專利名稱：三相全電子預(yù)付費分時電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電能表領(lǐng)域，特別是涉及一種電能計量和用電結(jié)算的三相全電子預(yù)付費分時電能表。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已有預(yù)付費電能表，但目前的預(yù)付費電能表只能按照電能的計量數(shù)值和預(yù)購數(shù)值進行付費控制，存在以下不足一是電費費率固定，遇到電費調(diào)整時無法對表計的剩余電量增收或退補差價；二是無法實行分時計量、多費率結(jié)算等用電優(yōu)惠政策，也不能按月存儲結(jié)算；三是缺少必要的用電信息顯示和當(dāng)前狀態(tài)指示，更不能按照用戶意愿顯示相應(yīng)信息；四是不能實現(xiàn)停電抄表。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了避免背景技術(shù)中的不足，而設(shè)計一種新型三相全電子預(yù)付費分時電能表，它能按月存儲、分時計量、多費率結(jié)算，還可以按照用戶意愿按用戶設(shè)定的顯示順序顯示相應(yīng)信息及實現(xiàn)停電抄表。
本實用新型為實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案為三相全電子預(yù)付費分時電能表，由殼體和控制電路組成。其特征在于所說的控制電路中至少包括電能計量單元、數(shù)據(jù)處理顯示單元、斷電控制電路和接口部分。其中所說的電能計量單元通過三相電壓電流采樣電路對用戶的三相電壓電流進行采樣，經(jīng)三相電能計量芯片計量并輸出正比于用戶電能量的脈沖信號，該信號經(jīng)分頻驅(qū)動電子計度器同時提供給數(shù)據(jù)處理顯示單元；所說的數(shù)據(jù)處理顯示單元通過中央控制處理器處理計量單元提供的脈沖信號，完成計量并存儲的數(shù)據(jù)處理工作，同時驅(qū)動相應(yīng)的顯示電路；所說的斷電控制電路和數(shù)據(jù)處理顯示單元相連，在剩余電量不足時控制接觸器實現(xiàn)斷電；所說的接口部分包括IC卡接口和紅外接口，均實現(xiàn)與中央控制處理器CPU的物理連接。
本實用新型的優(yōu)點是，準(zhǔn)確計量用戶三相電的用電量，用發(fā)光二極管閃亮的頻率指示用戶用電負(fù)載電流；顯示數(shù)據(jù)使用電子計度器、八位LED數(shù)碼管和九個發(fā)光二極管共同完成，可顯示所有信息共14條之多，并均可根據(jù)用戶自定義的顯示順序和顯示個數(shù)在插卡時顯示；電量不足時有兩級報警；三相電缺相指示；峰平谷三費率分時指示；電表時鐘的后備電池可以無故障使用10年；用大容量專業(yè)后備電池支持?jǐn)嚯姇rIC卡和紅外抄表，數(shù)據(jù)通過IC卡或紅外掌上電腦傳遞給后臺售電管理系統(tǒng)。使用電管理部門在預(yù)收費、免抄表的同時能夠掌握用戶用電情況，還可以按照規(guī)定對各用電時段進行相應(yīng)的獎懲，增加了用電營銷的技術(shù)手段。此外，本實用新型是全電子電能表，但設(shè)計的整機外形和安裝尺寸與現(xiàn)有三相感應(yīng)式862電能表完全相同，可以在原有計量箱(柜)中直接替換機械電能表。
以下將結(jié)合本實用新型的實施例參照附圖進行詳細(xì)敘述。


圖1三相全電子預(yù)付費分時電能表原理框圖；圖2電能計量單元電路原理圖；圖3數(shù)據(jù)處理顯示單元電路原理圖；圖4三相全電子預(yù)付費分時電能表程序流程框圖。
具體實施方式
本實施例給出一種三相全電子預(yù)付費分時電能表。該表借用862系列三相感應(yīng)式機械表的底殼和外殼，整機外形和安裝尺寸與其相同。
