專利名稱：智能電能計(jì)量控制集成電表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能表，尤其是能智能地對電能計(jì)量并能通過網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行控制的集成電表。
背景技術(shù)：
歷年來，我國電能計(jì)量的表計(jì)絕大部分沿用機(jī)械式電能表，這種電能表造價(jià)較高，能耗高。近年來市場上出現(xiàn)一種機(jī)電合一的“電子式電能表”，這種“電能表”具有計(jì)量精度高，能耗低的優(yōu)點(diǎn)，但它的電能采樣采用模數(shù)轉(zhuǎn)換電子器件，顯示仍采用機(jī)械式計(jì)器，機(jī)械部分的走合誤差使精密的電子計(jì)量性能降低；且電子元器件抗干擾性能不如機(jī)械表，使用者對其穩(wěn)定性心存疑慮，不敢大面積推廣使用；結(jié)構(gòu)仍采用單一的分立式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)品成本過高，其市場價(jià)格甚至高于機(jī)械式電能表。為適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的需要，供電部門利用經(jīng)濟(jì)杠桿來調(diào)整用電高峰負(fù)荷的復(fù)費(fèi)率計(jì)費(fèi)的方式，而“復(fù)費(fèi)率電表”因其價(jià)格昂貴，很難被廣大用戶所能接受。同時(shí)由于電表的系統(tǒng)時(shí)鐘需定期到現(xiàn)場逐一調(diào)校，也給供電部門增加較多的麻煩和工作量。故復(fù)費(fèi)率收費(fèi)方式自今尚未能廣泛實(shí)施。
電業(yè)部門的電費(fèi)抄收工作則一直采用上門“抄表收費(fèi)”的落后模式，工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且抄收人員估抄、漏抄、不抄現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；而用戶拒交電費(fèi)、竊電的行為也屢見不鮮。供電部門迫切需求一種自動(dòng)化程度高，工作性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉，并能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理的智能化電表。為解決落后的抄表管理模式，推出了如“集中抄表”、“預(yù)付費(fèi)電表”“無線電傳輸抄表”“電力線傳輸抄表”等產(chǎn)品，其技術(shù)手段是在原有的傳統(tǒng)產(chǎn)品中加裝一“單片機(jī)”，實(shí)現(xiàn)“預(yù)付費(fèi)供電”或“遠(yuǎn)程抄表”。改裝產(chǎn)品的單片機(jī)一般都安裝在機(jī)械式電能表，空間狹窄，電子部分與強(qiáng)干擾磁場距離太近，嚴(yán)重影響其運(yùn)行的安全可靠性；電能取樣則在機(jī)械式電能表上加裝一光電取樣探頭，由于原產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮加裝，加裝探頭有可能損壞原產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，影響計(jì)量精度；并且安裝調(diào)試工作要求較高，操作繁瑣，不適宜產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
目前使用的“集中抄表”系統(tǒng)的“用戶終端”的網(wǎng)絡(luò)接口一般采用以下幾種聯(lián)網(wǎng)方式1)電力MODEM與低壓電網(wǎng)聯(lián)接方式，使用電力線路作為傳輸數(shù)據(jù)的通道。這種方法的弊病是由于電力線路經(jīng)常受到外界強(qiáng)電磁場及用戶用電設(shè)備的噪聲干擾，氣候?qū)€路分布參數(shù)的影響，線路絕緣性能好壞等以上這些因素，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)通訊的可靠性，且其通訊范圍僅局限于一個(gè)低壓變壓器供電電網(wǎng)。因此電力線路作為一種數(shù)據(jù)通訊通道不能用作收費(fèi)數(shù)據(jù)采集。
2)無線電通訊方式，系統(tǒng)設(shè)備投資昂貴，僅作為一種抄表、控制用電設(shè)備使用，有“大馬拉小車”之嫌；如若只考慮成本，產(chǎn)品性能又大大下降，難得兩全其美。
3)串行485總線方式，通訊穩(wěn)定，系統(tǒng)投資較小。但受通訊距離和線路阻抗匹配的制約，只能連接較少數(shù)量的用戶終端，為保證通訊的可靠性，線路阻抗需進(jìn)行現(xiàn)場匹配調(diào)整，增加施工的難度。
根據(jù)以上分析，目前市場上推出的產(chǎn)品存在以下不足之處電能計(jì)量能耗高但精度不高，或者價(jià)格昂貴難以被用戶接受。
電費(fèi)抄表的改進(jìn)重在對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改良，改良資金的投入與產(chǎn)出效果不理想，無法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，生產(chǎn)成本降價(jià)空間有限。
網(wǎng)絡(luò)接口要么采用現(xiàn)成的電力電網(wǎng)作數(shù)據(jù)傳輸媒體，電力線路中的各種干擾無法全部排除，實(shí)際應(yīng)用中效果不佳，實(shí)用性不強(qiáng)；要么采用無線電方式，性能價(jià)格比太高；要么采用串行485總線，信號衰減大，通訊距離受限。且對外通訊只有聯(lián)網(wǎng)通訊一種，形式單一，對于不適宜聯(lián)網(wǎng)安裝必需上門集中抄表的用戶，或者只適宜實(shí)施“預(yù)付費(fèi)方式”供電的用戶都無法使用，供供電部門選擇的方法單一。且用戶終端只能向上級計(jì)算機(jī)單向傳輸用電數(shù)據(jù)，上級計(jì)算機(jī)不能遠(yuǎn)程控制用戶終端，無法實(shí)現(xiàn)“雙工”通信。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分散，分立單元之間如從機(jī)械表到采集器線路的連接，對安裝施工和運(yùn)行維護(hù)增加了不少的工作量和費(fèi)用，并給竊電者提供了可乘之機(jī)。
對供電系統(tǒng)現(xiàn)行的管理方法缺乏全面了解，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中只針對某一實(shí)際問題的解決，產(chǎn)品功能單一。
缺乏個(gè)性化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的配電箱一般都是十幾個(gè)電表集中安裝在一起，用戶很難分清自家電表的位置，再加上電表計(jì)數(shù)器顯示窗口太小，用戶讀表有一定難度。即使讀下電表讀數(shù)，也是一個(gè)累計(jì)電度數(shù)，還得減去上月抄表電度數(shù)才能得知本月用電量。由于太麻煩，絕大多數(shù)用戶都懶得去理會(huì)；少數(shù)用戶抄表幾次，最終也是嫌麻煩，只得放棄。所以一旦發(fā)生電費(fèi)糾紛，用戶手中缺乏第一手證據(jù)，無法與供電部門理論。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是針對目前電能表存在的不足，提出一種新型的集成電表，集電能計(jì)量、智能控制、雙工通訊、結(jié)構(gòu)緊合于一身，實(shí)現(xiàn)供電部門對于多家用戶用電情況的智能化管理。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將多個(gè)用戶回路的計(jì)量、控制器件集成于一個(gè)用防火阻燃工程塑料制做的方框外殼內(nèi)，采用一個(gè)微處理器(CPU)進(jìn)行智能化管理和控制，實(shí)現(xiàn)供電局對用戶的遙信、遙控、遙調(diào)及分時(shí)計(jì)費(fèi)、自檢報(bào)錯(cuò)、短路保護(hù)、過流保護(hù)、數(shù)據(jù)記錄等功能。
本發(fā)明由電能取樣計(jì)數(shù)模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊、拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊組成。電能取樣計(jì)數(shù)模塊的大部分元器件集成在計(jì)數(shù)器板上，中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊集成在CPU板上，拉合閘控制模塊集成在拉閘電路板上，工作電源模塊集成在開關(guān)電源板上，顯示模塊和按鍵電路模塊集成在顯示板上。計(jì)數(shù)器板、CPU板、拉閘電路板、開關(guān)電源板都插在插座板上。插座板、顯示板、紅外線電路板及用戶回路、用戶開關(guān)等全裝在塑料方框外殼中。塑料方框外殼的面板上設(shè)置總開關(guān)、顯示窗、脈沖信號燈、紅外線收發(fā)窗、IC卡讀寫端口、用戶編號欄及電費(fèi)單據(jù)信箱、用戶開關(guān)箱活動(dòng)透明外罩、宣傳廣告欄?？傞_關(guān)在校表和維護(hù)時(shí)，切斷供電電網(wǎng)進(jìn)線電源，確保檢修人員的人身安全和設(shè)備安全。同時(shí)用戶發(fā)生短路事故時(shí)，若用戶開關(guān)保護(hù)失效，總開關(guān)切斷電源，起速斷保護(hù)作用。宣傳廣告欄既可用于用電安全宣傳，又可用作商業(yè)廣告宣傳。用戶編號欄可將用戶的編號、開關(guān)位置及集成電表的使用說明框于“編號欄”內(nèi)，便于用戶隨時(shí)查閱。用戶編號欄的后半部用作存放用戶電費(fèi)收據(jù)的信箱，用戶能隨時(shí)取到自己電費(fèi)收據(jù)，解決以前電費(fèi)單據(jù)無人保管丟失問題。
