專利名稱：多用戶智能型電度裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型有關(guān)一種多用戶智能型電度裝置，特別是針對(duì)社區(qū)或大樓用戶集中處，可供同時(shí)測(cè)量多用電單位用電信號(hào)的多用戶智能型電度裝置傳統(tǒng)電度裝置無(wú)論采用感應(yīng)機(jī)械式或電子數(shù)字式電度表，都是只針對(duì)單一用戶設(shè)計(jì)。對(duì)于社區(qū)或大樓的用戶，若仍采用傳統(tǒng)單一用戶形式的電度表，則不能有效利用各用戶的輸電線路集中所提供的便利性而導(dǎo)致共通性資源重疊而使造價(jià)提升。不僅設(shè)置電度表成本高，且就查表工作而言，則因電表數(shù)量甚多而不利于數(shù)據(jù)通信抄表系統(tǒng)的實(shí)施。目前雖有采用紅外線輸出入裝置的查表設(shè)備取代部分以人力登錄的查表方式，然而對(duì)一社區(qū)數(shù)以百計(jì)的用電單位進(jìn)行查表工作，不能有效利用社區(qū)集中的特性，無(wú)法達(dá)到省時(shí)省力的功效。此外，電力公司為公司本身營(yíng)利或?yàn)楣膭?lì)有效利用電能的目的而訂有離峰時(shí)間不同計(jì)價(jià)方式的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，然而隨電力供應(yīng)量及用電單位用電習(xí)慣的改變，該計(jì)價(jià)時(shí)段若隨之改變，則必須對(duì)各電度表進(jìn)行逐一調(diào)校，即使對(duì)大樓或社區(qū)的用戶集中處也是如此。
本實(shí)用新型的主要目的是提供一種多用戶智能型電度裝置，其是針對(duì)前述傳統(tǒng)電度表未能有效利用用電戶集中特性而采用單一用戶電度裝置的缺陷，設(shè)計(jì)出的利用單一電度裝置處理多戶用電單位的用電信號(hào)，以提供工程量低、成本節(jié)省且占用空間小的電表設(shè)置工程。
本實(shí)用新型的另一目的是提供一種多用戶智能型電度裝置，其在利用現(xiàn)已發(fā)展極為成熟的電腦科技進(jìn)行處理用電信號(hào)的動(dòng)作，從而提供電腦化抄表實(shí)施、遠(yuǎn)端遙控，遠(yuǎn)距傳輸、處理并輸出不同計(jì)價(jià)時(shí)段的用電數(shù)據(jù)及安全警戒的功能。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的其包含有多組模擬信號(hào)取樣電路，用于取樣多戶用電單位的用電量，其輸出分別接至其對(duì)應(yīng)的一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將各個(gè)模擬信號(hào)取樣電路提取的用電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；以及接收上述各個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)的一微處理機(jī)，用于記錄并處理該數(shù)字信號(hào)，該微處理機(jī)至少包含一中央處理單元、一組存儲(chǔ)體及一輸出/入接口，將該多戶用電單位的電源接至該多用戶智能型電度裝置，并將采取的用電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以供該微處理機(jī)處理，可同時(shí)測(cè)量并輸出多戶用電單位的用電數(shù)據(jù)。
其中該微處理器至少包含一連接通信裝置的輸出入接口，用于連接一可以提供遠(yuǎn)端輸入及輸出的通信裝置。
其中該通信裝置為數(shù)傳機(jī)。
其中該微處理機(jī)另外包含一遙控輸入單元，用于由遠(yuǎn)端輸入信號(hào)經(jīng)該通信裝置控制該電度表動(dòng)作。
其中另外包含一紅外線輸出設(shè)備，設(shè)于微處理機(jī)的輸出/入接口，用于供一紅外線讀取裝置讀取該用電數(shù)據(jù)。
其中該微處理機(jī)另外包含一計(jì)價(jià)時(shí)段處理單元，藉由輸入一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間及輸入電力公司所設(shè)定的各計(jì)價(jià)時(shí)段的起始與結(jié)束時(shí)間，可在輸出的多戶用電單位的用電數(shù)據(jù)中包含不同計(jì)價(jià)時(shí)段的用電量數(shù)據(jù)。
