供水设备电测计量控制器的制作方法

1.本实用新型涉及一种控制器，具体涉及一种供水设备电测计量控制器，属于电测计量控制器技术领域。


背景技术：

2.多功能电测计量控制器是普通电测表的扩展和延伸，以传感器技术和通讯技术为基础，目前所见多功能电测计量控制器大部分为rs485通讯，配置通讯参数相对复杂，数据传输速度慢以及在远距离传输或者现场存在干扰源的情况下通讯质量变差或者出现通讯中断。


技术实现要素：

3.为了解决电测计量控制器中配置通讯参数复杂，通讯传输速度慢以及抗干扰能力差的问题，本实用新型目的是提供了一种采用三相电能计量及多路单相电压电流采集并带有通讯功能的供水设备电测计量控制器。
4.本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
5.一种供水设备电测计量控制器，包括主控mcu以及与主控mcu电性连接的外接按键电路、显示电路、通讯电路和供电电路，电测计量控制器还包括主回路的电压电流采集电路，主回路的电压电流采集电路与主控mcu电性连接，供电电路包括ac-dc供电电路和dc-dc供电电路。
6.优选的，主控mcu的型号为stm32l030c6/f030c6。
7.优选的， ac-dc供电电路将220v的交流电整形成稳定的正弦波，将220v的交流电转换为5v的直流电，并给显示电路和通讯电路供电， dc-dc供电电路将5v的直流电转换为3.3v的直流电，并给外接按键和主控mcu供电， ac-dc供电电路与dc-dc供电电路连接，dc-dc供电电路与主控mcu连接。
8.优选的，主回路的电压电流采集电路包括三相电能采集电路；第一相电能采集电路由电阻r201、电阻r202、电阻r203、电阻r210、电阻r211、电阻r212、电阻r204、电阻r213、电阻r206、电阻r208、电容c201、电容c203 、电阻r205、电阻r214、电阻r207、电阻r209、电容c202、电容c204和电量处理芯片rn8302b组成；第二相电能采集电路由电阻r215、电阻r216、电阻r217、电阻r224、电阻r225、电阻r226、电阻r218、电阻r220、电阻r222、电阻r227、电容c205、电容c207 、电阻r219、电阻r228、电阻r221、电阻r223、电容c206、电容c208和电量处理芯片rn8302b组成；第三相电能采集电路由电阻r229、电阻r230、电阻r231、电阻r238、电阻r239、电阻r240、电阻r232、电阻r234、电阻r236、电阻r241、电容c209、电容c211 、电阻r233、电阻r235、电阻r237、电阻r242、电容c210、电容c212和电量处理芯片rn8302b组成。
9.优选的，按键电路包括按键key_in1、电阻r431、电容c414、按键key_in2、电阻r433、电容c412、按键key_in3、电阻r434、电容c411、按键key_in4、电阻r436、电容c410、按键key_in5、电阻r437、电容c408、按键key_in6、电阻r439、电容c407、按键key_in7、电阻
r441、电容c405、key_in8、电阻r442和电容c404 ；
10.电阻r431一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in1 2号引脚连接同时连接到了电容c414的一端，电容c414的另一端以及key_in1 1号引脚连接直流供电的gnd端；
11.电阻r433一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in2 2号引脚连接同时连接到了电容c412的一端，电容c412的另一端以及key_in2 1号引脚连接直流供电的gnd端；
12.电阻r434一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in3 2号引脚连接同时连接到了电容c411的一端，电容c411的另一端以及key_in3 1号引脚连接直流供电的gnd端；
13.电阻r436一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in4 2号引脚连接同时连接到了电容c410的一端，电容c410的另一端以及key_in4 1号引脚连接直流供电的gnd端；
14.电阻r437一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in5 2号引脚连接同时连接到了电容c408的一端，电容c408的另一端以及key_in5 1号引脚连接直流供电的gnd端；
