一种数字显示装置的制作方法

本发明涉及一种数字显示装置，特别适用于交流发电机组，逆变电源等交流电输出类电气设备。

背景技术：

市面上常见的逆变电源和交流发电机组类电气设备一般都会配备显示仪表。随着近年来数字技术的进步，数字化智能仪表在该类设备上使用越来越普及，其除了具备老式指针表的电压、电流等参数指示功能外，有些还具备故障数据记录和存储功能，用户可以通过仪表记录运行历史信息，为设备后期保养提供数据支撑。

数字仪表由于功能比较多，一般会有一个或多个按键进行参数设置或者显示数据切换。由于按键需要在仪表壳上开孔和贴膜，在一些潮湿且振动的220v或380v的强电检测场合，贴膜容易脱落造成表内电路直接暴露，轻则导致仪表显示故障，重则导致触电等安全事故。

专利文献cn213070415u公开了一种数字显示装置，其主要通过待显示参数自动循环方式实现多参数轮动显示。该方式适用于一些普通的检测类仪表，该类仪表客户使用过程中只需要能看到需要的数据即可，不需要对仪表做任何的参数设定。而对于一些带有监控和故障数据记录功能的中高端表来说，该方法稍显不足。

另外，当交流发电设备故障导致的输出电压和频率不稳定甚至无交流电输出时，带有故障记录存储功能的数字显示装置由于没有交流供电导致其不能工作，存储在其内部的故障数据不能被正常读取。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，针对数字化仪表防水要求比较高、待显示数据比较多和发电设备故障情况下数据读取需求的特点，提供一种数字显示模块；

本发明的另一个目的在于进一步提供一种数字显示装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种数字显示模块,由输入交流电进行供电，其包括供电接口、供电电路、耗电电路和功能拓展接口；

所述供电电路，设置于供电接口和耗电电路之间，用于将从供电接口输入的交流电进行降压整流并稳压后供给耗电电路；

所述供电接口包括两个端子，其中一个端子a直接连接到供电电路输出的负极或者通过一二极管反向连接到供电电路输出的负极；

所述耗电电路包括显示器和mcu，所述供电电路与mcu相连接，供电电路给mcu供电，mcu和显示器相连接；

所述功能拓展接口包括两个端子：

端子a和端子b，端子a直接或者通过电阻连接到mcu，端子a和端子b之间并联一电阻，当外接电流互感器时，该电阻起到电流取样的作用，两个端子中起码有一个通过二极管连接到供电电路稳压器件的输出正极或输入正极，当将直流电源正极连到该端子，并将直流电源负极连接到供电接口端子a时，实现无交流电输入情况下对该显示模块直流供电。

进一步，所述耗电路还包括降压电路，所述降压电路至少包括一个电阻，所述端子b连接到降压电路的输出端，当外接电流互感器时，降压电路的输出和互感器输出的交流信号进行叠加并传递给mcu，实现电流的测量，并通过显示器显示相关参数。

进一步，所述降压电路包括相连接的两个分压电阻，所述端子b连接于两个分压电阻之间，当外接电流互感器时，降压电路的输出和互感器输出的交流信号进行叠加并传递给mcu，实现电流的测量。

进一步，所述功能拓展接口端子b通过一二极管连接到供电电路稳压器件输出端正极或者输入端正极，当将直流电源正极连到该端子，并将直流电源负极连接到供电接口端子a时，实现无交流电输入情况下对该显示模块直流供电，此时，功能拓展接口两个端子之间并联的电阻起上拉电阻的作用，将端子a的电压上拉至直流电源电压。

进一步，在所述mcu预置软件中设定特定短接时间与相应功能调用关联，当直流供电时，将供电接口端子a和功能拓展接口端子a短接特定的时间，实现：该显示模块测量显示参数设置；不同显示参数和不同时间长度之间不同的组合，并进行自动循环显示；故障诊断模式下异常数据显示；定时提示和报警功能开启或关闭；和/或，显示时间清零。

