專利名稱：智能化用電管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電量測量儀表，特別是一種卡式智能化電度表管理系統(tǒng)。
目前，民用照明用電和工業(yè)用電大都采用傳統(tǒng)的感應(yīng)式電度表計(jì)量，用電管理方法為人工抄表，記錄每月用電量，“先用電，后交費(fèi)”。隨著用電量的不斷增大，這種電能計(jì)量管理方法顯示出許多缺點(diǎn)，集中表現(xiàn)在以下方面人工抄表→勞動(dòng)強(qiáng)度大，浪費(fèi)人力、物力、財(cái)力。
電費(fèi)收取難→用戶“先用電”就意味著電業(yè)管理部門須預(yù)付巨額的電費(fèi)，已用電費(fèi)的按時(shí)收取受諸多因素的影響，將給管理部門帶來經(jīng)濟(jì)損失。
防偷盜電難→傳統(tǒng)電表由于自身的原理和結(jié)構(gòu)，給盜電者以可乘之機(jī)。
現(xiàn)有的卡式智能電度表如ZL95230190.3不包括售電機(jī)，未能形成整個(gè)售電管理系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的目的即在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，包括傳統(tǒng)的電度表人工抄表浪費(fèi)人力、物力、收電費(fèi)難、防盜電難而現(xiàn)有的卡式智能電度表又未能形成完整的售電管理系統(tǒng)等方面的問題，而提供一種智能化用電管理系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種智能化用電管理系統(tǒng)，由售電機(jī)、智能化電度表和電子鑰匙組成，其中售電機(jī)設(shè)置在供電部門，具有注冊、售電、查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能；智能化電度表裝在用戶家里，具有負(fù)荷控制、防竊電、報(bào)警和顯示用電量、剩余電量、指示購電預(yù)付費(fèi)等功能；電子鑰匙是各種用電及控制信息的載體，負(fù)責(zé)售電機(jī)和智能化電度表之間的信息傳遞；所說的售電機(jī)包括通用微機(jī)PC、售電卡、售電盒、通訊電纜和售電軟件；所說的智能化電度表，它具有表殼(1)、底殼(2)和面板(3)，在底殼(1)內(nèi)裝有表芯、計(jì)數(shù)器(G)、轉(zhuǎn)盤(P)，并在特制的支架(J)上裝有光電傳感器；在表殼(1)的正面有電子鑰匙孔(K)；在表殼(1)背面以及底殼(2)內(nèi)還裝有電路板(H)，包括光電采集和控制部分的微處理器及電路組件。所說的控制部分有8031和采用74LS373和27C64的外擴(kuò)程序存貯器。所說的電子鑰匙具有新型電可擦寫存貯E2PROM做為鑰匙的核心芯片。
本實(shí)用新型智能化用電管理系統(tǒng)(IC卡預(yù)付費(fèi)電度表)的優(yōu)點(diǎn)智能化用電管理系統(tǒng)以電腦為控制核心，改變傳統(tǒng)″先用電，后付款”的用電模式，實(shí)行“先購電，后用電”的管理辦法，供電管理部門可以免除人工抄表，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，解決收費(fèi)難的問題，節(jié)省了大量的資金。并對反轉(zhuǎn)、分流等盜電現(xiàn)象進(jìn)行了有效的防止，從而具有一定的防偷盜電功能。通過IC卡(或電子鑰匙)作為傳輸媒介，可以及時(shí)全面地掌握用戶用電信息，實(shí)現(xiàn)控制、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表的全面自動(dòng)化管理。
附圖的圖面說明如下

