專利名稱：實(shí)時(shí)多用戶數(shù)字電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電能計(jì)量裝置，具體涉及的是一種能實(shí)時(shí)計(jì)量，多用戶的數(shù)字式電度表。
在本實(shí)用新型提出之前，有CN93201476《多用戶數(shù)字電度表》采用分時(shí)計(jì)量的方法計(jì)量多個(gè)用戶的用電量，即在一定時(shí)間內(nèi)分時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)用戶的耗電功率，然后用近似平均的方法算出每個(gè)用戶在這一時(shí)間內(nèi)用電量，并每隔時(shí)間T對(duì)每個(gè)用戶的用電量計(jì)量累加一次，又如CN92226686《多用戶集控智能電度表》也是分別采集各用戶電路輸入輸出電流的分時(shí)計(jì)量方式。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種由8098單片機(jī)應(yīng)用電路等電路組成的，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)量的多用戶電度表。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是在以8098單片機(jī)CMOS集成電路等應(yīng)用電路以及模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)電路為核心電路中，電壓變送器的一個(gè)輸出端通過電平調(diào)整電路中的一個(gè)電平調(diào)整器與8098單片機(jī)的模擬輸入端ACH4相連，電流互感器的輸出端通過電位器經(jīng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)連通，再經(jīng)電平調(diào)整電路中的另一電壓調(diào)整器與8098單片機(jī)的另一模擬輸入端ACH5相連，8098單片機(jī)的串行口輸出端TXD與載波通信電路T端相連，串行輸入端入RXD與載波通信電路的R端相連，輸出端PC6與載波通信電路的C端相連，載波通信電路的帶通網(wǎng)絡(luò)通過供電線與供電局的微電機(jī)相連。


圖1實(shí)時(shí)用戶數(shù)字電度表原理方框圖。
圖2 8098單片機(jī)應(yīng)用電路圖。
圖3 載波通信原理方框圖。
圖4 電壓調(diào)整器電路圖。
本實(shí)施例為二十四戶電度計(jì)量電路，圖1中1-電壓變送器和電流互感器 2-24路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān) 3-電平調(diào)整電路 4-8098單片機(jī)應(yīng)用電路 5-8位LED顯示器 6-載波通信電路 7-開關(guān)電源該電度表的工作原理及過程工作前，首先將電壓變送器的輸入端V1，V2分別與市電的兩相相連，電流互感器I1-I24的輸入端g1-g24都與電壓變送器的輸入端V1聯(lián)在一起，用戶1-用戶24的一相進(jìn)線分別與電流互感器h1-h24端相連，24個(gè)用戶的另一相進(jìn)線均與電壓變送器的輸入端V2相連。這樣，市電電壓信號(hào)經(jīng)電壓變送器，電壓調(diào)整器(電路如圖4)A1加到8098單片機(jī)的一個(gè)模擬輸入端ACH4。用戶1-用戶24的電流信號(hào)分別經(jīng)電流互感器I1-I24及W1-W24加到24路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)2，此開關(guān)由三片8路模擬開關(guān)芯片CD4051組成。8098單片機(jī)通過輸出PC0-PC5與轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制端A-C，片選端INH1-INH3相連，控制模擬開關(guān)，可將其中任一一個(gè)用戶的電流信號(hào)經(jīng)電壓調(diào)整器A2加到8098單片機(jī)的另一個(gè)模擬輸入端ACH5。工作后，單片機(jī)利用內(nèi)部的HSO部件分別定時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部模擬通道的模擬多路開關(guān)及24路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)2的轉(zhuǎn)換，啟動(dòng)8098單片機(jī)內(nèi)部A/D的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)市電電壓信號(hào)及用戶1-用戶24的電流信號(hào)依次循環(huán)采樣，每隔80us采樣一次(8098單片A/D轉(zhuǎn)換周期為22us)。