專利名稱：預(yù)購電量器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電量器(表)，尤其涉及自動控制電量器。
電量器，又稱為電能表或電(度)表，它是最為人們熟悉的、使用最為廣泛的用電量計(jì)測儀表，當(dāng)前，由于我國生產(chǎn)發(fā)展迅速，用電量猛增，電力供應(yīng)十分緊張，控制用電已成為當(dāng)務(wù)之急，但是，現(xiàn)用的電磁感應(yīng)電(度)表，僅能用于計(jì)測用電量、而無控制功能。為控制用電，某些供電部門采取分片停電，這既不利于生活和生產(chǎn)，也仍難避免電力浪費(fèi)，為實(shí)行按計(jì)劃用電，專利CH9121209、4提供了“有償控制電量器”，它能對超過既定限額用戶自動斷電，這無疑是有一定使用價(jià)值的，它將促使人們自覺避免浪費(fèi)電力。然而，該產(chǎn)品不能在供電部門與用戶之間建立雙向信息交換，更有效地實(shí)行節(jié)電，對改善電費(fèi)管理也無幫助。
本實(shí)用新型之目的是改進(jìn)電量器結(jié)構(gòu)，為供電系統(tǒng)提供一種能夠?yàn)楣╇姴块T與用戶之間建立雙向信息交換，并能根據(jù)用戶預(yù)先購買的電量對用戶負(fù)荷開關(guān)實(shí)行自動控制的電量器，以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃用電，改善電費(fèi)管理。
本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)上述目的的預(yù)購電量器是由電能表、控制器、和聯(lián)結(jié)二者的信號聯(lián)線構(gòu)成的，在通用的電能表轉(zhuǎn)動鋁盤下方，裝設(shè)一個(gè)連為一體的反射式紅外發(fā)射、接收裝置，檢測鋁盤上的黑色標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)電量計(jì)量的數(shù)字轉(zhuǎn)換，其計(jì)數(shù)脈沖通過信號線傳給控制器、進(jìn)行脈沖整形和電量計(jì)算，電能表側(cè)面設(shè)有聯(lián)接插孔，電能表用戶接線端子與負(fù)荷控制電路中的可控硅相聯(lián)接，控制器由表殼、表面，安裝在表殼內(nèi)的預(yù)購電量控制系統(tǒng)，由單片機(jī)，光電脈沖整形電路、時(shí)鐘電路、電源電路、負(fù)荷控制電路、剩余電量顯示電路、掉電保護(hù)電路、光電報(bào)警電路、按鍵電路、鑰匙續(xù)寫控制電路組成。表面安裝在顯示剩余電量的LED數(shù)碼管，通知用戶購電重寫鑰匙的紅色LED發(fā)光管，續(xù)鑰匙指示的綠色LED發(fā)光管，顯示按鈕，續(xù)鑰匙按鈕，鑰匙插孔。用戶鑰匙可重復(fù)使用10000次，鑰匙上存貯有用戶每次購電量和日期為及每次續(xù)鑰匙后，控制器器回寫入鑰匙中的電力用戶有民參數(shù)和續(xù)入日期。鑰匙上為每一用戶設(shè)定了一個(gè)戶號，并記錄著千瓦時(shí)參數(shù)。
為敘述清楚，現(xiàn)結(jié)合附圖對預(yù)購電量器結(jié)構(gòu)與工作原理詳細(xì)說明如下本實(shí)用新型的預(yù)鉤電量器(參見圖1)，由電能表(a)和控制器(b)組成，控制器(b)有一長方體外殼(1)，其表面(2)上設(shè)有剩余電量LZD數(shù)碼管(3)、紅色購電鑰匙LED指示燈(4)、綠色讀鑰匙LZD指示燈(5)、鑰匙插口(6)、讀鑰匙按鍵(7)、顯示剩余電量按鍵(8)、電能表聯(lián)接插頭(9)；電能表(a)也有一長方形外殼(10)，其表面(11)上設(shè)有觀察口(12)，其下端設(shè)有接線端子(13)，側(cè)面設(shè)有與控制器相接的插座(14)。