其中該微處理機(jī)另外包含一電力安全警戒單元，藉輸入各用戶用電警戒值并持續(xù)對(duì)各用戶的取樣用電量與警戒值進(jìn)行比較，可在當(dāng)取樣用電量持續(xù)一特定時(shí)間超過(guò)警戒值時(shí)，輸出一警告信號(hào)。
其中該微處理機(jī)另外包含一用電計(jì)量單元，其包含可執(zhí)行計(jì)數(shù)、統(tǒng)計(jì)及輸出功能的軟件，用于將各用電戶的用電數(shù)據(jù)以特定格式的報(bào)表輸出。
其中該模擬信號(hào)取樣電路包含一電壓取樣電路與一電流取樣電路。
其中該微處理機(jī)另外包含一斷電復(fù)電單元，其包含一控制軟件，用于控制一外部電源控制設(shè)備，以進(jìn)行斷電與復(fù)電的控制。
本實(shí)用新型是將多組取樣電路以及一共用的微處理機(jī)設(shè)于同一電度裝置中，將配電線集中的用電單位的電源線同時(shí)接至該電度裝置，利用該微處理機(jī)同時(shí)處理各用戶的用電信號(hào)，并利用該微處理機(jī)與特定軟件結(jié)合而形成的遙控輸出入單元、計(jì)價(jià)時(shí)段處理單元及電力安全警戒單元，以提供上述遠(yuǎn)端遙控、遠(yuǎn)距傳輸、處理并輸出不同計(jì)價(jià)時(shí)段的用電數(shù)據(jù)及安全警戒的功能。
下面結(jié)合本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例和附圖，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型如下

圖1是本實(shí)用新型中各組成元件的結(jié)構(gòu)方塊圖；圖2是本實(shí)用新型中電壓取樣電路的實(shí)施例電路圖；圖3是本實(shí)用新型中電流取樣電路的實(shí)施例電路圖；圖4是本實(shí)用新型中信號(hào)取樣的電路實(shí)施例電路圖。
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型是由多組模擬信號(hào)取樣電路1、一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器2及一微處理機(jī)3所組成。
再參見(jiàn)圖2一圖4，模擬信號(hào)取樣電路1包含一電壓取樣電路11、一電流取樣電路12、保護(hù)電路及負(fù)極性處理電路13。圖2中所示為一電壓取樣電路11，其利用分壓原理而由與R、R′串聯(lián)的R″處取樣出電壓波形。為提供對(duì)R″電阻保護(hù)以避免瞬間突發(fā)脈沖的破壞，該電壓取樣電路11中設(shè)有一雙向瞬變式二極管111，可在高于7V以上時(shí)自動(dòng)導(dǎo)通接地，從而可在高響應(yīng)速度下提供對(duì)瞬間電壓突發(fā)脈沖較佳的保護(hù)性。對(duì)該保護(hù)電路及分壓取樣所示的電路，任何熟悉電子電路技術(shù)者可依現(xiàn)有各式分壓取樣及保護(hù)方式，均可在不脫離本實(shí)用新型的精神下作適當(dāng)?shù)男薷?，所以圖2中的以電壓取樣的電路圖并非用于限定本實(shí)用新型，僅是供參考的一實(shí)施方式。
圖3所示為一電流取樣電路12，其利用一組變壓線圈制成的比流器121將輸入的電流信號(hào)變壓取樣，再經(jīng)一運(yùn)算放大器122輸出，利用該運(yùn)算放大器122的高輸入阻抗特性，可在低負(fù)載的比流器121上取得比差角差(即電壓信號(hào)與電流信號(hào)的相位差)甚小，而具有高線性度的取樣波形。對(duì)該比流器及放大電路，任何熟悉電子電路技術(shù)者可依現(xiàn)有各式電流取樣電流及放大電路的設(shè)計(jì)方式，均可在不脫離本實(shí)用新型的精神下作適當(dāng)?shù)男薷模詧D3中電流取樣的電路圖并非用于限定本實(shí)用新型，僅是供參考的一實(shí)施方式。
圖4中所示為負(fù)極性處理電路13。由于取自電壓取樣電路11及電流取樣電路12的交流信號(hào)具有正、負(fù)雙極性，其正極性的部分可直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖而輸入微處理機(jī)3運(yùn)算而負(fù)極性的部分則無(wú)法以相同方式處理，所以該雙極性的交流信號(hào)電壓波形及電流波形必須經(jīng)一負(fù)極性處理電路13先進(jìn)行處理。該先行處理的設(shè)計(jì)方式可為直接提升電壓、整流或其他處理反相信號(hào)的方式，將雙極性的信號(hào)處理為單極性的信號(hào)。圖4中所示的負(fù)極性處理電路是采用電壓提升的方式將雙極性交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性。通過(guò)加入一提升用的參考電壓VREF及利用R1、R2的分壓作用，即可輸出一可直接輸入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的單極性波形。
