專利名稱：一款用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電表，具體涉及一款用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表，屬于計量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的進步和智能家居的發(fā)展，人們對電力的需求日益增加。鑒于發(fā)電過程帶來的環(huán)境污染問題和用電側(cè)的電能浪費現(xiàn)象，監(jiān)測家用電器的能源使用情況，優(yōu)化家庭能源消耗結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)家庭節(jié)能是非常有意義的。家庭能耗管理的有效實施需要采集每個家用電器的詳細用電信息，為用戶建立用電信息數(shù)據(jù)庫，幫助用戶分析家庭能耗結(jié)構(gòu)，使用戶了解自身行為習慣對于家庭能耗的影響，引導用戶自覺地采用節(jié)能措施并養(yǎng)成良好的節(jié)能習慣。這些詳細用電信息的采集需要智能電表的支持，因此需要開發(fā)具有多參數(shù)測量和雙向無線通信能力的低成本智能電表。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一款用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表。為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一款用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表，包含電能計量芯片、電流變換電路、電壓變換電路、單片機系統(tǒng)、 LCD顯示、存儲芯片；所述電能計量芯片通過并聯(lián)設(shè)置的電流變換電路、電壓變換電路采集電流、電壓參數(shù)；所述電能計量芯片與單片機系統(tǒng)通信，將用電設(shè)備的電流、電壓參數(shù)數(shù)據(jù)傳給單片機系統(tǒng)處理；所述單片機系統(tǒng)對得到的數(shù)據(jù)做進一步的處理，通過計算得到用電設(shè)備耗能和功率因素等參數(shù)，并且單片機系統(tǒng)分別與LCD顯示、存儲芯片相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的 IXD顯示和儲存功能。優(yōu)選的，所述單片機系統(tǒng)通過無線通訊與家庭網(wǎng)關(guān)進行通訊，將數(shù)據(jù)傳遞給家庭網(wǎng)關(guān)。優(yōu)選的，所述電壓轉(zhuǎn)換電路采用電流型電壓互感器將電網(wǎng)電壓信號進行降壓以滿足電能計量芯片CSM60A的測量電壓輸入通道指標要求。優(yōu)選的，所述電流轉(zhuǎn)換電路采用電流互感器對待測家用電器電流進行變換和降流以滿足電能計量芯片的測量電流輸入通道指標要求。優(yōu)選的，所述無線通訊采用使用Zigbee通訊技術(shù)的通訊芯片CCM30。由于上述技術(shù)方案的運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點本實用新型的所述的用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表為家庭能耗管理提供了家用電器多參數(shù)量測智能電表，該智能電表具有結(jié)構(gòu)簡單、測量參數(shù)多、成本低等特點，并且采用Zigbee協(xié)議進行無線通訊，非常適用于家庭能耗管理對用電信息監(jiān)測的需求。以下結(jié)合附圖對本實用新型技術(shù)方案作進一步說明

圖1是示出本實用新型的總體框圖；圖2是示出本實用新型的電壓變換電路；圖3是示出本實用新型的電流變換電路；圖4是示出本實用新型信號采集處理部分端口連接圖；圖5是示出本實用新型雙向通信部分連接框具體實施方式
