一种多功能智能电力监测仪表

1.一种多功能智能电力监测仪表，所述电力监测仪表为在通信网络设备机柜上应用的电力监测仪表；安装在通信网络设备机柜上的通信设备采用两路电源供电，其特征是所述电力监测仪表为一套同时对这两路电源负载电路的电气参数进行采样、判断和分别计算与叠加计算，将测量和计算数据进行网络传送，集中在一个显示屏上查询、显示其中任一路和两路叠加数据的双路多功能智能电力监测单元；
所述双路多功能智能电力监测单元由监测仪表主机(1)和电流传感器组件(3)组成；
电流传感器组件(3)安装在监测仪表主机的左侧或右侧或监测仪表主机以外其它的位置；
所述监测仪表主机(1)包括专用智能芯片电路、串口通信电路、LCD显示器电路、键盘电路和电源模块；专用智能芯片电路设置有一块专用智能芯片，专用智能芯片内部包含功能模块和集成了微弱信号调理电路；
所述专用智能芯片为MSP430F471XX系列的智能芯片，MSP430F471XX中的XX为63、73、
83、93、26、66、76、86、96、27、67、77、87或97；所述专用智能芯片的功能模块包括CPU寄存器模块、电源检测模块、硬件乘法器模块、看门狗模块、定时器模块、日历时钟模块、LCD显示屏驱动端口模块、无线串行通信端口模块、DMA控制器模块、振荡器模块、程序寄存器模块、数据寄存器模块、转换器模块、比较器模块和通用I/O端口模块；
所述串口通信电路为RS-485串行通信电路，该电路设置有SN65HVD3085通信芯片和光电耦合器件。
2.根据权利要求1所述多功能智能电力监测仪表，其特征是所述监测仪表主机设置有由下往上向前倾斜的控制面板(1.1)，控制面板上设置有LCD显示屏(1.3)、操作键盘(1.2)和指示灯(1.4)，LCD显示屏与LCD显示器电路连接，操作键盘和指示灯与键盘电路连接。
3.根据权利要求2所述多功能智能电力监测仪表，其特征是所述键盘电路设置有外部键盘连接口(1.6)，该连接口通过电缆与外部按键控制盒连接；和/或，监测仪表主机还设置有无线遥控电路，该无线遥控电路上设置有射频遥控通信模块或红外遥控通信模块，并配套有无线遥控控制盒。
4.根据权利要求1所述多功能智能电力监测仪表，其特征是所述监测仪表主机(1)设置有控制继电器模块连接口(1.5)。
5.根据权利要求1所述多功能智能电力监测仪表，其特征是所述两路电源负载电路为由两个开关分别控制的单相交流电源A及其受电的设备负载和单相交流电源B及其受电的设备负载；或者，两路电源负载电路为由两个开关分别控制的直流电源A及其受电的设备负载和直流电源B及其受电的设备负载。
6.根据权利要求1所述多功能智能电力监测仪表，其特征是所述电源模块还包含有在没有外部电源的条件下为专用智能芯片的日历时钟模块提供电源的锂电池。

一种多功能智能电力监测仪表\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种多功能智能电力监测仪表，是一种特别适合安装在IDC(Internet Data Center)中的通信网络设备机柜上的多功能智能电力监测仪表。\n背景技术\n[0002] 数据通信业务在电信公司中占有举足轻重的地位，服务器托管是电信公司的重要经营项目。近年来各地电信公司都在大规模建设互联网数据中心(IDC)，在这些中心安装了各种网络服务器，日夜不停的为全球客户提供服务。网络服务器以及必须的空调设备的耗电量巨大，IDC机房的节能降耗是电信运营商的重要节能任务。降低每一台通信网络机柜中服务器的耗电量，等于可以安装更多的网络服务器，在支持绿色环保事业的同时创造显著的经济效益。要降低能耗，必须对其进行准确的监测管理，必须采用先进高效的满足特定需求的多功能智能电力监测仪表。\n[0003] 目前在IDC中通信网络设备机柜上只安装双路数显电流计，它只能监测和显示负载电流，不能对电压、频率、功率因素、有功功率、无功功率、有功电度等电气参数进行监测计量。\n[0004] 目前一个可选技术方案是采用2个独立的多功能智能电表集成在一起分别对两路电源负载电路中的每一路进行监测，但是这个方案，不仅成本高，而且不能在机柜本地实现在一个显示屏上查询、显示其中任一路和两路叠加数据，并通过1个计算机通讯地址将数据传送到后台计算机监测系统中心。