專(zhuān)利名稱(chēng)：預(yù)付費(fèi)多卡電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用電量計(jì)量裝置，更確切地說(shuō)是涉及一種可供多卡使用的預(yù)付費(fèi)電度表。
在抽取地下水灌溉農(nóng)田的廣大農(nóng)村地區(qū)，長(zhǎng)期以來(lái)一直存在著用電收費(fèi)的混亂同題。一方面，一口機(jī)井往往供多戶(hù)灌溉，每戶(hù)的實(shí)際用電量或者靠手工記錄及計(jì)算或者按地畝、按時(shí)間收費(fèi)，由于沒(méi)有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，缺乏科學(xué)有效的計(jì)量手段，而造成人為誤差；另一方面，供電局只收費(fèi)到變壓器，收費(fèi)到用戶(hù)的工作是由基層電工或機(jī)井手完成的，由于缺少制約機(jī)制而出現(xiàn)亂收費(fèi)、亂加價(jià)及權(quán)力戶(hù)、關(guān)系戶(hù)澆地不交費(fèi)等不正常現(xiàn)象，因用電成本高、透明度低及秩序亂等而嚴(yán)重影響了廣大農(nóng)民的用電積極性。
現(xiàn)有的電卡或磁卡式電度表具有通用性，但由于每個(gè)機(jī)井的所有制形式不同，允許電價(jià)有差別，絕不允許低價(jià)購(gòu)電到高價(jià)井上用電，因此具有通用性的電卡或磁卡電度表是不適于在廣大農(nóng)村地區(qū)使用的。此外一戶(hù)一表式的電卡電度表因不符合農(nóng)村的實(shí)際用電情況，顯然也是不適于采用的。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種預(yù)付費(fèi)多卡電度表，以科學(xué)有效的計(jì)量手段和合理有序的制約機(jī)制解決農(nóng)村機(jī)井灌溉用電的計(jì)量和管理同題，也可適用于其它一表多用戶(hù)的公共用電場(chǎng)合。
本實(shí)用新型的預(yù)付費(fèi)多卡電度表應(yīng)能實(shí)現(xiàn)一表多卡，允許多個(gè)用戶(hù)分別購(gòu)電共同使用；應(yīng)該遵守隨機(jī)使用原則，即有別于磁卡式電話機(jī)的使用(磁卡電話機(jī)實(shí)行話后計(jì)費(fèi)，設(shè)有容卡機(jī)構(gòu)，用戶(hù)先塞卡，待通話結(jié)束后在卡上結(jié)算吐出，但容卡機(jī)構(gòu)成本較高，如果不用容卡機(jī)構(gòu)，當(dāng)澆完地時(shí)可能不等結(jié)算完就已拔出電鑰匙了，若提前結(jié)算，由于不能事先知道用戶(hù)何時(shí)澆完地，且不允許多計(jì)或漏計(jì)電量，也是不切實(shí)際的)；應(yīng)能滿(mǎn)足一卡一表，以區(qū)別磁卡式電度表的通用性；具有電量安全的特性，由用戶(hù)自由支配使用電量，以區(qū)別于一戶(hù)一表式的電卡式電度表；應(yīng)能方便調(diào)整電價(jià)和有利于解決囤積電量的同題。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，預(yù)付費(fèi)多卡電度表，包括計(jì)量電能的表芯和計(jì)費(fèi)控制電路，所述的計(jì)費(fèi)控制電路由采樣電路、單片機(jī)處理單元電路和輸出執(zhí)行控制電路順序連接構(gòu)成，其特征在于還包括有與預(yù)付費(fèi)多卡電度表分體的一個(gè)以上的電鑰匙和設(shè)置在預(yù)付費(fèi)多卡電度表內(nèi)的電鑰匙插座；所述的電鑰匙插座與所述的單片機(jī)處理單元電路連接。
所述的表芯是標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)式機(jī)械電度表芯，所述的采樣電路是套裝在表芯轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)軸上的直射式光電轉(zhuǎn)換器，所述的輸出執(zhí)行控制電路是由晶體管放大器和中間繼電器連接構(gòu)成的繼電器電路，繼電器電路輸出端連接外部交流接觸器或斷電器。
所述的電鑰匙由塑料外殼、制作在外殼上的導(dǎo)電觸點(diǎn)組和制作在外殼內(nèi)且與導(dǎo)電觸點(diǎn)組連接的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成；所述的電鑰匙座由座體、設(shè)置在座體內(nèi)并與單片機(jī)處理單元電路連接的導(dǎo)電觸點(diǎn)組、設(shè)置在電鑰匙座口處的防塵門(mén)和設(shè)置在一對(duì)導(dǎo)電觸點(diǎn)間的頂推式開(kāi)關(guān)組成。
還包括有由驅(qū)動(dòng)晶體管及數(shù)碼管連接構(gòu)成的顯示電路，顯示電路與所述的單片機(jī)處理單元電路連接。