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。本實用新型所述的本實用新型的實施將參考圖1到圖5進行說明。本實用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本實用新型開發(fā)的用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表采用CRYSTAL公司推出的帶有串行接口的單相雙向功率/電能計量集成電路芯片CS5460A采集電流、電壓和功率等參數(shù)。待測電流和電壓信號通過電流、電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電能測量芯片CS5460A允許的輸入信號。電能計量芯片CSM60A通過SPI 口與ATmegaie單片機系統(tǒng)通信，將用電設(shè)備的電流，電壓和功率等參數(shù)傳給單片機處理。ATmegaie單片機系統(tǒng)對得到的數(shù)據(jù)做進一步的處理，通過計算得到用電設(shè)備耗能和功率因素等參數(shù)，并且ATmegaie單片機系統(tǒng)IXD顯示、存儲芯片相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的IXD顯示和儲存功能。所述單片機系統(tǒng)通過無線通訊與家庭網(wǎng)關(guān)進行通訊，將數(shù)據(jù)傳遞給家庭網(wǎng)關(guān)； 所述無線通訊采用使用Zigbee通訊技術(shù)的通訊芯片CCM30 ；處理后的數(shù)據(jù)采用Zigbee技術(shù)與家庭網(wǎng)關(guān)進行通訊，將數(shù)據(jù)傳遞給家庭網(wǎng)關(guān)，協(xié)助家庭能耗管理系統(tǒng)實現(xiàn)家用電器的監(jiān)控。電能采集芯片CS5460A在單+5V電源或雙極性5V電源下運行。CS5460A的電壓采集輸入通道的最大差模輸入電壓范圍為士250mV，因此不能直接將家用電器電壓 (220V/380V)接到CSM60A的電壓輸入引腳VIN+和VIN-，需要用電壓互感器將電網(wǎng)電壓信號進行降壓以滿足電能計量芯片的電壓輸入范圍要求。如圖2所示電網(wǎng)電壓經(jīng)過4個IOOk 電阻，然后經(jīng)過電流型電壓互感器PTl ^iiA/2mA)，該電壓互感器變比是1 1的，因此轉(zhuǎn)換成的二次側(cè)電流和一次側(cè)電流相等，二次側(cè)電流經(jīng)過R5 (180歐)電阻轉(zhuǎn)換成電壓，最后輸入到CSM60A的電壓通道引腳VIN+和VIN-。例如一次側(cè)電壓是220V，則經(jīng)過電壓互感器之后的二次側(cè)電流為0. 55mA，然后經(jīng)過電阻R5轉(zhuǎn)換成電壓99mV，可見滿足電壓輸入范圍。電能采集芯片CSM60A的電流通道集成有一個增益可編程放大器(PGA)，有兩個增益IOX和50X可供選擇，這里我們選擇IOX增益，此時輸入電平滿量程為士250mV。由于輸入電平量程小，電流通道也不能直接測量用電設(shè)備的電流。這里我們采用變比為1000 1 電流互感器對待測電流進行變換，然后進行測量。測量電路如圖3所示。待測電流通過 IA、IB端輸入，經(jīng)過電流互感器U3轉(zhuǎn)化為二次側(cè)電流，經(jīng)過R12轉(zhuǎn)換為電壓，該電壓信號由 IIN+和IIN-輸入到電能計量芯片。例如輸入端是3A的電流那么二次側(cè)電流輸出為3mA， 經(jīng)過R12(56歐)轉(zhuǎn)化為168mV，滿足電流通道電平輸入范圍。本實用新型所采用的CSM60A芯片的輸入端VIN+，VIN-用來接收待量測電壓信號，輸入端IIN+，IN-用來接收待量測電流信號，待測電流和電壓信號是經(jīng)過電流、電壓采
4樣電路轉(zhuǎn)換并且為電能測量芯片CS5460A允許的輸入信號。電能測量芯片CS5460A芯片的輸出信號 M60_SDU460_SD0，M60_SCK，M60_INT 分別接 Atmegal6 單片機的 PB5，PB6， PB7和PB2。存儲芯片采用MC02E2PR0M，其S DA和SCL引腳接在單片機Atmegal6的PCO 和PCl引腳。IXD顯示芯片利用單片機PA 口和其他幾個I/O 口的資源進行連接。如圖4所不。單片機Atmegal6的PDO(RXD)，PDl (TXD)通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3373分別接到 Zigbee芯片CCM30的P0_3 (TXDO)，P0_2 (RXDO)實現(xiàn)URAT傳輸，然后CCM30將接收到的數(shù)據(jù)通過Zigbee無線通訊協(xié)議發(fā)送給協(xié)調(diào)器(家庭網(wǎng)關(guān)的CCM30芯片系統(tǒng))，如圖5所示。電能采集芯片CSM60A能夠?qū)崿F(xiàn)對用電設(shè)備的電流、電壓和功率的精確測量，只要實時讀取相應(yīng)寄存器的值即可得到實時電流、電壓和功率數(shù)據(jù)。耗能及其功率因素需在單片機Atmegaie中對得到的數(shù)據(jù)進一步處理得到。