專利名稱：預(yù)收費(fèi)智能電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于供配電系統(tǒng)中電量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及對(duì)感應(yīng)式電度表的改進(jìn)。
感應(yīng)式電度表可以對(duì)電量計(jì)量，但它不具備預(yù)收費(fèi)、防竊電等功能。而磁卡式電度表具備上述功能，但磁卡易復(fù)制和偽造、易受磁化，當(dāng)外界磁場(chǎng)比較強(qiáng)時(shí)，易丟失或改變數(shù)據(jù)，而且其使用壽命短。它的電量計(jì)量電路的信號(hào)易受干擾而使電度表的計(jì)量精度降低。它的復(fù)位電路由電阻、電容組成，在供電電網(wǎng)頻繁斷電或供電繼電器接觸不良和假掉電時(shí)，復(fù)位信號(hào)不準(zhǔn)確，造成單片機(jī)復(fù)位不可靠。接在電度表中的電流線圈上的開(kāi)關(guān)，采用機(jī)械式開(kāi)關(guān)，即采用繼電器其使用壽命短，通斷電時(shí)易產(chǎn)生電火花，造成電噪聲和電干擾，當(dāng)大電流工作時(shí)觸點(diǎn)易熔化，觸頭不易釋放，使電路工作不可靠。
本實(shí)用新型的目的是在保證預(yù)收費(fèi)、智能化的前提下，用IC卡解決偽造、復(fù)制、竊電、干擾、磁化、壽命短等問(wèn)題。采用微分電路解決復(fù)位信號(hào)不準(zhǔn)確，使單片機(jī)復(fù)位可靠無(wú)誤。在電流線圈上安置電子開(kāi)關(guān)解決電路工作不可靠和易產(chǎn)生干擾等問(wèn)題。在原電表感應(yīng)園盤(pán)上安置了一個(gè)由光電變換方式組成的用電計(jì)量“傳感器”解決了計(jì)量精度和抗干擾問(wèn)題。
本實(shí)用新型如

圖1所示其內(nèi)容如下它是由電度表1、電源2、電源校驗(yàn)與復(fù)位電路3、傳感器4、電子開(kāi)關(guān)5、狀態(tài)控制6、單片機(jī)7、讀卡顯示鍵8、智能卡9、數(shù)據(jù)保護(hù)電路10、位掃描驅(qū)動(dòng)電路11、譯碼驅(qū)動(dòng)器12和4位數(shù)碼顯示器13、放大整形電路14等組成。它們組成的特點(diǎn)是電度表1的輸入端與電源2的輸入端相連接，在電度表1的感應(yīng)盤(pán)與電量計(jì)量傳感器4相連接，在電量計(jì)量傳感器4與單片機(jī)7的計(jì)數(shù)器T0端之間放置放大整形電路14，電源校驗(yàn)與復(fù)位電路3的輸出端連接于電源2和單片機(jī)7的中斷口 與上電復(fù)位RST端之間，數(shù)據(jù)保護(hù)電路10與單片機(jī)7串行連接于P3口，智能卡9直接連于單片機(jī)7的P1口。讀卡顯示鍵8與單片機(jī)7中斷口 連接，狀態(tài)控制電路6的受控端與單片機(jī)7的P3口相連接，被控端分別連接于電子開(kāi)關(guān)5和三個(gè)狀態(tài)指示燈，電子開(kāi)關(guān)5連接于電度表1的電流線圈中受控于狀態(tài)控制電路6。電子開(kāi)關(guān)5的組成是光耦MOC的控制端腳1接電源2，光耦MOC的控制端腳2接電阻E1的一端，電阻R1的另一端接狀態(tài)控制電路6，光耦MOC受控端的腳4分別與可控硅的觸發(fā)極和電阻E3的一端相連接，電阻R3的另一端接可控硅的主極1端，光耦MOC的腳6與電阻R2的一端連接，電阻R2另一端與可控硅主極2連接。電源校驗(yàn)與復(fù)位電路3中比較器的同名端與電阻R1和R2的結(jié)點(diǎn)相連，比較器的異各端與電阻R3和R4的結(jié)點(diǎn)相連，比較器的輔出端與電阻R5、R6和電容C3的結(jié)點(diǎn)相連，箝位二極管D3的一端和電阻R3的另一端連接于電源2，箝位二極管D3的另一端與電阻R6的結(jié)點(diǎn)接單片機(jī)7的中斷口INT端，電阻R6與比較器的電源端接整流二極管D1的負(fù)極，電阻R1與整流二極管的正極相連，電阻R2、R4、R7、R8的另一端、箝位二極管D2的正極和比較器的接地端與電源2中的整流電源負(fù)極相連，三極管GB的基極與電容C3、電阻R7、箝位二極管D2的結(jié)點(diǎn)相連，三極管GB的發(fā)射極與電阻R3的結(jié)點(diǎn)接于單片機(jī)7的復(fù)位RST端，三極管的集電極接電源2的正極。