进一步，所述的数字显示模块，其还包括一红外接收器件，该红外接收器件接收外部红外遥控器指令并将该指令信息传递给mcu。

进一步，在所述mcu预置软件中设定特定红外指令与相应功能调用关联，实现：测量显示参数设置；不同显示参数和不同时间长度之间不同的组合，并进行自动循环显示；对检测到的异常数据自动进行记录，并根据红外遥控指令在诊断模式下将异常数据显示出来；定时提示和报警功能开启或关闭；运行时间记录清零；和/或，显示数据校准。

进一步，所述显示模块还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块可以是短距的蓝牙和/或wifi模块等等，或者zig-bee、超宽带(uwb)、近场通信(nfc)等，也可以是远距离无线传输技术，例如gprs/cdma、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。或者是两者的结合。

本发明进一步还提供包含所述数字显示模块的显示装置。该显示装置包括所述数字显示模块和外壳，所述数字显示模块嵌入于外壳中，除交流电输入接口和功能拓展接口外，其他元器件引脚和电路板焊盘用灌封胶密封,从而实现防水抗震的目的。

进一步，所述显示装置的外壳呈深色透明或半透明状，在表面无开孔的情况下能实现红外信号的穿透传输。

在本发明中，由于显示装置没有按键，前壳不需要开孔，pcb板组件上的所有元器件，除了交流电输入接口和功能拓展接口外，其他元器件引脚和焊盘全部可以用灌封胶密封，这样进一步适用于防水防震要求高的场合，如果交流电输入接口和功能拓展接口采用防水接插件，整个显示装置完全可以达到ip67的防水等级。

本发明针对数字显示装置测量参数多的特点，通过在显示装置电路板上设置一两针端子的功能拓展接口，不但实现了电流的测量、显示参数设置，定时提示和报警功能开启或关闭，还可以调出其内部存储的故障记录数据，对发电设备进行检修和维护提供辅助判断。针对设备故障导致显示装置无交流电供电而不能正常运行，本发明在功能拓展接口的某一针上接直流电正极，在交流电输入接口的某一针接直流电的负极，从而实现该显示装置直流供电，进而实现在无交流电的情况下进行故障设备的记录数据读取。

本发明相对于现有逆变电源和交流发电机组类电气设备配备的显示仪表而言，仅有两个两针接口，结合内部精巧简单的电路结构，使得本发明的显示装置小巧紧凑，成本低廉，使用场景丰富，针对汽柴油发电机组，当开启定时提示和报警功能后，还可以提示客户定期对设备作针对性的维护，比如更换机油、清洗空滤等，具有良好的市场前景。

附图说明

图1是本发明实施例1供电及功能拓展接口原理框图；

图2是本发明实施例5供电及功能拓展接口原理框图；

图3是本发明实施例1或5中一种降压整流模块的电路结构图；

图4是本发明实施例1或5中另一种降压整流模块的电路结构图；

图5是本发明实施例1或5中另一种降压整流模块的电路结构图；

图6为本发明功能拓展接口不同功能切换的软件控制流程图。

其中，1、供电接口，1a、端子，1b、端子，2、供电电路，21、降压整流模块，22、电容，23、ldo稳压器件，24、电容，3、微控制器mcu，4、电阻，5、二极管，6、电阻，7、降压电路，71、分压电阻，72、分压电阻，8、等效低压负载，9、功能拓展接口，9a、端子，9b、端子。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下的任何修改与润饰均属于本发明的范围。

本发明中的一个电阻或者一个二极管的表述方式，是指一个电阻或者二极管等即能够实现，但并不排除使用两个或者多个串连元器件。然而，在能够实现功能的情况下，应当以电路简单和成本为优的解决方案。

