專利名稱：基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種嵌入式電能表，尤其涉及一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表。
背景技術(shù)：
電能在現(xiàn)代社會(huì)中起著非常重要的作用，各個(gè)行業(yè)以及人民的日常生活都離不開(kāi)它。因此，電能也就成為了一種特殊的商品進(jìn)入市場(chǎng)，如何對(duì)用戶所消耗的電能進(jìn)行精確的計(jì)量核算以及對(duì)電能的控制與管理就成為了我們所必須面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。在這種情況下，電能表應(yīng)運(yùn)而生了。當(dāng)前電能表作為衡量電能使用數(shù)量的計(jì)量?jī)x器，其技術(shù)性要求很高，不僅要求精確和穩(wěn)定，而且必須保證長(zhǎng)期可靠掛網(wǎng)運(yùn)行，隨著我國(guó)電力市場(chǎng)的逐步建立和完善，作為電力系統(tǒng)重要組成部分的電能表受到了越來(lái)越多的關(guān)注。如單相電能表就被廣泛應(yīng)用于居民住宅小區(qū)當(dāng)中，是一種最為簡(jiǎn)單的電能表。有了計(jì)量電表之后，如何將電表所計(jì)量的電量傳送到電力部門(mén)又成為了我們必須面對(duì)的另一個(gè)問(wèn)題。傳統(tǒng)的運(yùn)作模式都是依靠人工抄表，不僅效率低下，而且容易產(chǎn)生誤差，并且在使用之初，也存在各種諸如施工、布線 之類(lèi)的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供了一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、以太網(wǎng)通信模塊、工作電源、數(shù)據(jù)RAM、顯示電路。數(shù)據(jù)采集模塊包括電能計(jì)量芯片、電流采樣電路及電壓采樣電路，電流采樣電路及電壓采樣電路分別與電能計(jì)量芯片的電流輸入通道和電壓輸入通道相連；電能計(jì)量芯片通過(guò)SPI總線與控制模塊相連；控制模塊上連接有數(shù)據(jù)RAM及顯示電路；以太網(wǎng)通信模塊包括以太網(wǎng)控制器、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口，它們順序相連；控制模塊通過(guò)SPI總線與以太網(wǎng)控制器相連；工作電源分別給電能計(jì)量芯片、控制模塊及以太網(wǎng)控制器供電。電能計(jì)量芯片采用ADE7758電能計(jì)量芯片；控制模塊采用單片機(jī)MC68HC11A8 ；以太網(wǎng)控制器采用以太網(wǎng)控制器ENC28J60。本實(shí)用新型的基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表提高了用電管理要求，使電表最終達(dá)到精度高、功耗低、受諧波影響小等優(yōu)點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)抄表等功能。

圖I是基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是電流采樣電路圖；圖3是電壓采樣電路圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表包括數(shù)據(jù)采集模塊I、控制模塊2、以太網(wǎng)通信模塊3、工作電源4、數(shù)據(jù)RAM5、顯示電路6。[0010]圖I是基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表的結(jié)構(gòu)原理圖。其中數(shù)據(jù)采集模塊I包括電能計(jì)量芯片11、電流采樣電路12及電壓采樣電路13。電能計(jì)量芯片11優(yōu)選采用ADE7758電能計(jì)量芯片，該芯片是由美國(guó)模擬器件公司開(kāi)發(fā)的一款高精度三相電量測(cè)量裝用芯片，具有三個(gè)電壓輸入通道和三個(gè)電流輸入通道。電流采樣電路12及電壓采樣電路13與電能計(jì)量芯片11的電流輸入通道和電壓輸入通道相連。電流采樣電路12及電壓采樣電路13分別如圖2、3所示。電流采樣電阻和分壓電阻大小的選擇既要充分利用電能計(jì)量芯片ADE7758的A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)，以便提高測(cè)量的精度，同時(shí)還要防止過(guò)量程時(shí)不至于使測(cè)量溢出。由于電能計(jì)量芯片APE7758的差分輸入電壓低于O. 5 V，因此電流和電 壓采樣通道第一個(gè)作用就是將輸入到芯片的電壓限制在O. 5V以下。電路中簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò)起著抗混疊的作用，以A相為例，圖2中，Rl, R2，R7，R8，Cl，C2構(gòu)成輸入端子的抗混疊濾波網(wǎng)絡(luò)。頻率混疊是數(shù)字采樣處理中的特有現(xiàn)象，當(dāng)采樣頻率小于兩倍的信號(hào)最高頻率時(shí)就會(huì)產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的假頻將嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。由于電能計(jì)量芯片ADE7758芯片具有較高的采樣頻率，而所設(shè)計(jì)的LPF濾波器的截止頻率遠(yuǎn)低于它，這樣可以衰減高頻信號(hào)，從而有效阻止混疊現(xiàn)象的產(chǎn)生。圖3中，R20, R21，R22, R15構(gòu)成A相電壓通道的衰減網(wǎng)絡(luò)。回到圖1，電能計(jì)量芯片11通過(guò)串行外圍設(shè)備(SPI)總線與控制模塊2相連，控制模塊2上連接有數(shù)據(jù)RAM5及顯示電路6?？