本實(shí)用新型的積極效果在感應(yīng)電度表上加裝由智能卡和超加密微型單片機(jī)組成的新的技術(shù)方案，較好地解決了計(jì)量精度和抗干擾等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，用智能卡與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)建立用電戶檔案，它實(shí)現(xiàn)用電的智能化和現(xiàn)代化管理。它結(jié)構(gòu)新穎即不改變?cè)姸缺淼慕Y(jié)構(gòu)及外形，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，達(dá)到了安裝使用方便的目的。與已有技術(shù)比較它保持了原電度表的一級(jí)精度。它的使用功能全，具有預(yù)收費(fèi)(持卡購(gòu)電)、提示購(gòu)電，隨時(shí)核對(duì)電度表內(nèi)存電最的數(shù)據(jù)，當(dāng)無(wú)購(gòu)電費(fèi)用時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)供電，過(guò)載自動(dòng)保護(hù)和防干擾、掉電保留數(shù)據(jù)、防竊電、防偽造等功能。電源校驗(yàn)與復(fù)位電路中的復(fù)位電路采用倒向微分電路，則單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)準(zhǔn)確、可靠，保證了單片機(jī)準(zhǔn)確無(wú)誤地工作。用電子開(kāi)關(guān)避免了機(jī)械開(kāi)關(guān)壽命短、易產(chǎn)生火花、觸點(diǎn)易熔化及電路工作不可靠等問(wèn)題。
圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；圖2是本實(shí)用新型中的電源校驗(yàn)復(fù)位電路；圖3是本實(shí)用新型中的電子開(kāi)關(guān)電路；圖4是本實(shí)用新型的單相電表電路連接方式圖；圖5是本實(shí)用新型的三相電表電路連接方式圖；本實(shí)用新型的實(shí)施例它是以超加密微型單片機(jī)7為核心部件一個(gè)技術(shù)方案是以AT89C5起加密微型單片機(jī)為核心部件，另一個(gè)技術(shù)方案是以AT89C2051超加密微型單片機(jī)為核心部件。從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，后者要比前者省30元左右，但后者因輸出引腳較少，故需加兩個(gè)外圍支持芯片，在工藝走線方面比前者多(只是一次性的工藝電路板設(shè)計(jì)問(wèn)題)。本實(shí)用新型對(duì)單相感應(yīng)電度表進(jìn)行控制時(shí)用一個(gè)電子開(kāi)關(guān)5，當(dāng)對(duì)三相感應(yīng)電度表進(jìn)行控制時(shí)用三個(gè)電子開(kāi)關(guān)5。電源2采用直流5伏電壓，0.2安培的電流。傳感器4采用光電轉(zhuǎn)換電路可由光敏三極管(BU33-BU35或光敏二極管)和普通發(fā)光(紅光)二極管組成。放大整形電路14和電源校驗(yàn)與復(fù)位電路3用一塊比較器LM393和一些電阻組成。數(shù)據(jù)保護(hù)電路10用AT24C02集成片，智能卡9采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制式的IC卡。讀卡顯示鍵8可采用兩個(gè)功能鍵和“或”門(mén)電路組成。狀態(tài)控制電路6可用六倒向器MC1413和3個(gè)狀態(tài)指示燈組成。電源校驗(yàn)與復(fù)位電路3中的復(fù)位電路用47～100μf電容、箝位二極管1N4001、三極管S9013和電阻組成倒向微分電路。電子開(kāi)關(guān)5用雙向可控硅BTA41-700和光偶MOC3083等部件組成(如圖3)。