圖1為本實(shí)用新型的智能化用電管理系統(tǒng)的組成示意圖圖2a、2b、2c分別為智能化電度表的外形圖、側(cè)視圖和剖視圖圖3為智能化電度表的原理框圖圖4為智能化電度表電路圖圖5為電子鑰匙電路圖圖6為售電卡原理框圖圖7為通訊電纜接線圖圖8為售電盒電路原理圖圖9為DDY862-4型智能化電度表安裝尺寸圖一、系統(tǒng)組成及功能概述DDY862-4型智能化用電管理系統(tǒng)由DDY862-4型售電機(jī)、DDY862-4型智能化電度表和電子鑰匙組成。其中售電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的核心，負(fù)責(zé)管理其所轄的所有智能化電度表(最多可達(dá)六萬多塊)，主要完成注冊、售電、查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，由供電部分來監(jiān)視操作。智能化電度表是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，裝在用戶家里，完成預(yù)付費(fèi)，負(fù)荷控制，防竊電及顯示報(bào)警等功能。電子鑰匙由供電部門統(tǒng)一發(fā)放并注冊登記，一塊電表配一把鑰匙，兩塊電表的鑰匙不能通用，電子鑰匙是各種用電及控制信息的載體，負(fù)責(zé)售電機(jī)和電度表之間的信息傳遞，是智能化的信息媒介，通過它能自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交流。
由售電機(jī)，智能化電度表和電子鑰匙三者緊密配合，組成智能化用電管理系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)電系統(tǒng)自動(dòng)化管理(見圖1)。
二、智能化電度表詳細(xì)說明圖2a、2b、2c分別為智能化電度表的外形圖、側(cè)視圖和剖視圖，需要說明的是圖中所表示的結(jié)構(gòu)圖是作為實(shí)施例的一種方案，它的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、布置還可以有其它多種方案。圖中所示仍為動(dòng)感式電度表，它具有表殼1和底殼2和面板3，在底殼2上裝有計(jì)數(shù)器G、轉(zhuǎn)盤P，并在特制的支架J上裝有光電傳感器，在表殼1的正面有電子鑰匙孔K，其背面裝有電路板H。在面板3上除了由計(jì)數(shù)器G顯示的電度表窗口A和轉(zhuǎn)盤P的窗口B外還有需購電指示燈L和剩余電量顯示牌S。
1．工作原理本表主要由計(jì)量檢測和控制兩大模塊構(gòu)成。計(jì)量仍采用動(dòng)感式電度表的計(jì)量模式，同時(shí)檢測環(huán)節(jié)把計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖個(gè)數(shù)傳輸給控制單元?？刂茊卧捎脝纹瑱C(jī)及專用控制程序，它能對檢測到的電量信息進(jìn)行處理，并能讀寫鑰匙信息，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示用電余額并驅(qū)動(dòng)繼電器跳合閘，全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。每次購電后，控制模塊先由鑰匙孔讀入電子鑰匙中的購電量然后合閘通電。用電時(shí)根據(jù)檢測到的電量脈沖作減計(jì)數(shù)，減到零后跳閘斷電。
2．電表原理框圖(見圖3)3．各部分技術(shù)詳述(參閱圖4)(一)計(jì)量檢測計(jì)量仍采用動(dòng)感式電度表的計(jì)量模式，并以此為基準(zhǔn)。檢測部分把計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)傳輸給控制單元，以便實(shí)現(xiàn)電量的累加及控制。
本方案采用光電轉(zhuǎn)換方式，即用特制的支架把光電傳感器的發(fā)射管和接收管做成對管并固定在計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)盤部分，引出三根信號(hào)線傳遞脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)器每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，根據(jù)特定的齒輪比等可換算出每個(gè)脈沖所代表的電度值從而進(jìn)行準(zhǔn)確的電量計(jì)量。
由于本檢測采用非接觸方式進(jìn)行，對原計(jì)量模式無任何影響，所以本表有兩套計(jì)量檢測方式運(yùn)行。
(二)控制部分根據(jù)性能價(jià)格比及貨源等情況，我們選用比較成熟的MCS51單片機(jī)系列中的8031為CPU，加以適當(dāng)外圍電路來實(shí)現(xiàn)控制、電量累加、顯示、報(bào)警、跳閘等功能。
