專利名稱：電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置屬于對(duì)用電量的采集、處理、收費(fèi)管理的自動(dòng)控制裝置。
已有電度表一般都是感應(yīng)機(jī)械式，對(duì)電量的采集實(shí)行的是人工抄表方式。因此不可避免地存在不準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，投放人員多的缺點(diǎn)。為解決感應(yīng)式機(jī)械電度表存在的問題，近年來出現(xiàn)以下幾種予付費(fèi)電度表，如磁卡式電度表、投幣式電度表、單用戶電卡式電度表。但它們都因存在如下缺點(diǎn)和不足而不能推廣普及。如磁卡式電度表由于需設(shè)讀卡系統(tǒng)，因而成本高，可靠性低，而且維護(hù)較困難。單用戶電卡式電度表雖然較先進(jìn)，能完成用戶電量予付費(fèi)及電量的自動(dòng)采集，但仍存在如下缺點(diǎn)一、電卡掌握在用戶手中，由用戶個(gè)人將卡插入電度表來完成電量的輸入和采集，用戶直接接觸電表。因此，難以防止偷電、盜電及人為破壞，而且因卡由常規(guī)存儲(chǔ)器件組成，所以易被仿制。二、因一戶一卡，管理困難，維護(hù)工作量大，易損壞，成本高。三、單表成本高、降低成本受到表功能及復(fù)雜性的限制(因單表要具備數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、向用戶顯示數(shù)據(jù)、專門卡接口等功能)。四、給進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化造成困難。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種對(duì)電度表采用集中式結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集、處理、管理，以提高電力管理的自動(dòng)化程度、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，為用戶提供直觀的、方便的、實(shí)時(shí)的用電狀態(tài)和數(shù)據(jù)。為電力管理部門實(shí)施有效的用電管理，提高電力管理部門和用戶之間的透明度，為防止非法用電提供一種有效的裝置。
本實(shí)用新型由K個(gè)終端、傳輸總線、集中控制器、傳輸介質(zhì)、管理計(jì)算機(jī)組成。每個(gè)終端由機(jī)械電度表、反射式采樣器、同步脈沖取樣電路、數(shù)據(jù)處理及存貯電路、電表串行總線的接口電路組成。反射式采樣器、同步脈沖取樣電路、數(shù)據(jù)處理及存貯電路、電表串行總線的接口電路都組裝在機(jī)械電度表內(nèi)。K個(gè)終端都由傳輸總線與集中控制器相連。集中控制器由顯示電路、中央數(shù)據(jù)處理電路、時(shí)鐘控制電路、監(jiān)控復(fù)位電路、控制器總線接口電路、輸入輸出總線接口電路組成。K個(gè)終端、傳輸總線、中央控制器設(shè)置在一個(gè)封閉的殼體當(dāng)中，構(gòu)成一個(gè)基本單元。管理計(jì)算機(jī)由傳輸介質(zhì)與N個(gè)基本單元連通形成管理網(wǎng)絡(luò)。集中控制器的顯示電路、中央數(shù)據(jù)處理電路、時(shí)鐘控制電路、監(jiān)控復(fù)位電路、控制器總線接口電路、輸入輸出總線接口電路都裝在殼體當(dāng)中，殼體前面板的上端設(shè)置有兩排用戶狀態(tài)指示燈，指示燈的下面是一排數(shù)據(jù)顯示屏，前面板下端右側(cè)是一輸入輸出接口插座，前面板下端左側(cè)設(shè)有一用戶電量顯示按鈕、一個(gè)日期顯示按鈕。在殼體的側(cè)面板上設(shè)有一傳輸總線接口插座。傳輸介質(zhì)是IC卡，IC卡由單片微機(jī)、接口芯片、存貯器組成。IC卡與管理計(jì)算機(jī)和N個(gè)基本單元的中央控制器實(shí)施瞬時(shí)接觸分離傳輸?shù)姆绞健?br> 本實(shí)用新型由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶電量采集、處理、存儲(chǔ)、顯示和電表工作狀態(tài)顯示的集中控制結(jié)構(gòu)，因而用戶無需再從該用戶電表上讀取數(shù)據(jù)，也就實(shí)現(xiàn)了用戶電表與控制器的集中全封閉式裝置。