其工作過程是集成電表初始化后，由電能取樣計(jì)數(shù)模塊采集用戶的用電數(shù)據(jù)，用電數(shù)據(jù)送至CPU進(jìn)行計(jì)算后保存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊，并通過串行通訊模塊上報(bào)到供電局和抄表員，用戶也可通過顯示電路隨時(shí)查看用電情況，同時(shí)設(shè)置拉合閘控制模塊控制用戶的超功率用電和欠費(fèi)拉閘斷電催交。
電能取樣計(jì)數(shù)模塊可根據(jù)用戶需求設(shè)置相應(yīng)的回路，每個(gè)回路由電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成，計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路集成在計(jì)數(shù)器板上，其主要功能是對電能模擬量取樣，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計(jì)數(shù)后傳送給CPU的I/O端口。
中心微處理器(CPU)模塊由CPU、日歷時(shí)鐘電路、程序存儲(chǔ)器(EPROM)、讀寫存儲(chǔ)器(RAM)、地址鎖存器、地址譯碼器、程序監(jiān)測器、復(fù)位電路、掉電中斷保護(hù)電路、按鍵電路組成。此模塊接受電能取樣計(jì)數(shù)模塊的電能數(shù)據(jù)，存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊，根據(jù)用戶用電情況發(fā)出拉、合閘命令，在對外通信時(shí)發(fā)出串行通訊命令、紅外線通訊命令、報(bào)錯(cuò)命令，并與串行通訊模塊進(jìn)行各項(xiàng)用電數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，同時(shí)將需要顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)送到顯示電路。
串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊由系統(tǒng)參數(shù)串行程序存儲(chǔ)器EEPROM、用電參數(shù)串行程序存儲(chǔ)器EEPROM和備份串行程序存儲(chǔ)器EEPROM、串行存儲(chǔ)器地址譯碼電路、端口光電隔離電路、IC卡讀寫端口組成。其主要功能是存儲(chǔ)“集成電表”正常運(yùn)行需要長期保存的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”。同時(shí)，若用戶從IC卡讀寫端口插入IC卡，則根據(jù)IC卡的標(biāo)志，將IC卡中的數(shù)據(jù)寫入用電參數(shù)串行程序存儲(chǔ)器EEPROM，或用電參數(shù)串行程序存儲(chǔ)器EEPROM中的數(shù)據(jù)讀入IC卡。
串行通訊模塊由總線調(diào)制解調(diào)器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調(diào)制解調(diào)器電路、紅外線收發(fā)窗口電路組成?？偩€調(diào)制解調(diào)器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調(diào)制解調(diào)器電路集成在CPU板上；紅外線收發(fā)窗口電路則集成在紅外線電路板上，對應(yīng)外殼上的紅外線收發(fā)窗。總線通訊方式可實(shí)施遠(yuǎn)程通訊，傳送和接收各項(xiàng)數(shù)據(jù)；紅外線通訊方式則可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。
拉合閘控制模塊由緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、光電隔離電路、拉合閘執(zhí)行電路、用戶開關(guān)組成，執(zhí)行CPU發(fā)出的拉合閘命令。
顯示模塊由三態(tài)門緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、顯示器組成，其功能是顯示CPU送出的需要顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
工作電源模塊由三個(gè)5V直流開關(guān)電源組成，分別向各功能模塊提供工作電源。
集成電表的具體工作過程是1.對串行存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化上電前，將供電局管理中心計(jì)算機(jī)中的“管理軟件”所設(shè)置的各種參數(shù)寫入集成電表的串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊的串行存儲(chǔ)器中?！跋到y(tǒng)參數(shù)”包括集成電表的地址編碼、峰、平、谷時(shí)段參數(shù)、零點(diǎn)抄表日期、報(bào)錯(cuò)時(shí)間間隔、報(bào)錯(cuò)最小用電量閥值、各回路報(bào)錯(cuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)地址編碼寫入系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)器；“用電參數(shù)”包括每千瓦-小時(shí)的脈沖個(gè)數(shù)(n/kw.h)、用戶地址編碼、允許使用的最大功率閥值、供電模式如“預(yù)付費(fèi)”或“先用電”等寫入用電參數(shù)存儲(chǔ)器。用電參數(shù)存儲(chǔ)器為每個(gè)用戶回路開辟一個(gè)專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，保存每一用戶回路需要長期保存的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
集成電表通電后，首先調(diào)入串行EEPROM內(nèi)預(yù)先設(shè)置好的“用電參數(shù)”和“系統(tǒng)參數(shù)”，讀入的各參數(shù)暫存入中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存儲(chǔ)器RAM中。
2.電能取樣計(jì)數(shù)本發(fā)明可對多個(gè)用戶的用電情況同時(shí)采樣。若要對N個(gè)用戶的用電情況進(jìn)行計(jì)量與控制，則電能取樣計(jì)數(shù)模塊中設(shè)置N個(gè)回路，每個(gè)回路均由電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成。計(jì)數(shù)器的輸出端連至數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端，緩沖器的輸出端接到CPU的一組I/O端口。用戶負(fù)載電流、電壓的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成千瓦小時(shí)的脈沖個(gè)數(shù)(n/kw.h)的數(shù)字量，由光電隔離電路整形后輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)CPU向緩沖器地址譯碼器發(fā)出極短間隔的緩沖器選通地址訊號，逐一選通緩沖器，被選通的緩沖器傳輸計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，未被選通的緩沖器均呈高阻狀態(tài)，與緩沖器相連的CPU的I/O端口逐一讀入緩沖器的數(shù)據(jù)。
3.用電數(shù)據(jù)的存貯讀入的用電數(shù)據(jù)暫存中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存貯器RAM中，然后每隔一秒鐘讀入日歷時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間，判斷當(dāng)前時(shí)間屬峰、平、谷哪一類，分區(qū)存入RAM中。同時(shí)根據(jù)所采集的電量，CPU每三十秒鐘計(jì)算一次用戶的平均功率，計(jì)算公式為M/n/kw.h，即三十秒采集的脈沖總數(shù)M除以每千瓦小時(shí)的脈沖個(gè)數(shù)，乘上120(120等于一小時(shí)6400秒除以30秒)，所得的結(jié)果即為功率，單位為千瓦(KW)。CPU的I/O端口發(fā)出存儲(chǔ)器片選地址信號，經(jīng)串行EEPROM存儲(chǔ)器地址譯碼電路譯碼，選中需要寫入的EEPROM，串行存儲(chǔ)器同步脈沖端口發(fā)出串行數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘脈沖，計(jì)算出來的用電功率寫入用電參數(shù)EEPROM，同時(shí)該數(shù)據(jù)備份到備份串行程序存儲(chǔ)器EEPROM。若用電功率超過用電參數(shù)中的允許功率閥值，讀入當(dāng)前時(shí)間，保存到RAM中，并轉(zhuǎn)存至用電參數(shù)串行EEPROM中該用戶回路專用數(shù)據(jù)區(qū)。同時(shí)CPU每隔十秒鐘掃描一次IC卡讀寫端口，當(dāng)檢測到有IC卡插入時(shí)，讀出該用戶的地址碼和供電模式標(biāo)識(shí)，并判斷其用電屬性?！跋扔秒姟庇脩魟t向卡內(nèi)寫入本次用電量和抄表日期、時(shí)間，預(yù)付費(fèi)用戶讀入其本次購電量，并與表內(nèi)剩余電量相加，同時(shí)在顯示窗顯示。