1)主電路及擴(kuò)展由于80C31無內(nèi)ROM，必須外擴(kuò)程序存貯器，用74LS373和27C64進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，配以晶振(8.00M)和復(fù)位電路便組成核心處理部分。
2)顯示部分考慮到每次購電量最大限額為999kwh，所以選用三位LED顯示即可，由于80C31驅(qū)動(dòng)能力有限，我們選用74LS374配譯碼器7448來驅(qū)動(dòng)共陰三位數(shù)碼管。
3)報(bào)警跳閘報(bào)警采用+5V峰鳴器，由80C31直接驅(qū)動(dòng)，而跳閘則采用+9V驅(qū)動(dòng)的繼電器，斷流容量20A/30A，為抗干擾，采用光電隔離并通過三極管驅(qū)動(dòng)。
4)鑰匙讀寫為保存數(shù)據(jù)，保證擇電也不丟失有用信息，在電表內(nèi)采用E2PROM做為重要信息存貯器，對表內(nèi)E2PROM的讀寫用P30,P31口線模擬12C總線來完成。
5)電源為避免跳合閘對主電路工作的影響，采用繼電器驅(qū)動(dòng)電源和主電路電源分開的方式，變壓器220V/雙9V，然后經(jīng)過全波整流，濾波，穩(wěn)壓后給主電路和繼電器驅(qū)動(dòng)電路。
6)一次線連接為實(shí)現(xiàn)可靠的控制，當(dāng)有非法用電或電量用完時(shí)要切斷電源，一次線連接如圖4所示，跳閘時(shí)切斷零線。
三、電子鑰匙詳細(xì)說明電子鑰匙做為信息載體，必須具有數(shù)據(jù)讀寫操作易行，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長等特點(diǎn)，為此采用新型電可擦寫存貯器(E2PROM)做為鑰匙的核心芯片，其原理如圖5所示。
由于E2PROM讀寫采取12C串行總線進(jìn)行，和單片機(jī)接口部分必須軟件模擬12C總線時(shí)序以利于正確讀寫。
四、售電機(jī)說明售電機(jī)是整個(gè)售電管理系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制和信息處理及存貯等工作，它必須具有通用性強(qiáng)，可靠性高等特點(diǎn)，它的構(gòu)成如下售電機(jī)=通用微機(jī)PC+售電卡(一塊)+售電盒(一個(gè))+通訊電纜(一條)+售電軟件下面分別敘述多部分的構(gòu)成及要求1 通用微機(jī)(PC)考慮到運(yùn)行速度和軟件運(yùn)行環(huán)境，要求配置如下CPU:386/40以上內(nèi)存4M以上顯示卡SVGA顯示卡彩顯0.39隔行以上硬盤340M以上軟驅(qū)1.2M+1.44M雙軟其余部件可參照通用微機(jī)選用為提高整機(jī)的可靠性，必須裝無憂卡和UPS，網(wǎng)絡(luò)售電的微機(jī)還要配相應(yīng)的網(wǎng)卡。
2 售電卡售電卡是為售電機(jī)專門設(shè)計(jì)的通訊卡，和售電盒配合用于讀寫插入售電盒中的鑰匙信息，完成售電，注冊，信息錄入等工作。
售電卡工作于8位ISA總線上，通過I/O端口地址與軟件通訊，產(chǎn)生必要的讀寫時(shí)序傳送給鑰匙。使用時(shí)將其插入PC機(jī)任一62槽的擴(kuò)展槽中，其原理框圖如圖6所示。
3 通訊電纜通訊電纜用于連接售電卡和售電盒，傳輸鑰匙信息，電纜為5芯屏蔽電纜，屏蔽地接微機(jī)電源地，其接線如圖7所示。
4 售電盒售電盒是電子鑰匙和售電機(jī)的接口部分，鑰匙信息經(jīng)過售電盒、通訊電纜和售電卡傳輸給售電機(jī)的CPU，進(jìn)行分析處理，同時(shí)把必要的控制信息經(jīng)過售電卡，通訊電纜和售電盒寫入鑰匙。其原理如圖8所示。
5 售電軟件售電軟件是支持整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的核心部分，其主要功能如下(1)用戶注冊一臺(tái)售電機(jī)可管理一萬個(gè)用戶(可按需要進(jìn)行調(diào)整)，一臺(tái)售電機(jī)可對其管理轄的用戶分配一個(gè)唯一的用戶號(hào)(四位數(shù)字)。用戶要將姓名、住址、電表規(guī)格、用戶類型、初始化用電量等數(shù)據(jù)到電業(yè)局售電處登記注冊，建立用戶信息庫以便統(tǒng)一管理。
