[發(fā)明專利]一種用電參數(shù)傳感器及其實(shí)現(xiàn)方法

在審

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• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104569570A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭軍炎;楊建國;易致富
• 申請（專利權(quán)）人: 楊建國
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 深圳市康弘知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44247
• 代理人: 胡朝陽;孫潔敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及供電檢測設(shè)備，尤其涉及一種對電器用電情況實(shí)時(shí)測量的用電參數(shù)傳感器及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)及智能、節(jié)能產(chǎn)品以及大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)分析給用戶帶來了非常多的便利；諸如：溫度、濕度、PM2.5 有害氣體、二氧化碳、風(fēng)力風(fēng)向等等；在檢測用電參數(shù)方面一直以來都是以計(jì)量芯片為核心，用戶需要使用自己的微處理器，自己編程，自己校準(zhǔn)。由于計(jì)量芯片的使用專業(yè)性強(qiáng)，儀器設(shè)備投入大，造成了開發(fā)周期慢、資金投入大、生產(chǎn)成本高等不利因素，嚴(yán)重制約了EMC（合同能源管理）分相能源管理以及利用大數(shù)據(jù)對電器故障和亞健康分析等行業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術(shù)器件多，開發(fā)時(shí)間長，測量數(shù)據(jù)需要專業(yè)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)等上述問題，提出一種將電壓、電流采樣模塊和A/D以及微處理器集成在一起、并且測量數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過校準(zhǔn)的用電參數(shù)傳感器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種用電參數(shù)傳感器，其包括：外殼、固定在外殼內(nèi)的SOC計(jì)量芯片、向SOC計(jì)量芯片提供基準(zhǔn)頻率的晶振模塊、電流采樣模塊、電壓采樣模塊、用以送出用電參數(shù)的UART輸出接口和單IO輸出接口、用以向SOC計(jì)量芯片提供直流電源的電源管理模塊，其中電流采樣模塊包含錳銅分流器，錳銅分流器串接在用電設(shè)備電流回路中，采集到的電流值耦合連接SOC計(jì)量芯片；電壓采樣模塊并接在用電設(shè)備火線與零線之間，采集到的電壓值送SOC計(jì)量芯片；SOC計(jì)量芯片對電壓值和電流值進(jìn)行測算得出所述用電參數(shù)并發(fā)送給所述UART輸出接口和單IO輸出接口。

所述SOC計(jì)量芯片包括連接電流采樣模塊的第一數(shù)字放大模塊、連接第一數(shù)字放大電路的第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；連接電壓采樣模塊的第二數(shù)字放大模塊、連接第二數(shù)字放大電路的第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；連接第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于計(jì)算和通訊的微處理器，以及UART輸出接口和單IO輸出接口通訊模塊。

所述第一和第二數(shù)字放大電路皆采用可編程增益放大器。

所述第一和第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊皆采用Σ-Δ ADC轉(zhuǎn)換器。

所述晶振模塊包括晶振、串接在晶振兩端的第五電容和第六電容，第五電容和第六電容的連接點(diǎn)接地。

所述電壓采樣模塊包括依次串聯(lián)在電壓輸入端與地之間的第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第十電阻，第十電阻兩端連接第八電容，第六電阻和第十電阻的連接點(diǎn)接所述SOC計(jì)量芯片。

所述電流采樣模塊包括錳銅分流器，錳銅分流器輸入端與地之間串接第八電阻和第三電容，第八電阻和第三電容的連接點(diǎn)接所述計(jì)量模塊；錳銅分流器輸出端與地之間串接第七電阻和第二電容，第七電阻和第二電容的連接點(diǎn)接SOC計(jì)量芯片。

本發(fā)明還提出一種用電參數(shù)傳感器的實(shí)現(xiàn)方法：通過電壓采樣模塊采集用電設(shè)備的電壓值，通過電流采樣模塊采集用電設(shè)備的電流值, 將電壓值和電流值送至SOC計(jì)量芯片，SOC計(jì)量芯片內(nèi)置電能算法和補(bǔ)償系數(shù)對電壓值和電流值進(jìn)行計(jì)算得出用電參數(shù)，用電參數(shù)包括電壓、電流等效值、有功功率瞬時(shí)值，電壓頻率、用電量，用電參數(shù)最后由UART輸出接口和單IO輸出接口輸出。

所述計(jì)量模塊包括串聯(lián)的第一數(shù)字放大模塊和第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、串聯(lián)的第二數(shù)字放大模塊和第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、通訊模塊；用第一數(shù)字放大模塊放大采集到的電流值，用第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將放大的電流值轉(zhuǎn)換成數(shù)字形的電流值；用第二數(shù)字放大模塊放大采集到的電壓值，用第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將放大的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字形的電壓值；所述微處理器內(nèi)置電能算法對數(shù)字形的電流值和數(shù)字形的電壓值進(jìn)行計(jì)算得出所述用電參數(shù)，由通訊模塊將所述用電參數(shù)轉(zhuǎn)由UART輸出接口和單IO輸出接口輸出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將電壓、電流采樣模塊和A/D以及微處理器進(jìn)行了一體化的整合，并使用內(nèi)置電能算法對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行了校準(zhǔn)，形成一個(gè)集成化的能夠獨(dú)立使用的標(biāo)準(zhǔn)器件，用戶不用再關(guān)心電氣參數(shù)的測量原理，減少物聯(lián)網(wǎng)及智能、節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)周期，減少物聯(lián)網(wǎng)及智能、節(jié)能產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，可直接從UART口或單IO口調(diào)取數(shù)據(jù)，電器能耗一目了然，電器如有故障能迅速報(bào)警，使用十分方便；由于高度集成，傳感器的體積可做成19×13×6mm，能夠很方便的嵌入各類電器內(nèi)部，為物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)設(shè)備提供用電器實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的原理框圖；

圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例計(jì)量模塊的原理框圖；

圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例的電路圖。

具體實(shí)施方式