專利名稱：電子式電卡單相電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電能計(jì)量裝置，是一種可實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)的電子式電卡單相電度表。
目前所公開的電卡電度表大多數(shù)是利用現(xiàn)有的感應(yīng)式電度表的機(jī)械轉(zhuǎn)盤將電能信號轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)字信號，如中國專利2184947和2195759所公開的電卡電度表。這類的度表由于要外加光電計(jì)數(shù)裝置，使得電度表的體積增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且不便于維修，其精度也低于原有電度表。還有一些電卡電度表，如中國專利2161930和2181007所公開的電卡電度表，采用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換和單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，使得這類電度表的成本較高、可靠性較差。另外，現(xiàn)有的電卡電度表僅采用電可擦除存儲器作為電卡電路，其保密性及安全性也較差。以上所存在的問題影響了電卡電度表的推廣使用。
本實(shí)用新型的目的是提供一種制造成本較低，且具有較高精度和可靠性的電子式電卡單相電度表。
本實(shí)用新型的目的是通過如下方式來實(shí)現(xiàn)的所提供的電子式電卡單相電度表，包括電能脈沖轉(zhuǎn)換器、微控制器、電力負(fù)荷控制器、顯示報(bào)警器和電卡部分。所說的電能脈沖轉(zhuǎn)換器是由采樣電流相位調(diào)整器、采樣電壓脈沖調(diào)寬器和與該電流相位調(diào)整器及電壓脈沖調(diào)寬器輸出端相連的模擬開關(guān)構(gòu)成一個輸出脈沖的幅度和寬度分別與采樣電流和電壓成正比的脈沖調(diào)幅調(diào)寬器，其中電壓脈沖調(diào)寬器由輸入端分別與電壓采樣電路和三角波發(fā)生器相連的比較器構(gòu)成，前述的脈沖調(diào)幅調(diào)寬器與一、二階低通濾波器組成一個時分割乘法器，該時分割乘法器再與電壓-頻率轉(zhuǎn)換器組成了電能脈沖轉(zhuǎn)換器，所說的微控制器由帶有電可擦除存儲器的微處理器和晶體振蕩器組成。前述的脈沖調(diào)幅調(diào)寬器的輸出信號經(jīng)低通濾波器轉(zhuǎn)換成與電功率成正比的電壓信號，再經(jīng)電壓-頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入微控制器進(jìn)行定時積累，得到電能的數(shù)字量。微控制器將此電能量與從電卡寫入的電能量進(jìn)行運(yùn)算處理，控制電力負(fù)荷的通、斷及顯示報(bào)警。
本實(shí)用新型采用時分割乘法器將采樣信號轉(zhuǎn)換成與電功率成正比的電壓信號，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并采用帶有電可擦除存儲器的微處理器進(jìn)行運(yùn)算處理及讀、寫，因此，不但體積較小、精度較高，而且與現(xiàn)有用單板機(jī)控制的電度表相比，其成本較低、可靠性高、保密性及安全性較好。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方案作進(jìn)一步的說明。


圖1是本實(shí)用新型的電路原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型電能脈沖轉(zhuǎn)換器的電路原理框圖。
圖3是本實(shí)用新型電能脈沖轉(zhuǎn)換器的一個具體電路圖。
圖4是本實(shí)用新型的微控制器、顯示報(bào)警器及電卡接口電路圖。
圖5是本實(shí)用新型電卡部分的電路圖。
如圖1所示電能脈沖轉(zhuǎn)換器1將電壓、電流采樣信號轉(zhuǎn)換成與負(fù)荷所消耗的平均電功率成正比的數(shù)字信號，并送入微控制器3中的微處理器進(jìn)行定時積累，得到電能的數(shù)字量。電卡6上記有的預(yù)付費(fèi)電能量通過電卡接口電路5被讀入微控制器的存儲器中，微處理器將采樣所得的電能量與讀入的預(yù)付費(fèi)電能量進(jìn)行減數(shù)讀寫，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果及負(fù)荷的電功率來控制電力負(fù)荷控制器4的開與關(guān)，同時將運(yùn)算結(jié)果送至顯示報(bào)警器，顯示剩余電量、過負(fù)荷或剩余電量低于規(guī)定值等情況。
電能脈沖轉(zhuǎn)換器的工作原理如圖2所示來自電流采樣電路7的采樣信號經(jīng)放大器8放大后送入相位調(diào)整器9，以便使電流信號相對電壓信號的相位保持采樣前的相位，調(diào)整后的電流信號送至模擬開關(guān)10。來自電壓采樣電路11的采樣信號經(jīng)放大器12放大后輸入比較器13，該比較器與三角波發(fā)生器14構(gòu)成電壓脈沖調(diào)寬器15，即電壓信號與三角波信號比較后輸出一個寬度與采樣電壓成正比的脈沖信號。該電壓脈沖信號也送至模擬開關(guān)10，與電流信號調(diào)制后所輸出的脈沖信號的幅度與電流成正比，寬度與電壓成正比，再經(jīng)一、二階低通濾波器16，輸出一個與平均電功率成正比的直流電壓信號，然后再經(jīng)電壓-頻率轉(zhuǎn)換器17轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送微處理器進(jìn)行運(yùn)算處理。