4.超功率處理保存數(shù)據(jù)后，若用電功率大于用電參數(shù)中的允許功率閥值，CPU I/O端口通過數(shù)據(jù)總線發(fā)出拉閘指令，經(jīng)拉合閘控制模塊的緩沖器輸入到數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，數(shù)據(jù)鎖存器驅(qū)動(dòng)光電隔離電路，光電隔離電路驅(qū)動(dòng)拉合閘執(zhí)行電路，對用戶開關(guān)實(shí)施跳閘處理。出現(xiàn)跳閘時(shí)，用戶應(yīng)及時(shí)檢查線路和用電設(shè)備，看是否有超負(fù)荷用電或線路是否存在短路等。避免由此而引發(fā)其他安全事故。30秒后，CPU發(fā)合閘指令，用戶處理好故障后，可自行手動(dòng)合閘，電表運(yùn)行正常。若用戶未檢修線路使功率超過允許值，則電表仍將跳閘，迫使用戶合理調(diào)整負(fù)荷安全用電。
5.報(bào)錯(cuò)處理當(dāng)CPU在某一時(shí)間間隔內(nèi)(例如24小時(shí))所采集的某一用戶回路累計(jì)電量小于系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置的最小用電量閥值時(shí)，設(shè)置標(biāo)識(shí)，并將出錯(cuò)起始時(shí)間、間隔時(shí)間內(nèi)所采集的電量、該用戶回路地址碼轉(zhuǎn)存于串行EEPROM該用戶回路的專用數(shù)據(jù)區(qū)。對外通訊時(shí)CPU將存于串行EEPROM數(shù)據(jù)取出，通過CPU的串行通訊口把數(shù)據(jù)同時(shí)傳送給總線調(diào)制解調(diào)器和紅外線調(diào)制解調(diào)器的輸入端，通過總線網(wǎng)絡(luò)向供電局傳報(bào)錯(cuò)回路的數(shù)據(jù)，或者通過紅外線收發(fā)窗口將數(shù)據(jù)直接傳送給紅外線抄表機(jī)。
6.對外通訊CPU串行端口對外通訊有兩條通道，一條是經(jīng)總線調(diào)制解調(diào)器和隔離變壓器連至總線網(wǎng)；一條是經(jīng)紅外線調(diào)制解調(diào)器與光電收發(fā)電路相連，與外界進(jìn)行紅外線通訊。集成電表平時(shí)處于等待被叫狀態(tài)，當(dāng)收到呼叫本集成電表的地址碼時(shí)開始通訊，根據(jù)CPU通訊命令進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的操作。通過總線通訊，串行存貯器模塊可接收供電局中心計(jì)算機(jī)發(fā)來的系統(tǒng)當(dāng)前實(shí)時(shí)時(shí)間及修改后的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”、拉、合閘命令，并向供電局傳送用戶分時(shí)計(jì)量的電量、零點(diǎn)抄表的電量、事故拉閘數(shù)據(jù)、報(bào)錯(cuò)數(shù)據(jù)、集成電表的停電時(shí)間數(shù)據(jù)。紅外線通訊輸出的數(shù)據(jù)與總線通訊輸出的數(shù)據(jù)相同，當(dāng)有些用戶不便總線通訊時(shí)，抄表員可用紅外線抄表機(jī)進(jìn)行抄表。
7.遠(yuǎn)程拉、合閘處理若收到供電局發(fā)來的拉閘或合閘命令，通過CPU數(shù)據(jù)總線輸出，經(jīng)緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、光電隔離電路、拉合閘執(zhí)行電路驅(qū)動(dòng)用戶開關(guān)。供電局拉閘后的用戶開關(guān)自動(dòng)鎖定。用戶無法自行合閘，必須經(jīng)供電局發(fā)來合閘命令后方可合閘用電。
8.顯示和校表本發(fā)明在面板上設(shè)置四個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵通過按鍵電路與CPU I/O端口相連，按下某一按鍵時(shí)與其相連的CPU I/O端口會(huì)由高電平信號變成低電平信號。當(dāng)CPU檢測到規(guī)定端口的信號后，執(zhí)行顯示或者調(diào)校時(shí)鐘的操作。K1、K2作顯示按鍵用，按動(dòng)K1可依序選擇用戶(1~k號)，選擇好用戶后，按動(dòng)K2逐項(xiàng)顯示該用戶的各項(xiàng)參數(shù)；K3、K4用于現(xiàn)場調(diào)校日歷時(shí)鐘和現(xiàn)場校表，按動(dòng)K3可選擇要調(diào)整年、月、日、時(shí)、分、秒，按動(dòng)K4在選項(xiàng)上增加數(shù)值，若同時(shí)按下K3、K4則可現(xiàn)場校表，長時(shí)間(三秒鐘)按下K4則結(jié)束校表。
采用本發(fā)明可以達(dá)到如下有益效果采用電子模數(shù)轉(zhuǎn)換器取代傳統(tǒng)機(jī)械電能表對電能取樣，將智能化系統(tǒng)、多個(gè)電能取樣回路、多個(gè)自動(dòng)斷路器集成于一個(gè)裝置內(nèi)。整體采取全封閉式結(jié)構(gòu)，從根本上杜絕人為竊電的可能。外殼采用工程塑料模壓，適宜于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，且一個(gè)集成電表可對多個(gè)用戶的電能計(jì)量，用一塊電表的價(jià)錢就可實(shí)現(xiàn)目前多塊電表的功能，大大降低了電表價(jià)格。電能取樣回路可根據(jù)用戶的多少進(jìn)行多樣化設(shè)計(jì)，集成的用戶數(shù)越大單個(gè)用戶承擔(dān)的費(fèi)用越低。
本發(fā)明設(shè)置有總線通訊端口，串行通信數(shù)據(jù)信號被總線調(diào)制解調(diào)器高倍頻調(diào)制和解調(diào)，并經(jīng)功率放大后，通訊距離可達(dá)7km，并且沒有線路匹配要求，施工簡單。相對于目前集中采集系統(tǒng)普遍采用的串行485端口方式，具有通訊距離遠(yuǎn)，掛接的負(fù)載多，免除了施工中需進(jìn)行煩鎖的總線線路阻抗匹配調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。集成電表既有專用網(wǎng)絡(luò)通訊端口，又有紅外線通訊端口，對由于環(huán)境和其他原因不適宜聯(lián)網(wǎng)安裝的用戶，或者已聯(lián)網(wǎng)但網(wǎng)絡(luò)線路因自然災(zāi)害影響和人為破壞暫時(shí)無法通訊時(shí)，可采用手持式紅外線抄表機(jī)到現(xiàn)場集中抄表；且設(shè)置了一個(gè)對用戶開放的IC卡讀寫端口，用戶可持其專用卡自行抄表，一旦發(fā)生電費(fèi)糾紛，可持卡去供電部門核對。因此本發(fā)明給用戶和供電局都提供了多種選擇方式，給用戶和供電局都帶來了方便。
本發(fā)明具有報(bào)錯(cuò)功能，當(dāng)在管理者規(guī)定一段時(shí)間內(nèi)采集不到某一用戶的用電數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)向供電局報(bào)錯(cuò)，并自動(dòng)記錄下事件的起始時(shí)間和終止時(shí)間及用戶的地址碼，使人們不必?fù)?dān)心的一旦電子采樣器損壞而丟失用電計(jì)量，大大提高了可靠性。
本發(fā)明具有超功率過流保護(hù)和短路速斷保功能，能有效督促用戶安全用電和保護(hù)用戶電氣設(shè)備的安全，避免因線路老化和違章用電引發(fā)其他安全事故。
本發(fā)明設(shè)計(jì)有遠(yuǎn)程拉、合閘功能，對惡意欠費(fèi)的用戶可實(shí)施拉閘斷電催費(fèi)，對遠(yuǎn)程監(jiān)測到的嚴(yán)重違章用電的用戶可實(shí)施拉閘斷電警告，為保證電費(fèi)的及時(shí)回收和供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有效的技術(shù)手段。
由于全部采用電子元器件，對電子脈沖的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確無遺漏，且不需要將電子脈沖轉(zhuǎn)換成機(jī)械計(jì)數(shù)，因此無任何機(jī)械計(jì)數(shù)誤差，大大提高了測量精度，既維護(hù)了用戶權(quán)益又保護(hù)了供電部門的利益，為供電部門科學(xué)管理廣大民用戶提供有力的技術(shù)手段，大幅度降低了管理成本和運(yùn)行成本。