這樣就能便于管理、杜絕非法用電及電表和控制器的損壞和丟失。自動(dòng)化程度大大高，整個(gè)數(shù)據(jù)處理過程無需人工參予，計(jì)量準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，無人為不準(zhǔn)確因素。減少了抄表人員，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。整體成本低，與單卡式電度表相比成本可降低30～70％左右。系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，基本單元內(nèi)的終端擴(kuò)展性也強(qiáng)，終端最多可達(dá)到250個(gè)。透明度高，用戶可以從控制器上隨時(shí)看到自己所剩電量，當(dāng)所剩電量小于一定值時(shí)，狀態(tài)指燈就向用戶提示告警，催交電費(fèi)。電力管理人員從控制器上得到的信息量也大，包括取樣日期、時(shí)間、各用戶所剩電量、用戶超量用電量和所超用的時(shí)間。一表多能，此控制裝置還可具有復(fù)費(fèi)率電表的功能。維護(hù)人員通過控制器的狀態(tài)指示燈即可確定各用戶電表的工作狀態(tài)，提供直觀、方便的維護(hù)與診斷的信息，方便了維護(hù)人員。


圖1是本實(shí)用新型整體原理框圖，圖2是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是中央控制器4的外形結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是反射式采樣器31的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是同步脈沖取樣電路的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是電表總線接口電路10的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是控制器總線接口電路28的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例本實(shí)施例由28個(gè)終端2、傳輸總線3、集中控制器4、傳輸介質(zhì)5、管理計(jì)算機(jī)6組成。28個(gè)終端2、傳輸總線3、集中控制器4設(shè)置在一個(gè)封閉的殼體1中。
每個(gè)終端2由機(jī)械電度表、反射式采樣器31、同步脈沖取樣電路8、數(shù)據(jù)處理及存貯電路9、電表串行總線的接口電路10組成。反射式采樣器31、同步脈沖取樣電路8、數(shù)據(jù)處理及存貯電路9、電表串行總線的接口電路10都設(shè)置在機(jī)械電度表內(nèi)。
集中控制器4由顯示電路24、中央數(shù)據(jù)處理電路25、時(shí)鐘控制電路26、監(jiān)控復(fù)位電路27、控制器總線接口電路28、輸入輸出總線接口電路29組成。顯示電路24、中央數(shù)據(jù)處理電路25、時(shí)鐘控制電路26、監(jiān)控復(fù)位電路27、控制器總線接口電路28、輸入輸出總線接口電路29都裝在集中控制器4的殼體44中。殼體44前面板45的上端設(shè)置有兩排用戶狀態(tài)指示燈46，指示燈46的下面是一排數(shù)據(jù)顯示屏47，前面板45下端右側(cè)是IC卡的插座48，前面板下端左側(cè)設(shè)有一個(gè)用戶電量顯示按鈕49、一個(gè)日期顯示按鈕50。在殼體44的側(cè)面板51上設(shè)有一傳輸總線接口插座52。