实施例1

如图1所示，本例中，供电接口1(交流电输入接口)的两个端子分别为端子1a,端子1b。供电电路2包括降压整流模块21，电容22，ldo稳压器件23和电容24。耗电电路包括mcu3，降压电路7，等效低压负载8。降压电路7包括分压电阻71和分压电阻72。等效低压负载8包括显示器以及红外接收器等模块或元器件。

功能拓展接口9为两个端子结构，包括端子9a和端子9b。端子9a通过电阻4连接到微控制器mcu3的adc引脚。端子9b连接到降压电路7的分压电阻71和分压电阻72之间，并通过二极管5连接到ldo稳压器件23的输出端正极。端子9a和端子9b之间并联一互感器取样电阻6。

本例中，交流电输入到所述数字显示装置的供电接口1的两端1a和1b，如图3所示该交流电经过电容c1、整流桥b1、电阻r3和稳压管d1实现阻容降压和全桥整流的功能，最终将输出到电容22两端的电压稳定在一定的范围内，保证ldo稳压器件23稳定工作、ldo稳压器件23输出稳定的直流电vcc供给以微控制器mcu3和其他等效低压负载8为核心的数字控制部分。

互感器取样电阻6的两端分别并联到功能拓展接口9的两个引脚端子9a和端子9b，端子9a通过电阻4连接到微控制器mcu3的adc引脚；端子9b和降压电路7的分压电阻71、分压电阻72的各一端相连，分压电阻71另一端连到ldo稳压器件23的输出端正极，分压电阻72的另一端连到供电电路2的输出负极，端子9b还通过二极管5连接到ldo稳压器件23的输出端正极。

当功能拓展接口9两端连接电流互感器时，电流互感器经过互感器取样电阻6输出正比于互感器检测电流的交流电压信号，如果分压电阻71和分压电阻72阻值相等，该信号近似被抬高vcc/2；通过互感器取样电阻6的匹配，使该信号在0-vcc之间波动，微控制器mcu3可以对该信号实时采样计算从而实现电流的测量。

当供电接口1的两端1a和1b无交流电输入时，在功能拓展接口9的端子9b连接5v直流电源的正极，在供电接口端子1a连接5v直流电源的负极，这样直流电源通过二极管5、以微控制器mcu3和其他等效低压负载8为核心的数字控制电路和图3整流桥b1的内部二极管构成回路，实现对以微控制器mcu3和其他等效低压负载8为核心的数字控制电路进行直流供电。此时，通过将端子9a短接到供电接口1的端子1a，输入功能拓展端子9a的电压从接近vcc变为0v，微控制器mcu3通过定时器中断，每隔200μs对功能拓展端子9a的电压信号进行数字采样一次，如果采样的电压值小于阀值0.2v，即认为端子9a短接到端子1a，将计数寄存器t1的数值加1；直到检测到采样电压值再次由0v上升到近似vcc，此时当t1值大于最小有效值t1时，t1寄存器不同的值对应不一样的指令，这些指令包括参数设置和内部历史数据显示。

最小有效值t1设置为200，即当端子1a和端子9a两个端子短接时间小于40ms，系统不反应，这样可以有效避免电流采样瞬时冲击带来的误判。

在微控制器mcu3中预置软件，在所述预置软件中设定特定短接时间与相应功能调用关联，当直流供电时，将供电接口端子1a和功能拓展接口端子9a短接特定的时间，实现：该显示模块测量显示参数设置；不同显示参数和不同时间长度之间不同的组合，并进行自动循环显示；故障诊断模式下异常数据显示；定时提示和报警功能开启或关闭；和/或，显示时间清零。并可以设置在上电瞬间，该表闪显主要配置和软件版本号数据，闪显时间可以设置维持0.5秒或者若干秒，以便售后人员判断功能设置是否正确，闪显结束后系统进入正常模式，开始循环显示工作。