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程當(dāng)電度表接入電網(wǎng)后，市電AC200V經(jīng)過(guò)電源2變壓、整流、穩(wěn)壓三個(gè)電路產(chǎn)生單一的DC5V電壓，使全機(jī)開(kāi)始工作。同時(shí)電源校驗(yàn)與復(fù)位電路3產(chǎn)生上電復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)7復(fù)位，并開(kāi)始執(zhí)行其中EPROM的第一段程序，即從數(shù)據(jù)保護(hù)電路10中讀出原存(或被保護(hù))電量數(shù)據(jù)存于單片機(jī)內(nèi)。如果用電電量數(shù)據(jù)在-4.9度～+999.9度范圍內(nèi)，則令狀態(tài)控制電路6指使供電指示燈亮，使電子開(kāi)關(guān)5接通，向用戶供電。若用電電量在-4.9度～+5度之間時(shí)，則令供電指示和購(gòu)電提示二燈都亮，購(gòu)電提示燈亮表示電度表內(nèi)電量不多或已有拖欠，則警告用戶盡快持卡購(gòu)電。若表內(nèi)用電電量數(shù)據(jù)≤-5度時(shí)，則只令購(gòu)電提示燈亮，這時(shí)表示用戶已多用了5度電，此時(shí)電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)而切斷電源，禁止再用電。當(dāng)用戶持智能卡9到電業(yè)經(jīng)營(yíng)點(diǎn)寫(xiě)入購(gòu)電費(fèi)用后，把智能卡9插入智能卡的卡座，這時(shí)按讀卡鍵則產(chǎn)生讀卡指令，通知單片機(jī)7執(zhí)行讀卡程序，首先以串行方式將卡中購(gòu)電費(fèi)用數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存區(qū)，并且自動(dòng)擦除卡中數(shù)據(jù)，而后4位數(shù)碼管13自動(dòng)顯示三次數(shù)據(jù)第一次顯示新購(gòu)電量費(fèi)用數(shù)值A(chǔ)；第二次顯示電表內(nèi)原內(nèi)存電量費(fèi)用數(shù)值B；第三次顯示讀卡后電表內(nèi)現(xiàn)存電量值(C)=A+B，而后讀卡指示燈滅，則表示讀卡結(jié)束(機(jī)中的數(shù)顯部份是通過(guò)單片機(jī)的P0口以位掃描方式工作的)。
四位數(shù)碼管13平時(shí)不顯示數(shù)字(省電)，當(dāng)欲知表內(nèi)現(xiàn)存多少電量時(shí)，可按顯示鍵8則產(chǎn)生顯示指令，執(zhí)行顯示程序，隨即數(shù)碼管13顯示現(xiàn)有電量數(shù)據(jù)。
當(dāng)電網(wǎng)停電或斷電時(shí)，電源校驗(yàn)電路3產(chǎn)生負(fù)脈沖即掉電中斷信號(hào)送單片機(jī)7中斷口 ，且馬上執(zhí)行掉電中斷程序，把片內(nèi)有用數(shù)據(jù)以串行方式通過(guò)P3口送百年不失效的芯片內(nèi)保存起來(lái)，待再次通電后被單片機(jī)讀走。
若表內(nèi)用電電量大于-5度時(shí)，單片機(jī)7通過(guò)狀態(tài)控制電路6接通電子開(kāi)關(guān)5，則供電指示燈亮向用戶供電。電度表1中的感應(yīng)園盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)一周通過(guò)傳感器產(chǎn)生一個(gè)電脈沖，一個(gè)電脈沖相當(dāng)于1/1200度，電脈沖送單片機(jī)的T0計(jì)數(shù)口在片內(nèi)做減量處理。傳感器4由光電變換方式組成，它的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整形電路14中的比較器放大整形后形成電量脈沖，再送T0口計(jì)數(shù)。過(guò)載保護(hù)功能是程序設(shè)計(jì)時(shí)，以檢測(cè)脈沖周期T的長(zhǎng)短而判斷的，T值大則表示用電負(fù)載輕，T值小則表示用電負(fù)載重。當(dāng)T≤1.36ms時(shí)，則表示負(fù)載電流等于或大于10A，此時(shí)單片機(jī)7輸出指令控制電子開(kāi)關(guān)5中斷供電。