反射式采樣器31由機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤11、紅外收發(fā)器組成，在轉(zhuǎn)盤11的盤面上設(shè)有一黑色弧形帶15，紅外收發(fā)器由紅外發(fā)射管13、紅外接收管14、架12組成。發(fā)射管13和接收管14分別安裝在架12的兩端，發(fā)射管13的發(fā)光頭對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤11上黑色弧形帶15所處的圓環(huán)帶16內(nèi)，接收管14的接收頭對(duì)準(zhǔn)發(fā)射管13發(fā)射的光射到圓環(huán)帶16上后又反射出來的光帶內(nèi)。黑色弧形帶15的弧長要小于圓環(huán)帶16弧長的二分之一。
同步脈沖取樣電路8由振蕩器17、同步脈沖形成電路18、紅外發(fā)射電路19、紅外接收電路20、接收放大電路21、同步鎖存器22組成。振蕩器17的輸出端O1按同步脈沖形成電路18的輸入端CK，同步脈沖形成電路18的輸出端Q1接紅外發(fā)射電路19的輸入端，同步脈沖形成電路18的另一輸出端Q1接同步數(shù)據(jù)鎖存器22的時(shí)鐘輸入端CP2。同步數(shù)據(jù)鎖存器22的輸入端D接接收放大電路21的輸出端O2，同步數(shù)據(jù)鎖存器22的輸出端Q2接數(shù)據(jù)處理及存貯電路9的CPU。同步脈沖形成電路18由D觸發(fā)器、延時(shí)電路R1、C1組成，R1、C1串聯(lián)后C1一端接地，R1另一端接D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端CP1，R1與C1的連接點(diǎn)接D觸發(fā)器的異步數(shù)據(jù)清零端CL。觸發(fā)器選用74HC74，同步脈沖數(shù)據(jù)鎖存器選用D觸發(fā)器，其型號(hào)為74HC74。
電表串行總線接口電路10由光電隔離輸入串行總線接口電路23和光電隔離輸出串行總線接口電路36、復(fù)位電路53組成。光電隔離輸入串行總線接口電路23由整形放大電路30、光電耦合器54組成。光電耦合器中光電二極管D1的兩極接整形放大電路30的兩輸出端，光電耦合器54中光電三極管T1的集電極接復(fù)位電路53的輸入端和數(shù)據(jù)處理及存貯電路9的單片機(jī)IC0的串行輸入口SI端。光電耦合器54選用TIL113。光電隔離輸出串行總線接口電路36由放大器33、光電耦合器34、輸出放大緩沖電路35組成。IC0串行輸出口SO端接放大器33中T3的基極，放大器33由T3、Rc2組成。Rc2接在T3的集電極與光電耦合器34的光電二極管D2的正極之間，T3的發(fā)射極接電源，D2的負(fù)極接地，光電耦合器34中的光電三極管T2的集電極和發(fā)射極接輸出放大緩沖電路35的兩輸入端。光電耦合器34選用TIL113。
復(fù)位電路53由IC3、R3、R2、C3、C2、T4組成。R3、C3串聯(lián)在電源與地之間，C2、R2串聯(lián)后也接在電源與地之間，T4的基極接R3與C3的連接點(diǎn)，T4的發(fā)射極接C2與R2的連接點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理及存貯電路9的單片機(jī)IC0的復(fù)位端，T4的集電極和C2的一端接電源，R2與C3連接點(diǎn)接地。IC1選用74HC05，IC1的輸出端接T4的基極。
控制器總線接口電路28由輸入上拉晶體管電路37、輸出上拉晶體管電路38、輸入放大整形電路39、輸入光電耦合器40、反相電路43、輸出光電耦合器41、輸出放大緩沖電路42組成。輸入上拉晶體管電路37由T5、D5、R5組成，D5的正極接T5的發(fā)射極，D5的負(fù)極接T5的基極，R5接在T5的集電極和基極之間，T5的集電極接電源。輸出上拉晶體管電路38由T6、D6、R6組成，其連接結(jié)構(gòu)與輸入上拉晶體管電路37相同。輸入上拉晶體管電路37的輸出端接放大整形電路39的輸入端。輸入光電耦合器40中光電二級(jí)管D3的兩極接放大整形電路39的輸出端，輸入光電耦合器40中光電三極管T7的集電極經(jīng)R4接電源，T7的發(fā)射極接地，T7的集電極接中央數(shù)據(jù)處理電路25中單片機(jī)IC3的串行口輸入端SI3。IC3的串行口輸出端SO3接反相電路43中T9的基極，T9的發(fā)射極接電源，T9的集電極經(jīng)R7接輸出光電耦合器41中光電二極管D4的正極，D4的負(fù)極接地。光電耦合器41中光電三極管T8的集電極和發(fā)射極接輸出放大緩沖電路42的輸入端。
