專利名稱：Ic卡電能表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電能檢測度量儀表，特別是電子式電能表。
現(xiàn)有的廣泛使用的電能表為傳統(tǒng)的感應式電能表，隨著對電能使用管理要求的提高，如為了加強對用電負荷監(jiān)控，實現(xiàn)計劃用電和合理配電而對用電負荷分時區(qū)計費，推行多費率電價。以及予付費售電等，現(xiàn)有的感應式電能表已無法滿足要求。
本實用新型目的在于設計一種電子式電能表，主要采用集成電路芯片構成，具有予付費售電功能，且能對用電負荷分時區(qū)計費，實現(xiàn)多費率電價，有利于加強對電能使用的計費管理與合理分配，并且有利于提高用電管理自動化。
本實用新型的技術解決方案是IC卡電能表，由外殼中裝有機芯電路構成，外殼[1]為方形扁盒，其面板上有顯示器和顯示開關，機芯電路主要大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路聯(lián)接構成；由采樣與控制電路[5]兩路輸出，分別接至電壓處理電路[6]與電流處理電路[7]電壓處理電路[6]分兩路輸出，一路接到至A/D轉換電路[4]。另一路分別接至Φ值形成電路[8]和主微機系統(tǒng)[1]；電流處理電路路[7]分三路輸出，一路接至A/D轉換電路[4]，另一路分別接至主微機系統(tǒng)[1]和Φ值形成電路[8]，還有一路輸出接至顯示電路[2]；Φ值形成電路[8]和A/D轉換路[4]的輸出各自接至主微機系統(tǒng)[1]主微機系統(tǒng)[1]兩路輸出分別接至顯示器[2]和輔微機系統(tǒng)[9]，另有硬時鐘電路[11]與IC卡[10]分別接至輔微機系統(tǒng)[9]，輔微機系統(tǒng)[9]輸出接至采樣與控制電路[5]；所有電路均由電源電路[3]供電IC卡[10]由串行E2PROM芯片構成，典型型號為93C46的芯片IC35，IC卡[10]電路與輔微機系統(tǒng)[9]電路插接，主微機系統(tǒng)[1]中包含由容量≥2K×8bit的不揮發(fā)RAM芯片構成的數(shù)據(jù)存儲器，電流處理電路[7]中包含由型號為OPO7的芯片IC27、IC28、IC29為主及其外圍元件構成的三分檔檔次變換電路，A/D轉換電路[4]采用ADC0808或0809模數(shù)轉換電路。


如下圖1是IC卡電能表外形結構示意圖。圖2是IC卡電能表機芯電路連接框圖。圖3是采樣與控制電路圖。圖4是電壓處理電路圖與A/D轉換電路圖。圖5是電流處理電路圖與Φ值形成電路圖。圖6是輔微機系統(tǒng)電路圖與IC卡電路圖及硬時鐘電路圖。圖7是主微機系統(tǒng)電路圖與顯示電路圖。圖8是電源電路圖本實用新型結合具體實施參見附圖進一步說明如下IC卡電能表由外殼[1]中裝有機芯電路構成，外殼[1]為方形扁盒，其面板上有顯示器和顯示開關，機芯電路主要大規(guī)模與超大規(guī)模成電路聯(lián)接構成；采樣與控制電路[5]兩路輸出，分別接至電壓處理電路[6]與電流處理電路[7]；電壓處理電路[6]分兩路輸出，一路接至A/D轉換電路[4]，另一路分別接至Φ值形成電路[8]和主微機系統(tǒng)[1]電流處理電路[7]分三路輸出，一路接至A/D轉換電路[4]，另一路分別接至主微機系統(tǒng)[1]和Φ值形成電路[8]，還有一路接至顯示電路[2]；Φ值形成電路[8]和A/D轉換電路[4]的輸出各自接至主微機系統(tǒng)[1]；主微機系統(tǒng)[1]兩路輸出分別接至顯示器[2]和輔微機系統(tǒng)[9]，另有硬時鐘電路[11]與IC卡[10]分別接至輔微機系統(tǒng)[9]，輔微機系統(tǒng)[9]輸出接至采樣與控制電路[5]；所有電路均由源電路[3]供電。