本實施例包括殼體和控制電路，控制電路由電能計量單元、數(shù)據(jù)處理顯示單元、斷電控制電路和接口部分組成(如圖1所示)。它的電能計量單元對用戶的三相用電電流和電壓進行采樣，采樣信號經(jīng)過三相電能計量芯片U3(SA9105FP)處理，輸出正比與用戶電能量的脈沖信號，由發(fā)光二極管LED指示該脈沖。同時該脈沖信號經(jīng)U4(4046)分頻后輸出信號A-COUNT驅(qū)動電子計度器XO1顯示該用戶的累計電量或電度，同時提供給數(shù)據(jù)處理顯示單元進行數(shù)據(jù)處理。它的數(shù)據(jù)處理顯示單元的中央控制處理器D101(PIC18C4X2)用以處理計量單元提供的脈沖信號，完成預(yù)付費控制、分時計量存儲、數(shù)據(jù)定時存儲、掉電檢測、脈沖尾數(shù)處理等所有的數(shù)據(jù)處理工作。實時時鐘用于提供中央控制處理器D101(PIC18C4X2)所需的萬年歷和時間基準(zhǔn)，兩位綠色LED數(shù)碼管N110(E20361)用于顯示信息代碼，六位紅色的LED數(shù)碼管N111和N112用于顯示剩余電量和相應(yīng)的用電信息，九位發(fā)光二極管(H101-H109)指示必要的斷電或時段費率信息。IC卡和紅外接口實現(xiàn)與中央控制處理器D101(PIC18C4X2)的物理連接，存儲器D102(9346)用于存儲用戶電量數(shù)據(jù)和電表相關(guān)參數(shù)。
電能計量單元中的三相電壓電流采樣電路是用三相電流互感器采集三相電流，采樣的電流信號輸入三相電能計量芯片U3(SA9105FP)，三相電壓經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后也輸入三相電能計量芯片U3(SA9105FP)，U3對電壓電流采樣信號進行計算通過U3的37腳FOUT3輸出正比與用戶電量的脈沖信號，由電能計量單元的發(fā)光二極管LED指示該脈沖。同時該脈沖經(jīng)U4(4046)分頻后輸出信號A-COUNT驅(qū)動電能計量單元的電子計度器XO1顯示該用戶的累計電量或電度。
數(shù)據(jù)處理顯示單元中包括中央控制處理器CPU(D101即PIC18C4X2)、存儲器D102(9346)和時鐘芯片D103(RS5C372A)，及經(jīng)D104(74LS164)和D105(74LS138)驅(qū)動的8位LED數(shù)碼管。從電能計量單元輸出的脈沖信號輸入到中央控制處理器D101(PIC18C4X2)的第7腳RA5，由其按照預(yù)先設(shè)定的脈沖常數(shù)計算用戶實際用電電量，同時通過D101第16、18腳讀取和該腳相連的存儲器D102(9346)中預(yù)先保存的電量，用該電量遞減使用的電量作為新的剩余電量回寫到存儲器D102中。
接口部分中，用XT4所連接的IC卡或由N109組成的RECEIVE紅外方式抄表通訊，由大容量的6V后備電池BATTERY1通過V106(IN5817)來實現(xiàn)停電抄表的供電電源，通過IC卡口XT4第6腳連接到電子開關(guān)D108(R1111N501A)第3腳，利用插卡后XT4第6腳的反饋信號控制該電子開關(guān)以達(dá)到控制電池通斷保證停電待機時功耗最小。
斷電控制電路中，中央控制處理器D101的40腳RB7控制三極管Q104(9013)的工作狀態(tài)，使其在需要斷電時保持飽和狀態(tài)，此時它的C、E腳近視通路，連接在XT5上的繼電器即可在VDD電壓作用下動作，該繼電器將作為中間繼電器去控制斷電控制板，該控制板將會使外接的控制用戶負(fù)載的接觸器斷電。
