一种多功能精准安全数字电表制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能精准安全数字电表，包括嵌入式测量装置和外置显示装置，所述外置显示装置上设有插头，将嵌入式测量装置安装在工业插座内，并将外置显示装置通过插头插在工业插座上；所述嵌入式测量装置包括嵌入式测量装置外壳、电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元、数据处理单元、第一载波通讯单元、系统供电单元和继电器，所述外置显示装置包括外置显示装置外壳、外置系统供电单元、第二载波通讯单元和显示单元。本发明专利技术涉及一种数字电表，具体为一种操作简单、使用安全、隐蔽式设置、可单独对特定工业插座进行电量统计、可在较小范围内实时检测电气设备用电情况和辅助检测电路故障的一种多功能精准安全数字电表。电表。电表。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能精准安全数字电表


[0001]本专利技术涉及一种数字电表，具体为一种多功能精准安全数字电表。

技术介绍

[0002]目前，随着经济社会的快速发展，智能电网被列入未来发展的战略。智能电表作为智能电网的重要组成部分，是电力部门优化用电管理过程的重要环节之一，也是实现数据互动、准确计量及智能调度的关键。智能电网中智能仪表应具有以下功能：更注重信息处理、互动、计量和通信，以实现用户负荷信息的详细记录和负荷相应。在工业用电领域，电气设备繁多，用电量大，电气设备容易引发电路故障，工厂人员需要经常进行电力线路检查，排除电路故障，对于隐藏的故障点，如电气设备的零线与火线间的电阻值变小，通常不容易被发现，在车间内，车间一般使用一个电能表来监控车间的用电情况，不同区域的电气设备功率通常不能被单独显示，不能检测到电气设备实时用电状态，不能具体检测连接在特定工业插座上的电气设备所耗用的用电量，车间内的普通电表通常为固定外置式的，容易被人为因素干扰，影响电表的测量结果的真实性，在家庭环境下，不同电器所耗用的功率不同，例如中央空调、家用电梯、烧烤架等，不能对其进行实时电流监测和电能统计，不容易发现潜在的电路故障，在校园环境下，公共使用空间较广泛，如教室、实验室、宿舍、图书馆等，在日常情况下，通常学生或老师会使用公共插座，公共插座及其有关电器布线可能会发生局部超载或漏电，造成用电安全隐患，危害相关人员的人身安全。