采樣與控制電路[5]由電壓采樣電路、電流采樣電路和控制電路三個部分組成，參見圖3由電阻R22—R37與二極管D22—D53用開關觸點J1—1—J16—1分別接成16組電流采樣電路，分別接至16戶電能用戶L1—L16進行電流采樣，由各組的輸出端L1—L16分別輸出16戶電能用戶的電流采樣信號接至電流處理電路[7]的芯片IC20與IC21的對應輸出端L1—L16；由電阻R38、R39及電位器W2接成電壓采樣電路，接至用戶電網的用電線路進行電壓采樣，電壓采樣設號由US端輸出，接至電壓處理電路[6]的芯片IC12-A的對應輸出端US；由16個光電耦合器PT0—PT15與電阻R40—R71、二級管D54—D69，繼電器J1—J16分別接成16組控制電路，每組控制電路接到VCC、VDD電流供電，各組的輸入端PA0—PA15分別接至輔微機系統(tǒng)[9]的芯片IC33的16個對應輸出端PA0—PA15。
電壓處理電路[6]由絕對值電路，量程限位電路，過零點電路三部分組成參見圖4。由芯片IC12—A、IC12—B與二極管D9，D10及電阻R10—R14接成常規(guī)的絕對值電路，其輸出接至量程限位電路，芯片IC12—A、IC12—B型號均為LM324，由芯片IC16，電阻R15—R17，R10二極管D11、D12接成常規(guī)減法器作為量程限位電路，其輸出接至AD轉換電路[4]的芯片IC13的輸入端IN3，IC16型號為OP07；由芯片IC12—C、IC12—D、IC34—A及電阻R18—R20，二極管D13—D15，穩(wěn)壓管ZDI接成過零點電路，其輸出由IC34—A分兩路輸出，一路輸出端PI0接至主微機系統(tǒng)[1]的芯片IC1的對應輸入端P10。另一輸出端CU接至Φ值形成電路[8]的芯片IC25-B的對應輸入端CU，芯片IC12-C、IC12—D型號為LM324、芯片IC34—A型號為74LS04；電壓處理電路[6]的輸入端為絕對值電路與過零點電路的公共輸入端US，接至采樣與控制電路[5]中電壓采樣電路的對應輸出端US。
A/D轉換電路[4]參見圖4由芯片IC13、IC14或非向IC15—A、IC15—B，二極管D16—D21，穩(wěn)壓管ZW1，電位器DW1，電阻R21接成模數(shù)轉換電路。芯片IC14為分頻器，它為芯片IC13提供時鐘；穩(wěn)壓管ZW1及其外圍元件組成基準電源，基準電源分兩路輸出，一路接至電壓處理電路[6]中的量程限位電路的R10，D12與A/D轉換電路[4]芯片IC13的連接端，基準電路輸出另一路由接點REF(+)接至電流處理電路[7]中檔次變換電路中三檔的對應輸入端REF(+)，IC13的三個輸入端IN0、IN1、IN2分別接至電流處理電路[7]中檔次變換電路的三個分檔對應輸出端IN0、IB1及IN2；A/D轉換電路[4]的輸出端由IC13的輸出端P0、0—P0、7分別接至主微機系統(tǒng)[1]中IC1、IC3及IC4的對應輸入端P0、0—P0、7；A/D轉換電路[4]的IC13的輸出端Q0、Q1、Q2分別接至主微機系統(tǒng)[1]中IC2、IC3及IC4的對應輸入端Q0、Q1、Q2；A/D轉換電路[4]中IC15—A及IC15—B的輸出端WR與RD分別接至主微機系統(tǒng)[1]的IC1的對應輸入端WR與RD；AD轉換電路[4]的IC14的輸出端K接至主微機系統(tǒng)[1]中IC的對應輸入端K。
