專利名稱：智能電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能電度表，屬于采用數(shù)字技術(shù)的電功率的計(jì)量裝置。
現(xiàn)有傳統(tǒng)的感應(yīng)(機(jī)械)式電度表，是由測量機(jī)構(gòu)及輔助部件組成的，普遍存在著精度差、壽命短、易松動(dòng)、易竊電、可靠性低、過載能力不強(qiáng)等缺點(diǎn)。近期發(fā)明的電子電能表也只是對(duì)機(jī)械表的一種改良，沒有根本性的變化，都存在著先用電、后付費(fèi)的缺點(diǎn)。經(jīng)專利文獻(xiàn)檢索，在申請?zhí)枮?0215891.0，名稱為“插卡式電力負(fù)荷控制裝置”的實(shí)用新型專利中，提出了一種電力負(fù)荷計(jì)量控制裝置，它采用插卡式，只要將寫有計(jì)劃用電量等數(shù)據(jù)的用戶卡插進(jìn)裝置的用戶卡插口，就能控制主機(jī)及其電路對(duì)用電量進(jìn)行限量、限負(fù)荷和分時(shí)控制，但該裝置功能不夠多。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種自耗低、壽命長、可靠性高、能實(shí)現(xiàn)“先付款、后用電”的智能電度表。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下措施來達(dá)到本實(shí)用新型由電流及電壓互感器、電流及電壓采樣電路、單片計(jì)算機(jī)(CPU)、存儲(chǔ)器電路、發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管顯示電路及電卡通訊電路組成。
電流互感器的初級(jí)線圈串聯(lián)在交流220V用戶電源上，次級(jí)線圈一端接地，另一端接在電流采樣電路的1歐姆電阻上，以獲得與初級(jí)電流成比例的弱電壓信號(hào)。這個(gè)弱電流信號(hào)經(jīng)過電流采樣電路的運(yùn)算放大器比例放大后，通過二極管整流和RC平滑電路，輸出到單片計(jì)算機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換電路電子開關(guān)的輸入端。另一方面，電壓互感器的初級(jí)線圈并聯(lián)在交流220V用戶電源上，次級(jí)線圈一端接地，另一端接在電壓采樣電路的運(yùn)算放大器輸入端，以獲得與初級(jí)電壓成比例的弱電壓信號(hào)，這個(gè)弱電壓信號(hào)經(jīng)過電壓采樣電路的運(yùn)算放大器比例放大后，通過二極管整流和RC平滑電路，輸出到單片計(jì)算機(jī)的另一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換電路電子開關(guān)的輸入端。
單片計(jì)算機(jī)由8098集成電路構(gòu)成。單片計(jì)算機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換電路電子開關(guān)的輸入端與電壓采樣電路和電流采樣電路的輸出端相連，單片計(jì)算機(jī)將接收到的電壓和電流采樣信號(hào)經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字量，通過計(jì)算得出視在功率的數(shù)值，然后將計(jì)算的數(shù)值和控制信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的輸出端輸出。
存儲(chǔ)器電路由鎖存器芯片、只讀存儲(chǔ)器芯片和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器構(gòu)成。單片計(jì)算機(jī)的低八位數(shù)據(jù)／地址線輸出端接到鎖存器的輸入端，鎖存器的輸出端接到只讀存儲(chǔ)器的地址線上；單片計(jì)算機(jī)的高八位數(shù)據(jù)／地址線的低五位則不經(jīng)過該鎖存器而直接接在該只讀存儲(chǔ)器的地址線上，其低八位數(shù)據(jù)線同時(shí)還直接接到該只讀存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線上。單片計(jì)算機(jī)的脈沖寬度調(diào)制輸出端PWM端接到起隔離和阻抗匹配作用的三極管的基極，其中斷輸出端EXTINT端接到該三極管的集電極。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器有兩個(gè)接點(diǎn)，一個(gè)接點(diǎn)接到上述隔離和阻抗匹配三極管的極電極，另一接點(diǎn)接到該三極管的發(fā)射極，即接地。單片計(jì)算機(jī)與這個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器以串行數(shù)據(jù)方式通訊，將用電量、剩余款額、復(fù)費(fèi)單價(jià)、表號(hào)密碼及可變密碼存入到這個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中。