技术实现思路

[0003]针对上述情况，为克服当前的技术缺陷，本专利技术提供了一种操作简单、使用安全、隐蔽式设置、可单独对特定工业插座进行电量统计、可在较小范围内实时检测电气设备用电情况和辅助检测电路故障的一种多功能精准安全数字电表。
[0004]本专利技术采取的技术方案如下：一种多功能精准安全数字电表，包括嵌入式测量装置和外置显示装置，所述外置显示装置上设有插头，使用时，将嵌入式测量装置安装在工业插座内，并将外置显示装置通过插头插在工业插座上，嵌入式测量装置与外置显示装置配合工作；所述嵌入式测量装置包括嵌入式测量装置外壳、电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元、数据处理单元、第一载波通讯单元、系统供电单元和继电器，所述外置显示装置包括外置显示装置外壳、外置系统供电单元、第二载波通讯单元和显示单元，所述电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元、数据处理单元、第一载波通讯单元、系统供电单元和继电器均设于嵌入式测量装置外壳内，所述嵌入式测量装置外壳前端设有火线进口和零线进口，所述嵌入式测量装置外壳后端设有火线出口和零线出口，所述嵌入式测量装置外壳前端和后端均设有分隔板，所述嵌入式测量装置外壳上平面设有火线和零线锁紧螺丝，所述锁紧螺丝设有四组，所述嵌入式测量装置外壳上平面铰接设有保护翻盖，所述保护翻盖设有两组，两组所述保护翻盖和锁紧螺丝对应设置，所述嵌入式测量装置外壳上平面设有拨码开关，所述嵌入式测量装置外壳上平面设有基准电流调整旋钮开口，所述基准
电流调整旋钮开口内设有基准电流调整旋钮，所述嵌入式测量装置外壳侧面设有保险丝，所述保险丝设有两组，所述嵌入式测量装置外壳底平面设有紧固胶贴，嵌入式测量装置通过紧固胶贴紧贴在工业插座底壁上，所述外置系统供电单元、第二载波通讯单元和显示单元设于外置显示装置外壳内，所述外置显示装置外壳上平面设有显示单元开口，所述显示单元设于显示单元开口的正下方，所述电流测量单元感应连接在交流电输入端火线上，所述电压测量单元连接在交流输入的火线和零线上，所述电流测量单元、电压测量单元同功率因数测量单元连接，所述电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元将测量结果传输给数据处理单元，所述系统供电单元为电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元、数据处理单元、第一载波通讯单元供电，第一载波通讯单元将数据传输给第二载波通讯单元，第二载波通讯单元将数据传输至显示单元，所述外置系统供电单元为第二载波通讯单元和显示单元供电，所述继电器设有两组，两组所述继电器分别串联在零线、火线上，所述继电器控制端与数据处理单元连接。
[0005]进一步地，所述电流测量单元包括霍尔电流传感器、恒流源电路、差动放大电路、闭环反馈电路、数据输出电路和模数转换电路，所述霍尔电流传感器由磁芯、副边补偿线圈和霍尔元件组成，所述恒流源电路提供霍尔元件的工作电流，所述基准电流调整旋钮与霍尔元件连接，所述霍尔元件输出电压信号，所述差动放大电路将霍尔元件输出电压信号进行放大，所述闭环反馈电路将差动放大电路输出的电压信号传输给模数转换电路，所述模数转换电路进行AD转换并传输数据到处理单元，所述模数转换电路并将数据处理单元返回的数据进行DA转换，并将转换结果输出给功率因数测量单元，控制副边补偿线圈的电流，使用闭环反馈将大幅提高电流测量结果的精确度，相比传统的电流测量方法，本电流测量单元体积小、精度高、低功耗。
[0006]进一步地，所述电压测量单元采用传统的变压器取样，所述电压测量单元包括变压器、整流桥电路、受控电流源电路，所述变压器原边通过保险丝接入零线、火线，变压器对电压信号进行采样，所述整流桥电路对电压信号进行整流，所述受控电流源电路将整流后的电压信号转变为受控电流，所述受控电流给霍尔电流传感器的被测电流，目的是通过测量电流来间接测量电压，节省电路空间，在所述电压测量单元内设有电子开关，目的是通过电子开关的开、关来让电压测量单元、电流测量单元分时工作，这种测量方式精度高、节省空间，如采用霍尔电压传感器测量电压，在霍尔电压传感器的输入端需要一个较大的输入电阻，实际上霍尔电压传感器存在等效电容、等效电感，因霍尔电压传感器采样的电流在毫安级，由由公式可知，当输入电阻较大时，等效电容和等效电感不可忽略，将对电压测量的精度产生较大影响。