控制器的內(nèi)腔，裝有預(yù)購電量，控制系統(tǒng)(參見圖2)，該控制系統(tǒng)由單片機(jī)、存貯器、鑰匙接口、時(shí)鐘電路、掉電檢測電路、圖脈沖檢測、整形電路、光電報(bào)警電路、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路、剩余電量顯示電路鍵盤電路、電源電路、鑰匙組成。
預(yù)購電量器電能表紅外探測器安裝(參見圖3)電能表電壓線圈(16)得電時(shí)繞在鐵芯5上的電流線圈有電流通過，使鋁盤(16)轉(zhuǎn)動，帶帶動機(jī)構(gòu)計(jì)數(shù)裝置、當(dāng)鋁盤(16)轉(zhuǎn)動時(shí)，安裝在固定支架上的反射式紅外線光電計(jì)數(shù)器檢測鋁盤上的黑色標(biāo)記，當(dāng)黑色標(biāo)記通過光電探頭時(shí)，光電計(jì)算器產(chǎn)生圈脈沖信號，通過P8、P9傳送給控制器，P1、P2為交流220V進(jìn)線端，17、18為用戶電源接線端，19、20為雙向可控硅，其控制端P3、P6通過接線座(21)與控制器相聯(lián)，控制器通過對雙向可控硅P3、P6的控制，實(shí)現(xiàn)對用戶負(fù)荷的雙線關(guān)斷。
本實(shí)用新型預(yù)購電量器的光電報(bào)警電路(參見圖4)，當(dāng)單片機(jī)控制輸入為低電平時(shí)LED1紅色發(fā)光管閃亮，通知用戶到供電部門購買電量，重寫鑰匙，綠色LED2燈亮，指示系統(tǒng)Z在讀寫鑰匙，燈滅后，指示讀寫過程完畢。
本實(shí)用新型預(yù)購電量器的負(fù)荷控制電路(參見圖5)，M1、M2為單片機(jī)輸出與雙向可控硅之間的接口器件。通過單片機(jī)的控制端，信號經(jīng)門電路控制M1、M2的輸入端，M1、M2的輸入端1經(jīng)過電阻(R14、R15)接電源(Vcc)，當(dāng)門電路輸出低電平時(shí)，M1、M2導(dǎo)通，控制雙向可控硅(T2、T3)打開，向用戶供電。而當(dāng)門電路輸出為高電平時(shí)，M1、M2在交流電壓過零狀態(tài)時(shí)關(guān)斷可控硅(T2、T3)停止向用戶供電。由于采用3SCR過零關(guān)斷技術(shù)，克服了雙向可控硅由于相位控制產(chǎn)生的射頻干擾，(電力系統(tǒng)的“公害”)。在此電路，加上門板電阻(R10、R13)，提高了抗干擾能力，R9、R12為限流電阻，通過調(diào)節(jié)R14、R15以改變M1、M2的觸發(fā)電流。R3、C1與R4、C2為雙向可控硅的保護(hù)電路。
如圖6所示，本實(shí)用新型預(yù)購電量器運(yùn)行時(shí)，的220V電力電壓經(jīng)電感(L1、L2)電容(C32、C33)濾除電網(wǎng)干擾和尖峰脈沖干擾后，經(jīng)過隔離變壓器(T1)、輸出的交流電壓經(jīng)1A／600V的硅橋進(jìn)行整流，電容(C4、C5、C6)濾波，穩(wěn)壓集成電路(G1)穩(wěn)壓后，向系統(tǒng)提供＋5V的直流工作電壓。
本實(shí)用新型的光電檢測、整形電路(參見圖7)，反射式紅外線傳感器(G2)將脈沖信號通過聯(lián)接導(dǎo)線，傳遞給控制器接線端。由R7、R8、U1組成的整形電路對輸入的信號進(jìn)行整形，向單片機(jī)輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方波信號，進(jìn)行電能計(jì)量。