芯片IC13型號為0808或0809、IC14型號為74LS74，IC15—A及IC15—B型號為74LS28。
電流處理電路[7]參見圖5，由多路選擇開關，線性放大，絕對值，過零點，峰值采樣保持與檔次變換6個電路連接組成；多路選擇開關電路由芯片IC20、IC21、IC34—C及電阻R98、R99、R100接成16路輸入，一路輸出的多路選擇開關電路，其16個輸入端I1—I16分別接至采樣控制電路[5]中16組電流采樣電路的16個對應輸出端I1—I16，另三個輸入端M0—M2接至顯示電路[2]中芯片IC6的三個對應端M0—M2，反相器IC34—C的輸入端P1、2接至主微機系統(tǒng)[1]的對應輸入端P1、2，多路選擇開關電路的輸出端為IC20與IC21的公共輸出端，接至由芯片IC22、電阻R72、R73接成的線性放大電路，將微機的輸出型號放大至所需幅度，線性放大電路由IC22輸出分別接至絕對值電路和過零點電路，絕對值電路由芯片IC23—A，IC23—B，二極管D1、D42，電阻R74—R78連接構成常規(guī)的取絕對值電路，完成對輸入信號的整流，絕對值電路由IC23—B輸出端輸出接至由芯片IC24、IC25—A，IC26及電阻R79—R82，穩(wěn)壓管ZD3接成的峰值采樣保持電路能；峰值采樣保持電路，由IC26輸出端輸出，接至檔次轉換電路，檔次轉換電路由芯片IC27、IC28、IC29及其外元件電阻R83—R94，二極管D43—D48分別接成三檔檔次轉換電路；IC27、IC28、IC29的各自一個對應輸入端共同接至峰值采樣保持電路[5]的IC26的輸出端，IC27、IC28、IC29分別組成的三檔轉換對同一個輸入信號進行不同放大倍數(shù)的放大。三檔的輸出端IN0、IN1、IN2接到A/D轉換電路[4]的芯片IC13的對應輸入端IW0、IN1、IN2；由芯片IC23—C、IC23—D、IC34—B及外圍元件電阻R95—R97。二極管D82、D83、D49，穩(wěn)壓管ZD4接成過零點電路，其輸入端為IC23—C的輸入端，接至性線放大電路的IC22的輸出端，過零點電路由IC34—B的輸出端分兩路輸出，一路由P1.1端輸出接至主微機系統(tǒng)[1]的對應輸入端P1、1，由IC1對信號進行過零點鑒別，另一路由IC34—B輸出接至Φ值形成電路[8]的芯片IC25—B。
芯片IC20、IC21型號為CD4051；IC34—B、IC34—C型號為7404；IC22、IC27、IC28、YC@(型號為OPO7；IC23—A、IC23—B、IC23—C、IC23—D型號為LM324IC24型號為LM311；IC25—A型號為7486；IC26型號為LF398。
Φ值形成電路[8]參見圖5。由芯片IC25—B構成，其一個輸入端與電流處理電路[7]中過零點電路IC34—B的輸出端相連接。另一個輸入端CU則接至電壓處理電路[6]中過零點電路的芯片IC34—A的對應輸出端CU，其輸出端T1接至微機系統(tǒng)[1]中IC1的對應端T1。
