專利名稱：光電采樣電卡智能電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于自動控制用電指標的電度表的設計制造領(lǐng)域，特別涉及一種光電采樣電卡式電度表的結(jié)構(gòu)改良。
中國專利91212092.4公開了一種“智能電度表”，它由電磁感應電度表和自動控制單元組成。自動控制單元包括裝在固定支架上、位于電度表轉(zhuǎn)盤上、下相對應位置的一只紅外發(fā)光二極管和一只光電二極管組成的光電采樣探頭，單片機及與之相連的聲、光報警電路、計數(shù)顯示機構(gòu)，由繼電器構(gòu)成的執(zhí)行機構(gòu)以及存貯用電指標的只讀存貯器電卡。這種電度表存在以下不足之處；其一，采用透射式光電采樣，要在已有的電度表轉(zhuǎn)盤上開孔，讓光透過小孔計數(shù)，這種方式既要改變原電度表結(jié)構(gòu)、費工時、增加成本，又由于未采取抗外界光干撓措施，計量精度不高；其二，其電卡上裝只讀存貯器，這種結(jié)構(gòu)使電卡易被仿造假冒，不能有效防止竊電行為；其三，執(zhí)行機構(gòu)采用繼電器可靠性差且壽命短；此外，當恢復用電需采用啟動按鈕，自動化程度不高。
本實用新型的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，對光電采樣電卡電度表進行改進，采用反射式雙光電管探頭采樣，靜態(tài)RAM+內(nèi)藏式電池電卡以及可控硅執(zhí)行機構(gòu)，使其具有抗干擾性強、計量準確、工作可靠、設定用電指標簡單、保密性強，不易竊電等優(yōu)點，而且具有自動報警斷電、恢復起動功能。
本實用新型所述的一種光電采樣電卡智能電度表，由電磁感應電度表和自動控制單元所組成，所說的自動控制單元包括由單片機及通過接口電路與之相連的光電采樣單元，聲、光報警裝置、顯示電路、執(zhí)行電路所組成的自動控制電路板及控制程序以及插入所說電路板上的插座中的存儲用電指標的電卡，其特征在于所說的光電采樣單元是由一只發(fā)光管和緊靠在該發(fā)光管兩側(cè)并排的兩只光電接收管組成的反射式雙光電管采樣探頭，該探頭的發(fā)光面及接收面對準所說的電磁感應電度表轉(zhuǎn)盤側(cè)面，與該轉(zhuǎn)盤相隔一定間隔。
本實用新型所說的電卡可采用靜態(tài)隨機存儲器(RAM)及內(nèi)藏式電池。所說的執(zhí)行電路采用可控硅。
本實用新型的工作原理是首先，用電管理部門根據(jù)用戶交納的電費，在電卡的存儲器上寫入相應的用電指標及密碼。當用戶把電卡插進控制電路板后，由單片機控制程序讀取電卡中的用電數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)存放在存儲器中。以電度表轉(zhuǎn)盤側(cè)面的標記做為光電探頭的光反射面，每當電度表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一圈時，其側(cè)面的標記將發(fā)光管發(fā)出的光反射回光電接收管接收。(予先設計好探頭與轉(zhuǎn)盤的間隔，使反射光能被二只發(fā)光管同時接收)，并轉(zhuǎn)換成一個電脈沖信號輸入到單片機中使原儲存的用電數(shù)據(jù)減1，并把結(jié)果送到顯示器中顯示。當用電數(shù)據(jù)減小到設定的某一數(shù)值時，警報裝置發(fā)出聲、光報警，提醒用戶，用電指標即將用盡。如果用戶不插新電卡，存儲器的用電指標減少到0時，執(zhí)行電路將切斷用戶電源，若用戶插上新卡，單片機將控制電路自動復位，接通用戶電源，電度表又正常運行。
