專利名稱：多用戶電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于居民樓或企事業(yè)單位中對(duì)多用戶用電量進(jìn)行連續(xù)計(jì)量的儀器，是一種新型的多用戶電能表。
目前，國(guó)內(nèi)居民樓用單相電能表絕大部分為感應(yīng)式電表。這種表體積大，耗能高，分散安裝不便于管理，且不能防止個(gè)別用戶的偷漏電行為。近來(lái)新研制的磁卡式電表由于價(jià)格昂貴，管理復(fù)雜而未能大量投入市場(chǎng)，而現(xiàn)有的多用戶電表由于其單相進(jìn)線，造成零線電流增大，線損嚴(yán)重和精度難以提高，可靠性差等缺點(diǎn)，也未能得到大面積推廣。
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種可靠性高、精度高，安裝使用方便，功耗小，線損少的新型多用戶電能表，每戶供電可以是單相，也可以是三相，增加了供電的靈活性。
本實(shí)用新型主要由以下幾部分組成電流互感器和電壓互感器1，多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2，信號(hào)跟隨與保持器3,A/D轉(zhuǎn)換部分4，單片機(jī)應(yīng)用部分5,8位LED顯示器及其驅(qū)動(dòng)器6，電源部分7，按鍵SW1、SW2和RS-485串行接口組成，各部分的連接關(guān)系為電流互感器H1～H8的輸入端I1～I(xiàn)8與A相動(dòng)力線相連，H9～H16的輸入端I9～I(xiàn)16與B相動(dòng)力線相連，H17～H24的輸入端I17～I(xiàn)24與C相動(dòng)力線相連，電流互感器H1～H24的另一輸入端P1～P24與供電線路“零線”相連。電流互感器H1～H24的輸出端m1～m24與可調(diào)電位器R1～R24一端相連，可調(diào)電位器R1～R24另一端與電流互感器H1～H24另一輸出端同時(shí)接“地”，可調(diào)電位器中間出頭與模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2的輸入端N1～N24相連。電壓互感器HA、HB、HC的輸入端V1、V2、V3分別與動(dòng)力線A、B、C三相相連，另一輸入端U1、U2、U3與“零線”相連，HA、HB、HC的輸出端a1、b1、c1分別與可調(diào)電位器R25～R27的一端相連，R25～R27的另一端與電壓互感器HA、HB、HC的另一輸出端同時(shí)接“地”。R25～R27中間出頭分別與模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2中的N25～N27相連。多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2由4個(gè)IC集成芯片組成，分別是2-1,2-2、2-3、2-4，其中2-1、2-2、2-3為電流信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，2-4為電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，它們與單片機(jī)應(yīng)用部分5的連接關(guān)系是多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中譯碼選擇位S1、S2、S3分別與5中的P1.0、P1.1、P1.2相連，其公共輸出端E與信號(hào)跟隨與保持部分3中的F1相連，在2-4中，譯碼位S6、片選禁止端IH4同時(shí)接地，譯碼選擇位S4、S5與5中的Y3、Y4相連，其公共輸出端E1與3中的F2端相連，單片機(jī)應(yīng)用部分5中的P1.7與信號(hào)跟隨與保持器3中的W1、W2相連，用以控制輸入信號(hào)的跟隨或保持，3中的輸出端T1、T2分別與A/D轉(zhuǎn)換部分4中的IN1、IN2相連，4中的X1與單片機(jī)應(yīng)用部分5中的T0端相連，用以分別選擇電壓和電流采樣，C1與5中的Y5相連，該端為片選信號(hào)端，D0口與5中的P0口相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)應(yīng)用部分5與8位LED顯示器6的連接關(guān)系是5中的PB.0～PB.3分別與6中的D1～D4相連，用以進(jìn)行數(shù)據(jù)譯碼和驅(qū)動(dòng)，5中的PA口與6中的L0～L7相連，用以進(jìn)行8位LED顯示器位選，8位LED顯示器的作用是前兩位顯示用戶號(hào)，從01～24循環(huán)顯示，每隔約5秒翻一頁(yè)，后6位顯示所對(duì)應(yīng)用戶的用電量。5中的PC.0、PC.1分別與按鍵SW1、SW2相連，并通過(guò)電阻R28、R29接“+5V”。SW1、SW2另一端接“地”，電源部分7由三相變壓器，全橋整流電路、電容、電感濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，其輸入端Ia、Ib、Ic、o分別與動(dòng)力線A、B、C和“零線”相連輸出為+12V、-12V、+5V電壓供整個(gè)電表使用，其特點(diǎn)是動(dòng)力線中任一相有電壓、電表都能正常工作。