\n[0005] 目前现有多功能智能电表常见的设计方案是采用专用模数转换集成电路+智能芯片+存储芯片+时钟芯片+LCD驱动器芯片等多个集成电路组合而成，造成电路复杂，可靠性降低，同时对微弱信号产生干扰，影响测量精度和稳定性。如果需要对两路电源负载电路进行测量，需要2片这种智能芯片。另外，普通的交流智能电能表的电流互感器固定安装在其内部，一旦智能电能表出现故障需要更换时，电流互感器(一般情况下不会损坏)即使没有损坏也要同时更换。\n[0006] 中国专利文献号CN201732471U于2011年2月2日公开一种智能型电力监测装置，其特征在于：包括互感器、智能仪表、数据转换器、控制电脑，其中互感器分别安装在用电设备前端的输电线路的A、B、C各相，并通过电缆与所述智能仪表连接，多个智能仪表通过电缆并联后连接数据转换器的输入端，数据转换器的输出端通过通信接口连接控制电脑。该结构的互感器与智能仪表分开设置，但由于一个智能仪表只能对一路电源进行监测，不利于使用在IDC中的的通信网络设备机柜上。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、成本低、精度高、操作安装方便、使用寿命长，能同时对两路电源负载电路的电气参数进行采样、判断和分别与叠加计算，将测量和计算数据进行网络传送，集中在一个显示屏上查询、显示其中任一路和两路叠加数据的双路多功能智能电力监测单元，以克服现有技术中的不足之处。\n[0008] 按此目的设计的一种多功能智能电力监测仪表，所述电力监测仪表为首选在通信网络设备机柜上应用的电力监测仪表；安装在通信网络设备机柜上的通信设备采用两路电源供电，其结构特征是所述电力监测仪表为一套同时对这两路电源负载电路的电气参数进行采样、判断和分别与叠加计算，将测量和计算数据进行网络传送，集中在一个显示屏上查询、显示其中任一路和两路叠加数据的双路多功能智能电力监测单元。\n[0009] 所述多功能智能电力监测仪表由监测仪表主机和电流传感器组件组成。电流传感器组件可安装在监测仪表主机的左侧或右侧或监测仪表主机以外其它的位置。电流传感器组件的外壳与监测仪表主机的外壳为相互独立的构件，方便在不同的安装环境中灵活安装在监测仪表主机的左侧或右侧或其他方便的位置。在设备运行过程中，假如监测仪表主机出现故障必须更换时，可以保留电流传感器组件在原安装位置不变，从而实现在不中断用户用电的条件下更换故障设备的目的。\n[0010] 所述监测仪表主机包括专用智能芯片电路、串口通信电路、LCD显示器电路、键盘电路和电源模块；专用智能芯片电路设置有一块专用智能芯片，专用智能芯片内部包含多种功能模块和集成了微弱信号调理电路。专用智能芯片采用目前最先进的SoC技术方案，为德州仪器公司出品的MSP430F471XX系列，该芯片专为智能仪表设计，其可以应用在单相或三相智能仪表产品上，设计给单一电源使用。专用智能芯片内部包含多种智能仪表产品需要使用的功能模块，使得产品电路大为简化。由于集成了微弱信号调理电路，产品测量精度和稳定性有了明显的提高。\n[0011] 所述专用智能芯片为MSP430F471XX系列的智能芯片，MSP430F471XX中的XX为\n63、73、83、93、26、66、76、86、96、27、67、77、87或97；所述专用智能芯片的功能模块包括CPU寄存器模块、电源检测模块、硬件乘法器模块、看门狗模块、定时器模块、日历时钟模块、LCD显示屏驱动端口模块、无线串行通信端口模块、DMA控制器模块、振荡器模块、程序寄存器模块、数据寄存器模块、转换器模块、比较器模块和通用I/O端口模块(将这些功能模块集中到智能芯片中构成高集成度的功能齐全的专用器件的技术，通称为SoC技术。目前大多普通智能电能表采用专用电参数采样芯片+通用智能芯片MCU+实时芯片+温度传感器+可变增益放大器+……的电路结构复杂、成本高)。\n[0012] 所述串口通信电路为RS-485串行通信电路，该电路设置有SN65HVD3085通信芯片和光电耦合器件。