[0007]进一步地，所述功率因数测量单元包括有源低通滤波器、采样电压放大器、组合RS触发器，所述有源低通滤波器将模数转换电路提供的DA转换的信号进行滤波，提高电路的整体精度，所述采样电压放大器将滤波后的信号放大，所述组合RS触发器将放大后的信号进行相位差合成，输出PWM信号，PWM的占空比即表示相位差，相位差通过计算得出功率因数，PWM信号传输给数据处理单元，使用PWM测量功率因数，功率因数精度高，超低功耗且小体积，不易受电路扰动干扰。
[0008]进一步地，所述数据处理单元，采用stm32f103系列主控芯片，使用8M外部晶振，高
速模式，经过PLL倍频器后为72MHz，为sys总线频率，STM32有三级流水线，指令周期不定的，arm给出的是1.25MIPS/Mhz，就是1Mhz的频率，每秒钟可以执行1.25M指令，所以足以满足指令处理速度的要求，支持ADC、SPI、I2C和USART，数字电路部分采用芯片说明书建议布局，在此不再赘述，stm32f103系列主控芯片的IO口与电流测量单元的模数转换电路进行通信，使用stm32f103系列主控芯片的IO口配置输入捕获，功率因数测量单元PWM信号接入配置输入捕获后的IO口，stm32f103系列主控芯片的IO口连接电子开关，stm32f103本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能精准安全数字电表，其特征在于：包括嵌入式测量装置和外置显示装置，所述外置显示装置上设有插头，所述嵌入式测量装置包括嵌入式测量装置外壳、电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元、数据处理单元、第一载波通讯单元、系统供电单元和继电器，所述外置显示装置包括外置显示装置外壳、外置系统供电单元、第二载波通讯单元和显示单元，所述电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元、数据处理单元、第一载波通讯单元、系统供电单元和继电器均设于嵌入式测量装置外壳内，所述嵌入式测量装置外壳前端设有火线进口和零线进口，所述嵌入式测量装置外壳后端设有火线出口和零线出口，所述嵌入式测量装置外壳前端和后端均设有分隔板，所述嵌入式测量装置外壳上平面设有火线和零线锁紧螺丝，所述锁紧螺丝设有四组，所述嵌入式测量装置外壳上平面铰接设有保护翻盖，所述保护翻盖设有两组，两组所述保护翻盖和锁紧螺丝对应设置，所述嵌入式测量装置外壳上平面设有拨码开关，所述嵌入式测量装置外壳上平面设有基准电流调整旋钮开口，所述基准电流调整旋钮开口内设有基准电流调整旋钮，所述嵌入式测量装置外壳侧面设有保险丝，所述保险丝设有两组，所述嵌入式测量装置外壳底平面设有紧固胶贴，嵌入式测量装置通过紧固胶贴紧贴在工业插座底壁上，所述外置系统供电单元、第二载波通讯单元和显示单元设于外置显示装置外壳内，所述外置显示装置外壳上平面设有显示单元开口，所述显示单元设于显示单元开口的正下方，所述电流测量单元感应连接在交流电输入端火线上，所述电压测量单元连接在交流输入的火线和零线上，所述电流测量单元、电压测量单元同功率因数测量单元连接，所述电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元将测量结果传输给数据处理单元，所述系统供电单元为电流测量单元、电压测量单元、功率因数测量单元、数据处理单元、第一载波通讯单元供电，所述第一载波通讯单元将数据传输给第二载波通讯单元，所述第二载波通讯单元将数据传输至显示单元，所述外置系统供电单元为第二载波通讯单元和显示单元供电，所述继电器设有两组，两组所述继电器分别串联在零线、火线上，所述继电器控制端与数据处理单元连接。2.根据权利要求1所述的一种多功能精准安全数字电表，其特征在于：所述电流测量单元包括霍尔电流传感器、恒流源电路、差动放大电路、闭环反馈电路、数据输出电路和模数转换电路，所述霍尔电流传感器由磁芯、副边补偿线圈和霍尔元件组成，所述恒流源电路提供霍尔元件的工作电流，所述基准电流调整旋钮与霍尔元件连接，所述霍尔元件输出电压信号，所述差动放大电路将霍尔元件输出电压信号进行放大，所述闭环反馈电路将差动放大电路输出的电压信号传输给模数转换电路，所述模数转换电路进行AD转换并传输数据到处理单元，所述模数转换电路并将数据处理单元返回的数据进行DA转换，并将转换结果输出给功率因数测量单元，控制副边补偿线圈的电流。3.根据权利要求1所述的一种多功能精准安全数字电...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛荐，
申请(专利权)人：牛荐，
类型：发明
国别省市：