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专利名称：电子式单相多费率电能表的制作方法
技术领域：
电子式单相多费率电能表
技术领域：
本实用新型涉及用来计量电量的电能表，尤其涉及一种电子式单相多费率 电能表。背景技术：
现有电子式单相多费率电能表虽然已有各种各样很多类型，且出来已经有 很多年了，但有些问题还是一直存在，没有能很好的解决，比如长时间运行的 可靠性、计量精度的稳定性及使用的寿命等。
解决以上问题需要在线路上设计得更加可靠，器件的选取上要更注重器件
的稳定性；同时由于参与此系列电表的设计和生产的单位和厂家越来越多，所 以产品的单价也是被压得非常之低，这样的话设计及整个生产的成本上也要求 控制的很好。但其实上面两种情况是很难达到完美的统一的，只能做到相对的 平衡，所以说一直没有在性能上和成本上都让人满意的相关产品。
发明内容
本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种电子式单相多费 率电能表，能够提高计量精度及长时间运行的可靠性，且成本低。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种电子式单相多费率电能表，包括 单相计量芯片、带液晶驱动的单片机，单相计量芯片连接在单片机的输入端， 单片机上还分别连接有脉冲输出电路、LCD显示电路、存储器、红外通讯电路、 RS485电路和时钟芯片，所述单相计量芯片采用ADE7755芯片。
作为优选，单片机的输入端还连接有按键输入电路和逆相序检测电路。
作为优选，所述单片机采用P89LPC9401芯片。此芯片工作电压为3.3V且 I/O 口可以承受5V电平，所以电压的处理就相当的简单可靠。
作为优选，所述存储器采用EEPR0M。作为优选，所述红外通讯电路采用一根输入线、 一根输出38K波形的输出 线、 一根输出发送信号波形的三线控制电路。
作为优选，所述RS485电路釆用MAX13485芯片。只需一对双绞线就可实现 多系统联网构成分布式系统、设备简单、价格低廉、通信距离长。
作为优选，所述时钟芯片采用RX8025芯片。成本低。
作为优选，所述RX8025芯片上还连接有温度芯片。RX8025芯片加上温度芯 片的价格比单个DS3231的价格还是有相当的优势，且RX8025的方案在时钟精 度上完全可以满足单相表的技术要求。
本实用新型的有益效果本实用新型电压、电流经取样电路分别取样后， 送入单相计量芯片进行处理，并转化为数字信号送到单片机进行计算，单片机 通过串行接口将ADE7755芯片的数据读出，并根据时钟芯片的实时时间和预先 设定的时段完成分时有功电能计量和最大需量计量功能，根据需要向存储器存 取数据，在LCD显示电路的LCD液晶上显示各项数据，通过红外通讯电路或RS485 电路进行通讯传输。采用AD公司的高精度计量芯片ADE7755，使得电压电流采 样分辨率大为提高，且有足够的时间来更加精确的测量电能数据，从而使电能 表的计量准确度有了显著改善。电路能够长时间稳定运行，且整个电路成本低。
本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

图1是本实用新型电子式单相多费率电能表的结构示意图。
具体实施方式
参阅图l，电子式单相多费率电能表，包括单相计量芯片l、带液晶驱动的 单片机2，单相计量芯片1连接在单片机2的输入端，单片机2上还分别连接有 脉冲输出电路3、 LCD显示电路4、存储器5、红外通讯电路6、 RS485电路7和 吋钟芯片8，所述单相计量芯片1采用ADE7755芯片。所述单片机2的输入端还 连接有按键输入电路9和逆相序检测电路10。电能表J1作吋，电压、电流经取 样电路分别取样后，送入单相计量芯片1进行处理，并转化为数字信号送到单片机2进行计算。由于采用了专用的ADE7755芯片，使得电压电流采样分辨率 大为提高，且有足够的时间来更加精确的测量电能数据，从而使电能表的计量 准确度有了显著改善。单片机2用于分时计费和处理各种输入输出数据，通过 串行接口将专用电能芯片的数据读出，并根据时钟芯片8的实时时间和预先设 定的时段完成分时有功电能计量和最大需量计量功能，根据需要向存储器5存 取数据，在LCD显示电路4的LCD液晶上显示各项数据、通过红外通讯电路6 或者RS485电路7进行通讯传输，并完成运行参数的监测，记录存储各种数据。 所述单片机2采用P89LPC9401芯片。
整个电路采用线性电源11及电池电路13通过电源管理电路12供电。采用 线性变压器降压方式，变压器采用全密封方式，整洁可靠。稳压电路采用普通 三端稳压管7805稳压，输出端除了电解电容外还用滤波电感对电压进行滤波， 保证输出端电压的质量。由于单相多费率主电源部分只有计量部分需要5V供电， 其余部分都为3.3V供电，且计量部分只需要在有外部电源供电的时候工作，所 以电源的处理也是相当的简单，即在有外部电源供电时输出两路电源， 一个5V 和一个3. 3V，然后将电池电压接于3. 3V端，这样就可以保证3. 3V电源在什么 时候都有电，5V电源只保证在有外部电源时有电。