15.电阻r439一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in6 2号引脚连接同时连接到了电容c407的一端，电容c407的另一端以及key_in6 1号引脚连接直流供电的gnd端；
16.电阻r441一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in7 2号引脚连接同时连接到了电容c405的一端，电容c405的另一端以及key_in7 1号引脚连接直流供电的gnd端；
17.电阻r442一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in8 2号引脚连接同时连接到了电容c404的一端，电容c404的另一端以及key_in8 1号引脚连接直流供电的gnd端；
18.按键key_in1 2号引脚同时连接到主控mcu的15号引脚，按键key_in2 2号引脚同时连接到主控mcu的16号引脚，按键key_in3 2号引脚同时连接到主控mcu的17号引脚，按键key_in4 2号引脚同时连接到主控mcu的18号引脚，按键key_in5 2号引脚同时连接到主控mcu的20号引脚，按键key_in6 2号引脚同时连接到主控mcu的4号引脚，按键key_in7 2号引脚同时连接到主控mcu的3号引脚，按键key_in8 2号引脚同时连接到主控mcu的2号引脚。
19.优选的，显示电路包含电源电源供电vcc_3v3_mcu、接地引脚gnd、电阻r432、电阻r435、电阻r438、电阻r440、上拉电源vdd、控制总线i2c1_scl 和数据总线i2c1_sda.上拉电源vdd连接电阻r432的1号引脚，电阻r432的2号引脚连接到控制总线i2c1_scl上，上拉电源vdd连接电阻r435的1号引脚，电阻r435的2号引脚连接到数据总线i2c1_sda上.电阻r438串接在控制总线i2c1_scl上和电阻r440串接在数据总线i2c1_sda上。
20.优选的， rs485通讯电路包括rs485通讯芯片adm485arz、电阻r404、电阻r405、电阻r402、电阻r401、电阻r403、电容c402、磁珠b401、磁珠b402、瞬态抑制二极管d401、瞬态抑制二极管d402和瞬态抑制二极管d403；
21.rs485通讯芯片adm485arz的8号引脚连接供电端vcc_485，rs485通讯芯片
adm485arz的5号引脚连接供电端gnd, rs485通讯芯片adm485arz的1号引脚连接主控mcu的21号引脚, rs485通讯芯片adm485arz的4号引脚连接主控mcu的22号引脚, rs485通讯芯片adm485arz的2号和3号引脚连接主控mcu的19号引脚, rs485通讯芯片adm485arz的7号引脚连接电阻r4041号引脚, 电阻r404 2号引脚连接电源gnd端，rs485通讯芯片adm485arz的6号引脚连接电阻r405 1号引脚, 电阻r405 2号引脚连接电源端vcc_485，电容c402的一端连接电阻r405 2号引脚，另一端连接电阻r404 2号引脚，电阻r402 1号引脚连接电阻r404 1号引脚，电阻r402 2号引脚连接电阻r405 1号引脚，电容c401 1号引脚连接电阻r404 1号引脚，电容c401 2号引脚连接电阻r405 1号引脚，瞬态抑制二极管d401 1号引脚连接电阻r404 1号引脚，瞬态抑制二极管d4012号引脚连接电阻r405 1号引脚，电阻r401 1号引脚连接电阻r404 1号引脚，电阻r401 2号引脚连接rs485接口的rs485_b引脚，电阻r403 1号引脚连接电阻r405 1号引脚，电阻r403 2号引脚连接rs485接口的rs485_a引脚。
22.优选的，以太网通讯电路(35)包括供电电源vcc_3v3_eth、电容c501、电容c502、电源接地gnd、以太网通讯模块mj_ethernet、电阻r501、电阻r502、电阻r503、电阻r504和电阻r505；
23.电源vcc_3v3_eth和电源接地gnd为以太网电路部分提供供电电源，电容c501和电容c502为电源滤波电容提高供电质量， mj_ethernet的8号引脚rxd为以太网侧的接收端连接eth_rxd,经过电阻r501连接到uart2_tx;mj_ethernet的9号引脚txd为以太网侧的发送端连接eth_txd,经过电阻r502连接到uart2_rx;mj_ethernet的5号引脚rts为以太网侧的请求发送端经过电阻r503连接到uart2_cts;mj_ethernet的3号引脚cts为以太网侧的允许发送端经过电阻504连接到uart2-rts;mj_ethernet的4号引脚rst为以太网侧的复位端经过电阻505连接到vcc_3v3_eth；mj_ethernet的6号引脚reload为以太网侧恢复出厂设置控制端连接到eth_reload；