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器2用于將模擬信號(hào)取樣電路1輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為可供數(shù)字裝置讀取及處理的數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)輸出經(jīng)由一傳輸總線(bus)14直接傳送至微處理機(jī)3進(jìn)行運(yùn)算。每一模擬信號(hào)取樣電路1的輸出信號(hào)均需轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所以必須在每一模擬信號(hào)取樣電路的輸出端均連接至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器2。為了不重復(fù)設(shè)置共用的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器2，本實(shí)用新型將各模擬信號(hào)取樣電路1的輸出接至一多工器21，再以多工處理的方式串接至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器2作模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換處理。
微處理機(jī)3為傳統(tǒng)包含微處理器結(jié)構(gòu)的微電腦，該微處理器結(jié)構(gòu)(未示于圖中)至少包含一中央處理單元(CPU)、一組存儲(chǔ)器及一或多組輸出/入接口(I/O port)。本實(shí)用新型中采用型號(hào)80196的微處理器作為微處理機(jī)3，然而采用其他的單芯片微處理器也不脫離本實(shí)用新型的精神與范圍。用電信號(hào)在經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入微處理機(jī)3進(jìn)行數(shù)字處理，其處理程序中計(jì)算功率的步驟如下由微處理機(jī)3控制多工器21而以多工方式輸入各模擬信號(hào)取樣電路1的電壓波形及電流波形所轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，再由該輸入的數(shù)據(jù)計(jì)算電壓周期，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出取樣電壓、電流的真均方根值(true RMS)。在固定時(shí)段內(nèi)連續(xù)取樣N次，得到方均根電流值為IRMS=1NΣi=0NI2(i)]]>
方均根電壓值為VRMS=1NΣi=0NV2(i)]]>先計(jì)算電壓、電流原始數(shù)據(jù)相乘的平均值而得出有效功率P=1NΣi=0NI(i)×V(i)]]>再將VRMS對(duì)乘IRMS而得到視在功率S(APPRENT POWER)S＝VRMS×IRMS將有效功率除以視在功率而求出功率因素PF=PS]]>推算出無(wú)效功率Q=S2-P2]]>將有效功率對(duì)時(shí)間積分而得到有效電度Wh=Σi=0NP(i)Δt]]>將無(wú)效功率對(duì)時(shí)間積分而得到無(wú)效電度(VAR HOUR)VARH=Σi=0NQ(i)Δt]]>處理后的信號(hào)有多種輸出方式，該輸出可以(1)直接經(jīng)由一輸出/入接口傳送至一顯示器43。(2)經(jīng)由一輸出/入接口傳送至一紅外線輸出設(shè)備42，經(jīng)由該紅外線輸出設(shè)備42即可利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的紅外線讀取裝置(圖中未示出)讀取該用電信號(hào)。(3)經(jīng)由一輸出/入接口傳送至一遠(yuǎn)端通信裝置41，經(jīng)由該遠(yuǎn)端通信裝置41即可將該用電信號(hào)以遠(yuǎn)端通信的方式傳送出，該遠(yuǎn)端通信裝置41可為傳統(tǒng)的遠(yuǎn)端存取裝置如調(diào)制解調(diào)器(MODEM)、數(shù)據(jù)專線或其他提供遠(yuǎn)程傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)設(shè)備，通信設(shè)備與微處理器之間的界面規(guī)格可用RS232、RS485或其他現(xiàn)有的界面規(guī)格。本實(shí)用新型中多組電表可共用一遠(yuǎn)端通信裝置41，以共享硬件資源，避免相同設(shè)備重復(fù)配置而造成浪費(fèi)。
