一种分时复用高精度直流电能表制造技术

一种分时复用高精度直流电能表，涉及一种电能表，所述电能表电压通道直接通过计量芯片的第3路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电压值；电流通道8为重点检测通道，直接与计量芯片的第2路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电流值；电流通道1~电流通道7与道模拟开关连接，由MCU的GPIO控制模拟开关的选通，同一时段内仅模拟开关仅输出1个电流通道，该电流通道与计量芯片的第1路信号采样接口连接，计量芯片采集并计量该通道的瞬时电流值。电能表，解决直流电能表精度低，测量回路少，无法满足需求的问题。

A high precision DC power meter with time division multiplexing

A time division multiplexing high precision DC power meter, and relates to an electric energy meter, the meter voltage channel directly through the third signal chip sampling interface by measuring chip real-time acquisition and calculation of the average voltage of the channel value of the current focus on Channel 8; channel second signal detection. Direct sampling and measurement chip interface, calculated by measuring chip real-time acquisition of the channel and the average current value; current channel 1~ current channel 7 and channel analog switches connected by MCU GPIO control analog switch strobe, the same time only analog switch output only 1 current channel, first channel signal the current channel and metering chip sampling interface, chip acquisition and measuring the instantaneous current channel value. The electric energy meter solves the problem that the precision of the DC meter is low, the measurement circuit is few, and the demand can not be met.

【技术实现步骤摘要】
一种分时复用高精度直流电能表
本专利技术涉及一种电能表，特别是涉及一种分时复用高精度直流电能表。
技术介绍
目前市场上的多路直流电能表采用MCU自带的ADC直接测量，但MCU自带ADC精度很低，大多数MCU仅配置12位或16位ADC，无法满足高精度、大动态范围的测量需求。而一些具有大动态范围、高精度的专用计量芯片或MCU，大多数仅有1~3路ADC，无法满足现场多个电流通道测量的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分时复用高精度直流电能表，该电能表包括：MCU、计量芯片、模拟开关、电源管理模块、按键处理模块、存储模块、通信模块、显示模块、8个电流通道、1个电压通道；为一种基于分时复用算法的高精度直流电能表，解决直流电能表精度低，测量回路少，无法满足需求的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种分时复用高精度直流电能表，所述电能表电压通道直接通过计量芯片的第3路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电压值；电流通道8为重点检测通道，直接与计量芯片的第2路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电流值；电流通道1~电流通道7与道模拟开关连接，由MCU的GPIO控制模拟开关的选通，同一时段内仅模拟开关仅输出1个电流通道，该电流通道与计量芯片的第1路信号采样接口连接，计量芯片采集并计量该通道的瞬时电流值。所述的一种分时复用高精度直流电能表，所述电流通道1~电流通道7与MCU的ADC引脚连接，MCU在AD中断程序中读取并计算电流通道1~电流通道7的瞬时电流值，并计算电流通道n的变化值，该电流变化值以ΔIn表示；电流通道1~电流通道7具有优先级，优先级记以Pn表示。所述的一种分时复用高精度直流电能表，所述电流通道1~电流通道7的优先级Pn按照电流变化值ΔIn的绝对值排序，电流变化值ΔIn越大其对应电流通道n的优先级越高，即该通道的优先级Pn值越大。所述的一种分时复用高精度直流电能表，所述MCU控制模拟开关切换至优先级最高的电流通道，并将该电流通道的采集标识清零，且将该电流通道的优先级置为0，其它电流通道的采集标识加1；当电流通道m的采集标识大于或等12时，将电流通道m的优先级设置为最高，即将Pm值设置为最大。所述的一种分时复用高精度直流电能表，所述当所有通道的优先级相同时，MCU将按照1~7的顺序切换电流通道；MCU每隔125ms切换一次电流通道。所述的一种分时复用高精度直流电能表，所述电流通道8为重点测量通道，MCU通过UART从计量芯片中直接读取平均功率，并按如下公式计算累积电能量：其中，E为累积电能量，单位KWH；P为平均功率，单位W；t为采样间隔时间，单位ms。所述的一种分时复用高精度直流电能表，所述电流通道1~7为普通检测通道，MCU通过UART从计量芯片中读取实时电流，并按如下公式计算累积电能量：其中E为累积电能量，单位KWH；I为瞬时电流，单位A；U为电压通道采集的平均电压值，单位V；t为采样间隔时间，单位ms。本专利技术的优点与效果是：（1）本申请采用分时复用算法，产品整体成本低，使用1个计量芯片即可计量8个电流通道和1个电压通道。（2）使用专用计量，动态范围宽，计量精度高。（3）采用优先级排序算法，反应速度快，测量误差小。（4）保留1个重点电流通道，实时检测重点通道电流变化。附图说明图1是本申请的连接关系示意图；图2是本申请的优先级算法程序流程图。具体实施方式下面结合附图所示实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示，一种高精度多通道直流电能表包括：MCU、计量芯片、模拟开关、电源管理模块、按键处理模块、存储模块、通信模块、显示模块、8个电流通道、1个电压通道。MCU与计量芯片通过UART接口连接；MCU通过3个GPIO引脚与模拟开关连接；MCU与电源管理模块直接连接；MCU与按键处理模块通过GPIO连接，MCU与存储模块通过I2C接口连接；MCU与通信模块通过UART接口连接；MCU与显示模块通过SPI接口连接；电流通道1~电流通道7与MCU的ADC引脚连接；电流通道1~电流通道7连接模拟开关的输入端；模拟开关的输出端与计量芯片的第1路信号采样接口连接；电流通道8与计量芯片的第2路信号采样接口连接；电压通道与计量芯片的第3路信号采样接口连接。高精度直流电能最多可采集8个电流通道和1个电压通道。电压通道直接通过计量芯片的第3路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电压值。电流通道8为重点检测通道，直接与计量芯片的第2路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电流值。电流通道1~电流通道7与道模拟开关连接，由MCU的GPIO控制模拟开关的选通，同一时段内仅模拟开关仅输出1个电流通道，该电流通道与计量芯片的第1路信号采样接口连接，计量芯片采集并计量该通道的瞬时电流值。由于电流通道1~电流通道7采用分时复算法，且计量芯片为Δ-Σ型ADC，采样速度慢，所以，当某一路电流快速变化时，MCU无法及时读取电流的瞬时值，导致计量误差较大，为了解决上述问题，采用如下技术方案：电流通道1~电流通道7与MCU的ADC引脚连接，MCU在AD中断程序中读取并计算电流通道1~电流通道7的瞬时电流值，并计算电流通道n的变化值，该电流变化值以ΔIn表示。电流通道1~电流通道7具有优先级，优先级记以Pn表示。电流通道1~电流通道7的优先级Pn按照电流变化值ΔIn的绝对值排序，电流变化值ΔIn越大其对应电流通道n的优先级越高，即该通道的优先级Pn值越大。MCU控制模拟开关切换至优先级最高的电流通道，并将该电流通道的采集标识清零，且将该电流通道的优先级置为0，其它电流通道的采集标识加1。当电流通道m的采集标识大于或等12时，将电流通道m的优先级设置为最高，即将Pm值设置为最大。当所有通道的优先级相同时，MCU将按照1~7的顺序切换电流通道。MCU每隔125ms切换一次电流通道。电流通道8为重点测量通道，MCU通过UART从计量芯片中直接读取平均功率，并按如下公式计算累积电能量：其中，E为累积电能量，单位KWH；P为平均功率，单位W；t为采样间隔时间，单位ms。电流通道1~7为普通检测通道，MCU通过UART从计量芯片中读取实时电流，并按如下公式计算累积电能量：其中E为累积电能量，单位KWH；I为瞬时电流，单位A；U为电压通道采集的平均电压值，单位V；t为采样间隔时间，单位ms。实施例MCU型号为ML610Q496，计量芯片型号为RN8209C，模拟开关型号为74HC4051D，RN8209C的第1路信号采样接口与74HC4051D的输出Z引脚连接，RN8209的第2路信号采集接口与电流通道8连接，RN8209的第3路信号采集接口与电压通道连接。显示模块为12864-70C-LF-01型号的液晶，12864-70C-LF-01液晶与MCU通过SPI总线连接，通信模块采用RS485通信方式，通信芯片型号为Max3085。下面结合图2，对本申请的电流通道1~电流通道7优先级算法做进一步的详细描述：步骤201，在AD中断流程中，读取电流通道n的瞬时电流值。步骤202，计算电流通道n的电流变化值ΔIn，并将ΔIn写入电流变化值缓冲区，中断程序结束。步骤203，在主流程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分时复用高精度直流电能表，其特征在于，所述电能表电压通道直接通过计量芯片的第3路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电压值；电流通道8为重点检测通道，直接与计量芯片的第2路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电流值；电流通道1~电流通道7与道模拟开关连接，由MCU的GPIO控制模拟开关的选通，同一时段内仅模拟开关仅输出1个电流通道，该电流通道与计量芯片的第1路信号采样接口连接，计量芯片采集并计量该通道的瞬时电流值。