電卡通訊電路由另一個(gè)隔離和阻抗匹配三極管構(gòu)成。單片計(jì)算機(jī)的串行通訊輸入端RXD端和通訊輸出端TXD端分別接在這個(gè)隔離和阻抗匹配三極管的極電極和基極上。這個(gè)三極管的射極接地。用戶購買的配合本實(shí)用新型用的電卡也是由一個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器構(gòu)成的，電卡內(nèi)也存有表號(hào)密碼和可變密碼。電卡的兩個(gè)接線端就插到后一個(gè)隔離和阻抗匹配三極管的基極和射極上。因此，電卡也以串行數(shù)據(jù)方式與單片計(jì)算機(jī)通訊。電卡插入后，單片計(jì)算機(jī)首先將存儲(chǔ)器電路中的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的表號(hào)密碼和可變密碼與電卡中的相應(yīng)密碼進(jìn)行比較，如密碼一致，則電表內(nèi)的剩余款額及下一個(gè)表號(hào)密碼和可變密碼以串行方式送入電卡，并且，電卡中的款額、單價(jià)等數(shù)據(jù)也以串行方式傳入電表。反之，密碼不一致，則認(rèn)為是偽卡，電度表不工作。
發(fā)光二極管數(shù)碼顯示電路由四一七段數(shù)碼譯碼驅(qū)動(dòng)芯片、鎖存器和5個(gè)數(shù)碼管組成。單片計(jì)算機(jī)的低八位數(shù)據(jù)／地址線的低四位接到數(shù)碼譯碼驅(qū)動(dòng)器的輸入端，譯碼驅(qū)動(dòng)器的輸出端接到五位數(shù)碼管的相應(yīng)接點(diǎn)上。另一方面，單片計(jì)算機(jī)的低八位數(shù)據(jù)／地址線接到譯碼顯示電路的鎖存器的輸入端，鎖存器的輸出端接到五位共陰極數(shù)碼管的陰極及小數(shù)點(diǎn)上，經(jīng)過單片計(jì)算機(jī)的程序控制，以掃描方式循環(huán)顯示用電量、款額、單價(jià)等數(shù)值。
附圖的圖面說明如下

圖1為本實(shí)用新型方框圖。
圖2為本實(shí)用新型的電壓、電流互感器及電壓、電流采樣電路。
圖3為本實(shí)用新型的單片計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器電路及電卡通訊電路。
圖4為本實(shí)用新型發(fā)光二極管數(shù)碼顯示電路。
圖1為摘要附圖。
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的工作原理作一介紹設(shè)用電量為Q，計(jì)算公式為Q＝ST＝UIT式中，S為視在功率，U為用戶電壓有效值，I為用戶電流有效值，T以時(shí)間。
用戶的220V交流電壓信號(hào)經(jīng)電壓互感器和電壓采樣電路獲得電壓采樣信號(hào)，用戶所用的電流經(jīng)電流互感器和電流采樣電路獲得電流采樣信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)經(jīng)單片計(jì)算機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)過單片計(jì)算機(jī)內(nèi)部計(jì)時(shí)及其它計(jì)算，將用電量、剩余款額、復(fù)費(fèi)單價(jià)、表號(hào)密碼及可變密碼存入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中。由于該隨機(jī)存取存儲(chǔ)器內(nèi)部自帶電源，因而可以保證遇到斷電數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。而且，電卡插入電表時(shí)，也可將用電量、剩余款額、下一個(gè)表號(hào)密碼及可變密碼送入電卡。