利用微處理機(jī)3具有多工的特性，本實(shí)用新型中另外設(shè)有一經(jīng)輸出/入接口連接一電源控制設(shè)備45的斷電復(fù)電單元，經(jīng)由該電源控制設(shè)備45即可對(duì)選定的用電戶進(jìn)行斷電或復(fù)電控制。將微處理機(jī)3結(jié)合輸入裝置44(如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器)及各輸出設(shè)備，即可對(duì)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器2輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算及控制，并以適當(dāng)?shù)慕槊孢M(jìn)行輸出。該運(yùn)算及控制功能可利用特定的軟件結(jié)合該微處理器結(jié)構(gòu)形成的處理單元實(shí)現(xiàn)。該處理單元包含一用電計(jì)量單元、一遙控輸入單元、一計(jì)價(jià)時(shí)段處理單元、一電力安全警戒單元及斷電復(fù)電單元。
用電計(jì)量單元包括可執(zhí)行計(jì)數(shù)功能的軟件以執(zhí)行計(jì)數(shù)、統(tǒng)計(jì)及輸出的功能，可將各用電戶的用電數(shù)據(jù)以特定格式的報(bào)表輸出。
遙控輸入單元包括由選定的通信協(xié)定(如DCP/IP)、選定的遠(yuǎn)程通信裝置適用的介面規(guī)格(如調(diào)制解調(diào)器采用的V.90規(guī)格)及選定的通信軟件。該通信協(xié)定、介面規(guī)格及通信軟件已有多種傳統(tǒng)的規(guī)格可供選擇，且各規(guī)格都只執(zhí)行一條各軟硬件廠商統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以采用各種現(xiàn)有或未來(lái)制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進(jìn)行通信的方式均不脫離本實(shí)用新型的精神。
計(jì)價(jià)時(shí)段處理單元包含下列步驟(a)提供一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；(b)將輸入的各分段計(jì)價(jià)時(shí)段的起始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中；(c)將不同時(shí)段輸入的用電信號(hào)分別處理并在輸出的用電數(shù)據(jù)中加入計(jì)價(jià)時(shí)段數(shù)據(jù)。藉由該計(jì)價(jià)時(shí)段處理單元的處理，該輸出的用電數(shù)據(jù)即可直接配合電力公司的計(jì)費(fèi)作業(yè)運(yùn)行。電力公司分段計(jì)價(jià)時(shí)段若有改動(dòng)，則僅需重新輸入更新而無(wú)須拆換或更新該電度裝置。
電力安全警戒單元包含下列步驟(a)輸入各用戶用電警戒值；(b)持續(xù)對(duì)比各用戶的取樣用電量與警戒值；(c)當(dāng)取樣用電量持續(xù)特定時(shí)間超過(guò)警戒值時(shí)，輸出一警告信號(hào)。
藉由該電力安全警戒單元的功能，可在用電戶持續(xù)超量用電但并未超過(guò)繼電保護(hù)開(kāi)關(guān)跳電范圍的情況下提供警示，以避免輸電線長(zhǎng)時(shí)間處在高功率傳輸?shù)那闆r下，日久而產(chǎn)生劣化，終而造成電線短路走火的危險(xiǎn)。
斷電復(fù)電單元是由特定撰寫(xiě)于電腦存儲(chǔ)器中的控制軟件，控制連接至電源控制設(shè)備45的輸出入接口的輸出信號(hào)完成其動(dòng)作，可在用電戶未交納電費(fèi)或持續(xù)用電量過(guò)大而影響全樓用電戶安全時(shí)，對(duì)該用戶直接以微處理器控制進(jìn)行斷電，并在上述斷電原因消失時(shí)，再以微處理器控制方式進(jìn)行復(fù)電。其中該控制軟件的撰寫(xiě)是傳統(tǒng)的微處理器技術(shù)，而該電源控制設(shè)備45可為繼電器或其他傳統(tǒng)具有斷電或限電功能的電子元件。