性能價(jià)格比高。本發(fā)明利用電子線路工藝結(jié)構(gòu)簡單、體積小的優(yōu)點(diǎn)，將功能模塊高密度集中，利用其易于進(jìn)行邏輯控制的特點(diǎn)，將各分立單元以邏輯控制的方式接成一個(gè)微處理系統(tǒng)，既充分發(fā)揮了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，大幅度降低了生產(chǎn)成本，市場價(jià)位接近于傳統(tǒng)的“機(jī)械式電表箱”，具有極強(qiáng)的市場生命力。僅從價(jià)格一點(diǎn)與分立的單一功能的“智能電度表”相比，如“預(yù)付費(fèi)電表”“復(fù)費(fèi)率電表”等，每戶安裝價(jià)格降低了五倍；與多功能的“集中抄表系統(tǒng)”相比每戶價(jià)格降低了三至四倍；且采用模壓塑料外殼取代傳統(tǒng)金屬鐵箱，大幅度降低了生產(chǎn)成本。
運(yùn)行費(fèi)用低成本，本發(fā)明工藝結(jié)構(gòu)采用分立的模塊化設(shè)計(jì)，一但某個(gè)模塊損壞，維護(hù)人員只需拔出壞模塊，插入新模塊即可，操作十分簡單方便，避免了分立式電表某個(gè)部分損壞，需整體更換的高成本運(yùn)行費(fèi)用，使高新技術(shù)在供電部門推廣提供可靠的價(jià)格基礎(chǔ)。
本發(fā)明有現(xiàn)場校表功能，能在幾分鐘內(nèi)完成對電能取樣計(jì)數(shù)模塊、電能脈沖緩沖通道的好壞和計(jì)量精確度進(jìn)行測試。
本發(fā)明功能強(qiáng)大，既可實(shí)行“先用電”方式，又可實(shí)行“預(yù)付費(fèi)”方式，計(jì)費(fèi)還可采取復(fù)費(fèi)率方式，用戶可通過顯示窗口隨時(shí)讀取自己的用電情況，使用非常方便。
本發(fā)明采用塑料外殼，外殼空白部分設(shè)計(jì)透明宣傳窗和用戶編號欄，宣傳窗既可用于用電安全宣傳，又可用作商業(yè)廣告宣傳用。用戶編號欄可將用戶的編號、開關(guān)位置及集成電表的使用說明框于“編號欄”內(nèi)，便于用戶隨時(shí)查閱。用戶編號欄的后半部用作存放用戶電費(fèi)收據(jù)的信箱，用戶能隨時(shí)取到自己電費(fèi)收據(jù)，解決以前電費(fèi)單據(jù)無人保管丟失問題。
圖1是本發(fā)明面板布置圖；圖2是本發(fā)明打開面板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明打開面板將顯示板和紅外線電路板移開的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框原理圖；圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電能模數(shù)取樣模塊電路圖(模數(shù)取樣部分)；圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電能模數(shù)取樣模塊電路圖(計(jì)數(shù)部分)；圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的中心微處理器(CPU)模塊電路圖(圖A部分)；圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的中心微處理器(CPU)模塊電路圖(圖B部分)；圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊電路圖；圖10是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的串行通信模塊電路圖；圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的控制模塊電路圖；圖12是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的顯示模塊電路圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明面板布置圖，本發(fā)明塑料方框外殼11的面板12上設(shè)置總開關(guān)1、顯示窗2、脈沖訊號燈3、紅外線收發(fā)窗4、IC卡讀寫端口5、用戶編號欄及電費(fèi)單據(jù)信箱6、用戶開關(guān)箱活動(dòng)透明外罩8、宣傳廣告欄10。
圖2是本發(fā)明打開面板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明打開面板將顯示板和紅外線電路板移開的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2，脈沖信號燈3和K1、K2、K3、K4 4個(gè)按鍵及顯示器13都集成在顯示板14上，顯示板14和紅外線電路板15通過信號線連接到插座板22上。圖4說明本發(fā)明由電能取樣計(jì)數(shù)模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊、拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊組成。電能取樣計(jì)數(shù)模塊的大部分元器件集成在計(jì)數(shù)器板21上，中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊集成在CPU板20上，拉合閘控制模塊集成在拉閘電路板19上，工作電源模塊集成在開關(guān)電源板18上，顯示模塊和按鍵電路模塊集成在顯示板14上。計(jì)數(shù)器板21、CPU板20、拉閘電路板19、開關(guān)電源板18都插在插座板22上。插座板22、顯示板14、紅外線電路板15及電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24、用戶開關(guān)26、零線端子排27、電源進(jìn)線28、電源進(jìn)線端子29、拉閘控制線30和零線31集成在外殼11中。
下面結(jié)合圖4-圖12描述一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例。電能取樣計(jì)數(shù)模塊可根據(jù)用戶需求設(shè)置相應(yīng)的回路，每個(gè)回路的電流取樣由經(jīng)電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24、脈沖信號線23、光電隔離電路、計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器傳送到CPU。本實(shí)施例電能取樣計(jì)數(shù)模塊設(shè)置16個(gè)用戶回路，可同時(shí)智能管理16個(gè)用戶的用電情況。圖5描述了一個(gè)用戶回路的電能模數(shù)取樣模塊的模數(shù)取樣部分。圖6描述了本實(shí)施例16個(gè)用戶回路的計(jì)數(shù)、緩沖、譯碼電路。電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24由多個(gè)電阻、電容、晶振和電能模數(shù)轉(zhuǎn)換器J600-芯片AD7755組成。用戶回路的電流取樣從一個(gè)330uΩ的取樣電阻R600取出壓降信號輸入AD7755的電流模擬信號輸入端VIN和VIP，電壓信號經(jīng)多個(gè)電阻降壓后輸入AD7755的電壓模擬信號輸入端V2P，電流和電壓信號經(jīng)AD7755電能模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成每千瓦小時(shí)的脈沖數(shù)，由CF信號端輸出，經(jīng)光電隔離器U600-芯片TLP521整形輸入到U410A-U417A任意一個(gè)計(jì)數(shù)器-芯片74HC393進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)下的脈沖數(shù)輸入到相應(yīng)的三態(tài)門緩沖器74HC244-U401-U404和U406-U409，即U410A-U413A的2組Q0-Q3輸出到U401-U404的1A1-1A4、2A1-2A4，與此同時(shí)，CPU U100-芯片80C196的P1.0-P1.2端口發(fā)出三態(tài)門選通地址到緩沖器地址譯碼器U419-芯片74HC138，被選通的三態(tài)門緩沖器先輸出數(shù)據(jù)信號三態(tài)門緩沖器74HC244-U400或U405緩沖，而U400和U405的輸出端1Y1-1Y4、2Y1-2Y4連到CPU的P0.0-P0.7端口，這樣對應(yīng)用戶回路的電能取樣計(jì)數(shù)輸入到了CPU。本實(shí)施例采用芯片74HC393作計(jì)數(shù)器，74HC244作緩沖器，一個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)緩沖器可分別由兩個(gè)用戶回路共用，因此只須8塊74HC393、10塊74HC24。計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路集成在計(jì)數(shù)器板21上，電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24與脈沖信號線23相通，從脈沖信號燈3顯示各用戶用電脈沖情況。