同样，当集成红外接收器时，通过在所述mcu预置软件中设定特定红外指令与相应功能调用关联实现与上述端子短接相同的功能。使用红外接收器的好处是指令的可操作性更强。

功能拓展接口不同功能切换的软件控制流程如图6所示。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：两针功能拓展接口9的端子9a通过电阻4连接到微控制器mcu3的adc引脚，并通过二极管连接到ldo稳压器件23的输出端正极。端子9b连接到降压电路7的分压电阻71和分压电阻72之间，端子9a和端子9b之间并联一互感器取样电阻6。

当供电接口1的两端1a和1b无交流电输入时，在功能拓展接口9的端子9a连接5v直流电源的正极，在供电接口端子1a连接5v直流电源的负极，从而实现对该显示装置直流供电。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：两针功能拓展接口9的端子9a通过电阻4连接到微控制器mcu3的adc引脚。端子9b仅通过电阻72连接到供电电路2的输出端负极，并通过二极管5连接到ldo稳压器件23的输出端正极。端子9a和端子9b之间并联一互感器取样电阻6。

当功能拓展接口9两端连接电流互感器时，电流互感器经过互感器取样电阻6输出正比于互感器检测电流的交流电压信号，该信号的负半周会被mcu体内的保护二极管钳位到供电电路2输出端负极，mcu3通过实时采样该信号的正半周实现电流的测量。

当供电接口1的两端1a和1b无交流电输入时，在功能拓展接口9的端子9b连接5v直流电源的正极，在供电接口端子1a连接5v直流电源的负极，从而实现对该显示装置直流供电。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：两针功能拓展接口9的端子9a通过电阻4连接到微控制器mcu3的adc引脚。端子9b仅通过电阻71连接到供电电路2的输出端正极，并通过二极管5连接到ldo稳压器件23的输出端正极。端子9a和端子9b之间并联一互感器取样电阻6。

当功能拓展接口9两端连接电流互感器时，电流互感器经过互感器取样电阻6输出正比于互感器检测电流的交流电压信号，该信号和ldo稳压器件23的输出端正极电压叠加输出到mcu3的adc引脚，其正半周会被mcu体内的保护二极管钳位到供电电路2输出端正极，mcu3通过实时采样该信号的负半周实现电流的测量。

实施例5

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是二极管5连接到ldo稳压器件23的输入端正极(图2)。当供电接口1的两端子1a和1b无交流电输入时，在功能拓展接口9的端子9b端连接5v直流电源的正极，在供电接口端子1a连接5v直流电源的负极，这样直流电源通过二极管5、ldo稳压器件23、以微控制器mcu3和其他等效低压负载8为核心的数字控制电路和图3整流桥b1的内部二极管构成回路。ldo稳压器件23将输入的5v直流电转换为3.3v，实现对以微控制器mcu3和其他等效低压负载8为核心的数字控制电路进行直流供电。

实施例6

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是当计数寄存器t1值大于设定值t1时，进入参数设定模式，将通过电阻和端子9a相连的mcu3io口设置为通用io口模式或者串口模式，通过外接通讯模块对该显示装置进行参数设定或历史数据读取。

实施例7

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是降压整流模块2由图4的阻容降压半桥整流电路替代图3的阻容降压全桥整流电路。

实施例8

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是降压整流模块2由图5的开关式降压电路替代图3的阻容降压全桥整流电路。

实施例9

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是等效低压负载8还包括蓝牙模块和/或wifi模块等无线通讯模块。此时，红外接收器可有可无。采用蓝牙模块或者wifi模块，可以实现本发明显示装置与带有蓝牙或者wifi的控制端(例如手机、平板或者电脑)的信息通讯，实现mcu3的设置以及mcu3预置软件的在线更新，运转信息的保存和备份等等。此外，还可以在控制端对异常显示装置进行预警，方便及时检修。当存在多个显示装置时，可以对多个显示装置进行编号并进行监控，极大地节约了监控时间，提高了工作效率。