用戶購買電卡時(shí)，計(jì)算機(jī)便將款額、單價(jià)、超負(fù)荷用電單價(jià)、欠款用電單價(jià)、高峰期用電單價(jià)、表號(hào)密碼、可變密碼等寫入電卡。用戶將所購電卡插上電表后，電卡與電度表之間即以串行通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。首先比較表號(hào)密碼及可變密碼是否一致，如一致，則電表內(nèi)的剩余款額及下一個(gè)表號(hào)密碼及可變密碼以串行方式送入電卡，并且，電卡中的款額、單價(jià)等數(shù)據(jù)也以串行方式送入電表。同時(shí)，電表的發(fā)光二極管數(shù)碼顯示電路顯示出電卡傳入電表的款額、單價(jià)和用電量，此時(shí)方可拔出電表。反之，如是偽卡，則電度表沒有顯示，直至插入真卡為止。
電度表正常工作時(shí)，每隔一段時(shí)間，將款額、單價(jià)、用電量寫入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中，以保證停電時(shí)數(shù)據(jù)仍然保存。用戶在超負(fù)荷用電、或欠款用電、或高峰期用電，單價(jià)都會(huì)上升。同時(shí)，電度表正常工作狀態(tài)為發(fā)光二極管數(shù)碼顯示電路一直輪流顯示各個(gè)用戶的用電量。
下面結(jié)合圖1至圖4，介紹本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例本實(shí)用新型由電流互感器L1－L3及電壓互感器T1、電流采樣電路(32，33，34)及電壓采樣電路(31)、單片計(jì)算機(jī)(35)、存儲(chǔ)器電路(36)、電卡通訊電路(37)及發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路(38)組成。本實(shí)用新型的電流互感器采用非晶態(tài)軟磁材料繞制而成，體積小，性能穩(wěn)定可靠。本實(shí)用新型可供三戶使用，通過電子開關(guān)轉(zhuǎn)換還可以增至20戶，增加用戶僅需增加電流互感器和電子開關(guān)通道。每戶的電流互感器及其采樣電路是一樣的，這里僅以電流互感器L3一路以例。
電流互感器L3的初級(jí)線圈串聯(lián)在交流220V用戶電源上，次級(jí)線圈一端接地，另一端接在電流采樣電路(32)的1歐姆電阻R18上，以獲得與初級(jí)電流成比例的弱電壓信號(hào)。這個(gè)弱電流信號(hào)經(jīng)過電流采樣電路(32)的運(yùn)算放大器(39)比例放大后，通過二極管D13整流和電阻R14、電容C18的平滑電路，輸出到單片計(jì)算機(jī)(35)的A／D轉(zhuǎn)換電路電子開關(guān)的輸入端接點(diǎn)(6)。另一方面，電壓互感器T1的初級(jí)線圈串聯(lián)在交流220V用戶電壓上，次級(jí)線圈一端接地，另一端接在電壓采樣電路(31)的運(yùn)算放大器(40)輸入端，以獲得與初級(jí)電壓成比例的弱電壓信號(hào)，這個(gè)弱電壓信號(hào)經(jīng)過電壓采樣電路(31)的運(yùn)算放大器(40)比例放大后，通過二極管D1整流和電阻R8、電容C11的平滑電路，輸出到單片計(jì)算機(jī)(35)的另一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換電路電子開關(guān)的輸入端接點(diǎn)(5)。電壓采樣電路(31)和電流采樣電路(32，33，34)的運(yùn)算放大器型號(hào)都是LM324。
單片計(jì)算機(jī)(35)由8098集成電路構(gòu)成。單片計(jì)算機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換輸入端接點(diǎn)(5，6，7，8)與圖2的電壓采樣電路(31)和電流采樣電路(32，33，34)的輸出端(1，2，4，3)相連。
存儲(chǔ)器電路(36)由鎖存器芯片74LS373、只讀存儲(chǔ)器芯片2764和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(43)構(gòu)成。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(43)的型號(hào)為DS1994。單片計(jì)算機(jī)(35)的低八位數(shù)據(jù)／地址線輸出端AD0－AD7接到鎖存器74LS373的輸入端D0－D7，鎖存器74LS373的輸出端Q0－Q7接到只讀存儲(chǔ)器2764的地址線A0－A7上；單片計(jì)算機(jī)(35)的高八位數(shù)據(jù)／地址線AD8－AD15的低五位AD8－AD12則不經(jīng)過鎖存器74LS373而直接接到只讀存儲(chǔ)器2764的地址線A8－A12上。