權(quán)利要求1.電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置，它由K個(gè)終端(2)、傳輸總線(3)、集中控制器(4)、傳輸介質(zhì)(5)、管理計(jì)算機(jī)(6)組成，其特征在于K個(gè)終端(2)、傳輸總線(3)、集中控制裝器(4)設(shè)置在一個(gè)封閉的殼體(1)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置的每個(gè)終端(2)由機(jī)械電度表、反射式采樣器(31)、同步脈沖取樣電路(8)數(shù)據(jù)處理及存貯電路(9)、電表串行總線的接口電路(10)組成，其特征在于反射式采樣器(31)、同步脈沖取樣電路(8)、數(shù)據(jù)處理及存貯電路(9)、電度表串行總線的接口電路(10)都設(shè)置在機(jī)械電度表內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置的集中控制器(4)由顯示電路(24)、中央數(shù)據(jù)處理電路(25)、時(shí)鐘控制電路(26)、監(jiān)控復(fù)位電路(27)、控制器總線接口電路(28)、輸入輸出總線接口電路(29)組成，其特征在于(24)、(25)、(26)、(27)、(28)、(29)這些電路都裝在集中控制器(4)的殼體(44)中，殼體(44)前面板(45)的上端設(shè)置有兩排用戶狀態(tài)指示燈(46)，指示燈(46)的下面是一排數(shù)據(jù)顯示屏(47)，前面板(45)的下端左側(cè)設(shè)有一個(gè)用戶電量顯示按鈕(49)，一個(gè)日期顯示按鈕(50)，在前面板(45)下端的右側(cè)設(shè)有IC卡的插座(48)，在殼體(44)的側(cè)面板(51)上設(shè)有一傳輸總線接口插座(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置，其特征在于反射式采樣器(31)由機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤(11)、紅外收發(fā)器組成，在轉(zhuǎn)盤(11)的盤面上設(shè)有一黑色弧形帶(15)，紅外收發(fā)器由紅外發(fā)射管(13)、紅外接收管(14)、架(12)組成，發(fā)射管(13)和接收管(14)分別安裝在架(12)的兩端，發(fā)射管(13)的發(fā)光頭對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤(11)上黑色弧形帶(15)所處的圓環(huán)帶(16)內(nèi)，接收管(14)的接收頭對(duì)準(zhǔn)發(fā)射管(13)發(fā)射的光射到圓弧帶(16)上后又反射出來的光帶內(nèi)，黑色弧形帶要小于等于圓環(huán)帶(16)弧長的二分之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置的同步脈沖取樣電路(8)由振蕩器(17)、同步脈沖形成電路(18)、紅外發(fā)射電路(19)、紅外接收電路(20)、接收放大電路(21)、同步鎖存器(22)組成，其特征在于振蕩器(17)的輸出端O1接同步脈沖形成電路(18)的輸入端CK，同步脈沖形成電路(18)的輸出端Q1接紅外發(fā)射電路(19)的輸入端，同步脈沖形成電路(18)的另一輸出端Q1接同步數(shù)據(jù)鎖存器(22)的時(shí)鐘輸入端CP2，同步數(shù)據(jù)鎖存器(22)的輸出端Q2接數(shù)據(jù)處理及存貯電路(9)的CPU；同步脈沖形成電路(18)由D觸發(fā)器、延時(shí)電路R1、C1組成，R1、C1串聯(lián)后C1一端接地，R1另一端接D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端CP1，R1與C1的連接點(diǎn)接D觸發(fā)器的異步數(shù)據(jù)清零端CL。