單片機(jī)應(yīng)用部分5有RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行接口，可以外接微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和管理或由專用抄表器進(jìn)行抄表。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是精度高，用12位的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，分辨率大大提高，理論上可使電能表精度達(dá)到0.5％以上；實(shí)用性強(qiáng)，由于三相供電同時(shí)進(jìn)入一表，每8戶使用一相，負(fù)荷基本平衡，“零”線電流要比單相進(jìn)線至少小1/3，減少了線路損耗，也可使導(dǎo)線截面積減??；數(shù)據(jù)處理方便，其上配置的RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口可以連成局部網(wǎng)絡(luò)由計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和管理，也可以用專用抄表器進(jìn)行抄表，徹底避免了人工抄表的煩鎖；8位LED顯示器不停地進(jìn)行循環(huán)顯示，使用戶隨時(shí)可看到本戶的用電量，電表使用三相變壓器提供電源，可以使電表在缺相的情況下，正常工作。由于集中安裝，供電線路位于表的進(jìn)線側(cè)，不與用戶接觸，徹底杜絕了個(gè)別用戶的偷漏電行為。


圖1是本實(shí)用新型的原理方框圖，圖1中1為電流互感器與電壓互感器；2為多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；3為信號(hào)跟隨與保持器；4為A/D轉(zhuǎn)換部分；5為單片機(jī)應(yīng)用部分；6為8位LED顯示器及其驅(qū)動(dòng)器；7為電源部分。
下面，對(duì)本實(shí)用新型的工作原理結(jié)合附圖加以說(shuō)明，電表安裝完畢后，當(dāng)市電以三相四線制供電，接通電源后，單片機(jī)上電復(fù)位開(kāi)始工作。首先調(diào)用延時(shí)子程序，延時(shí)時(shí)間約100ms。其目的是等待供電電網(wǎng)電壓穩(wěn)定后再正常工作。然后，單片機(jī)將有關(guān)工作寄存器清零，并調(diào)用故障診斷子程序判斷外部數(shù)據(jù)寄存器工作區(qū)是否工作正常，如出現(xiàn)故障，則開(kāi)辟另一數(shù)據(jù)寄存器作為現(xiàn)行工作區(qū)，并使顯示器處于閃爍顯示狀態(tài)，提示更換有故障的寄存器，通過(guò)這種冗余設(shè)計(jì)，可大大降低數(shù)據(jù)誤碼率，使電表可靠性大大提高，然后檢查按鍵SW1、SW2的狀態(tài)，如SW1按下，使Pc.0處于低電平，則程序?qū)⒄{(diào)用清零子程序，將已記錄的各用戶的用電量全部清零，清零后再恢復(fù)正常檢測(cè)狀態(tài)。如SW2按下，使Pc.1處于低電平，則電表處于“檢定”狀態(tài)。這時(shí)，8位LED顯示器不循環(huán)顯示各用戶用電量，而只固定顯示現(xiàn)行用戶的用電量，并按6000P/KW·h這一常數(shù)從Ta端發(fā)出脈沖信號(hào)，便于用標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)本表檢定和誤差測(cè)算，如發(fā)現(xiàn)誤差超限，則調(diào)整所對(duì)應(yīng)的該戶電流互感器輸入端電位器R1～R24，將誤差調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)。當(dāng)該用戶檢定完畢，要檢定下一用戶時(shí)，只要將SW2抬起，用戶號(hào)顯示器顯示到下一用戶，再將SW2按下，即可對(duì)該用戶號(hào)的計(jì)量精度進(jìn)行檢定。單片機(jī)進(jìn)入正常檢測(cè)程序后，首先選擇第一用戶的電壓和電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到瞬間電壓Vj和電流Ij，將其乘積得到瞬時(shí)功率Wj=Vj·Ij，延時(shí)4ms后，再對(duì)該用戶的電壓、電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和計(jì)算，連續(xù)對(duì)該用戶進(jìn)行25次采樣后，得到25次Wj值，將其進(jìn)行平均得到這100ms(25×4ms)時(shí)間內(nèi)該用戶的平均功率W=125Σj=125Vj·Ij]]>將該值作為該用戶在兩次檢測(cè)間隔時(shí)間內(nèi)的平均功率值，乘以該段時(shí)間t，得到這一段時(shí)間內(nèi)的電能值，E01=W×t(對(duì)于24戶電能表，同一用戶兩次檢測(cè)間隔時(shí)間為24×100ms=2.4s。故t=2.4s)。然后單片機(jī)將這段時(shí)間里的電能值E01累加到該用戶的電能寄存單元去。第一用戶檢完后，單片機(jī)通過(guò)對(duì)P1.0～P1.2和Y0～Y4的編碼，選擇第2戶的電壓和電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并計(jì)算，得到第2用戶的增量電能值E02，累加到第2用戶電能值寄存單元去。