數(shù)據(jù)處理顯示單元中，時鐘芯片D103(RS5C372A)與32.768KHz的晶振X101、補償電容C115及3.6V后備電池BATTERY2組成實時時鐘電路，提供分時計量和數(shù)據(jù)按月結(jié)存所需的萬年歷和時間基準(zhǔn)。中央控制處理器D101的2腳和時鐘芯片D103的第2腳相連，為其提供工作的頻率基準(zhǔn)。兩個芯片第3腳相連提供實時時間基準(zhǔn)。
數(shù)據(jù)處理顯示單元的數(shù)據(jù)顯示電路中，使用電子計度器XO1顯示累計用電電量；使用8位LED數(shù)碼管(N110、N111、N112)顯示相關(guān)電表及參數(shù)信息；使用九個發(fā)光二極管(H101-H109)指示相應(yīng)的信息包括斷相指示、當(dāng)前時段費率指示、脈沖指示、斷電報警指示和通訊指示。
圖2所示為本實用新型的電能計量單元電路原理圖，U3是專用的三相電能計量芯片(選用SA9105FP)，U6是運算放大器LM324M用以實現(xiàn)三相斷相檢測和指示。用三相電流互感器采集用戶三相的用電電流，由ACUR、BCUR、CCUR端子輸入U3，三相電壓通過AVOL、BVOL、CVOL端子經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后輸入U3，U3對電壓電流進行采樣和計算，并通過37腳FOUT3輸出正比與當(dāng)前用戶電能的脈沖信號，由發(fā)光二極管LED指示該脈沖，同時該脈沖信號經(jīng)經(jīng)U4(4046)分頻后輸出信號A-COUNT驅(qū)動電子計度器XO1顯示該用戶的累計電量。
圖3所示為本實用新型的數(shù)據(jù)處理顯示單元電路原理圖，包括中央控制處理器D101(PIC18C4X2)、存儲器D102(9346)和時鐘芯片D103(RS5C372A)、一組2位(N110)和兩組3位(N111-N112)共八位的LED數(shù)碼管經(jīng)由D104(74LS164)和D105(74LS138)驅(qū)動顯示相應(yīng)信息。電能計量單元輸出的脈沖信號輸入到中央控制處理器D101，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的脈沖常數(shù)計算出實際用電電量，同時將預(yù)先保存在存儲器D102(9346)的電量數(shù)遞減使用的電量數(shù)作為剩余電量，當(dāng)該剩余電量為零時通過斷電控制板控制外部機構(gòu)(接觸器)斷電，實現(xiàn)先交錢后用電的預(yù)付費控制功能?；ハ嗉嫒莸臅r鐘芯片D103(RS5C372A)和D106(R2025S/D)與時鐘晶振X101(32.768KHz)、補償電容C115及后備電池BATTERY2組成實時時鐘電路，提供分時計量和數(shù)據(jù)按月結(jié)存所需的萬年歷和時間基準(zhǔn)，因此本電能表可以按照預(yù)先設(shè)定的抄表日零時結(jié)存當(dāng)月用電量，共可保存3個月的數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶購買新的電量時，所有用戶用電數(shù)據(jù)隨用戶的購電IC卡傳遞給電力公司。大容量的后備電池BATTERY1用于停電抄表，通過IC卡口和電子開關(guān)D108(R1111N501A)控制該電池的通斷，該電池僅供應(yīng)CPU工作實現(xiàn)停電抄表。數(shù)據(jù)處理顯示單元的數(shù)據(jù)顯示使用電子計度器XO1、八位LED數(shù)碼管(N110-N112)和九位發(fā)光二極管(H101-H109)協(xié)同實現(xiàn)相應(yīng)顯示和指示功能。