RS-485串行通信端口采用带抗浪涌能力的SN65HVD3085通信芯片和光电耦合器件，实现与核心电路完全隔离的目的。确保监测单元能够稳定准确地工作在电磁环境恶劣的环境下，确保通信端口以及核心电路不被外部雷电脉冲破坏，提高了设备的生存能力。\n[0013] 所述监测仪表主机设置有由下往上向前倾斜的控制面板，控制面板上设置有LCD显示屏、操作键盘和指示灯，LCD显示屏与LCD显示器电路连接，操作键盘和指示灯与键盘电路连接。LCD显示屏为采用与专用智能芯片驱动电路特性相匹配的电气设计指标专门设计定制，直接使用专用智能芯片内置的驱动功能，在实现良好的显示效果的同时，大大简化了产品的外围电路。大屏幕的LCD显示屏倾斜设置，即使安装在高处，也方便操作人员观看LCD显示屏上的参数。\n[0014] 所述键盘电路设置有外部键盘连接口，该连接口通过电缆与外部按键控制盒连接；和/或，监测仪表主机还设置有无线遥控电路，该无线遥控电路上设置有射频遥控通信模块或红外遥控通信模块，并配套有无线遥控控制盒。监测仪表主机控制面板的键盘设置有三个按键，按键设计在LCD显示器旁边；另外，监测仪表主机还设计有通过电缆连接的外部按键控制盒和无线遥控控制盒，与此键盘组件的操作功能重叠，方便不同应用环境下操作人员对监测仪表的使用。无线通信端口设计有射频遥控通信模块和红外遥控通信模块两种形式，无线通信端口支持采用无线通信方式连接监测仪表主机，实现扩展按键操作便利性。\n[0015] 所述监测仪表主机设置有控制继电器模块连接口。控制继电器模块提供给客户额外的可扩展的控制能力，继电器具备250VAC/10A的控制能力。继电器可按照通过串行通信端口传送的指令进行操作，也可以由监测仪表主机按照预先设置的条件自主控制。与继电器模块联动的还可以有本地声光告警功能。\n[0016] 所述两路电源负载电路为由两个开关分别控制的单相交流电源A和电源B及其受电的设备负载；或者，两路电源负载电路为由两个开关分别控制的直流电源A和电源B及其受电的设备负载。\n[0017] 所述电源模块还包含有在没有外部电源的条件下为专用智能芯片的日历时钟模块提供电源的锂电池。电源模块负责向监测仪表提供电源。监测仪表同时使用两路相互独立电源供电，只要其中一个电源能够正常供电便可以支持设备正常工作。电源模块内部包含锂电池，在完全没有外部电源的条件下支持智能芯片内部日历时钟的继续运行。\n[0018] 本发明的智能电力监测仪表通过在通信网络设备机柜的电源引入端安装智能电力监测仪表，对客户实行与耗电量直接相关的收费政策。与按空间收费政策相比有利于鼓励用户选用、安装新型高效的网络设备，有利于电信公司提高IDC容量、提高设备运行可靠性、降低耗电量、降低运营成本。智能电力监测仪表能够同时对两路电源负载电路的电气参数进行采样、判断和分别与叠加计算，将测量和计算数据进行网络传送，集中在一个显示屏上查询、显示各路和两路叠加数据的工作，与普通的智能电能表只能监测1路电源的能力相比有很大的区别。设备的电路结构采用了目前行业最先进的SoC技术，采用这种方式可以大幅度的降低电路的复杂程度，有效的降低电磁干扰对产品的影响，提高模拟信号的信噪比进而提高各种电参数的测量精度，实现产品的高性能和低成本的良好配合。智能电力监测仪表还配套设计了电缆连接的按键控制盒和无线遥控控制器，方便操作人员在地面操作安装在较高位置的智能电力监测仪表。其结构简单合理、成本低、精度高、操作安装方便、使用寿命长。\n附图说明\n[0019] 图1为本发明一实施例结构示意图。\n[0020] 图2为图1另一角度结构示意图。\n[0021] 图3为图1的后视结构示意图。\n[0022] 图4为专用智能芯片功能模块构成框图。\n[0023] 图5为专用智能芯片电路图。\n[0024] 图6为RS-485串口通信电路。\n[0025] 图7为无线遥控电路。\n[0026] 图8为LCD显示器电路。\n[0027] 图9为键盘与LCD背光控制电路。\n[0028] 图10为智能电力监测仪表操作流程图。\n[0029] 图11为发明构成框图。\n具体实施方式\n[0030] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。