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置的電表串行總線接口電路(10)由光電隔離輸入串行總線接口電路(23)和光電隔離輸出串行總線接口電路(36)、復(fù)位電路(53)組成，其特征在于光電隔離輸入端串行總線接口電路(23)由整形放大電路(30)、光電耦合器(54)組成，光電耦合電器(54)中光電二級(jí)管D1的兩極接整形放大電路(30)的兩輸出端，光電耦合器(54)中光電三極管T1的集電極接復(fù)位電路(53)的輸入端和數(shù)據(jù)處理及存貯電路(9)的單片機(jī)IC0的串行輸入口SI端；光電隔離輸出串行總線接口電路(36)由放大器(33)、光電耦合器(34)、輸出放大緩沖電路(35)組成，IC0串行輸出口SO端接放大器(33)中T3的基極，放大器(33)由T3、Rc2組成，Rc2接在T3的集電極與光電耦合器(34)的光電二極管D2的正極之間，T3的發(fā)射極接電源，D2的負(fù)極接地，光電耦合器(34)中的光電三極管T2的集電極和發(fā)射極接輸出放大緩沖電路(35)的兩輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置，其特征在于復(fù)位電路(53)由IC1、R3、R2、C3、C2、T4組成，R3、C3串聯(lián)在電源與地之間，C2、R2串聯(lián)后也接在電源與地之間，T4的基極接R3與C3的連接點(diǎn)，T4的發(fā)射極接C2與R2的連接點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理及存貯電路(9)的單片機(jī)IC0的復(fù)位端，T4的集電極和C2、R3的一端接電源，R2與C3連接點(diǎn)接地，IC1的輸出端接T4的基極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置，控制器總線接口電路28由輸入上拉晶體管電路(37)、輸出上拉晶體管電路(38)、輸入放大整形電路(39)輸入光電耦合器(40)、反相電路(43)、輸出光電耦合器(41)、輸出放大緩沖電路(42)組成，其特征在于輸入上拉晶體管電路(37)由T5、D5、R5組成，D5的正極接T5的發(fā)射極，D5的負(fù)極接T5的基極，R5接在T5的集電極和基極之間，T5的集電極接電源，輸出上拉晶體管電路(38)由T6、D6、R6組成，輸入上拉晶體管電路(37)的輸出端接放大整形電路(39)的輸入端；輸入光電耦合器(40)中光電二極管D3的兩極接放大整形電路(39)的輸出端，輸入光電耦合器(40)中光電三極管T7的集電極經(jīng)R4接電源，T7的發(fā)射極接地，T7的集電極接中央數(shù)據(jù)處理電路(25)中單片機(jī)IC3的串行口輸入端SI3，IC3的串行口輸出端SO3接反相電路(43)中T9的基極，T9的發(fā)射極接電源，T9的集電極經(jīng)R7接輸出光電耦合器(41)中光電二極管D5的正極，D4的負(fù)極接地，光電耦合器(41)中光電三極管T8的集電極和發(fā)射極接輸出放大緩沖電路(42)的輸入端。
專利摘要電度表電量數(shù)據(jù)采集及集中控制裝置，它由K個(gè)終端2、傳輸總線3、集中控制器4、傳輸介質(zhì)5、管理計(jì)算機(jī)6組成，K個(gè)終端、傳輸總線、中央控制裝置設(shè)置在一個(gè)封閉的殼體1中，本實(shí)用新型由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶電量采集、處理、存貯、顯示和電表工作狀態(tài)的集中控制結(jié)構(gòu)，所以它具有自動(dòng)化程度高、防盜、防破壞性強(qiáng)，準(zhǔn)確率高，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，成本低，可擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且增加了用戶和電力管理部門之間的透明度。
文檔編號(hào)G01R11/16GK2243663SQ9520942
公開日1996年12月25日 申請(qǐng)日期1995年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月22日
發(fā)明者申景榮 申請(qǐng)人:申景榮