主微機系統(tǒng)[1]參見圖7。由單片微機最小系統(tǒng)與數(shù)據(jù)存儲器聯(lián)接構成；由芯片IC1、IC2、IC3及外圍元件電容C1、C2、C3、電阻R，9晶振器XJ1或門IC36—B，IC36—C接成單片微機最小系統(tǒng)，IC4為容量≥2K×8bIt的不揮發(fā)RAM芯片構成的數(shù)據(jù)存儲器，典型型號為DCM0016；主微機系統(tǒng)[1]與A/D轉換電路[4]的連接，由[1]中IC1、IC2、IC3、IC4的輸入端P0、0—P0、7接至[4]中IC13的對應輸出端P0、0—P0、7，[1]中IC2、IC3、IC4的輸入端Q0、Q1、Q2接至[4]中IC13的對應端輸出端Q0、Q1、Q2；[1]中IC1、IC2的輸入端K接至[4]中IC14的對應輸出端K，[1]中IC1的輸入端RD與WR分別接至[4]中IC15—B及IC15—A的對應輸出端RD與WR；主微機系統(tǒng)[1]與電壓處理電路[6]的連接，由[1]中IC1的輸入端P1、0接至[6]中IC34—A的對應輸出端P1、0；主微機系統(tǒng)[1]與電流處理電路[7]的連接。由[1]中IC1的輸入端P1、1接至[7]中IC34—B的對應輸出端P1、1；主微機系統(tǒng)[1]與Φ值形成電路[8]的連接，由[1]中IC1的輸入端T1接至[8]中IC25—B的對應輸出端T1；主微機系統(tǒng)[1]的輸出接至顯示電路[2]。由[1]中IC1—IC4的8個輸出端P0、0—P、7分分別接至[2]中IC5及IC6的對應端P0、0—P0、7；主微機系統(tǒng)[1]中IC1的兩個接點W0與RI與輔微機系統(tǒng)[9]中IC30的對應端點W0及RI相連接。
輔微機系統(tǒng)[9]參見圖6。由芯片IC30、IC31、IC32、IC33，IC36—A及外圍元件電容C9、C10、C14，電阻R106，晶振器XJ2，發(fā)光二極管LD1接成，其中芯片IC30、IC31、IC32聯(lián)接構成單片微機最小系統(tǒng)，IC30型號為BOC31、IC31型號為74HC373，IC32型號為27C64；芯片IC33型號為8255，IC33作為擴充的IO接口，為控制16個用戶的繼電器J1-J16作鎖存。其16個輸出端PA0-PA15分別接至采樣與控制電路[5]16組控制電路的對應端PA0—PA15；IC30的4個端頭CD0—CD3分別接用戶IC卡[10]的芯片IC35的對應端頭CD0—CD3，IC30的兩個端頭RI與W0分別接至主微機系統(tǒng)[1]中芯片IC1的對應端RI與W0；IC30所接的電容C14的另一端接至電源VCC。芯片IC36-A型號為74LS2B，它是一個或非門，其輸入端Time接至硬時鐘電路[11]輸入時鐘信號Time；用戶IC卡[10]參見圖6由芯片IC35構成，其4個輸入端頭CD0—CD3分別與輔微機系統(tǒng)[9]的IC30的對應端CD0—CD3連接，IC35型號為93C46。硬時鐘電路[11]參見圖6，由芯片IC37、IC38及外圍元件電容C11、C12、C13，電阻R105，二極管D84，電池B1，晶振器XJ3連接構成為常規(guī)的硬時鐘電路，其兩個電源端VCC與VCC電源連接，其IC37的時鐘信號端Time與微機系統(tǒng)[9]中IC36—A的Time端連接，其中IC37的A0、A1、A2、A3、端分別接至IC38的對應端A0、A1、A2、A3。
電源電路[3]參見圖8為一組三端穩(wěn)壓電源由變壓器TL1，二極管D1、D2、D3、D4、整流器，電容C5、C6。芯片IC17、IC18接成±12V電源；由變電器TL2，二極管D5、D6、D&、D8整流器，電容C4，芯片IC19接成VCC5V電源；由變電器TL3，二極管整流器DE1，電容C7，芯片IC36接成VDD15V電源。芯片IC17型號為7912，IC18型號為7812，IC19型號為7805，IC36型號為7815。