重復(fù)上述過(guò)程，直至將24戶全部檢測(cè)完后，單片機(jī)又重新選擇第一用戶進(jìn)行采樣，電能表以此工作下去，完成每一用戶的電能計(jì)算和累加過(guò)程。單片機(jī)在正常采樣計(jì)算的同時(shí)，還利用待機(jī)空余時(shí)間，對(duì)8位LED顯示器進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描。將各用戶的用電量依次循環(huán)從LED顯示器顯示出來(lái)，8位LED顯示器前兩位顯示用戶號(hào)，從01～24循環(huán)顯示，后6位顯示所對(duì)應(yīng)用戶號(hào)的電能值，最多顯示99999.9KW·h。單片機(jī)應(yīng)用部分設(shè)置有RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行接口，可以隨時(shí)與外接計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或管理。也可用專用抄表器抄表，避免了人工記錄的煩鎖。單片機(jī)應(yīng)用部分具有掉電數(shù)據(jù)自動(dòng)保護(hù)和上電自復(fù)位功能，并設(shè)有有效的看門狗電路。當(dāng)程序“飛掉”5ms以后，自動(dòng)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，避免了“死機(jī)”的發(fā)生。
本實(shí)用新型中單片機(jī)應(yīng)用部分5由89C51、62C64、81C55、74HC373、74HC138、74HC139、MAX691ACPE、MAX485、+3.6V鋰電池等組成，A/D轉(zhuǎn)換部分4由AD574、CD4051組成，信號(hào)跟隨與保持器3由兩個(gè)LM398組成，多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2由4片CD4051組成，電源部分7由三相變壓器，全橋整流電路、電容、電感濾波器、穩(wěn)壓塊7805、7812、7912組成。
權(quán)利要求1．一種對(duì)居民樓或企事業(yè)單位中的多用戶用電量進(jìn)行連續(xù)計(jì)量的多用戶電能表，是由電流互感器和電壓互感器(1)，多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(2)，信號(hào)跟隨與保持器(3)，A/D轉(zhuǎn)換部分(4)，單片機(jī)應(yīng)用部分(5),8位LED顯示器(6)，電源部分(7)等組成，其特征是電流互感器H1～H8的輸入端I1～I(xiàn)8與A相供電線相連，H9～H16的輸入端I9～116與B相供電線相連，H17～H24的輸入端I17～I(xiàn)24與C相供電線相連，電流互感器H1～H24的輸出端m1～m24通過(guò)可調(diào)電位器R1～R24調(diào)整后分別與多路模似信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(2)的N1～N24相連，經(jīng)開(kāi)關(guān)2-1～2-3選通后，經(jīng)信號(hào)跟隨與保持器(3)中的B1與A/D轉(zhuǎn)換器(4)的IN1相連，電壓互感器HA、HB、HC的輸入端V1、V2、V3分別與供電線路A、B、C三相相連，它們的輸出端經(jīng)可調(diào)電位器R25一R27調(diào)整后，分別與多路模似信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)N25-N27相連，經(jīng)2-4選通，經(jīng)信號(hào)跟隨與保持器(3)中的B2與A/D轉(zhuǎn)換器(4)的IN2相連，電源部分(7)的三相變壓器輸入端Ia、Ib、Ic分別與供電線路A、B、C三相相連。
2．根據(jù)權(quán)力要求1所述的電能表，其特征是電源部分7由三相變壓器、全橋整流電路、電容、電感濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電能表，其特征在于單片機(jī)應(yīng)用部分(5)可由89c51、62c64、81c55、MAX691ACPE、74HC373、74HC138、74HC139、+3.6V鋰電池等組成，A/D轉(zhuǎn)換器(4)可由AD574、CD4051組成，多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2-1～2-4可用CD4051芯片。
專利摘要多用戶電能表是居民樓或企事業(yè)單位對(duì)多用戶電能進(jìn)行連續(xù)計(jì)量的儀器,它主要由電流互感器和電壓互感器(1),多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(2),信號(hào)跟隨與保持器(3),A/D轉(zhuǎn)換部分(4),單片機(jī)應(yīng)用部分(5),8位LED顯示器(6),電源部分(7)組成。其特征是電流互感器、電壓互感器、電源部分的輸入端均與供電線A、B、C三相相連,是一種可靠性高、精度高、功耗小、線損少的新型多用戶電能表。
文檔編號(hào)G01R11/00GK2335146SQ9723003
公開(kāi)日1999年8月25日 申請(qǐng)日期1997年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月9日
發(fā)明者杜志平, 穆東 申請(qǐng)人:杜志平, 穆東