本實(shí)用新型的時(shí)鐘電路和掉電保護(hù)電路(參見圖8)，電源監(jiān)測電路為一個(gè)電壓比較器電路，圖中齊納二極管(Z2)可視為一個(gè)電源，當(dāng)電源掉電時(shí)，Vcc開始下降到4.7V時(shí)，集成電路(U14)輸出為低電平，通過觸發(fā)器(U3)、集成電路(U4)封鎖集成電路(U5)的片選信號端，使U9中的各種參數(shù)，在掉電過程中不會丟失。由電阻(R4、R5)、電容(C8、C9)、晶體振蕩器(Z2)組成32、768KHz的晶體振蕩電路，為U5的工作提供振蕩信號，R16、C10、R17、二極管(D3、D4、D5)，電池E，組成了后備電源電路，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)Vcc通過D3給U9供電，另一方面，Vcc通過限流電阻R17和二極管(D3)為電池(E1)充電，當(dāng)Vcc掉電后，U5的工作電壓為電池電壓，V5由電池E1供電。U5為COMS時(shí)鐘芯片，內(nèi)部有數(shù)十個(gè)戶存貯單元，用于各種參數(shù)，數(shù)據(jù)的掉電保護(hù)存貯。
本實(shí)用新型的按鍵電路(參見圖9)，K1讀鑰開關(guān)，K2為顯示剩余電量開關(guān)。C11為K1的消抖電容，C12為K2的消抖電容，觸發(fā)器(U12)的輸入端各通過電阻(R23、R24)置位高電平，U6輸出為低電平。觸發(fā)器U7輸出為高電平不能引起系統(tǒng)中斷，當(dāng)K1、K2有一個(gè)鍵按下，或同時(shí)按F時(shí)，U6輸出為高電平，U7輸出為低電平，將引起系統(tǒng)中斷。在中斷服務(wù)中，系統(tǒng)根據(jù)T1口狀態(tài)，判斷是K1還是K2鍵按下，若同時(shí)按下兩鍵，系統(tǒng)只響應(yīng)K2鍵，系統(tǒng)根據(jù)判斷出的鍵值分別進(jìn)行處理，是K1鍵系統(tǒng)進(jìn)行讀鑰匙服務(wù)。是K2鍵進(jìn)行顯示剩余量服務(wù)。
本實(shí)用新型預(yù)購電量器的LED數(shù)碼顯示電路(參見圖10)，寄存器(U8、U9、U10)串行輸入，并行輸出移位寄存器，并帶有消除端，Q0－Q7為并行輸出端，通過電阻排分別與共陰極數(shù)碼管的控制端相聯(lián)，零電平時(shí)，輸出清零。CP為時(shí)鐘脈沖輸入端，在cp脈沖的上升沿作用F，實(shí)現(xiàn)移位，在cp＝0，cr＝1時(shí)，保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài)。(Cr為寄存器消除端、DSA為串行輸入端)本實(shí)用新型預(yù)購電量器鑰匙讀寫電路(參見圖11)，圖中單片機(jī)(U14)的P2、P5、P7用作輸出端口，用P10作為輸入端口，其中P7為P10提供數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入信號。此外，圖中在U14的引腳上連接了一個(gè)電源監(jiān)視電路，以避免上電時(shí)U14中的數(shù)據(jù)的丟失?；驹硎菃纹瑱C(jī)在加電復(fù)位期間，引腳(P11為高電位，二極管(G3)為截止?fàn)顟B(tài)。而二極管(D4)處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而使腳(P10)保持低電平，處于未選通狀態(tài)，故可以防止任何擦寫或?qū)懭胫噶钸M(jìn)入U(xiǎn)14，三極管(G4)與R25、R26、觸發(fā)器(U15)組成鑰匙電路電源控制電路，漢單片機(jī)T0輸出低電平時(shí)，U15輸出為高電平，驅(qū)動三極管G4導(dǎo)通，Vcc通過R27，G4的c、e端接通鑰匙插口電源端。單片機(jī)T0輸出高電平時(shí)，G4截止，鑰匙插口電源端與電源Vcc斷開，當(dāng)用戶將重寫的鑰匙插入接口后，按動讀鑰匙按鍵，系統(tǒng)首先接通鑰匙插口電源，而后對鑰匙進(jìn)行戶號核對，密碼核對，當(dāng)各項(xiàng)參數(shù)互相符合時(shí)，系統(tǒng)將讀入鑰匙上用戶的購電量讀入數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)將用戶購電量消存，將讀鑰匙日期及累計(jì)用電量回寫入鑰匙，以備供電部門管理，鑰匙讀寫完成后，即可撥下，以便下次使用。