本實(shí)用新型的預(yù)付費(fèi)多卡電度表借鑒了電卡式電度表及磁卡式電話機(jī)的部分優(yōu)點(diǎn)并賦予獨(dú)刨的技術(shù)，采用機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)。其電度計(jì)量原理是通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)式機(jī)械電度表芯上加裝采樣電路，將轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)殡娦盘?hào)送入單片機(jī)中，通過(guò)脈沖常數(shù)折算成電度數(shù)，因此電子部分的計(jì)量依據(jù)就是機(jī)械部分的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者是等效的。其計(jì)費(fèi)原理是先由用戶(hù)到供電局或指定的營(yíng)業(yè)處開(kāi)戶(hù)預(yù)先交費(fèi)購(gòu)電，購(gòu)得的電量記錄在電鑰匙上，用戶(hù)將電鑰匙插在指定機(jī)井處的預(yù)付費(fèi)多卡電度表中，在電表識(shí)別合法后接通中間繼電器，進(jìn)而閉合外部的交流接觸器或斷電器，用戶(hù)就可啟動(dòng)水泵抽水。澆完地后拔出電鑰匙，電表自動(dòng)切斷繼電器，水泵因斷電而停轉(zhuǎn)，用戶(hù)實(shí)際的用電量自動(dòng)從購(gòu)電量中扣除，剩余電量下次還可繼續(xù)使用，且電鑰匙可反復(fù)購(gòu)電反復(fù)使用。
采用預(yù)付費(fèi)多卡電度表可減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)，電力部門(mén)直接收費(fèi)到戶(hù)，可減少中間環(huán)節(jié)和漏洞，電價(jià)公開(kāi)易于監(jiān)督，只認(rèn)電鑰匙不認(rèn)人，避免了亂加價(jià)亂收費(fèi)；方便用戶(hù)用電，根據(jù)需要購(gòu)電、用電，自動(dòng)開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)，免去了機(jī)井手的繁雜工作；維護(hù)了良好的供用電秩序；提高了用電管理水平。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)

圖1是預(yù)付費(fèi)多卡電度表結(jié)構(gòu)原理框圖圖2是預(yù)付費(fèi)多卡電度表電原理圖圖3是預(yù)付費(fèi)多卡電度表的電鑰匙電路圖圖4是預(yù)付費(fèi)多卡電度表電鑰匙座的結(jié)構(gòu)原理圖參見(jiàn)圖1，預(yù)付費(fèi)多卡電度表是按機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三相或單相電度表。由表芯11、計(jì)費(fèi)控制電路12和電鑰匙13三部分組成，表芯11采用標(biāo)準(zhǔn)的86系列感應(yīng)式機(jī)械電度表，具有2.0級(jí)的計(jì)量精度，負(fù)責(zé)電能的計(jì)量。計(jì)費(fèi)控制電路12主要包括光電采樣電路121、單片機(jī)處理單元電路122、電鑰匙插座123、顯示器124和繼電器電路125。繼電器電路125連接外部交流接觸器或斷電器14的控制端，交流接觸器或斷電器14連接在水泵的供電電路中。
光電采樣電路121的關(guān)鍵部件是直射式光電轉(zhuǎn)換器，對(duì)稱(chēng)套裝在表芯轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)軸上，將轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號(hào)送入單片機(jī)中，通過(guò)脈沖常數(shù)折算成與機(jī)械表相同的電量數(shù)。用戶(hù)將電鑰匙13插入電鑰匙座123中后，單片機(jī)處理單元電路通過(guò)電鑰匙座123讀取電鑰匙13上的購(gòu)電量并由顯示器124顯示出來(lái)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器電路125動(dòng)作往表外送合同信號(hào)，再由外部的交流接觸器或斷電器14接通用電電路，可以用電。當(dāng)用戶(hù)用電結(jié)束后，拔出電鑰匙13，單片機(jī)處理單元電路122驅(qū)動(dòng)繼電器電路125往表外送跳閘信號(hào)，再由外部的接觸器或斷電器14斷開(kāi)用電電路。多卡表的電鑰匙是不能混用的，用戶(hù)購(gòu)得的電量經(jīng)獨(dú)特的加密算法加密后存入電鑰匙內(nèi)，插入電鑰匙后，由電表讀出并解密，接通繼電器允許用電。用戶(hù)實(shí)際所用的電量從購(gòu)電量中扣除，直至遞減到0，用戶(hù)的購(gòu)電情況及用電情況都記錄在電鑰匙上。