如圖7和圖8，中心微處理器(CPU)模塊由CPU U100-芯片80C196、日歷時(shí)鐘電路U304-MC146818、程序存儲(chǔ)器(EPROM)U102-27C256、讀寫存儲(chǔ)器(RAM)U103 AT29C256、地址鎖存器U101-74HC373、地址譯碼器U206-GAL20V8、程序監(jiān)測器U105-74HC4060、復(fù)位電路U104C-LM339、掉電中斷保護(hù)電路U104A-LM339、按鍵電路組成。80C196的P3.0-P3.7數(shù)據(jù)總線輸出端口連接到地址鎖存器74HC373的D0-D7輸入端，80C196的地址輸出允許端ALE連至74HC373的LE端口，在ALE的地址有效信號控制下，對CPU的低8位地址碼進(jìn)行鎖存；同時(shí)，80C196的P3.0-P3.7數(shù)據(jù)總線輸出端連接27C256的I/00-I/07，CPU的讀有效信號RD連到27C256的OE端，GAL20V8的選通信號EPR連到27C256的CE端，在CPU的讀有效信號RD與GAL20V8的選通信號共同控制下，讀取27C256的控制程序指令；80C196的P3.0-P3.7數(shù)據(jù)總線輸出端還連接到AT29C256的I/00-I/07，CPU的讀控制信號RD連到AT29C256的OE端，CPU的寫控制信號WR連到AT29C256的WE端，GAL20V8的選通信號RAM連到27C256的CE端，在CPU的讀控制信號RD、寫控制信號WR以及地址譯碼器選通信號的控制下，緩沖存取CPU的數(shù)據(jù)。80C196的P3.0-P3.7還連接時(shí)鐘芯片MC146818的AD0-AD7，CPU的讀控制信號RD連到MC146818的RD端，CPU的寫控制信號WR連到MC146818的R/W端，CPU的ALE端連到MC146818的AS端，GAL20V8的CTM端連到MC146818的CS端，在CPU的RD、WR、ALE以及地址譯碼器的選通信號的控制下讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)。CPU的高位地址線P4.0-P4.7連到27C256的A8-A14、AT29C256的A8-A14，向27C256、AT29C256輸出高位地址信號。CPU的P4.0-P4.7還連至GAL20V8的輸入端，CPU的RD連到GAL20V8的IN/CLK端，CPU的WR端連至GAL20V8的IN/OE端。CPU的高位地址信號與CPU的讀、寫控制信號經(jīng)GAL20V8邏輯編程后，GAL20V8輸出端口分別輸出到27C256、AT29C256、MC146818、顯示電路的段數(shù)據(jù)鎖存器74HC273以及位數(shù)據(jù)鎖存器74HC273、控制電路的兩個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器74HC273的選通控制信號EPR、RAM、CTM、DNCS3、DNCS4、DNCS1、DNCS2。因此，CPU接受電能取樣計(jì)數(shù)模塊的電能數(shù)據(jù)，存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊，并根據(jù)用戶用電情況發(fā)出拉、合閘命令，在對外通信時(shí)發(fā)出串行通訊命令、紅外線通訊命令、報(bào)錯(cuò)命令，同時(shí)與串行通訊模塊進(jìn)行各項(xiàng)用電數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，并將需要顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)送到顯示電路。
如圖9，串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊由系統(tǒng)參數(shù)串行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROMU212-AT93C86、用電參數(shù)串行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM U213-AT93C86和備份串行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM U214-AT93C86、串行存儲(chǔ)器地址譯碼器U208-74HC155、端口光電隔離電路U306-HP4504、IC卡端口插座16組成。CPU高速輸出端口HSO.2、HSO.3輸出串行存儲(chǔ)器的片選地址信號，連至74HC155的A0、A1端口，74HC155的輸出端口1Y0-1Y3分別輸出IC卡端口插座、系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)器、用電參數(shù)存儲(chǔ)器、備份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選通信號ICS0、ICS1、ICS2和ICS3。選通信號經(jīng)74HC04 U209A、U209B、U209C、U209D反相后，分別連至各個(gè)AT93C86的CS端。CPU的P2.5端口發(fā)出串行存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀寫同步時(shí)鐘脈沖，與其對應(yīng)的選通信號經(jīng)對應(yīng)的與門電路74HC08-U210A、U210B或U210C、U210D或U211A、U211B連至各AT93C86的SK端口。CPU的P2.6端口輸出需向串行存儲(chǔ)器保存的串行數(shù)據(jù)，與其對應(yīng)的選通信號經(jīng)對應(yīng)的與門電路74HC08-U210A、U210B或U210C、U210D或U211A、U211B連至各AT93C86的DI端口。從串行存儲(chǔ)器AT93C86讀出的數(shù)據(jù)從D0端口輸入至CPU的P2.7端口。IC卡也是一塊EEPROM--AT93C86，它的選通信號CS從74HC155的1Y0端口輸出，經(jīng)緩沖器U303C-74ALS34輸出端連至光電隔離器U305-HP4504的D-端，HP4504的VD端連至IC卡插座。SK、DI、D0的連接方式與用電參數(shù)串行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的SK、DI、DO的連接方式相同，只是中間都要經(jīng)過端口光電隔離電路HP4504。IC卡端口插座16位置對應(yīng)面板12上IC卡讀寫端口5。
如圖10，串行通信模塊由總線調(diào)制解調(diào)器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通信調(diào)制解調(diào)器電路、紅外線收發(fā)窗口電路組成。CPU的串行通信端口TXD、RXD連接至總線調(diào)制解調(diào)器-BUS-MODEM的串行通信端口TXD、RXD，CPU的高速端口HSO.0向調(diào)制解調(diào)器的控制電路輸出控制訊號MedOE，以保證通信的可靠性。總線調(diào)制解調(diào)器的輸出端TXDA、RXDA、GND與隔離變壓器T300相連，紅外線調(diào)制解調(diào)器IRMODEM的輸出端IROUT1、IROUT2、IRIN1、IRIN2與紅外線收發(fā)窗口電路相連?？偩€調(diào)制解調(diào)器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調(diào)制解調(diào)器電路集成在CPU板20上；紅外線收發(fā)窗口電路則集成在紅外線電路板15上，對應(yīng)外殼11上的紅外線收發(fā)窗4。
如圖11，控制模塊由緩沖器U500-74HC244、數(shù)據(jù)鎖存器U501、U502-74HC273、光電隔離電路U502-TLP521、光電隔離電路及拉合閘執(zhí)行電路、用戶開關(guān)26組成。CPU的數(shù)據(jù)總線端口P3.0-P3.7連至緩沖器74HC244的輸入端1A1-1A4，2A1-2A4，74HC244的輸出端1Y1-1Y4、2Y1-2Y4，并聯(lián)至兩個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器U501、U502的輸入端，兩個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器U501、U502的CLK端口分別連至地址譯碼器U206-GAL20V8的選通信號輸出端口DNCS1和DNCS2。74HC244的輸出端分別連至光電隔離電路U503-TLP521，TLP521的輸出端連至一個(gè)由三極管、小型繼電器組成的拉合閘執(zhí)行電路，這個(gè)電路與用戶開關(guān)26相連。
如圖12，顯示模塊由三態(tài)門緩沖器U200-74HC245、數(shù)據(jù)鎖存器U201、U202-74HC273、顯示器組成。CPU的P3.0-P3.4連至緩沖器74HC244的輸入端，輸出端并連至位顯示數(shù)據(jù)鎖存器U201和段顯示數(shù)據(jù)鎖存器U202的D1-D8端，兩個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器的CLK端口分別連至地址譯碼器U206-GAL20V8的對應(yīng)的選通信號輸出端口SEG和SET。顯示器的位置對應(yīng)面板12上的顯示窗。
本發(fā)明的具體工作過程是