耗能的值用讀取的功率累加得到。這里需要考慮用電設(shè)備工作與不工作兩種狀態(tài)。當用電設(shè)備工作時，單片機將功率寄存器的值進行累加進而得到能量值，當用電設(shè)備不工作時單片機將數(shù)據(jù)儲存在一個全局變量中，以便下次設(shè)備工作時調(diào)用此數(shù)據(jù)進行耗能的累加，并將此時的數(shù)據(jù)存儲在外部存儲器MC02 中，以備掉電時數(shù)據(jù)不丟失。功率因數(shù)采用公式E = I*U*C0Sc5。由于上述技術(shù)方案的運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點本實用新型的所述的用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表為家庭能耗管理提供了家用電器多參數(shù)量測智能電表，該智能電表具有結(jié)構(gòu)簡單、測量參數(shù)多、成本低等特點，并且采用Zigbee協(xié)議進行無線通訊，非常適用于家庭能耗管理對用電信息監(jiān)測的需求。以上僅是本實用新型的具體應(yīng)用范例，對本實用新型的保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一款用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表，其特征在于，包含電能計量芯片、電流變換電路、電壓變換電路、單片機系統(tǒng)、LCD顯示、存儲芯片；所述電能計量芯片通過并聯(lián)設(shè)置的電流變換電路、電壓變換電路采集電流、電壓參數(shù)；所述電能計量芯片與單片機系統(tǒng)通信，將用電設(shè)備的電流、電壓參數(shù)數(shù)據(jù)傳給單片機系統(tǒng)處理；所述單片機系統(tǒng)對得到的數(shù)據(jù)做進一步的處理，通過計算得到用電設(shè)備耗能和功率因素等參數(shù)，并且單片機系統(tǒng)分別與IXD顯示、存儲芯片相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的IXD顯示和儲存功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表，其特征在于，所述單片機系統(tǒng)通過無線通訊與家庭網(wǎng)關(guān)進行通訊，將數(shù)據(jù)傳遞給家庭網(wǎng)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路采用電流型電壓互感器將電網(wǎng)電壓信號進行降壓以滿足電能計量芯片CSM60A的測量電壓輸入通道指標要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表，其特征在于，所述電流轉(zhuǎn)換電路采用電流互感器對待測家用電器電流進行變換和降流以滿足電能計量芯片的測量電流輸入通道指標要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表，其特征在于，所述無線通訊采用使用Zigbee通訊技術(shù)的通訊芯片CCM30。
專利摘要本實用新型涉及一款用于家庭能耗管理的家用電器多參數(shù)量測智能電表，包含電能計量芯片、電流變換電路、電壓變換電路、單片機系統(tǒng)、LCD顯示、存儲芯片；所述電能計量芯片通過并聯(lián)設(shè)置的電流變換電路、電壓變換電路采集電流、電壓參數(shù)；所述電能計量芯片與單片機系統(tǒng)通信，將用電設(shè)備的電流、電壓參數(shù)數(shù)據(jù)傳給單片機系統(tǒng)處理；所述單片機系統(tǒng)對得到的數(shù)據(jù)做進一步的處理，通過計算得到用電設(shè)備耗能和功率因素等參數(shù)，并且單片機系統(tǒng)分別與LCD顯示、存儲芯片相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的LCD顯示和儲存功能；本實用新型為家庭能耗管理提供了家用電器多參數(shù)量測智能電表，該智能電表具有結(jié)構(gòu)簡單、測量參數(shù)多、成本低等特點，并且采用Zigbee協(xié)議進行無線通訊，非常適用于家庭能耗管理對用電信息監(jiān)測的需求。
文檔編號G01R22/06GK202256488SQ201120356570
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者林峰, 王振, 舒少龍, 辛菊琴, 黃志強 申請人:蘇州卡泰克電子科技有限公司