顯示電路[2]參見圖7為常規(guī)顯示電路，由芯片IC5、IC6、IC7、IC8、IC9?；蚍情TIC15—C，IC15—D，非門IC10—A，IC10—B，IC10—D、IC10—E、IC10—F、IC11—A、IC11—B，電阻R1—R8，數(shù)碼顯示器LED1、LED2、LED3、LED4、LED5聯(lián)接構成。其IC6的接點M0、M1、M2分別接至電流處理電路[7]IC21的對應端點M0、M1、M2；顯示電路[2]一主微機系統(tǒng)[1]連接，[2]中IC15—C的接點P2、4及IC15—D的接點P2、5分別接至主微機系統(tǒng)[1]中IC1的對應接點P2、4及P2、5，[2]中IC5、IC6的接點P0、0—P0、7分別接至[1]中IC1、IC2、IC3、IC4的對應點P0、0—P0、7。[2]中數(shù)碼顯示器LED1—LED5的接點L1—L7分別接至[2]芯片IC10—A—IC11/B的對應輸出端L1—L7。
本實用新型的工作原理如下
采樣電路[5]從用戶電網分別獲得電壓與電流采樣信號，分別送至電壓處理電路[6]與電流處理電路[7]各自對電壓與電流信號進行處理后，分別送至AD轉換電路[4]，得到對應的電壓與電流信號的A/D轉換值，再送至主微機系統(tǒng)[1]經處理分別得到用戶電壓與電流的有效值；同時，從[6]與[7]輸出的經處理的電壓電流信號送至Φ值形成電路[8]，由[8]獲得脈寬與Φ值對應的矩形波信號送至主微機系統(tǒng)[1]，經處理后得到COSΦ值，并將COSΦ值與電壓，電流的有效值相乘得到三者的乘積，將乘積數(shù)據(jù)與上一周期該用戶電能累加即得到該用戶的總電能數(shù)據(jù)A另從用戶IC卡[10]輸入用戶售電能的數(shù)據(jù)B，經輔系統(tǒng)[9]送至主微機系統(tǒng)[1]，由[1]將A與B進行比較，若A＜B則可對用戶繼續(xù)供電，若A≥B則主微機系統(tǒng)[1]發(fā)出信號給輔微機系統(tǒng)[9]由[9]處理后發(fā)出信號給采樣與控制電路[5]，[5]則由其相應的繼電器J動作，J的觸點斷開，切斷該用戶用電線路。由IC卡電能表對16個用戶按上述程序分時順序工作。
當IC卡[10]插接至輔微機系統(tǒng)[9]時，由[9]完成對IC卡[10]密碼的鑒別并完成對IC卡的售電能數(shù)據(jù)讀寫。
通過接于主微機系統(tǒng)[1]IC1的開關K1，控制顯示電路[2]工作，由顯示是路[2]顯示該電戶的用電數(shù)據(jù)。
IC卡電能表還可按用電峰值峰谷對電能分時區(qū)度量計價，對電能使用加強管理，以利于電能有效利用和合理分配；其工仟作原理基本同上述，但IC卡電能表予先設置時間區(qū)段、各時段的起、終點及各時段的電費單價則由電能管理人員決定，由硬時鐘電路[11]給輔微機系統(tǒng)[9]提供時間信號，決定[9]工作當時所處的時段；IC卡電能表工作時對各用戶的電能分時段計量并采用予定的不同單價計算累加，然后與用戶售電IC卡輸入的數(shù)據(jù)進行比較，決定是否可對該用戶繼續(xù)供電。
本實用新型優(yōu)點在于
1、抗于擾能力強，設置有軟件抗于擾陷井和軟，硬件看門狗。
2、可有效防止非法仿制，設置有軟件加密系統(tǒng)。
3、能對用電峰值、峰谷分別計量，電費單價可在IC卡上確定，這樣便于用電管理部門根據(jù)不同用電情況分別計費，有利于實現(xiàn)電能合理使用與分配，調整用電緊張狀況。