圖3給出了電能脈沖轉(zhuǎn)換器的一個具體實(shí)例。本實(shí)例使用高精度的0.01歐電阻R1和分壓電阻R7、R8對負(fù)荷進(jìn)行電流、電壓采樣。采樣電流送至由運(yùn)算放大器U1、模擬開關(guān)U11中的一路和外圍電阻R2-R5構(gòu)成的電流前置放大器；采樣電壓送至由運(yùn)算放大器U2和電阻R9、R10構(gòu)成的電壓前置放大器。電流相位調(diào)整器由運(yùn)算放大器U3、電位器W5、電阻R42、R43和電容C11組成，調(diào)節(jié)電位器W5可使電流信號相對電壓信號的相位保持采樣前的相位，調(diào)整后的電流信號送至模擬開關(guān)U11。放大的電壓信號送至由運(yùn)算放大器U4和電阻R38、R39、R6組成的比較器。由運(yùn)算放大器U5、U6、電位器W1、電阻R11-R16、電容C1、C2和雙向穩(wěn)壓二極管Z1組成的三角波發(fā)生器與前述的比較器又構(gòu)成了電壓脈沖調(diào)寬器，它將電壓信號與三角波信號進(jìn)行比較后輸出一個寬度與采樣電壓成正比的脈沖信號送至模擬開關(guān)U11。模擬開關(guān)U11將輸入的電壓、電流信號進(jìn)行調(diào)制，輸出一個寬度和幅度與采樣電壓和電流成正比的脈沖信號。運(yùn)算放大器U7、U8、U9、電阻R17-R27和電容C3-C7組成了一、二階低通濾波器，它對模擬開關(guān)U11的輸出信號進(jìn)行處理后送至由運(yùn)算放大器U10、壓控震蕩器U12、電位器W3、W4、電阻R28、R37和電容C8、C9組成的電壓-頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號再送入微控制器進(jìn)行運(yùn)算處理。
圖中的三極管N1及繼電器JD、電阻R40、R41、電容C10、二極管D2組成了電力負(fù)荷控制電路，它接受微控制器的信號，對電力負(fù)荷實(shí)施通、斷控制。
微控制器的電路如圖4所示它由帶有電可擦除存儲器的微處理器U13、晶體震蕩器XT1、電容C14、C15組成。三極管N2及外圍電阻R44-R46、穩(wěn)壓二極管Z4組成了微控制器的掉電復(fù)位電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓過低時，掉電復(fù)位電路將向微處理器U13發(fā)出掉電信號，微處理器即向負(fù)荷控制電路發(fā)出斷電信號，使負(fù)荷斷電，從而保護(hù)了負(fù)荷的安全；當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，該電路向微處理器U13發(fā)出復(fù)位信號，使負(fù)荷重新通電工作。
圖中編號U15-ICM7211液晶驅(qū)動模塊，U16-V1402D液晶顯示模塊，用于顯示剩余電量，L1、L2-發(fā)光二極管，用于指示電度表工作的正、異常情況，U14-CCM01集成電路卡座，它與晶體震蕩器XT2、電容C12、C13組成電卡接口電路，用于連結(jié)電卡。
電卡電路如圖5所示，采用了帶有電可擦除存儲器的微處理器U17，它與前述的微處理器U13均采用PIC16C84微處理器，這種微處理器的成本較低，而可靠性高，并可進(jìn)行硬、軟件加密，從而保證了電卡的安全性。
本實(shí)例的運(yùn)算放大器U1、U2可合選用LP353，運(yùn)算放大器U3-U6、U7-U10可合選用LP347，模擬開關(guān)U11選用CD4066B，壓控震蕩器U12選用LM331。
權(quán)利要求1.一種電子式電卡單相電度表，包括電能脈沖轉(zhuǎn)換器(1)、微控制器(3)、電力負(fù)荷控制器(4)、顯示報(bào)警器(2)和電卡部分，其特征是所說的電能脈沖轉(zhuǎn)換器(1)是由采樣電流相位調(diào)整器(9)、采樣電壓脈沖調(diào)寬器(15)和與該電流相位調(diào)整器(9)及電壓脈沖調(diào)寬器(15)輸出端相連的模擬開關(guān)(10)構(gòu)成一個輸出脈沖的幅度和寬度分別與采樣電流和電壓成正比的脈沖調(diào)幅調(diào)寬器，其中電壓脈沖調(diào)寬器(15)由輸入端分別與電壓采樣電路(11)和三角波發(fā)生器(14)相連的比較器(13)構(gòu)成，前述的脈沖調(diào)幅調(diào)寬器與一、二階低通濾波器(16)組成一個時分割乘法器，該時分割乘法器再與電壓-頻率轉(zhuǎn)換器(17)組成了電能脈沖轉(zhuǎn)換器(1)，所說的微控制器(3)由帶有電可擦除存儲器的微處理器(U13)和晶體振蕩器(XT1)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的電度表，其特征是所說的帶有電可擦除存儲器的微處理器(U13)采用PIC16C84微處理器。
專利摘要本實(shí)用新型是一種可實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)的電子式電卡單相電度表，它包括電能脈沖轉(zhuǎn)換器、微控制器、電力負(fù)荷控制器、顯示報(bào)警器和電卡部分。電能脈沖轉(zhuǎn)換器包括由采樣電流相位調(diào)整器、采樣電壓脈沖調(diào)寬器和模擬開關(guān)構(gòu)成的脈沖調(diào)幅調(diào)寬器，模擬開關(guān)輸出的脈沖的幅度和寬度分別與采樣電流和電壓成正比，此脈沖信號經(jīng)過低通濾波器轉(zhuǎn)換為一個與電功率成正比的電壓信號，然后再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送微處理器進(jìn)行運(yùn)算處理，控制負(fù)荷的通、斷。
文檔編號G01R21/00GK2249907SQ9623596
公開日1997年3月19日 申請日期1996年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月12日
發(fā)明者陳馬丁, 李洪義, 鄭增卯, 荊西京 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)