圖4所示為本實用新型的程序流程框圖，分為幾個模塊由主流程協(xié)同運行處理實現(xiàn)各自的功能。程序開始初始化實現(xiàn)上電后單片機的復(fù)位和自檢功能，任務(wù)調(diào)度主程序為本實用新型主循環(huán)流程，由它完成各個功能子程序的協(xié)同調(diào)度工作。1、空任務(wù)冗余程序，用于主流程的循環(huán)和軟件抗干擾。2、停電保存尾數(shù)用于檢測到系統(tǒng)掉電時脈沖尾數(shù)的即時保存，保證任何時候不丟脈沖不損失電量。3、繼電器控制用于在斷電報警或0電量時控制表內(nèi)的中間繼電器給接觸器斷電信號，在用戶輸入新電量時恢復(fù)繼電器的斷電狀態(tài)。4、電能計量用于檢測電能計量單元送來的脈沖信號，通過預(yù)先設(shè)定的脈沖常數(shù)計算用戶實際用電電量，同時將預(yù)先保存在存儲器D102(9346)的電量數(shù)遞減使用的電量數(shù)作為剩余電量。5、IC卡操作用于和各種功能的IC卡進行通訊傳輸相應(yīng)數(shù)據(jù)，包括用戶購電、查詢，停電抄表等等，同時還作為表內(nèi)大容量后備電池BATTERY1的接觸開關(guān)。6、顯示模塊用于控制顯示單元顯示相關(guān)信息和指示相關(guān)狀態(tài)，使用電子計度器顯示累計用電電量，使用8位LED數(shù)碼管顯示相關(guān)電表及參數(shù)信息，使用九個發(fā)光二極管指示相應(yīng)的信息包括斷相指示、當(dāng)前時段費率指示、脈沖指示、斷電報警指示和通訊指示等。7、回寫數(shù)據(jù)用于在用戶IC卡插卡時把表內(nèi)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息回寫到該卡中，最后在通過該卡返回到電力公司進行數(shù)據(jù)分析和維護。8、時間處理用于實時時鐘的設(shè)置、讀取和校準(zhǔn)，提供整個系統(tǒng)必須的時間基準(zhǔn)。9、紅外卡操作用于和帶紅外借口的設(shè)備如掌上電腦通訊，設(shè)置該表相關(guān)參數(shù)，也可用于讀取該表數(shù)據(jù)和停電抄表。
權(quán)利要求1.一種三相全電子預(yù)付費分時電能表，由殼體和控制電路組成，其特征在于所說的控制電路中至少包括電能計量單元、數(shù)據(jù)處理顯示單元、斷電控制電路和接口部分；所說的電能計量單元通過三相電壓電流采樣電路對用戶的三相電壓電流進行采樣，經(jīng)三相電能計量芯片計量并輸出正比于用戶電能量的脈沖信號，該信號經(jīng)分頻驅(qū)動電子計度器同時提供給數(shù)據(jù)處理顯示單元；所說的數(shù)據(jù)處理顯示單元通過中央控制處理器處理計量單元提供的脈沖信號，完成計量并存儲的數(shù)據(jù)處理工作，同時驅(qū)動相應(yīng)的顯示電路；所說的斷電控制電路和數(shù)據(jù)處理顯示單元相連，在剩余電量不足時控制接觸器實現(xiàn)斷電；所說的接口部分包括IC卡接口和紅外接口，均實現(xiàn)與中央控制處理器CPU的物理連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的三相全電子預(yù)付費分時電能表，其特征在于所說的電能計量單元中的三相電壓電流采樣電路是用三相電流互感器采集三相電流，采樣的電流信號輸入三相電能計量芯片U3(SA9105FP)，三相電壓經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后也輸入三相電能計量芯片U3(SA9105FP)，U3對電壓電流采樣信號進行計算通過U3的37腳FOUT3輸出正比與用戶電量的脈沖信號，由電能計量單元的發(fā)光二極管LED指示該脈沖；同時該脈沖經(jīng)U4(4046)分頻后輸出信號A-COUNT驅(qū)動電能計量單元的電子計度器XO1顯示該用戶的累計電量或電度。