1.對串行存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化上電前，將供電局管理中心計(jì)算機(jī)所設(shè)置的各種參數(shù)寫入集成電表的串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊的串行存儲(chǔ)器中?！跋到y(tǒng)參數(shù)”寫入系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)器；“用電參數(shù)”寫入用電參數(shù)存儲(chǔ)器。用電參數(shù)存儲(chǔ)器為每個(gè)用戶回路開辟一個(gè)專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，保存每一用戶回路需要長期保存的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
集成電表通電后，首先調(diào)入串行EEPROM內(nèi)預(yù)先設(shè)置好的“用電參數(shù)”和“系統(tǒng)參數(shù)”，讀入的各參數(shù)暫存入中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存儲(chǔ)器RAM中。
2.電能取樣計(jì)數(shù)本發(fā)明可對多個(gè)用戶的用電情況同時(shí)采樣。若要對N個(gè)用戶的用電情況進(jìn)行計(jì)量與控制，則電能取樣計(jì)數(shù)模塊中設(shè)置N個(gè)回路，每個(gè)回路均由電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24、光電隔離電路、計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成。計(jì)數(shù)器的輸出端連至數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端，緩沖器的輸出端接到CPU的一組I/O端口。用戶負(fù)載電流、電壓的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成千瓦小時(shí)的脈沖個(gè)數(shù)(n/kw.h)的數(shù)字量，由光電隔離電路整形后輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)CPU向緩沖器地址譯碼器發(fā)出極短間隔的緩沖器選通地址訊號，逐一選通緩沖器，被選通的緩沖器傳輸計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，未被選通的緩沖器均呈高阻狀態(tài)，與緩沖器相連的CPU的I/O端口逐一讀入緩沖器的數(shù)據(jù)。
3.用電數(shù)據(jù)的存貯讀入的用電數(shù)據(jù)暫存中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存貯器RAM中，然后每隔一秒鐘讀入日歷時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間，判斷當(dāng)前時(shí)間屬峰、平、谷哪一類，分區(qū)存入RAM中。同時(shí)根據(jù)所采集的電量，CPU每三十秒鐘計(jì)算一次用戶的平均功率，CPU的I/O端口發(fā)出存儲(chǔ)器片選地址信號，經(jīng)串行EEPROM存儲(chǔ)器地址譯碼電路譯碼，選中需要寫入的EEPROM，串行存儲(chǔ)器同步脈沖端口發(fā)出串行數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘脈沖，計(jì)算出來的用電功率寫入用電參數(shù)EEPROM，同時(shí)該數(shù)據(jù)備份到備份串行程序存儲(chǔ)器EEPROM。若用電功率超過用電參數(shù)中的允許功率閥值，讀入當(dāng)前時(shí)間，保存到RAM中，并轉(zhuǎn)存至用電參數(shù)串行EEPROM中該用戶回路專用數(shù)據(jù)區(qū)。同時(shí)CPU每隔十秒鐘掃描一次IC卡讀寫端口5，當(dāng)檢測到有卡插入時(shí)，讀出該用戶的地址碼和供電模式標(biāo)識(shí)，并判斷其用電屬性?！跋扔秒姟庇脩魟t向卡內(nèi)寫入本次用電量和抄表日期、時(shí)間，預(yù)付費(fèi)用戶讀入其本次購電量，并與表內(nèi)剩余電量相加，同時(shí)在顯示器13上顯示。
4.超功率處理保存數(shù)據(jù)后，若用電功率大于用電參數(shù)中的允許功率閥值，CPU I/O端口通過數(shù)據(jù)總線發(fā)出拉閘指令，經(jīng)拉合閘控制模塊的緩沖器輸入到數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，數(shù)據(jù)鎖存器驅(qū)動(dòng)光電隔離電路，光電隔離電路驅(qū)動(dòng)拉合閘執(zhí)行電路，對用戶開關(guān)實(shí)施跳閘處理。30秒后，CPU發(fā)合閘指令。
5.報(bào)錯(cuò)處理當(dāng)CPU在設(shè)定某一時(shí)間間隔內(nèi)(例如24小時(shí))所采集的某一用戶回路累計(jì)電量小于系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置的最小用電量閥值時(shí)，設(shè)置標(biāo)識(shí)，并將出錯(cuò)起始時(shí)間、間隔時(shí)間內(nèi)所采集的電量、該用戶回路地址碼轉(zhuǎn)存于串行EEPROM該用戶回路的專用數(shù)據(jù)區(qū)。對外通訊時(shí)CPU將存于串行EEPROM數(shù)據(jù)取出，通過CPU的串行通訊口把數(shù)據(jù)同時(shí)傳送給總線調(diào)制解調(diào)器和紅外線調(diào)制解調(diào)器的輸入端，通過總線網(wǎng)絡(luò)向供電局傳報(bào)錯(cuò)回路的數(shù)據(jù)，或者通過紅外線收發(fā)窗口4將數(shù)據(jù)直接傳送給紅外線抄表機(jī)。
6.對外通訊CPU串行端口對外通訊有兩條通道，一條是經(jīng)總線調(diào)制解調(diào)器和隔離變壓器連至總線網(wǎng)；一條是經(jīng)紅外線調(diào)制解調(diào)器與光電收發(fā)電路相連，與外界進(jìn)行紅外線通訊。集成電表平時(shí)處于等待被叫狀態(tài)，當(dāng)收到呼叫本集成電表的地址碼時(shí)開始通訊，根據(jù)通訊命令進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的操作。通過總線通訊，串行存貯模塊可接收供電局中心計(jì)算機(jī)發(fā)來的系統(tǒng)當(dāng)前實(shí)時(shí)時(shí)間及修改后的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”、拉、合閘命令，并向供電局傳送用戶分時(shí)計(jì)量的電量、零點(diǎn)抄表的電量、事故拉閘數(shù)據(jù)、報(bào)錯(cuò)數(shù)據(jù)、集成電表的停電時(shí)間數(shù)據(jù)。紅外線通訊輸出的數(shù)據(jù)與總線通訊輸出的數(shù)據(jù)相同，當(dāng)有些用戶不便總線通訊時(shí)，抄表員可用紅外線抄表機(jī)進(jìn)行抄表。
7.顯示和校表面板12上設(shè)置按鍵K1、K2、K3、K4，每個(gè)按鍵通過按鍵電路與CPU I/O端口相連，按下某一按鍵時(shí)與其相連的CPU I/O端口會(huì)由高電平信號變成低電平信號。當(dāng)CPU檢測到規(guī)定端口的信號后，執(zhí)行顯示或者調(diào)校時(shí)鐘的操作。K1、K2作顯示按鍵用，按動(dòng)K1可依序選擇用戶(1~N號)，選擇好用戶后，按動(dòng)K2逐項(xiàng)顯示該用戶的各項(xiàng)參數(shù)；K3、K4用于現(xiàn)場調(diào)校日歷時(shí)鐘和現(xiàn)場校表，按動(dòng)K3可選擇要調(diào)整年、月、日、時(shí)、分、秒，按動(dòng)K4在選項(xiàng)上增加數(shù)值，若同時(shí)按下K3、K4則可現(xiàn)場校表，長時(shí)間(三秒鐘)按下K4則結(jié)束校表。
本發(fā)明功能豐富，操作簡便，制作成本和運(yùn)行成本低，計(jì)量精度高，使用起來案例可靠，可有效實(shí)現(xiàn)對多家用戶的智能計(jì)量及遠(yuǎn)程控制，具有極高的商業(yè)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種智能電能計(jì)量控制集成電表，采用一個(gè)微處理器CPU和多個(gè)電子元器件，用塑料外殼包裝，外殼上設(shè)計(jì)有面板，其特征在于多個(gè)用戶回路的計(jì)量、控制器件高度集成，構(gòu)成電能取樣計(jì)數(shù)模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊、拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊；電能取樣計(jì)數(shù)模塊的大部分元器件集成在計(jì)數(shù)器板(21)上，中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊集成在CPU板(20)上，拉合閘控制模塊集成在拉閘電路板(19)上，工作電源模塊集成在開關(guān)電源板(18)上，顯示模塊和按鍵電路模塊集成在顯示板(14)上；其工作過程是集成電表初始化后，由電能取樣計(jì)數(shù)模塊采集用戶的用電數(shù)據(jù)，用電數(shù)據(jù)送至CPU進(jìn)行計(jì)算后保存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊，并通過串行通訊模塊上報(bào)到供電局和抄表員，用戶也可通過顯示電路隨時(shí)查看用電情況，同時(shí)設(shè)置拉合閘控制模塊控制用戶的超功率用電和欠費(fèi)拉閘斷電催交，這個(gè)過程可分為集成電表初始化、電能取樣計(jì)數(shù)、用電數(shù)據(jù)存貯、超功率處理、報(bào)錯(cuò)處理、對外通訊、遠(yuǎn)程拉、合閘處理、顯示和校表。