本實用新型具有以下特點第一，采用反射式光電采樣探頭及控制電路板構(gòu)成的自動控制單元可直接安裝在普通的電磁感應電度表表殼正面，不破壞原電表結(jié)構(gòu)，節(jié)省制造工時，降低了成本；第二，采用雙光電管接收反射光信號，只有當兩只光電管接收到近似相等的光信號，同時產(chǎn)生近似相等的電信號時，才能產(chǎn)生一個電脈沖輸送到單片機中儲存記錄。外界干擾形成的光脈沖都很窄。不可能同時使兩個光電二極管接收到近似相等的光信號，因此提高了整機的抗干擾能力，使測量精度提高。第三，電卡采用靜態(tài)RAM+電池取代EPROM或EEPROM使成本大大降低，簡化電力管理部門寫卡設備，保密性更強，由于有電池，只要折卸電表、程序即消失，使破密難，用戶通過拆電表改線的偷電行為得到制止；第四，執(zhí)行機構(gòu)采用可控硅光耦合作電源開關(guān)取代繼電器，減少了體積、提高了工作可靠性及壽命；第五，本控制單元無需任何按鍵，自動完成報警、斷電、恢復起動等功能且電路的所有硬件都獨立于軟件，便于定期檢查程序，從而判定用戶是否正常用電。本實用新型特別適用峰谷、峰枯不同電價收費以及開展先付費后用電的業(yè)務。
附圖簡要說明

圖1為本實用新型的一種實施例外型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實施例的光電采樣探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實施例的雙光電接收管電路原理圖。
圖4為本實施例主電路示意圖。
圖5為轉(zhuǎn)換卡結(jié)構(gòu)電路示意圖。
圖6為計算機管理程序流程框圖。
本實用新型設計出一種光電采樣電卡智能電度表實施例，其組成結(jié)構(gòu)如圖1-6所示，結(jié)合各附圖分別詳細描述如下圖1為本實施例總體結(jié)構(gòu)外形示意圖。包括電磁感應電表101及安裝在其表殼正面盒體102內(nèi)的自動控制單元。自動控制單元包括安裝在盒內(nèi)的雙光電采樣探頭103，其發(fā)光、接收面對準電表轉(zhuǎn)105側(cè)面。單片機及其電路控制板(圖中未示出)，盒體正面板上安裝顯示器106，聲光報警裝置的喇叭108及指示燈107，還有電卡104插槽。
圖2為本實施例光電采樣探頭結(jié)構(gòu)示意圖。探頭一只發(fā)光管E和兩只光電接收管D1，D2組成，D1和D2緊靠在E的兩側(cè)，三者成一直線，形成一個長度為W的條形接收面如圖2(B)所示，接收面與電度表轉(zhuǎn)盤側(cè)面準直、并使兩者間隔滿足反射到接收面上的光斑寬度不大于W，光源光斑寬度小于轉(zhuǎn)盤上的標記T的長度如圖2(a)所示。本實施例的探頭中的發(fā)光二極管可選用大功率紅外發(fā)光管，型號為HG501，兩只光電接收管采用高靈敏度硅光電三極管，型號為3Du80。
圖3為本實施例雙光電接收放大電路結(jié)構(gòu)圖。它包括一只低功耗運放IC15G022，及電阻組成減法器及二只運放IC2和IC3及二極管，電阻等構(gòu)成窗口比較器。其工作原理為，當光電接收管D1，D2接收到電度表轉(zhuǎn)盤標記上反射回的光信號后，由轉(zhuǎn)換成電流信號在電阻R1和R2上產(chǎn)生電壓Vs1，Vs2，取Rf/R3＝R3/R4，則U1＝Rf/R3×(Vs2-Vs1)。只有當Vs1近似等于Vs2時，即U1的大小在URH和URL之間時，經(jīng)比較器才從15處輸出一個高電位脈沖，輸送到單片機中儲存記錄。從而提高了抗干擾性能及計量的精確性。
為進一步提高可靠性，降低成本減小體積，本實施例還可采用光電薄膜混合集成工藝將探頭的發(fā)光管E，光電接收管D1，D2管芯，以及光源驅(qū)動電路，接收放大電路混合集成在一起成為一專用集成組件。在E，D1，D2管心上用滴膠工藝形成三透鏡系統(tǒng)使光源光斑，反射光斑尺寸滿足上述要求。
圖4為本實施例主電路結(jié)構(gòu)示意圖，包括電卡擴展插座IC1，這是一個40條腿的雙列插座，本實施例只用1-28腿；程序讀寫存儲器RAM，由U3(型號6116)構(gòu)成；數(shù)據(jù)讀寫存儲器RAM，由U4(型號6116)構(gòu)成；可選地址寄存器，由U2(型號74LS373)構(gòu)成；微處理單元U1，由單片機8031構(gòu)成；顯示譯碼驅(qū)動器，由U5(型號74LS138)構(gòu)成；顯示器LED；聲光報警電路L1、B1；光耦合可控硅開關(guān)電路TLP，型號BTW50-00；電源電路IC2(型號7805)。