(2)售電平時(shí)各用戶持電子鑰匙到指定售電處去購電，供電部門通過售電機(jī)讀寫電子鑰匙，售電給用戶，同時(shí)讀取鑰匙中所含用戶用電信息，這樣就實(shí)現(xiàn)了雙向數(shù)據(jù)交流，以便供電部門隨時(shí)掌握用戶用電情況。每次售電時(shí)都自動(dòng)記錄，并把記錄存入用戶數(shù)據(jù)庫中備份，還可根據(jù)需要隨時(shí)打印出來，以便自動(dòng)化管理。
(3)查詢本軟件可根據(jù)用戶號(hào)和用戶姓名對用戶信息進(jìn)行查詢，以便詳細(xì)了解某一用戶的用電情況，包括歷次購電記錄、歷次累加電量及用電余額、購電金額等。還有多功能查詢可以跨年跨月實(shí)現(xiàn)多種查詢報(bào)表，包括給定日期范圍購電用戶列表(接日期排序、接用戶排序)，還可以把該日期范圍內(nèi)未購電用戶列表以監(jiān)督了解用戶用電情況。
(4)統(tǒng)計(jì)報(bào)表共有三種形式(一)、全部用戶列表，即把所登記注冊的所有用戶按用戶號(hào)順序，把用戶號(hào)、姓名、住址等信息依次列出表格。
(二)、日售電報(bào)表。即把某一天的售電情況列出來，包括當(dāng)天每次售電記錄和當(dāng)天售電記錄的統(tǒng)計(jì)值。每條售電記錄包含用戶號(hào)、購電日期、購電數(shù)量、購電金額等，售電記錄的統(tǒng)計(jì)值。
包含當(dāng)天售出電量總和及購電金額總和，以便售電人員及時(shí)核對當(dāng)天收入情況。
(三)、月統(tǒng)計(jì)報(bào)表?；緝?nèi)容同日統(tǒng)計(jì)報(bào)表，只是時(shí)間由某一天改為某一月，以便對每月的售電及用電情況有個(gè)總體的了解。
以上表格均可根據(jù)需要隨時(shí)打印出來。
本軟件必須在售電卡的支持下才能在通用微機(jī)上正常運(yùn)行。
軟件是自己獨(dú)立開發(fā)的，下面從軟件中文界面，中文系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫對其進(jìn)行一些技術(shù)說明(一)軟件界面軟件是用Borland Turbo Vision 1.0編寫的用戶界面，支持鼠標(biāo)，界面友好，易于操作。
(二)中文系統(tǒng)Turbo Vision是基于西文的，考慮到當(dāng)前中文系統(tǒng)商品軟件已經(jīng)非常成熟，故采用支持漢字直接寫屏的中文系統(tǒng)來實(shí)行漢化，軟件本身與中文系統(tǒng)相獨(dú)立，因?yàn)橹形南到y(tǒng)對西文制表符識(shí)別不完全，故顯示界面可能產(chǎn)生一些漢字字符錯(cuò)誤顯示，可望通過漢字系統(tǒng)的改進(jìn)加以解決。啟明星簡版功能較弱，但考慮到它是免費(fèi)版板的，故暫使用之。用戶可另行選購諸如UCDOS、天匯、中國龍、超想等先進(jìn)漢字系統(tǒng)。
(三)數(shù)據(jù)庫出于與硬件的接口，與Turbo Vision的連接，以及安全性考慮，未采用成熟的DBMS產(chǎn)品。數(shù)據(jù)庫是用C++寫成，基于文件操作的。容量不大(缺省設(shè)置為10000條記錄)，速度和性能也不理想。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，保證在兩次操作之間系統(tǒng)崩潰也不致丟失數(shù)據(jù)，采取了無緩沖直接寫磁盤文件的低效辦法，相比FOXBASE等，速度雖然慢但可以保證斷電不丟失數(shù)據(jù)。當(dāng)然正在寫盤時(shí)斷電后果是不可預(yù)料的。
系統(tǒng)共有三類數(shù)據(jù)庫。
1)用戶信息庫，在目錄/SALEDB/USERINFM中，為USERINFM.DAT及索引文件USERINFM.IND。
2)單個(gè)用戶的購電信息庫，在目錄/SALEDB/USER中。其文件名為U****DAT(IND)，其中****為該用戶號(hào)。
3)售電日記錄。在目錄/SALEDB/SALE中。文件名為SLYYMMDD.DAT和SLYYMMDD.INT。其中YY為年份的十、個(gè)位數(shù)字，MM為月，DD為日，日添O補(bǔ)齊位數(shù)。
數(shù)據(jù)庫文件維護(hù)者可以分別用LUIUSERINFM↓,LU U****↓,LS SLYYMMDD↓來顯示以上三個(gè)庫的內(nèi)容。
數(shù)據(jù)庫日記錄必要時(shí)可刪除，但USERINFM.DAT(INT),U***.DAT(INT)必須存在。