4、安全可靠性好，電能表測量系統(tǒng)發(fā)生故障時，其微機系統(tǒng)能自動關斷用戶電網的電路并報警，且在仃電情況下，電能表數(shù)據(jù)可保存100年。電子卡設置有配套的保密軟件，IC卡密碼使用一次后便重新更換，同時收費安全可靠。
5、不需抄表人員，能自動計量用電量和電費。
6、具有極強的擴展功能，其微機系統(tǒng)和IC卡均具有大容量數(shù)據(jù)存儲空間，可擴展各種工能，如鍵盤功能，語言功能，液晶顯示功能等。
7、制造容易，工藝簡單，主要由大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路構成，調試點極少。
8、使用方便，當電能表插入IC卡時即能自動顯示用電情況，用電量、電價、電費及電流大小。
9、造價低、體積小，重量輕、功耗小。
權利要求1.一種IC卡電能表，由外殼中裝有機芯電路構成外殼為方形扁盒，其面板上裝有顯示器和顯示開關，機芯電路主要由大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路聯(lián)接構成，由采樣與控制電路[5]兩路輸出，分別接至電壓處理電路[6]與電處理電路[7]；電壓處理電路[6]分兩路輸出，一路接至A/D轉換電路[4]，另一路分別接至Φ值形成電路[8]和主微機系統(tǒng)[1]；電流處理電路[7]分三路輸出，一路接至A/D轉換電路[4]，另一路分別接至主微機系統(tǒng)[1]和Φ值形成電路[8]，還有一路輸出接至顯示電路[2]；Φ值形成電路[8]和A/D轉換電路[4]的輸出各自接主微機系統(tǒng)[1]；主微機系統(tǒng)[1]兩路輸出分別接至顯示器[2]和輔微機系統(tǒng)[9]，另有硬時鐘電路[11]與IC卡[10]分別接至輔微機系統(tǒng)[9]，輔微機系統(tǒng)[9]輸出接至采樣控制電路[5]；所有電路均由電源電路[3]供電；其特征在于(1)IC卡由串行E2PROM芯片構成，典型型號為93C46的芯片IC35、IC卡[10]電路與輔微機系統(tǒng)[9]電路插接；(2)IC卡電能表機芯電路中有如下特征a、主微機系統(tǒng)[1]中包含由容量≥2K×8bit的不揮發(fā)RAM芯片構成的數(shù)據(jù)存儲器；b、電流處理電路[7]中包含由型號為OPO7的芯片IC27、IC28、IC29為主及其外圍元件構成的三分檔檔次變換電路；c、A/D轉換電路[4]采用ADC0808或ADC0809模數(shù)轉換電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的IC卡電能表，其特征在于其電壓處理電路[6]與電流處理電路[7]中均各自包含一個由型號為LM324的IC23-C，IC23-D及型號為7404的芯片IC34-B為主及其外圍元件接成的過零點檢測電路。
專利摘要一種IC卡電能表由用戶售電IC卡與靜止式電子電能表構成，主要由大規(guī)模和超大模集成電路制成。其機芯電路包含電源電路，采樣與控制電路，電壓及電流處理電路，ф值形成電路，A/D轉換電路，主、輔微機系統(tǒng)及顯示電路，硬時鐘電路和用戶IC卡構成，可自動對多戶電能度量計費，還可依用電峰值，峰谷分時段計價，有利于提高電能管理自動化和合理分配使用電能，抗干擾能力強。安全可靠性好，可防仿制而擴展功能強，制造容易，使用方便，重量輕，體積小，造價低，功耗少。
文檔編號G01R22/00GK2239035SQ95236340
公開日1996年10月30日 申請日期1995年3月13日 優(yōu)先權日1995年3月13日
發(fā)明者肖昌景, 陶昌興 申請人:肖昌景