多卡表的軟件還采用了先進(jìn)的事件提交算法以解決隨時(shí)拔出電鑰匙時(shí)的計(jì)費(fèi)難題(由于用電情況記錄在電鑰匙上，從購(gòu)電量中扣除所用電量也就是往電鑰匙上反寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)候，突然拔出電鑰匙必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，而此種情況是不可避免的，采用先進(jìn)的事件提交算法則可解決因無(wú)法確定用戶(hù)用電完畢拔出鑰匙時(shí)的計(jì)費(fèi)問(wèn)題)。本多卡表軟件還采用了多重身份認(rèn)證處理，只有在滿(mǎn)足各種條件時(shí)才接通中間繼電器允許用電，這些條件包括是多卡表的電鑰匙，其它電鑰匙不能混用；是本電表的電鑰匙，具有本機(jī)井的電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)；電鑰匙上的電費(fèi)價(jià)格是經(jīng)調(diào)整后的(電價(jià)允許調(diào)整但禁止囤積，電價(jià)調(diào)整后將剩余電量均折算成新電價(jià)后的電量，從根本上解決電量囤積問(wèn)題)；剩余電量大于零。實(shí)施例的一個(gè)預(yù)付費(fèi)多卡電度表可允許200戶(hù)分別購(gòu)電使用。
參見(jiàn)圖2，單片機(jī)U8是電度表的核心部件，選用適于作工業(yè)過(guò)程控制和在軍事領(lǐng)域中使用的優(yōu)質(zhì)8位單片機(jī)BM975B，具有獨(dú)特的端口設(shè)計(jì)和低級(jí)的指令系統(tǒng)。
晶振器J0、電阻R0、電容C1、C2與單片機(jī)U8的P6、P7(CK0、CK1)連接構(gòu)成復(fù)位電路，保證在任何情況下都不會(huì)死機(jī)。
驅(qū)動(dòng)晶體管G1-G4、四位(一位小數(shù))數(shù)碼管U2(TDF34B7)、電阻R0-R7與單片機(jī)U8的P26-P32(D0-D7)、P39-P40(C0-01)、P1-P2(C2-C3)連接構(gòu)成顯示電路，顯示電鑰匙上的剩余電量。
插頭、座PBX2、光電頭Q1(5G207)與單片機(jī)U8的P20(PLI)連接構(gòu)成采樣電路，將機(jī)械表轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娒}沖信號(hào)。
變壓器TRN、整流二極管D1-D4、三端穩(wěn)壓器件LM34015或LM2940連接構(gòu)成直流電源電路，為電度表提供5V電源。
由單片機(jī)U8的P19(RLY)端輸出控制信號(hào)，經(jīng)晶體三極管G6放大后通過(guò)接插件BPX-B送中間繼電器RY2，觸發(fā)繼電器動(dòng)作，從而控制外部大電流三相交流接觸器吸合或斷開(kāi)。
晶體三極管G7、蜂鳴器BP與單片機(jī)U8的P30(BPD)連接構(gòu)成蜂鳴器報(bào)警電路。
晶體三極管G5與單片機(jī)U8的P37(G2)及顯示器連接構(gòu)成脈沖指示電路，每收到一個(gè)脈沖閃一下。
存儲(chǔ)器芯片U3與單片機(jī)U8的P3-P4(SDA-SCL)連接，構(gòu)成電度表的內(nèi)部存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)電表常數(shù)、表號(hào)、電價(jià)等參數(shù)。
單片機(jī)U8的P13-P15(VRF、PF1、PF)端接入的是單片機(jī)的模擬電壓比較器，與三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源連接，當(dāng)電源電壓低于一定值時(shí)，單片機(jī)的模擬電壓比較器產(chǎn)生比較信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)U8的中斷信號(hào)端P16(INT)產(chǎn)生硬件中斷，進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)。
參見(jiàn)圖3，電鑰匙由ABS工程塑料一次注塑成型，具有防水、防塵、防潮、抗靜電、抗腐蝕、便于攜帶等特點(diǎn)。電鑰匙內(nèi)部有一塊EEPROM芯片和兩個(gè)上拉電阻，對(duì)外有四個(gè)電觸點(diǎn)，分別為電源VDD、地VSS、時(shí)鐘SCL和數(shù)據(jù)SDA。電鑰匙是多卡表的電量存儲(chǔ)介質(zhì)，保存購(gòu)電量安全可靠，不會(huì)因電表?yè)p壞造成電量丟失，且電量的使用由用戶(hù)自由支配，這也是與一戶(hù)一表式的電卡電度表的根本區(qū)別。