本實(shí)用新型通過(guò)以上說(shuō)明，表明其具有以下功效1.可利用單一電度裝置同時(shí)進(jìn)行多用戶用電量的計(jì)量測(cè)試。2.可利用單一通信設(shè)備對(duì)該電度裝置進(jìn)行遠(yuǎn)端通信。3.可處理并輸出不同計(jì)價(jià)時(shí)段的用電數(shù)據(jù)。4.可提供有效的安全警戒。5.可提供微處理器控制斷電復(fù)電功效。6.可提供特定文書(shū)格式的用電數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種多用戶智能型電度裝置，其特征在于其包含有多組模擬信號(hào)取樣電路，用于取樣多戶用電單位的用電量，其輸出分別接至其對(duì)應(yīng)的一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將各個(gè)模擬信號(hào)取樣電路提取的用電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；以及接收上述各個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)的一微處理機(jī)，用于記錄并處理該數(shù)字信號(hào)，該微處理機(jī)至少包含一中央處理單元、一組存儲(chǔ)器及一輸出/入接口，將該多戶用電單位的電源接至該多用戶智能型電度裝置，并將采取的用電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以供該微處理機(jī)處理，可同時(shí)測(cè)量并輸出多戶用電單位的用電數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中該微處理器至少包含一連接通信裝置的輸出入接口，用于連接一可以提供遠(yuǎn)端輸入及輸出的通信裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中該通信裝置為數(shù)傳機(jī)。
4.如權(quán)利要求2所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中該微處理機(jī)另外包含一遙控輸入單元，用于由遠(yuǎn)端輸入信號(hào)經(jīng)該通信裝置控制該電度表動(dòng)作。
5.如權(quán)利要求1所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中另外包含一紅外線輸出設(shè)備，設(shè)于微處理機(jī)的輸出/入接口，用于供一紅外線讀取裝置讀取該用電數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中該微處理機(jī)另外包含一計(jì)價(jià)時(shí)段處理單元。
7.如權(quán)利要求1所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中該微處理機(jī)另外包含一電力安全警戒單元。
8.如權(quán)利要求1所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中該微處理機(jī)另外包含一用電計(jì)量單元，其包含可執(zhí)行計(jì)數(shù)、統(tǒng)計(jì)及輸出功能的軟件，用于將各用電戶的用電數(shù)據(jù)以特定格式的報(bào)表輸出。
9.如權(quán)利要求1所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中該模擬信號(hào)取樣電路包含一電壓取樣電路與一電流取樣電路。
10.如權(quán)利要求1所述的多用戶智能型電度裝置，其特征在于其中該微處理機(jī)另外包含一斷電復(fù)電單元，其包含一控制軟件，用于控制一外部電源控制設(shè)備，以進(jìn)行斷電與復(fù)電的控制。
專利摘要一種多用戶智能型電度裝置,其包含多組取樣電路、多組信號(hào)處理裝置、一微處理機(jī)及多組輸出/入設(shè)備。通過(guò)將多戶用電單位的配電線路接至同一電度裝置,可利用單一電度裝置，同時(shí)測(cè)量處理多戶用電單位的電力參數(shù)并輸出至特定設(shè)備;另藉特定的軟件結(jié)合微處理機(jī)所形成的特定處理單元,可提供遠(yuǎn)端遙控、遠(yuǎn)端通信、特定計(jì)價(jià)時(shí)段分時(shí)處理及持續(xù)超額用電警戒的功能。
文檔編號(hào)G01R11/00GK2384228SQ9920881
公開(kāi)日2000年6月21日 申請(qǐng)日期1999年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月27日
發(fā)明者許若仁 申請(qǐng)人:許若仁