五、結(jié)論及發(fā)展前景經(jīng)過大量的市場調(diào)研和兩年多的努力，我們把以上所述的智能化電度表，電子鑰匙和售電機(jī)研制完成并達(dá)到實(shí)用化水平，已在局部地區(qū)推廣使用。以上所述，均已通過實(shí)驗(yàn)室測試和實(shí)踐運(yùn)行檢驗(yàn)，證明是可行的，合理的，能較好地完成所要完成的預(yù)付費(fèi)，顯示、報(bào)警及統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，較好地實(shí)現(xiàn)了電能的自動(dòng)化管理，很適合于大面積推廣。
其中各種所述功能可在測試報(bào)告中測試并可實(shí)際演示。
技術(shù)參數(shù)DDY862-4型智能化電度表(一)、電氣參數(shù)穩(wěn)定工作電壓范圍交流180～250V電流范圍5(20)A繼電器壽命c(diǎn)osΦ=1,U=220V AC,I=5A,T=20℃，動(dòng)作頻率5次/分鐘，可靠動(dòng)作1萬次。
控制模塊部分功耗＜0.7w(二)、使用環(huán)境及壽命使用環(huán)境-20℃～+45℃，相對溫度≤85％整機(jī)壽命壽命大于10年
(三)、機(jī)械參數(shù)安裝尺寸(mm)如圖9所示，未標(biāo)尺寸和原表相同。
其它各項(xiàng)指標(biāo)符合GB3924-83《交流有功和無功電度表標(biāo)準(zhǔn)》(等效IEC521)電子鑰匙重復(fù)擦寫10萬次，停電后數(shù)據(jù)保存時(shí)間大于10年。
售電機(jī)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和通用微機(jī)相同。
權(quán)利要求1．一種智能化用電管理系統(tǒng)，由售電機(jī)、智能化電度表和電子鑰匙組成，其中售電機(jī)設(shè)置在供電部門，具有注冊、售電、查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能；智能化電度表裝在用戶家里，具有負(fù)荷控制、防竊電、報(bào)警和顯示用電量、剩余電量、指示購電預(yù)付費(fèi)等功能；電子鑰匙是各種用電及控制信息的載體，負(fù)責(zé)售電機(jī)和智能化電度表之間的信息傳遞；其特征在于所說的售電機(jī)包括通用微機(jī)PC、售電卡、售電盒、通訊電纜和售電軟件；所說的智能化電度表，它具有表殼(1)、底殼(2)和面板(3)，在底殼(1)內(nèi)裝有表芯、計(jì)數(shù)器(G)、轉(zhuǎn)盤(P)，并在特制的支架(J)上裝有光電傳感器；在表殼(1)的正面有電子鑰匙孔(K)；在表殼(1)背面以及底殼(2)內(nèi)還裝有電路板(H)，包括光電采集和控制部分的微處理器及電路組件。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化用電管理系統(tǒng)，其特征在于所說的智能化電度表的控制部分有8031和采用74LS373和27C64的外擴(kuò)程序存貯器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化用電管理系統(tǒng)，其特征在于所說的電子鑰匙具有新型電可擦寫存貯E2PROM做為鑰匙的核心芯片。
專利摘要一種智能化用電管理系統(tǒng),由售電機(jī)、智能化電度表和電子鑰匙組成,其中售電機(jī)設(shè)置在供電部門,包括通用微機(jī)PC、售電卡、售電盒;智能化電度表具有表殼(1)、底殼(2)和面板(3),在底殼(1)內(nèi)裝有機(jī)芯、計(jì)數(shù)器、轉(zhuǎn)盤,并在特制的支架(J)上裝有光電傳感器;電子鑰匙具有新型電可擦寫存貯器E2PROM做為鑰匙的核心芯片。本實(shí)用新型構(gòu)成完整的售電管理系統(tǒng),解決了查表收費(fèi)難的問題,并對反轉(zhuǎn)、分流等盜電現(xiàn)象進(jìn)行了有效的防止,通過IC卡作為傳輸媒介,可以全面掌握用戶用電信息、實(shí)現(xiàn)控制、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表全面自動(dòng)化管理。
文檔編號(hào)G01R22/00GK2310327SQ97250770
公開日1999年3月10日 申請日期1997年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月22日
發(fā)明者鄭志翔, 高建文 申請人:北京清華聯(lián)電器制造有限公司