24.mj_ethernet的7号引脚boot为以太网固件升级控制端连接到eth_boot；mj_ethernet的12号引脚state为以太网固件升级状态指示端连接到eth_state;mj_ethernet的11号引脚vdd为以太网电源供电端连接到vcc_3v3_eth,mj_ethernet的10号引脚gnd为以太网电源供电接地端连接到gnd。
25.本实用新型的优点在于：
26.具有参数配置简单，测量精度高，抗干扰稳定性好，通讯速度高，全隔离处理技术等特点。可以测量三相电源的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、累计电量、相序、等各种电参数，测量电量参数通过rs485数字接口和以太网智能通讯接口输出实现远程传输，产品的modbus tcp和modbus rtu通讯协议完全兼容于各种软件或plc设备里的标准协议，轻松实现智能化的远程监控以及控制。供水设备电测计量控制器为供水设备独特设计，可以同时采集三相电的累计电能以及每台水泵的电流、电压等参数，给供水设备的安装优化了工艺，为供水设备运营节约了成本。
附图说明
27.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
28.图1为本实用新型的原理方框图；
29.图2为本实用新型主控mcu的电路原理图；
30.图3为本实用新型ac-dc供电电路的电路原理图；
31.图4为本实用新型dc-dc供电电路的电路原理图；
32.图5为本实用新型三相电流采集电路的电路原理图；
33.图6为本实用新型三相电压采集电路的电路原理图；
34.图7为本实用新型三相采集电路主芯片的电路原理图；
35.图8为本实用新型按键电路的电路原理图；
36.图9为本实用新型显示电路的电路原理图；
37.图10为本实用新型rs485通讯电路的电路原理图；
38.图11为本实用新型以太网通讯电路的电路原理图；
39.图中1、主控mcu；2、供电电路； 3、电压电流采集电路；4、按键电路；5、显示电路；6、通讯电路；31、ac-dc供电电路；32、dc-dc供电电路；33、三相电能采集电路； 34、rs485通讯电路；35、以太网通讯电路。
具体实施方式
40.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.参考图1及图2，一种供水设备电测计量控制器，包括主控mcu1以及与主控mcu电性连接的外接按键电路4、显示电路5、通讯电路6和供电电路2，电测计量控制器还包括主回路的电压电流采集电路3，主回路的电压电流采集电路3与主控mcu(1)电性连接，供电电路2包括ac-dc供电电路31和dc-dc供电电路32。本实施例中，主控mcu1的型号为stm32l030c6/f030c6。
42.参考图3，ac-dc供电电路31将220v的交流电经过滤波，保险，杂波吸收等器件把220v交流整形成稳定的正弦波，然后将220v的交流电转换为5v的直流电，并给显示电路5和通讯电路6供电。
43.参考图4，dc-dc供电电路32将5v的直流电转换为3.3v的直流电，并给外接按键4和主控mcu1供电， ac-dc供电电路31与dc-dc供电电路32连接，dc-dc供电电路32与主控mcu1连接。3.3v分三路保证供电可靠稳定。
44.主回路的电压电流采集电路3包括三相电能采集电路33；第一相电能采集电路由电阻r201、电阻r202、电阻r203、电阻r210、电阻r211、电阻r212、电阻r204、电阻r213、电阻r206、电阻r208、电容c201、电容c203 、电阻r205、电阻r214、电阻r207、电阻r209、电容c202、电容c204和电量处理芯片rn8302b组成；第二相电能采集电路由电阻r215、电阻r216、电阻r217、电阻r224、电阻r225、电阻r226、电阻r218、电阻r220、电阻r222、电阻r227、电容c205、电容c207 、电阻r219、电阻r228、电阻r221、电阻r223、电容c206、电容c208和电量处理芯片rn8302b组成；第三相电能采集电路由电阻r229、电阻r230、电阻r231、电阻r238、电阻r239、电阻r240、电阻r232、电阻r234、电阻r236、电阻r241、电容c209、电容c211 、电阻r233、电阻r235、电阻r237、电阻r242、电容c210、电容c212和电量处理芯片rn8302b组成。
45.参图5，图中为三相电流采集电路各路之间相互隔离，互不干扰，每路中包含电容滤波去除干扰信号，通过分压电阻进行分压后送入后续的电量检测芯片中。