刂颇K2優(yōu)選采用單片機(jī)MC68HC11A8，該單片機(jī)是Motorola公司開(kāi)發(fā)的高性能單片機(jī)。以太網(wǎng)通信模塊3包括以太網(wǎng)控制器31、網(wǎng)絡(luò)變壓器32、RJ45接口 33，它們順序相連?？刂颇K2通過(guò)串行外圍設(shè)備(SPI)總線與以太網(wǎng)控制器31相連。以太網(wǎng)控制器31優(yōu)選采用Microchip Technology公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)控制器ENC28J60。工作電源4分別給電能計(jì)量芯片11、控制模塊2及以太網(wǎng)控制器31供電。電能計(jì)量系統(tǒng)最重要的功能是精確測(cè)量各種電能參數(shù)，如電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)，欠壓和斷相檢測(cè)、諧波分析等。目前測(cè)量方式主要有兩種一種是采用專用測(cè)量芯片，將其檢測(cè)到的數(shù)據(jù)加以處理，得到想要測(cè)量的參數(shù)；另一種是直接對(duì)電流、電壓進(jìn)行采樣，并通過(guò)計(jì)算得到電能參數(shù)。為了提高系統(tǒng)的測(cè)量精度和可靠性，本系統(tǒng)采用專用電能計(jì)量芯片ADE7758來(lái)采樣信號(hào)，配以單片機(jī)MC68HC11A8編程實(shí)現(xiàn)多種功能。采樣部分由電流互感器、電壓互感器和外圍處理電路組成，從而得到電流、電壓、頻率、相位等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并輸入到計(jì)量芯片中。計(jì)量芯片通過(guò)對(duì)各個(gè)輸入信號(hào)計(jì)量之后，將計(jì)量得到各種電能參數(shù)輸入到主控單片機(jī)中，由它決定將所需參數(shù)經(jīng)過(guò)處理后送到存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存，并送到顯示部分進(jìn)行顯示。通信接口采用以太網(wǎng)控制器ENC28J60和上位機(jī)進(jìn)行通信。如果通信接口接到上位機(jī)的命令，則將命令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，根據(jù)命令可將電能參數(shù)傳送到上位機(jī)，即可對(duì)電能進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、遠(yuǎn)程控制等功能。
權(quán)利要求1.一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，包括數(shù)據(jù)采集模塊(I)、控制模塊(2)、以太網(wǎng)通信模塊(3)、工作電源(4)、數(shù)據(jù)RAM (5)、顯示電路(6)，其特征是數(shù)據(jù)采集模塊(I)包括電能計(jì)量芯片(11)、電流采樣電路(12 )及電壓采樣電路(13 )，電流采樣電路(12 )及電壓采樣電路(13 )分別與電能計(jì)量芯片(11)的電流輸入通道和電壓輸入通道相連；電能計(jì)量芯片(11)通過(guò)SPI總線與控制模塊(2)相連；控制模塊(2)上連接有數(shù)據(jù)RAM (5)及顯示電路(6);以太網(wǎng)通信模塊(3)包括順序相連的以太網(wǎng)控制器(31)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(32)和RJ45接口(33);控制模塊(2)通過(guò)SPI總線與以太網(wǎng)控制器(31)相連；工作電源(4)分別給電能計(jì)量芯片(11)、控制模塊(2)及以太網(wǎng)控制器(31)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，其特征是電能計(jì)量芯片(11)采用ADE7758電能計(jì)量芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，其特征是控制模塊(2)采用單片機(jī)MC68HC11A8。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，其特征是以太網(wǎng)控制器(31)采用以太網(wǎng)控制器ENC28J60。
專利摘要一種基于以太網(wǎng)的嵌入式電能表，包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、以太網(wǎng)通信模塊、工作電源、數(shù)據(jù)RAM、顯示電路。數(shù)據(jù)采集模塊包括電能計(jì)量芯片、電流采樣電路及電壓采樣電路，電流采樣電路及電壓采樣電路分別與電能計(jì)量芯片的電流輸入通道和電壓輸入通道相連；電能計(jì)量芯片通過(guò)SPI總線與控制模塊相連；控制模塊上連接有數(shù)據(jù)RAM及顯示電路；以太網(wǎng)通信模塊包括以太網(wǎng)控制器、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口，它們順序相連；控制模塊通過(guò)SPI總線與以太網(wǎng)控制器相連；工作電源分別給電能計(jì)量芯片、控制模塊及以太網(wǎng)控制器供電。提高了用電管理要求，使電表最終達(dá)到精度高、功耗低、受諧波影響小等優(yōu)點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)抄表等功能。
文檔編號(hào)G01R22/10GK202649307SQ20122031236
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月1日
發(fā)明者徐斌, 古雄文, 劉巖 申請(qǐng)人:珠海派諾科技股份有限公司