ADE7755芯片是一种高准确度电能测量集成电路，其技术指标超过IEC1036 规定的准确度要求。ADE7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其它信号 处(如相乘和滤波)都使用数字电路，这使ADE7755在恶劣的环境条件下仍能 保持极高的准确度和长期稳定性。ADE7755引脚Fl和F2以较低频率形式输 出有功功率平均值，能直接驱动机电式计度器或与微控制器(MCU)接口。引脚 CF以较高频率形式输出有功功率瞬时值，用于校验或与MCU接口。 ADE7755内 部包含一个对AVDD电源引脚的监控电路。在AVDD上升到4V之前，ADE7755 —直保持在复位状态。当AVDD降到4V以下，ADE7755也被复位，此时Fl， F2和 CF都没有输出。内部相位匹配电路使电压和电流通道的相位始终是匹配的，无 论通道l内的卨通滤波器(HPL)是接通的还是断开的。内部的空载阈值特性保证ADE7755在空载时没有潜动。ADE7755有24脚DIP和SS0P两种封装。特 点高准确度，支持50Hz/60Hz IEC 687/1036标准的准确度要求，在500:1的 动态范围内误差小于0.1%:有功功率平均值从ADE7755引脚Fl和F2以频率 方式输出;有功功率瞬时值从引脚CF以较高频率方式输出，能用于仪表校验;逻 辑输出引脚REVP能指示负功率或错线;FI和F2能直接驱动机电式计度器和两 相步进电机；电流通道中的可编程增益放大器(PGA)使仪表能使用小阻值的分 流电阻;在环境和时间有很大变化的条件下，采用专利模数转换器(ADC)和数字 信号处(DSP)仍保证高准确度;片内设有电源监控电路;片内带有防潜动功能(空 载阈值)；片内基准电压2.5V士896 (温度系数典型值30Ppm/°C)，能为外部电路 提供基准。
所述存储器5采用EEPR0M。采用24LC64I芯片。24LC64I芯片是美国 Microchip公司的低功耗CMOS串行EEPR0M，它是内含8K x 8 (64K bit)存储空 间，具有工作电压宽(2.5 5.5V)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快 (小于5ms)的优点。24LC64I芯片的1、 2、 3脚是三条地址线，用于确定芯片 的硬件地址，第8脚和第4脚分别为正、负电源，第5脚SDA为串行数据输入/ 输出,数据通过这条双向12C总线串行传送，第6脚SCL为串行时钟输入线，SDA 和SCL都需要和正电源间各接一个10K的电阻上拉，第7脚需要接地。24LC64I 中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1， 以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总 的写入时间， 一次操作可写入多达8个字节的数据。
所述红外通讯电路6采用一根输入线、 一根输出3服波形的输出线、 一根 输出发送信号波形的三线控制电路。红外通讯电路6分为发射和接收两部分。 发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光，常 用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，发射功率约100mW。接收 电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压， 它才能正常工作而获得高的灵敏度。山于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现 在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头。红外线一体 化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。 红外部分线路采用三线控制电路，即输出(发射)用两根线，输入(接收)用
一根线，输出其中一个口利用定时器一直输出38K波，另一个口输出发送信号 波形，可以看作是控制3服波的发送；接收由于采用集成接收头，到单片机2 管脚的为普通电平，所以用一个中断口连接，当接受到电平变化后进入中断开 始接收红外数据。
所述RS485电路7采用MAX13485芯片。RS485电路7是一种常用的串口， 具有网络连接方便、抗干扰性能好、传输距离远等优点。使用RS-485总线组网， 只需一对双绞线就可实现多系统联网构成分布式系统、设备简单、价格低廉、 通信距离长。在应用系统中，RS-485半双工异步通信总线是被各个研发机构广 泛使用的数据通信总线，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。为 了实现总线与单片机系统的隔离，在单片机的异步通信口与MAX13485之间采用 光耦隔离。由于应用系统中，主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超 过400米，而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。如果在此时 MAX13485的DE端电位为"1 "，那么它的485总线输出将会处于发送状态，也 就是占用了通信总线，这样其它的分机就无法与主机进行通信。这种情况尤其 表现在某个分机出现异常情况下(死机)，会使整个系统通信崩溃。