參見(jiàn)圖4，電鑰匙座123(RPB)具有供插入電鑰匙的座體、防塵門(mén)1231和五個(gè)電觸點(diǎn)，分別為電源VDD、時(shí)鐘SCL、數(shù)據(jù)SDA、地VSS和信號(hào)KIN，與單片機(jī)上的同名端連接，于觸點(diǎn)VSS與KIN間設(shè)有頂推式開(kāi)關(guān)K。插入電鑰匙前，KIN觸點(diǎn)由于頂推式開(kāi)關(guān)K的作用而與VSS觸點(diǎn)連接，因此KIN信號(hào)為VSS電平即低電平。當(dāng)插入電鑰匙后，電鑰匙將頂推式開(kāi)關(guān)K頂開(kāi)，斷開(kāi)KIN與VSS，由于KIN端連接有上拉電阻，故KIN信號(hào)為高電平。單片機(jī)通過(guò)查詢(xún)KIN信號(hào)就可確定是否插入電鑰匙。KIN為高電平時(shí)表示有卡可以讀寫(xiě)，反之則無(wú)卡。防塵門(mén)采用黃銅制作，有美觀不生銹的特點(diǎn)。電觸點(diǎn)采用高彈性鍍金簧片，接觸可靠，插接次數(shù)可達(dá)萬(wàn)次以上。
本實(shí)用新型的預(yù)付費(fèi)多卡電度表，采用先進(jìn)的微電子技術(shù)配合標(biāo)準(zhǔn)電度表芯制作成機(jī)電一體化的智能電能計(jì)量裝置，適用于農(nóng)村機(jī)井灌溉用電的計(jì)量和管理，也適用于其它一表多用戶(hù)的公共用電場(chǎng)所。可通過(guò)軟件設(shè)計(jì)延時(shí)跳閘功能，即用電結(jié)束拔出電鑰匙后延時(shí)斷開(kāi)中間繼電器，還可具有自動(dòng)抄表等功能，便于計(jì)算機(jī)管理。
權(quán)利要求1．一種預(yù)付費(fèi)多卡電度表，包括計(jì)量電能的表芯和計(jì)費(fèi)控制電路，所述的計(jì)費(fèi)控制電路由采樣電路、單片機(jī)處理單元電路和輸出執(zhí)行控制電路順序連接構(gòu)成，其特征在于還包括有與預(yù)付費(fèi)多卡電度表分體的一個(gè)以上的電鑰匙和設(shè)置在預(yù)付費(fèi)多卡電度表內(nèi)的電鑰匙插座；所述的電鑰匙插座與所述的單片機(jī)處理單元電路連接。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)付費(fèi)多卡電度表，其特征在于所述的表芯是標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)式機(jī)械電度表芯，所述的采樣電路是套裝在表芯轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)軸上的直射式光電轉(zhuǎn)換器，所述的輸出執(zhí)行控制電路是由晶體管放大器和中間繼電器連接構(gòu)成的繼電器電路，繼電器電路輸出端連接外部交流接觸器或斷電器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)付費(fèi)多卡電度表，其特征在于所述的電鑰匙由塑料外殼、制作在外殼上的導(dǎo)電觸點(diǎn)組和制作在外殼內(nèi)且與導(dǎo)電觸點(diǎn)組連接的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成；所述的電鑰匙座由座體、設(shè)置在座體內(nèi)并與單片機(jī)處理單元電路連接的導(dǎo)電觸點(diǎn)組、設(shè)置在電鑰匙座口處的防塵門(mén)和設(shè)置在一對(duì)導(dǎo)電觸點(diǎn)間的頂推式開(kāi)關(guān)組成。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)付費(fèi)多卡電度表，其特征在于還包括有由驅(qū)動(dòng)晶體管及數(shù)碼管連接構(gòu)成的顯示電路，顯示電路與所述的單片機(jī)處理單元電路連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種預(yù)付費(fèi)多卡電度表，適用于機(jī)井用電的計(jì)量與管理及一表多用戶(hù)的公共用電場(chǎng)所。包括標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)式機(jī)械電度表芯、電鑰匙和由光電采樣電路、單片機(jī)單元處理電路、顯示器、中間繼電器電路、電鑰匙座等連接構(gòu)成的計(jì)費(fèi)控制電路。軟件設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)特的加密算法、先進(jìn)的事件提交算法和多重身份認(rèn)證，解決了一表多卡、一卡一表及允許隨機(jī)使用等問(wèn)題。插、拔有效的電鑰匙后往表外送合、跳閘信號(hào)。安全、可靠、方便。
文檔編號(hào)G01R11/00GK2336363SQ9820416
公開(kāi)日1999年9月1日 申請(qǐng)日期1998年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月4日
發(fā)明者張?jiān)? 徐克猛, 宋軍, 蘇長(zhǎng)芳, 顧海燕, 蔣玉峰, 林立峰, 張文臣 申請(qǐng)人:北京博納電子技術(shù)有限公司