2.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述電能取樣計(jì)數(shù)模塊可根據(jù)用戶需求設(shè)置相應(yīng)的回路，每個(gè)回路由電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成，計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路集成在計(jì)數(shù)器板上，其主要功能是對電能模擬量取樣，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計(jì)數(shù)后傳送給CPU的I/O端口。
3.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述中心微處理器(CPU)模塊由CPU、日歷時(shí)鐘電路、程序存儲(chǔ)器(EPROM)、讀寫存儲(chǔ)器(RAM)、地址鎖存器、地址譯碼器、程序監(jiān)測器、復(fù)位電路、掉電中斷保護(hù)電路、按鍵電路組成，此模塊接受電能取樣計(jì)數(shù)模塊的電能數(shù)據(jù)，存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊，并根據(jù)用戶用電情況發(fā)出拉、合閘命令，并在對外通信時(shí)發(fā)出串行通訊命令、紅外線通訊命令、報(bào)錯(cuò)命令，同時(shí)與串行通訊模塊進(jìn)行各項(xiàng)用電數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，并將需要顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)送到顯示電路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊由系統(tǒng)參數(shù)串行程序存儲(chǔ)器EEPROM、用電參數(shù)串行程序存儲(chǔ)器EEPROM和備份串行程序存儲(chǔ)器EEPROM、串行存儲(chǔ)器地址譯碼電路、端口光電隔離電路、IC卡讀寫端口(5)組成，其主要功能是存儲(chǔ)“集成電表”正常運(yùn)行需要長期保存的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”，同時(shí)，若用戶從IC卡讀寫端口(5)插入IC卡，則根據(jù)IC卡的標(biāo)志，將IC卡中的數(shù)據(jù)寫入用電參數(shù)串行程序存儲(chǔ)器EEPROM，或用電參數(shù)串行程序存儲(chǔ)器EEPROM中的數(shù)據(jù)讀入IC卡。
5.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述串行通訊模塊由總線調(diào)制解調(diào)器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調(diào)制解調(diào)器電路、紅外線收發(fā)窗口電路組成，總線調(diào)制解調(diào)器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調(diào)制解調(diào)器電路集成在CPU板(20)上；紅外線收發(fā)窗口電路則集成在紅外線電路板(15)上，對應(yīng)外殼(11)上的紅外線收發(fā)窗(4)；總線通訊方式可實(shí)施遠(yuǎn)程通訊，傳送和接收各項(xiàng)數(shù)據(jù)；紅外線通訊方式則可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。
6.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述拉合閘控制模塊由緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、光電隔離電路、拉合閘執(zhí)行電路、用戶開關(guān)(26)組成，執(zhí)行CPU發(fā)出的拉合閘命令。
7.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述顯示模塊由三態(tài)門緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、顯示器(13)組成，其功能是顯示CPU送出的需要顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述工作電源模塊由三個(gè)5V直流開關(guān)電源組成，分別向各功能模塊提供工作電源。
9.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述工作過程中的集成電表初始化、電能取樣計(jì)數(shù)、用電數(shù)據(jù)存貯、超功率處理、報(bào)錯(cuò)處理、對外通訊、遠(yuǎn)程拉、合閘處理、顯示和校表具體為9.1 集成電表初始化是指對串行存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化上電前，將供電局管理中心計(jì)算機(jī)中的“管理軟件”所設(shè)置的各種參數(shù)寫入集成電表的串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊的串行存儲(chǔ)器中；“系統(tǒng)參數(shù)”包括集成電表的地址編碼、峰、平、谷時(shí)段參數(shù)、零點(diǎn)抄表日期、報(bào)錯(cuò)時(shí)間間隔、報(bào)錯(cuò)最小用電量閥值、各回路報(bào)錯(cuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)地址編碼寫入系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)器；“用電參數(shù)”包括每千瓦-小時(shí)的脈沖個(gè)數(shù)(n/kw.h)、用戶地址編碼、允許使用的最大功率閥值、供電模式如“預(yù)付費(fèi)”或“先用電”等寫入用電參數(shù)存儲(chǔ)器；用電參數(shù)存儲(chǔ)器為每個(gè)用戶回路開辟一個(gè)專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，保存每一用戶回路需要長期保存的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；集成電表通電后，首先調(diào)入串行EEPROM內(nèi)預(yù)先設(shè)置好的“用電參數(shù)”和“系統(tǒng)參數(shù)”，讀入的各參數(shù)暫存入中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存儲(chǔ)器RAM中；9.2 電能取樣計(jì)數(shù)是指對多個(gè)用戶的用電情況同時(shí)采樣若要對N個(gè)用戶的用電情況進(jìn)行計(jì)量與控制，則電能取樣計(jì)數(shù)模塊中設(shè)置N個(gè)回路，每個(gè)回路均由電能模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、計(jì)數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成；計(jì)數(shù)器的輸出端連至數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端，緩沖器的輸出端接到CPU的一組I/O端口；用戶負(fù)載電流、電壓的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成千瓦小時(shí)的脈沖個(gè)數(shù)(n/kw.h)的數(shù)字量，由光電隔離電路整形后輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)CPU向緩沖器地址譯碼器發(fā)出極短間隔的緩沖器選通地址訊號，逐一選通緩沖器，被選通的緩沖器傳輸計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，未被選通的緩沖器均呈高阻狀態(tài)，與緩沖器相連的CPU的I/O端口逐一讀入緩沖器的數(shù)據(jù)；9.3 