單片計(jì)算機(jī)(35)的低八位數(shù)據(jù)線AD0－AD7同時(shí)還直接接在只讀存儲(chǔ)器2764的數(shù)據(jù)線A0－A7上。單片計(jì)算機(jī)(35)的脈沖寬度調(diào)制輸出端PWM端接到起隔離和阻抗匹配作用的三極管(42)的基極，單片計(jì)算機(jī)(35)的中斷輸出端EXTINT端接到三極管(42)的極電極。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(43)有兩個(gè)接點(diǎn)，接點(diǎn)K1接到三極管(42)的極電極，另一接點(diǎn)K2接到三極管(42)的射極，即接地。
單片計(jì)算機(jī)(35)與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(43)以串行數(shù)據(jù)方式通訊，將用電量、剩余款額、復(fù)費(fèi)單價(jià)、表號(hào)密碼及可變密碼存入到這個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(43)中。
電卡通訊電路(37)由同樣起隔離和阻抗匹配作用的三極管(41)構(gòu)成。三極管(41，42)的型號(hào)都是9013。單片計(jì)算機(jī)的串行通訊輸入端RXD端和通訊輸出端TXD端分別接到三極管(41)的極電極和基極上。這個(gè)三極管(41)的射極接地。用戶購買的配合本實(shí)用新型用的電卡(44)也是由一個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器構(gòu)成的，其型號(hào)為DS1991。電卡(44)內(nèi)也存儲(chǔ)有表號(hào)密碼和可變密碼。電卡(44)的兩個(gè)接線端(9，10)就插到三極管(41)的基極和射極上。因此，電卡(44)也以串行數(shù)據(jù)方式與單片計(jì)算機(jī)(35)通訊。
電卡(44)插入后，即接點(diǎn)(9，10)接到三極管(41)的極電極和發(fā)射極后，單片計(jì)算機(jī)(35)首先將存儲(chǔ)器電路(36)中的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(43)的表號(hào)密碼和可變密碼與電卡(44)中的相應(yīng)密碼進(jìn)行比較，如密碼一致，則電表內(nèi)的剩余款額及下一個(gè)表號(hào)密碼和可變密碼以串行方式送入電卡(44)，并且，電卡(44)中的款額、單價(jià)等輸據(jù)也以串行方式傳入電表。反之，密碼不一致，則認(rèn)為是偽卡，電度表不工作。
發(fā)光二極管數(shù)碼顯示電路(38)由四一七段數(shù)碼譯碼驅(qū)動(dòng)芯片MC14495、鎖存器74LS374和5個(gè)數(shù)碼管組成。譯碼驅(qū)動(dòng)芯片MC14495的輸入信號(hào)接點(diǎn)(23，24，25，26，27，28，29，30)分別與圖3的存儲(chǔ)器2764的輸出接點(diǎn)(11，12，13，14，15，16，17，18)相連。單片計(jì)算機(jī)(35)的低八位數(shù)據(jù)／地址線的低四位D0－D3接到數(shù)碼譯碼驅(qū)動(dòng)芯片MC14495的輸入端(19，20，21，22)上，譯碼驅(qū)動(dòng)芯片MC14495的輸出端接到五位數(shù)碼管的相應(yīng)接點(diǎn)上。另一方面，單片計(jì)算機(jī)的低八位數(shù)據(jù)／地址線接D0－D7接到數(shù)碼顯示電路(38)的鎖存器74LS374的輸入端接點(diǎn)(23－30)，鎖存器的輸出端接到五位共陰極數(shù)碼管的陰極及小數(shù)點(diǎn)上，經(jīng)過單片計(jì)算機(jī)(35)的程序控制，以掃描方式循環(huán)顯示用電量、款額、單價(jià)等數(shù)值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、精度高，可達(dá)一級(jí)。這是由于單片計(jì)算機(jī)8098的A／D轉(zhuǎn)換精度可達(dá)千分之一。
2、壽命長。這是由于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DS1994可保存數(shù)據(jù)十年以上，比以前每三年就需更換一次的機(jī)械電度表壽命長得多。