主電路的工作原理如下當用戶把電卡插入電卡擴展插座IC1時，由程序RAMU3控制讀取電卡上的數(shù)據(jù)，并把此數(shù)據(jù)存放在數(shù)括RAMU4中，每當光電采樣輸入端14輸入一個脈沖經(jīng)可選地址寄存器U2，使數(shù)據(jù)RAM中的數(shù)據(jù)減1，同時將用電情況，經(jīng)單片機U1處理后，由P1.0-P1.6腿輸出，在顯示器上顯示出來。當數(shù)據(jù)RAM中的可用電數(shù)據(jù)減少到某一數(shù)值(例如，以夠一星期用電為限)時，程序RAMU3發(fā)出控制信號使單片機U1之P2.3-P2.6輸出指令，控制顯示驅(qū)動器U5的Y4端輸出低電平，從而使LED亮，報警。48小時后，若未插入新電卡則出現(xiàn)聲音報警。如此，直到數(shù)據(jù)RAM中剩余電量為″0″時，單片機U1之P2.3-P2.6輸出指令，控制可控硅SCR動作，切斷用戶用電，若用戶在任意時刻插上新電卡，單片機(8031)U1自動復位，自動將電卡上的數(shù)據(jù)和用戶剩余數(shù)據(jù)相加后，存放在數(shù)據(jù)RAM中。
圖5是轉(zhuǎn)換卡結(jié)構(gòu)電路，作為計算機之間的接口，采用計算機標準插頭和電卡擴展插座。其中電源、地、讀寫控制信號及數(shù)據(jù)總線都是直接將兩者相應信號相連。電卡擴展插座上的片選信號CE由計算機地址信號A0-A9經(jīng)譯碼后來選擇。(譯碼器IC10的型號4040)譯碼后的另一根線接在后級IC9計數(shù)器CC4040B的CIR，用來的初始化電卡擴展插座的地址。譯碼后的又一根線接在后級計數(shù)器CC4040B的CP上，用來使CC4040計數(shù)器計數(shù)，從而相應改變電卡擴展插座的地址。CC4040B的Q0-Q10分別接在電卡擴展插座的A0-A10上。圖6為計算機管理流程框圖。
首先必須將電卡插入電卡插槽中，此時運行管理計算機程序管理計算機。程序首先對電卡槽掃描，確認電卡是否插入。確認插入后，管理計算機詢問用戶姓名或帳號碼，并將此輸入與電卡或管理計算機軟件中數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)作比較，如確認正確后，管理計算機將電卡盈余的電度數(shù)讀到內(nèi)存中、與用戶新買電度合計后再經(jīng)管理計算機軟件寫進電卡。如為新用戶，則管理計算機自動為其建立一數(shù)據(jù)庫，保存其信息，同時格式化電卡。如以上有一點不符合要求，則管理計算機軟件拒絕為其提供服務，但可以運行相關(guān)程序只能讀出電卡剩余的電度數(shù)。如管理人員確認有特殊情況需特殊處理時、可格式化電卡，同時將電卡讀出的剩余電度數(shù)折算查新電卡。
權(quán)利要求1.一種光電采樣電卡智能電度表，由電磁感應電度表和自動控制單元所組成，所說的自動控制單元包括由單片機及通過接口電路與之相連的光電采樣單元，聲、光報警裝置、顯示電路、執(zhí)行電路所組成的自動控制電路板及控制程序以及插入所說電路板上的插座中的存儲用電指標的電卡，其特征在于所說的光電采樣單元是由一只發(fā)光管和緊靠在該發(fā)光管兩側(cè)并排的兩只光電接收管組成的反射式雙光電管采樣探頭，該探頭的發(fā)光面及接收面對準所說的電磁感應電度表轉(zhuǎn)盤側(cè)面。
2.如權(quán)利要求1所述的智能電度表，其特征在于所說的電卡采用靜態(tài)隨機存儲器(RAM)及內(nèi)藏式電池。
3.如權(quán)利要求1或2所述的智能電度表，其特征在于所說的執(zhí)行電路采用可控硅。
專利摘要本實用新型涉及一種光電采樣電卡式電度表的結(jié)構(gòu)改良。由電磁感應電度表和由單片機及與之相連的光電采樣單元，聲光報警裝置、顯示電路、執(zhí)行電路組成的自動控制電路以及存儲用電指標的電卡所構(gòu)成。其特點是采用反射式雙光電管采樣探頭，靜態(tài)RAM+內(nèi)藏式電池電卡和用可控硅為執(zhí)行電路。本電度表不破壞原電表結(jié)構(gòu)，節(jié)省制造工時、成本，抗干擾性好，保密性強，破密難，且有自動完成報警、斷電、恢復、起動等多種功能。
文檔編號G01R11/00GK2261026SQ9520888
公開日1997年8月27日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月28日
發(fā)明者張培亮, 范維海, 袁永科, 劉芹 申請人:張培亮, 范維海