3.按照權(quán)利要求1所述的三相全電子預(yù)付費分時電能表，其特征在于所說的數(shù)據(jù)處理顯示單元中包括中央控制處理器CPU(D101即PIC18C4X2)、存儲器D102(9346)和時鐘芯片D103(RS5C372A)，及經(jīng)D104(74LS164)和D105(74LS138)驅(qū)動的8位LED數(shù)碼管；從電能計量單元輸出的脈沖信號輸入到中央控制處理器D101(PIC18C4X2)的第7腳RA5，由其按照預(yù)先設(shè)定的脈沖常數(shù)計算用戶實際用電電量，同時通過D101第16、18腳讀取和該腳相連的存儲器D102(9346)中預(yù)先保存的電量，用該電量遞減使用的電量作為新的剩余電量回寫到存儲器D102中。
4.按照權(quán)利要求1所述的三相全電子預(yù)付費分時電能表，其特征在于所說的接口部分，用XT4所連接的IC卡或由N109組成的RECEIVE紅外方式抄表通訊，由大容量的6V后備電池BATTERY1通過V106(IN5817)來實現(xiàn)停電抄表的供電電源，通過IC卡口XT4第6腳連接到電子開關(guān)D108(R1111N501A)第3腳，利用插卡后XT4第6腳的反饋信號控制該電子開關(guān)。
5.按照權(quán)利要求1所述的三相全電子預(yù)付費分時電能表，其特征在于所說的斷電控制電路中，中央控制處理器D101的40腳RB7控制三極管Q104(9013)的工作狀態(tài)，使其在需要斷電時保持飽和狀態(tài)，此時它的C、E腳近視通路，連接在XT5上的繼電器即可在VDD電壓作用下動作。
6.按照權(quán)利要求1或3所述的三相全電子預(yù)付費分時電能表，其特征在于所說的數(shù)據(jù)處理顯示單元中，時鐘芯片D103(RS5C372A)與32.768KHz的晶振X101、補償電容C115及3.6V后備電池BATTERY2組成實時時鐘電路，提供分時計量和數(shù)據(jù)按月結(jié)存所需的萬年歷和時間基準(zhǔn)；中央控制處理器D101的2腳和時鐘芯片D103的第2腳相連，為其提供工作的頻率基準(zhǔn)；兩個芯片第3腳相連提供實時時間基準(zhǔn)。
7.按照權(quán)利要求6所述的三相全電子預(yù)付費分時電能表，其特征在于所說的數(shù)據(jù)處理顯示單元的數(shù)據(jù)顯示電路中，使用電子計度器XO1顯示累計用電電量，使用8位LED數(shù)碼管(N110、N111、N112)顯示相關(guān)電表及參數(shù)信息，使用九個發(fā)光二極管(H101-H109)指示相應(yīng)的信息包括斷相指示、當(dāng)前時段費率指示、脈沖指示、斷電報警指示和通訊指示。
8.按照權(quán)利要求1所述的三相全電子預(yù)付費分時電能表，其特征在于所說的整機外形和安裝尺寸與862系列三相感應(yīng)式電能表相同。
專利摘要本實用新型是一種新型三相全電子預(yù)付費分時電能表，包括殼體和控制電路。其特征在于所說的控制電路中至少包括電能計量單元、數(shù)據(jù)處理顯示單元、斷電控制電路和接口部分。本實用新型的優(yōu)點是，準(zhǔn)確計量用戶三相電的用電量，用發(fā)光二極管閃亮的頻率指示用戶用電負(fù)載電流；顯示數(shù)據(jù)使用電子計度器、八位LED數(shù)碼管和九個發(fā)光二極管共同完成，可顯示所有信息共14條之多，并均可根據(jù)用戶自定義的顯示順序和顯示個數(shù)在插卡時顯示；電量不足時有兩級報警；三相電缺相指示；峰平谷三費率分時指示；電表時鐘的后備電池可以無故障使用10年；用大容量專業(yè)后備電池支持?jǐn)嚯姇rIC卡和紅外抄表，數(shù)據(jù)通過IC卡或紅外掌上電腦傳遞給后臺售電管理系統(tǒng)。
文檔編號G01R11/57GK2662259SQ200320112299
公開日2004年12月8日 申請日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者趙力, 尚金成, 史衛(wèi)平 申請人:天津市浩源電能計量技術(shù)開發(fā)有限公司