權(quán)利要求1.一種預(yù)收費(fèi)智熊電度表，其特征在于它包括電度表1、譯碼驅(qū)動(dòng)器12、位掃描驅(qū)動(dòng)器11、數(shù)碼管13，其特征在于電度表1的輸入端與電源2的輸入端相連接，在電度表1的感應(yīng)盤(pán)與電量計(jì)量傳感器4相連接，在電量計(jì)量傳感器4與單片機(jī)7的計(jì)數(shù)器T0端之間放置放大整形電路14，電源校驗(yàn)與復(fù)位電路3的輸出端連接于電源2和單片機(jī)7的中斷口 與上電復(fù)位RST端之間，數(shù)據(jù)保護(hù)電路10與單片機(jī)7串行連接于P3口，智能卡9直接連于單片機(jī)7的P1口，讀卡顯示鍵8與單片機(jī)7中斷口 連接，狀態(tài)控制電路6的受控端與單片機(jī)7的P2口相連接，狀態(tài)控制電路6的被控端分別連接電子開(kāi)關(guān)5和三個(gè)狀態(tài)指示燈，電子開(kāi)關(guān)6連接于電度表1的電流線圈中，受控于狀態(tài)控制電路6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)收費(fèi)智能電度表，其特征在于電子開(kāi)關(guān)5的組成是光耦MOC的控制端的腳1接電源2，光耦MOC的控制端腳2接電阻R1的一端，電阻R1的另一端接狀態(tài)控制電路6，光耦MOC受控端的腳4分別與可控硅的觸發(fā)極和電阻R3的一端相連接，電阻E3的另一端接可控硅的主極1端，光耦MOC的腳6與電阻R2的一端連接，電阻R2另一端與可控硅主極2連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)收智能電度表，其特征在于電源校驗(yàn)與復(fù)位電路3的組成是比較器的同名端與電阻R1和R2的結(jié)點(diǎn)相連，比較器的異名端與電阻R3和R4的結(jié)點(diǎn)相連，比較器的輸出端與電阻R5、R6和電容C3的結(jié)點(diǎn)相連，箝位二極管D3的一端和電阻R3的另一端連接于電源2，箝位二極管D3的另一端與電阻R6的結(jié)點(diǎn)接單片機(jī)7的中斷口INT端，電阻R5與比較器的電源端接整流二極管D1的負(fù)極，電阻R1與整流二極管D1的正極相連，電阻R2、R4、R7、R8的另一端、箝位二極管D2的正極和比較器的接地端與電源2中的整流電源負(fù)極相連，三極管GB的基極與電容C3、電阻R7、箝位二極管D2的結(jié)點(diǎn)相連，三極管GB的發(fā)射極與電阻R8的結(jié)點(diǎn)接于單片機(jī)7的復(fù)位RST端，三極管的集電極接電源2的正極。
專利摘要本實(shí)用新型屬于供配電系統(tǒng)中電量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及對(duì)感應(yīng)電度表的改進(jìn)。它由電度表、電源、傳感器、單片機(jī)、放大整形電路、電源校驗(yàn)與復(fù)位電路、數(shù)據(jù)保護(hù)電路、智能卡、讀卡顯示鍵、狀態(tài)控制電路、電子開(kāi)關(guān)、數(shù)顯驅(qū)動(dòng)器、位掃描驅(qū)動(dòng)器及數(shù)碼管組成。它具有原有電度表外形不變，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，安裝使用方便。保持原表的一級(jí)精度。具有預(yù)收費(fèi)、提示購(gòu)電、無(wú)費(fèi)自動(dòng)斷電、過(guò)載自動(dòng)保護(hù)和防干擾、掉電保留用電數(shù)據(jù)、防竊電、防偽造等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R11/56GK2251141SQ95228129
公開(kāi)日1997年4月2日 申請(qǐng)日期1995年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月27日
發(fā)明者王恩坤, 郭欣華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所