這樣，在20ms(50HZ交流電的一個(gè)周期)內(nèi)，A/D共采樣250次，即對(duì)市電電壓信號(hào)及用戶1-用戶24的電流信號(hào)各采樣10次。然后，采用數(shù)值插值方法算出各用戶對(duì)應(yīng)于10個(gè)電壓采樣時(shí)刻的電流值，并進(jìn)行乘法運(yùn)算，可算得知用戶對(duì)應(yīng)于10個(gè)電壓采樣時(shí)刻的瞬時(shí)功率值。最后，采用積分近似計(jì)算法(梯形法)算出各用戶在20ms內(nèi)的電度值。這里A/D的讀取采取中斷方式，因此，在計(jì)算前20ms以內(nèi)各用戶的電度值的同時(shí)，單片機(jī)也在對(duì)下一個(gè)20ms內(nèi)市電電壓信號(hào)及用戶1-用戶24的電流信號(hào)依次循環(huán)地采樣。因此，本實(shí)用新型將每個(gè)用戶的電度值存放在指定的單元內(nèi)，每隔20ms計(jì)量累加一次，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量多個(gè)用戶的用電量。這里足夠快的采樣頻率使我們能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)市電電壓及用戶1-用戶24的電流。因此，本實(shí)用新型做到同時(shí)對(duì)多用戶電量的實(shí)時(shí)計(jì)量而不是分時(shí)計(jì)量，供電電壓的頻率，波形以及用戶負(fù)載的瞬時(shí)變化均不影響實(shí)用新型的計(jì)量精度。8098單片機(jī)的CMOS集成電路，如圖2所示，它由80C198、74HC373、27C32(EPROM)、61C16(RAM)、5101(RAM)、82C55A、74LS06、SN75452等芯片以及由電池B1，電R1、R2、R3、，電容C1，二極管D1組成的RAM掉電保護(hù)電路所組成。本實(shí)用新型中，8位LED顯示器以動(dòng)態(tài)掃描顯示方式顯示用戶代號(hào)及電度值，LED顯示器5位選轉(zhuǎn)換為由8098單片機(jī)內(nèi)部的HSO部件定時(shí)啟動(dòng)，82C55A為顯示接口電路，74LS06、SN57542為驅(qū)動(dòng)芯片。
本實(shí)施例的載波通信電路如圖3所示，其中A為帶通網(wǎng)絡(luò)，中心頻率為100KHZ，帶寬為4KHZ；B為接收器，由運(yùn)放LM324組成，C為檢波器，由運(yùn)放LM324及二極管組成D為振蕩器，由555電路組成；產(chǎn)生100KHZ方波；E為調(diào)制器，由與門組成F為輸出功效，由三極管電路組成；G為收發(fā)開關(guān)電路，由三極管電路組成。
載波通信電路的工作原理及過程本實(shí)用新型的單片機(jī)采取半雙工載波通信的方式實(shí)現(xiàn)其與供電局通信微機(jī)(微機(jī)+載波通信接口)的通信。通信信號(hào)形式是高頻脈沖調(diào)幅信號(hào)，載波頻率為100KHZ。平時(shí)，單片機(jī)通過8098單片機(jī)應(yīng)用電路4的PC6端輸出一種控制信號(hào)到載波通信電路6的C端使其收發(fā)開關(guān)處于“收”狀態(tài)(即帶通網(wǎng)絡(luò)與接收器接通，與輸出功放斷開)。由供電線傳輸來(lái)的通信信號(hào)經(jīng)隔離電容C隔離220V交流電，帶通網(wǎng)絡(luò)加到接收器的輸入端，接收器通信信號(hào)放大送檢波器，檢波器將通信信號(hào)解調(diào)成數(shù)據(jù)脈沖串，然后加到8098單片機(jī)應(yīng)用電路4的串行通信接收端RXD端，最后，單片機(jī)應(yīng)用電路4的串行通信接收端RXD端，最后，單片機(jī)以串行口中斷的方式處理串行數(shù)據(jù)脈沖；當(dāng)單片機(jī)根據(jù)接收到的命令，需要發(fā)送信號(hào)時(shí)，單片機(jī)通過8098單片機(jī)應(yīng)用電路4的PC6端輸出另一種控制信號(hào)使載波通信電路6中的收發(fā)開關(guān)處于“發(fā)”狀態(tài)(即帶通網(wǎng)絡(luò)與接收斷開，與輸出功放接通)，單片機(jī)通過8098單片機(jī)應(yīng)用電路4的串行通信發(fā)送端TXD端輸出串行數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)，信號(hào)經(jīng)調(diào)質(zhì)器調(diào)制成高頻脈沖調(diào)幅信號(hào)經(jīng)輸出功放放大后，再經(jīng)隔離電容帶通網(wǎng)絡(luò)，隔離電容送到供電線上，傳輸給供電局通信微機(jī)。