46.参考图6，图中为三相电压采集电路各路之间相互隔离，互不干扰，每路中包含6个分压电阻，220v电压经过分压电阻后再经过电压互感器把电压隔离缩小进入电量芯片，每路中增加的2个电容起到滤除杂波及抗干扰的作用。
47.参考图7，电量处理芯片rn8302b主要处理经过隔离和滤波后的电流，电压信号，做电量以及电流，电压，功率等参数的计算。
48.参考图8，按键电路4包括按键key_in1、电阻r431、电容c414、按键key_in2、电阻r433、电容c412、按键key_in3、电阻r434、电容c411、按键key_in4、电阻r436、电容c410、按键key_in5、电阻r437、电容c408、按键key_in6、电阻r439、电容c407、按键key_in7、电阻r441、电容c405、key_in8、电阻r442和电容c404 ；
49.电阻r431一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in1 2号引脚连接同时连接到了电容c414的一端，电容c414的另一端以及key_in1 1号引脚连接直流供电的gnd端；
50.电阻r433一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in2 2号引脚连接同时连接到了电容c412的一端，电容c412的另一端以及key_in2 1号引脚连接直流供电的gnd端；
51.电阻r434一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in3 2号引脚连接同时连接到了电容c411的一端，电容c411的另一端以及key_in3 1号引脚连接直流供电的gnd端；
52.电阻r436一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in4 2号引脚连接同时连接到了电容c410的一端，电容c410的另一端以及key_in4 1号引脚连接直流供电的gnd端；
53.电阻r437一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in5 2号引脚连接同时连接到了电容c408的一端，电容c408的另一端以及key_in5 1号引脚连接直流供电的gnd端；
54.电阻r439一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in6 2号引脚连接同时连接到了电容c407的一端，电容c407的另一端以及key_in6 1号引脚连接直流供电的gnd端；
55.电阻r441一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in7 2号引脚连接同时连接到了电容c405的一端，电容c405的另一端以及key_in7 1号引脚连接直流供电的gnd端；
56.电阻r442一端连接vdd直流供电输入端，另一端与按键key_in8 2号引脚连接同时连接到了电容c404的一端，电容c404的另一端以及key_in8 1号引脚连接直流供电的gnd端；
57.按键key_in1 2号引脚同时连接到主控mcu1的15号引脚，按键key_in2 2号引脚同时连接到主控mcu1的16号引脚，按键key_in3 2号引脚同时连接到主控mcu1的17号引脚，按键key_in4 2号引脚同时连接到主控mcu1的18号引脚，按键key_in5 2号引脚同时连接到主控mcu1的20号引脚，按键key_in6 2号引脚同时连接到主控mcu1的4号引脚，按键key_in7 2
号引脚同时连接到主控mcu1的3号引脚，按键key_in8 2号引脚同时连接到主控mcu1的2号引脚。
58.参考图9，显示电路5包含电源电源供电vcc_3v3_mcu、接地引脚gnd、电阻r432、电阻r435、电阻r438、电阻r440、上拉电源vdd、控制总线i2c1_scl 和数据总线i2c1_sda.上拉电源vdd连接电阻r432的1号引脚，电阻r432的2号引脚连接到控制总线i2c1_scl上，起到总线抗干扰作用，上拉电源vdd连接电阻r435的1号引脚，电阻r435的2号引脚连接到数据总线i2c1_sda上.起到总线抗干扰作用.电阻r438串接在控制总线i2c1_scl上和电阻r440串接在数据总线i2c1_sda上，也是分别起到总线抗干扰作用。显示电路作为友好的人机界面主要展示实时的电流，电压，累计电量等参数，同时可以显示rs485通讯参数以及以太网通讯参数。