\n[0031] 参见图1-图9和图11，本多功能智能电力监测仪表，所述电力监测仪表为首选在通信网络设备机柜上应用的电力监测仪表；安装在通信网络设备机柜上的通信设备采用两路电源供电，所述电力监测仪表，其特征是为一套同时对这两路电源负载电路的电气参数进行采样、判断和分别与叠加计算，将测量和计算数据进行网络传送，集中在一个显示屏上查询、显示各路和两路叠加数据的双路智能电力监测单元。两路电源负载电路为由两个开关分别控制的单相交流电源A和电源B及其受电的设备负载；或者，两路电源负载电路为由两个开关分别控制的直流电源A和电源B及其受电的设备负载。智能电力监测仪表由监测仪表主机1和电流传感器组件3组成。监测仪表主机1呈薄盒状，两侧及后端设置有安装架2。\n[0032] 监测仪表主机1包括专用智能芯片电路、串口通信电路、LCD显示器电路、键盘电路和电源模块；专用智能芯片电路设置有一块专用智能芯片，专用智能芯片内部包含多种功能模块和集成了微弱信号调理电路。专用智能芯片为MSP430F471XX系列的智能芯片，MSP430F471XX中的XX为63、73、83、93、26、66、76、86、96、27、67、77、87或97；所述专用智能芯片的功能模块包括CPU寄存器模块、电源检测模块、硬件乘法器模块、看门狗模块、定时器模块、日历时钟模块、LCD显示屏驱动端口模块、无线串行通信端口模块、DMA控制器模块、振荡器模块、程序寄存器模块、数据寄存器模块、转换器模块、比较器模块和通用I/O端口模块。\n[0033] 串口通信电路为RS-485串行通信电路，该电路设置有SN65HVD3085通信芯片和光电耦合器件。\n[0034] 监测仪表主机设置有由下往上向前倾斜的控制面板1.1，控制面板上设置有LCD显示屏1.3、操作键盘1.2和指示灯1.4，LCD显示屏与LCD显示器电路连接，操作键盘和指示灯与键盘电路连接。监测仪表主机1还包括有LCD背光控制电路，为LCD显示屏提供照明。\n[0035] 键盘电路设置有外部键盘连接口1.6，该连接口通过电缆与外部按键控制盒连接；\n监测仪表主机还设置有无线遥控电路，该无线遥控电路设置有芯片SM5032，并配套有无线遥控控制盒。监测仪表主机1设置有控制继电器模块连接口1.5。电源模块还包含有在没有外部电源的条件下为专用智能芯片的日历时钟模块提供电源的锂电池。\n[0036] 参见图10，本智能电力监测仪表操作流程：(1)打开电源开关，自动进入测量状态，并自动滚动显示各种测量参数，间隔15s，用Up/Down键可手动改变显示参数。(2)短时按下Enter键，进入查询状态，显示屏顺序显示设备基本设置参数，用任意键可更换显示参数；如无人干预，每一参数显示30s；操作完成后返回测量状态。(3)长按Enter键＞5s，进入设置状态，短按Up/Down键，进行基本参数设置，顺序设置各种基本测量参数，Enter键选择进入设置，Up/Down键可手动改变显示参数；使用Up/Down键跳过不希望修改的参数；操作完成后返回测量状态。或者，进入设置状态后，长按Enter键＞5s，进行测量参数设置依次进行9档电压、电流测量校准；Enter键执行某一档校准，Down键跳过某一档校准；操作完成后返回测量状态。\n[0037] 本多功能智能电力监测仪表的性能参数如下：\n[0038] 产品特点\n[0039] (1)采用先进的电力计量专用智能芯片，真有效值测量。电参数测量精度高，稳定性好。\n[0040] (2)具备对两路单相交流电源或两路直流电源负载电路进行实时电参数监测和计量功能。\n[0041] (3)监测仪表主机与电流传感器组件为分离结构，能够适应不同机柜的安装空间，支持在不停电的条件下更换监测仪表。\n[0042] (4)具备丰富的统计功能，可保存过去6个月的月度电能消费记录，可按照设置的时间保存电源需量数据。\n[0043] (5)具备全隔离的RS-485通信端口，安装有可设置的控制继电器，具备联动的声光告警。\n[0044] (6)监测仪表安装在通信网络设备机柜顶端，标准19”机盘安装结构，不影响网络服务器以及相关电缆的安装。