，对测得的电压和电流进行放大和滤波，并计算电压参数、电流参数、有功功率、视在功率、功率因数、频率和电能参数；以及显示接口单元，与计量单元相连，用于接收上述参数，并向外输出这些参数。
文档编号G01R22/00GK201466441SQ20092007317
公开日2010年5月12日 申请日期2009年6月1日 优先权日2009年6月1日
发明者高路勇 申请人:浙江恒达高电器有限公司