因此在电路 设计时，应保证系统上电复位时MAX13485的DE端电位为"0"。由于单片机在 复位期间，I/O 口输出高电平，故电路的接法有效地解决复位期间分机"咬" 总线的问题。输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗 的匹配。由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，所以485总线 的传输端一定要加有保护措施在电路设计中可以选用能够抗浪涌的TVS瞬态 杂波抑制器件，考虑到线路的特殊情况(如某一块表的485芯片被击穿短路)，为防止总线中其它分机的通信受到影响，在MAX13485的485信号输出端串联两 个热敏电阻。这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。
所述时钟芯片8采用RX8025芯片，RX8025芯片上还连接有温度芯片。单 相多费率表表因牵涉分时计费，必须使用外部硬件时钟时钟芯片，不宜采用软 件时钟，软件时钟在受到干扰时，引起时钟不准确，靠软件算法纠错，会造成 一定的误差，例采用一分钟纠错一次技术，在干扰出错需要纠错时，会引起一 分钟误差。采用外部时钟早期采用飞利蒲PCF8563，外部采用32. 768KHZ晶体， 外部时钟晶体在焊接工艺上要求严格，只能采用拉线技术，否则会造成晶体停 振，时钟停走。目前国际上有两种时钟晶体内置芯片， 一种是美国DALLS公司 生产的DS3231，该公司为国际上生产时钟芯片历史最长，技术最好一个公司， 特别擅长生产工业控制使用时钟芯片。 一种是日本EPSON生产的RX8025， EPSON 公司主要在钟表领域使用。DS3231芯片为带自动温度补偿芯片，在-40'C +80 'C时钟时钟误差为3PPM，日误差为0.26秒每天，在标称温度为2PPM，日误差 为0.18秒每天。批量生产能保证日误差在0.2秒，能满足贵局要求。EPSON公 司生产的RX8025，时钟为士5P醒，即日误差为0.4秒每天，其精度可以调整， 但步距为3PPM，即0. 26秒每天，即原为-O. 5秒，经调整后可以为-O. 24秒。但 其输出脉冲为不均匀，必须将测试周期放大。采用RX8025外部还必须有温度传 感器，采用软件方式方式进行温度补偿， 一般10分钟计算一次。考虑到成本因 数及具体的性能上的要求，本实用新型选用RX8025作为时钟芯片。因为RX8025 加上温度芯片的价格比单个DS3231的价格还是有相当的优势，且RX8025的方 案在时钟精度上完全可以满足单相表的技术要求。
上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本 实用新型简单变换后的结构均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1. 电子式单相多费率电能表，其特征在于包括单相计量芯片(1)、带液晶驱动的单片机(2)，单相计量芯片(1)连接在单片机(2)的输入端，单片机(2)上还分别连接有脉冲输出电路(3)、LCD显示电路(4)、存储器(5)、红外通讯电路(6)、RS485电路(7)和时钟芯片(8)，所述单相计量芯片(1)采用ADE7755芯片。
2. 如权利要求1所述的电子式单相多费率电能表，其特征在于所述单片机(2) 的输入端还连接有按键输入电路(9>和逆相序检测电路(10)。
3. 如权利荽求1所述的电子式单相多费率电能表，其特征在于所述单片机(2) 采用P89LPC9401芯片。
4. 如权利要求1所述的电子式单相多费率电能表，其特征在于所述存储器(5) 采用EEPR0M。
5. 如权利要求l所述的电子式单相多费率电能表，其特征在于所述红外通讯 电路(6)采用一根输入线、 一根输出38K波形的输出线、 一根输出发送信号 波形的三线控制电路。
6. 如权利要求l所述的电子式单相多费率电能表，其特征在于所述RS485电 路(7)采用MAX13485芯片。
7. 如权利要求1至6中任何一项所述的电子式单相多费率电能表，其特征在于 所述时钟芯片(8)采用RX8025芯片。
8. 如权利要求7所述的电子式单相多费率电能表，其特征在于:所述RX8025芯 片上还连接有温度芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种电子式单相多费率电能表，包括单相计量芯片、带液晶驱动的单片机，单相计量芯片连接在单片机的输入端，单片机上还分别连接有脉冲输出电路、LCD显示电路、存储器、红外通讯电路、RS485电路和时钟芯片，所述单相计量芯片采用ADE7755芯片。本实用新型电压、电流经取样电路分别取样后，送入单相计量芯片进行处理，并转化为数字信号送到单片机进行计算，单片机通过串行接口将ADE7755芯片的数据读出。采用AD公司的高精度计量芯片ADE7755，使得电压电流采样分辨率大为提高，且有足够的时间来更加精确的测量电能数据，提高了电能表的计量准确度。电路能够长时间稳定运行，且整个电路成本低。
文档编号G01R22/06GK201247272SQ20082016300
公开日2009年5月27日 申请日期2008年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者顾海松 申请人:浙江恒业电子有限公司