3、自耗少，節(jié)約能源。這是由于本實(shí)用新型最多可一表供20戶使用。一個(gè)電表功耗為3瓦，按10戶計(jì)，每戶的電表功耗不超過0.5瓦。
4、先付款，后用電。由于用戶必須先購電卡，方可用電，解決了以前“先用電。后付款”帶來的一些問題。
5、因?yàn)楸緦?shí)用新型直接計(jì)量視在功率，不計(jì)算功率因素，因而可以促使用戶自覺注意節(jié)約用電，提高了電能的利用效率。
6、由于本實(shí)用新型采用用戶購電卡的方式，從而省去供電部門抄表的工作，減輕了供電部門的工作量，并且便于供電部門實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理。
權(quán)利要求1.一種智能電度表，由電流及電壓互感器、電流及電壓采樣電路、單片計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器電路、發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路及電卡通訊電路組成，其特征在于電壓互感器和電流互感器的次級(jí)信號(hào)分別接到電壓采樣電路和電流采樣電路的輸入端，電壓采樣電路和電流采樣電路的輸出端接點(diǎn)分別接到單片計(jì)算機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換電路電子開關(guān)的輸入端接點(diǎn)；存儲(chǔ)器電路(36)由鎖存器芯片、只讀存儲(chǔ)器芯片和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(43)構(gòu)成，單片計(jì)算機(jī)(35)的低八位數(shù)據(jù)/地址線輸出端接到鎖存器的輸入端，鎖存器的輸出端接到只讀存儲(chǔ)器的地址線上；單片計(jì)算機(jī)(35)的高八位數(shù)據(jù)/地址線的低五位則不經(jīng)過鎖存器而直接接到只讀存儲(chǔ)器的地址線上；單片計(jì)算機(jī)(35)的低八位數(shù)據(jù)線同時(shí)還直接接在只讀存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電度表，其特征在于電卡(44)由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器構(gòu)成，電卡(44)的兩個(gè)接線端(9，10)接到三極管(41)的基極和射極上，三極管(41)的射極接地；單片計(jì)算機(jī)(35)的串行通訊輸入端RXD端和通訊輸出端TXD端分別接到三極管(41)的極電極和基極上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電度表，其特征在于存儲(chǔ)器電路(36)中的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(43)的接點(diǎn)K1接到三極管(42)的極電極，另一接點(diǎn)K2接到三極管(42)的射極，三極管(42)的射極接地；單片計(jì)算機(jī)(35)的脈沖寬度調(diào)制輸出端PWM端接到三極管(42)的基極，單片計(jì)算機(jī)(35)的中斷輸出端EXTINT端接到三極管(42)的極電極上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電度表，其特征在于電流互感器采用非晶態(tài)軟磁材料繞制而成。
專利摘要一種智能電度表，主要由電流及電壓互感器、電流及電壓采樣電路、單片計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器電路、發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路及電卡通訊電路組成。它能實(shí)現(xiàn)“先付款，后用電”，對(duì)欠款用電、高峰期用電和超負(fù)荷用電都能自動(dòng)計(jì)費(fèi)，可促使用戶注意節(jié)電，具有精度高，壽命長，自耗少，便于供電部門進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R22/00GK2169139SQ9324611
公開日1994年6月15日 申請日期1993年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月6日
發(fā)明者王智強(qiáng) 申請人:王智強(qiáng)