【技术特征摘要】
1.一种分时复用高精度直流电能表，其特征在于，所述电能表电压通道直接通过计量芯片的第3路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电压值；电流通道8为重点检测通道，直接与计量芯片的第2路信号采样接口连接，由计量芯片实时采集并计算该通道的平均电流值；电流通道1~电流通道7与道模拟开关连接，由MCU的GPIO控制模拟开关的选通，同一时段内仅模拟开关仅输出1个电流通道，该电流通道与计量芯片的第1路信号采样接口连接，计量芯片采集并计量该通道的瞬时电流值。2.根据权利要求1所述的一种分时复用高精度直流电能表，其特征在于，所述电流通道1~电流通道7与MCU的ADC引脚连接，MCU在AD中断程序中读取并计算电流通道1~电流通道7的瞬时电流值，并计算电流通道n的变化值，该电流变化值以ΔIn表示；电流通道1~电流通道7具有优先级，优先级记以Pn表示。3.根据权利要求2所述的一种分时复用高精度直流电能表，其特征在于，所述电流通道1~电流通道7的优先级Pn按照电流变化值ΔIn的绝对值排序，电流变化值ΔIn越大其对应电流通道n的优先级越高，即该通道的优先级Pn值越大。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊哲，孙克寒，耿春丽，张巍华，陈金龙，高新，袁滨成，
申请(专利权)人：北方智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21