用電數(shù)據(jù)存貯是指讀入的用電數(shù)據(jù)暫存中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存貯器RAM中，然后每隔一秒鐘讀入日歷時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間，判斷當(dāng)前時(shí)間屬峰、平、谷哪一類，分區(qū)存入RAM中；同時(shí)根據(jù)所采集的電量，CPU每三十秒鐘計(jì)算一次用戶的平均功率，計(jì)算公式為M/n/kw.h，即三十秒采集的脈沖總數(shù)M除以每千瓦小時(shí)的脈沖個(gè)數(shù)，乘上120(120等于一小時(shí)6400秒除以30秒)，所得的結(jié)果即為功率，單位為千瓦(KW)；CPU的I/O端口發(fā)出存儲(chǔ)器片選地址信號，經(jīng)串行EEPROM存儲(chǔ)器地址譯碼電路譯碼，選中需要寫入的EEPROM，串行存儲(chǔ)器同步脈沖端口發(fā)出串行數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘脈沖，計(jì)算出來的用電功率寫入用電參數(shù)EEPROM，同時(shí)該數(shù)據(jù)備份到備份串行程序存儲(chǔ)器EEPROM；若用電功率超過用電參數(shù)中的允許功率閥值，讀入當(dāng)前時(shí)間，保存到RAM中，并轉(zhuǎn)存至用電參數(shù)串行EEPROM中該用戶回路專用數(shù)據(jù)區(qū)。同時(shí)CPU每隔十秒鐘掃描一次IC卡讀寫端口(5)，當(dāng)檢測到有IC卡插入時(shí)，讀出該用戶的地址碼和供電模式標(biāo)識(shí)，并判斷其用電屬性；“先用電”用戶則向卡內(nèi)寫入本次用電量和抄表日期、時(shí)間，預(yù)付費(fèi)用戶讀入其本次購電量，并與表內(nèi)剩余電量相加，同時(shí)在顯示窗(2)顯示；9.4 超功率處理是指保存數(shù)據(jù)后，若用電功率大于用電參數(shù)中的允許功率閥值，CPU I/O端口通過數(shù)據(jù)總線發(fā)出拉閘指令，經(jīng)拉合閘控制模塊的緩沖器輸入到數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，數(shù)據(jù)鎖存器驅(qū)動(dòng)光電隔離電路，光電隔離電路驅(qū)動(dòng)拉合閘執(zhí)行電路，對用戶開關(guān)實(shí)施跳閘處理；30秒后，CPU發(fā)合閘指令，用戶處理好故障后，可自行手動(dòng)合閘，電表運(yùn)行正常；若用戶未檢修線路使功率超過允許值，則電表仍將跳閘，迫使用戶合理調(diào)整負(fù)荷安全用電；9.5 報(bào)錯(cuò)處理是指當(dāng)CPU在某一時(shí)間間隔內(nèi)所采集的某一用戶回路累計(jì)電量小于系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置的最小用電量閥值時(shí)，設(shè)置標(biāo)識(shí)，并將出錯(cuò)起始時(shí)間、間隔時(shí)間內(nèi)所采集的電量、該用戶回路地址碼轉(zhuǎn)存于串行EEPROM該用戶回路的專用數(shù)據(jù)區(qū)；對外通訊時(shí)CPU將存于串行EEPROM數(shù)據(jù)取出，通過CPU的串行通訊口把數(shù)據(jù)同時(shí)傳送給總線調(diào)制解調(diào)器和紅外線調(diào)制解調(diào)器的輸入端，通過總線網(wǎng)絡(luò)向供電局傳報(bào)錯(cuò)回路的數(shù)據(jù)，或者通過紅外線收發(fā)窗口(4)將數(shù)據(jù)直接傳送給紅外線抄表機(jī)；9.6 對外通訊是指CPU串行端口對外通訊有兩條通道，一條是經(jīng)總線調(diào)制解調(diào)器和隔離變壓器連至總線網(wǎng)；一條是經(jīng)紅外線調(diào)制解調(diào)器與光電收發(fā)電路相連，與外界進(jìn)行紅外線通訊；集成電表平時(shí)處于等待被叫狀態(tài)，當(dāng)收到呼叫本集成電表的地址碼時(shí)開始通訊，根據(jù)CPU通訊命令進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的操作；通過總線通訊，串行存貯器模塊可接收供電局中心計(jì)算機(jī)發(fā)來的系統(tǒng)當(dāng)前實(shí)時(shí)時(shí)間及修改后的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”、拉、合閘命令，并向供電局傳送用戶分時(shí)計(jì)量的電量、零點(diǎn)抄表的電量、事故拉閘數(shù)據(jù)、報(bào)錯(cuò)數(shù)據(jù)、集成電表的停電時(shí)間數(shù)據(jù)；紅外線通訊輸出的數(shù)據(jù)與總線通訊輸出的數(shù)據(jù)相同，當(dāng)有些用戶不便總線通訊時(shí)，抄表員可用紅外線抄表機(jī)進(jìn)行抄表；9.7 遠(yuǎn)程拉、合閘處理是指若供電局發(fā)來拉閘或合閘命令，通過CPU數(shù)據(jù)總線輸出，經(jīng)緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、光電隔離電路、拉合閘執(zhí)行電路驅(qū)動(dòng)用戶開關(guān)；供電局拉閘后的用戶開關(guān)自動(dòng)鎖定，用戶無法自行合閘，必須經(jīng)供電局發(fā)來合閘命令后方可合閘用電；9.8 顯示和校表過程是面板(12)上設(shè)置四個(gè)按鍵K1、K2、K3、K4，每個(gè)按鍵通過按鍵電路與CPU I/O端口相連，按下某一按鍵時(shí)與其相連的CPU I/O端口會(huì)由高電平信號變成低電平信號；當(dāng)CPU檢測到規(guī)定端口的信號后，執(zhí)行顯示或者調(diào)校時(shí)鐘的操作；K1、K2作顯示按鍵用，按動(dòng)K1可依序選擇用戶(1~k號)，選擇好用戶后，按動(dòng)K2逐項(xiàng)顯示該用戶的各項(xiàng)參數(shù)；K3、K4用于現(xiàn)場調(diào)校日歷時(shí)鐘和現(xiàn)場校表，按動(dòng)K3可選擇要調(diào)整年、月、日、時(shí)、分、秒，按動(dòng)K4在選項(xiàng)上增加數(shù)值，若同時(shí)按下K3、K4則可現(xiàn)場校表，長時(shí)間按下K4則結(jié)束校表。
10.如權(quán)利要求1所述的一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其特征在于所述塑料外殼(11)是用防火阻燃工程塑料制做的方框外殼，計(jì)數(shù)器板(21)、CPU板(20)、拉閘電路板(19)、開關(guān)電源板(18)都插在插座板(22)上，插座板(22)、顯示板(14)、紅外線電路板(15)及用戶回路、用戶開關(guān)(26)等全裝在塑料方框外殼(11)中；所述面板(12)上設(shè)置總開關(guān)(1)、顯示窗(2)、脈沖信號燈(3)、紅外線收發(fā)窗(4)、IC卡讀寫端口(5)、用戶編號欄及電費(fèi)單據(jù)信箱(6)、用戶開關(guān)箱活動(dòng)透明外罩(8)、宣傳廣告欄(10)，總開關(guān)(1)在校表和維護(hù)時(shí)，切斷供電電網(wǎng)進(jìn)線電源，確保檢修人員的人身安全和設(shè)備安全，同時(shí)用戶發(fā)生短路事故時(shí)，若用戶開關(guān)保護(hù)失效，總開關(guān)切斷電源，起速斷保護(hù)作用；宣傳廣告欄(10)既可用于用電安全宣傳，又可用作商業(yè)廣告宣傳；用戶編號欄(6)可將用戶的編號、開關(guān)位置及集成電表的使用說明框于“編號欄”內(nèi)，便于用戶隨時(shí)查閱，用戶編號欄(6)的后半部用作存放用戶電費(fèi)收據(jù)的信箱，用戶能隨時(shí)取到自己電費(fèi)收據(jù)，解決以前電費(fèi)單據(jù)無人保管丟失問題。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能電能計(jì)量控制集成電表，其目的是解決目前電表功能單一、精確度低、管理困難、價(jià)格昂貴等問題。技術(shù)方案是將多個(gè)用戶回路的計(jì)量、控制器件高度集成，構(gòu)成電能取樣計(jì)數(shù)模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器模塊、串行通訊模塊、拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊；完成集成電表初始化、電能取樣計(jì)數(shù)、用電數(shù)據(jù)存貯、超功率處理、報(bào)錯(cuò)處理、對外通訊、遠(yuǎn)程拉、合閘處理、顯示和校表，實(shí)現(xiàn)供電局對用戶的遙信、遙控、遙調(diào)及分時(shí)計(jì)費(fèi)、自檢報(bào)錯(cuò)、短路保護(hù)、過流保護(hù)、數(shù)據(jù)記錄等功能。它集電能計(jì)量、智能控制、雙工通訊、結(jié)構(gòu)緊合于一身，實(shí)現(xiàn)了供電部門對于多家用戶用電情況的智能化管理。
文檔編號G01R22/00GK1403825SQ0213969
公開日2003年3月19日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月16日
發(fā)明者陳立珉 申請人:陳立珉