這樣，本實(shí)用新型能夠接收供電局微機(jī)的命令或數(shù)據(jù)，并根據(jù)命令將每個(gè)用戶用電的度數(shù)傳遞給供電局微機(jī)或?qū)⒚總€(gè)用戶應(yīng)交電費(fèi)顯示在它的LED顯示器上。這樣，供電局可以采取每個(gè)月從用戶儲(chǔ)蓄帳號(hào)劃帳形式收取電費(fèi)，并可以將信息反饋給用戶。另外，本實(shí)用新型還能夠根據(jù)供電局微機(jī)的命令，在計(jì)量每個(gè)用戶的電度值時(shí)，將每個(gè)用戶在用電高峰期和用電低谷期用電的度數(shù)分別存放在不同的指定單元內(nèi)，并可以將這些信息傳遞給供電局微機(jī)，以便供電局利用分時(shí)收取電費(fèi)達(dá)到優(yōu)化用電的目的。由于通信信號(hào)幅度小，頻率高，所以，通信信號(hào)對(duì)電網(wǎng)的供電沒有影響。本實(shí)用新型以低級(jí)中斷的方式處理串行通信。因此，通信不影響計(jì)量工作。對(duì)于遠(yuǎn)距離通信(或途中有電力變壓器)可用本實(shí)用新型中繼。
本實(shí)用新型中的直流電源7采用開關(guān)電源，其效率高，并且當(dāng)供電壓從100V到280V內(nèi)變化時(shí)，它都能穩(wěn)定輸出+5V和-5V直流電壓，而且還具有過壓和欠壓保護(hù)電路。
該電度表應(yīng)用8098單片機(jī)電路，對(duì)電壓、電流信號(hào)采樣速度快，可實(shí)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣，測(cè)量的電度值精確。并具備與供電局微機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)抄表自動(dòng)，大大提高工作效率。
權(quán)利要求1.一種實(shí)時(shí)多用戶數(shù)字電度表，它包括電壓變送器U、電流互感器I、電平調(diào)整電路3、8位LED顯示器5、載波通信電路6、開關(guān)電源7等，其特征在它還包括模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)2，由CMOS集成電路等組成的8098單片機(jī)應(yīng)用電路4，電壓變送器U的一個(gè)輸出U1通過電平調(diào)整電路3中的電平調(diào)整器A1與8098單片機(jī)的模擬輸入端ACH4相連；電流互感器的輸出端O端通過電位器W，經(jīng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)連通，再經(jīng)電平調(diào)整電路3中的電壓調(diào)整器A2與8098單片機(jī)4的另一個(gè)模擬輸入端ACH5相連，8098單片機(jī)4的串行口輸出AXD與載波通信電路T端相連，串行輸入端RXD與載波通信電路的R端相連，輸出端PC6與載波通信電路的C端相連。
2.如權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)多用戶數(shù)字電度表，其特征在于8098單片機(jī)4的應(yīng)用電路包括80C198、74HC373、27C32(EPROM)、61C16(RAM)、5101(RAM)、82C55A、SN75452、74LSO6等以及由電池B1，電阻R1、R2、R3，電容C1，三極管D1，組成的RAM掉電保護(hù)電路。
3.如權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)多用戶數(shù)字電度表，其特征在于24路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)由三片8路模擬開關(guān)芯片CD4051組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種以8098單片機(jī)應(yīng)用電路，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)為核心，包括電平調(diào)整電路，8位LED顯示器，載波通信電路，開關(guān)電源，電壓變送器與電流互感器等組成的能實(shí)時(shí)連續(xù)計(jì)量多用戶用電量的電度表。該電度表對(duì)供電電壓的頻率，波形以及用戶負(fù)載的瞬時(shí)變化均不影響其它計(jì)量精度。還可以利用供電線與供電局微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表。
文檔編號(hào)G01R22/00GK2264373SQ9523682
公開日1997年10月8日 申請(qǐng)日期1995年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月17日
發(fā)明者傅志天 申請(qǐng)人:傅志天