59.参考图10， rs485通讯电路34包括rs485通讯芯片adm485arz、电阻r404、电阻r405、电阻r402、电阻r401、电阻r403、电容c402、磁珠b401、磁珠b402、瞬态抑制二极管d401、瞬态抑制二极管d402和瞬态抑制二极管d403，电路中有瞬态抑制二极管d401、瞬态抑制二极管d402、瞬态抑制二极管d403这3个二极管起到抗干扰作用，防止烧坏adm485arz通讯芯片，电阻r401和电阻r403使用阻值较小的电阻起到限流保护作用；
60.rs485通讯芯片adm485arz的8号引脚连接供电端vcc_485，rs485通讯芯片adm485arz的5号引脚连接供电端gnd, rs485通讯芯片adm485arz的1号引脚连接主控mcu1的21号引脚, rs485通讯芯片adm485arz的4号引脚连接主控mcu1的22号引脚, rs485通讯芯片adm485arz的2号和3号引脚连接主控mcu1的19号引脚, rs485通讯芯片adm485arz的7号引脚连接电阻r4041号引脚, 电阻r404 2号引脚连接电源gnd端，rs485通讯芯片adm485arz的6号引脚连接电阻r405 1号引脚, 电阻r405 2号引脚连接电源端vcc_485，电容c402的一端连接电阻r405 2号引脚，另一端连接电阻r404 2号引脚，电阻r402 1号引脚连接电阻r404 1号引脚，电阻r402 2号引脚连接电阻r405 1号引脚，电容c401 1号引脚连接电阻r404 1号引脚，电容c401 2号引脚连接电阻r405 1号引脚，瞬态抑制二极管d401 1号引脚连接电阻r404 1号引脚，瞬态抑制二极管d4012号引脚连接电阻r405 1号引脚，电阻r401 1号引脚连接电阻r404 1号引脚，电阻r401 2号引脚连接rs485接口的rs485_b引脚，电阻r403 1号引脚连接电阻r405 1号引脚，电阻r403 2号引脚连接rs485接口的rs485_a引脚。
61.参考图11，以太网通讯电路(35)包括供电电源vcc_3v3_eth、电容c501、电容c502、电源接地gnd、以太网通讯模块mj_ethernet、电阻r501、电阻r502、电阻r503、电阻r504和电阻r505；
62.电源vcc_3v3_eth和电源接地gnd为以太网电路部分提供供电电源，电容c501和电容c502为电源滤波电容提高供电质量， mj_ethernet的8号引脚rxd为以太网侧的接收端连接eth_rxd,经过电阻r501连接到uart2_tx;mj_ethernet的9号引脚txd为以太网侧的发送端连接eth_txd,经过电阻r502连接到uart2_rx;mj_ethernet的5号引脚rts为以太网侧的请求发送端经过电阻r503连接到uart2_cts;mj_ethernet的3号引脚cts为以太网侧的允许发送端经过电阻504连接到uart2-rts;mj_ethernet的4号引脚rst为以太网侧的复位端经过电阻505连接到vcc_3v3_eth；mj_ethernet的6号引脚reload为以太网侧恢复出厂设置控制端连接到eth_reload；
63.mj_ethernet的7号引脚boot为以太网固件升级控制端连接到eth_boot；mj_ethernet的12号引脚state为以太网固件升级状态指示端连接到eth_state;mj_ethernet的11号引脚vdd为以太网电源供电端连接到vcc_3v3_eth,mj_ethernet的10号引脚gnd为以太网电源供电接地端连接到gnd。
64.以太网通讯电路，以太网接口可以用于配置参数，也用以太网通讯提高传输速度以及提高信号抗干扰能力。以太网通讯配置参数时用普通以太网线即可完成，含屏蔽的以太网线做数据传输时解决了通讯速率慢同时大幅度提升通讯质量，远距离传输数据也得到了解决。采用modbus tcp通讯协议完全兼容于各种软件或plc设备里的标准协议，可以加快通讯速度，提高稳定性的特点。
65.本实用新型工作原理：供水设备电测计量控制器的供电部分由ac-dc供电电路31和dc-dc供电电路32电源供给，系统程序永久存在在mcu1中，通过按键电路4可以更改通讯相关的参数（包括地址、波特率、奇偶校验等），通过显示电路5可以本地查询三相电源的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、累计电量、相序、等各种电参数，电压电流采集电路3采集三相电源和单相电的电压、电流等参数，当用户在后台设定好定时任务后，后台下发指令给rs485通讯电路34或者以太网通讯电路35，通讯电路将此指令下发给主控mcu1，从而实现供水设备电测计量的数据实时传输，达到供水设备数据实时采集以及远程实时传输的目的。
66.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。