本預(yù)購電量器的鑰匙(參見圖12)，鑰匙本身由裝有1K容量的ZZPROM的印制電路板模壓而成，鑰匙接點(diǎn)采用鎳鍍銅，表面敷金而成，其讀／寫壽命可達(dá)10000次，當(dāng)改變KWH等參數(shù)及讀出電表內(nèi)的數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用用戶的電子鑰匙進(jìn)行。
本實(shí)用新型預(yù)購電量器(參見圖13)通過接點(diǎn)，各電路與單片機(jī)U1相連，其程序全部固化在外部存貯器(U18)中，因單片機(jī)沒有獨(dú)立設(shè)置地址總線，故導(dǎo)址的地址碼12位中，地址的低8位由D0口提供。D0口即作為數(shù)據(jù)總線，又作為地址總線，地址的高4位由R2口的P11、P13、P14、P15提供，本系統(tǒng)使用4K存貯單元，在單片機(jī)(U17)訪問存貯器(U18)時(shí)，下降沿控制鎖存器(U19)先鎖存，由P11、P13、P14、P15輸送的高位過地址，然后U17再進(jìn)行讀指令數(shù)據(jù)。在引腳(22、23)之間并聯(lián)接入晶振(CRYI)和串聯(lián)電容(C13、C14)，形成單片機(jī)工作振蕩電路，頻率為6MHz。當(dāng)控制系統(tǒng)上電時(shí)，U17的復(fù)位端對C15充電，在RZSZT復(fù)位端形成一段時(shí)間的復(fù)位脈沖，使系統(tǒng)重新開始運(yùn)行。
實(shí)施例與效果本預(yù)購電量器已生產(chǎn)了小批量樣機(jī)，并投入了試運(yùn)行，測量證明，其度量精度與常用電量器相同。其優(yōu)點(diǎn)在于用戶必需馮電子鑰匙購買電量方能獲得電力供應(yīng)，這不僅為供電部門的收費(fèi)提供了方便，也有利于用戶的計(jì)劃用電。尤其是它在用戶與供電部門之間建立了雙向信息交換，有利于供電部門的計(jì)劃供電，減少電力浪費(fèi)，使供電與電費(fèi)管理進(jìn)入計(jì)算機(jī)化。這對電力緊張和管理水平較低的我國，無疑是有積極意義的。


圖1－－預(yù)購電量表外形圖，其中a－電能表，b－控制器，1－控制器外殼，2－外殼表面，3－數(shù)碼管，4、5－指示燈，6－鑰匙插口，7、8－按鍵，9－電能表聯(lián)接插頭，10－電量表外殼，11－10的表面，12－觀察口，13－接線端子，14－插座。
圖2－預(yù)購電量器控制系統(tǒng)框圖。
圖3－預(yù)購電量器電能表紅外探測器安裝示意圖，其中14－電壓線圈，16－鋁盤，17、18－用戶電表接線端，19、20－雙向可控硅，21－接線座，P1、P4－220V進(jìn)線端，P8、P9－控制器傳送線，P3、P6－可控硅控制端。
圖4－－預(yù)購電量器光電警報(bào)電路，其中R1、R2－電阻、LED1、LED2－發(fā)光管。
圖5－預(yù)購電量器的負(fù)荷控制電路，其中M1、M2－接口器件，R14、R15－電阻、Vcc－電源，T2、T3－雙向可控硅，R10、R13－門極電阻，R9、R12－限流電阻，R3、R4－電阻，C1、C2－電容。
圖6－＋5工作電源圖，其中L1、L2－電感，C3、C4－電容，T1－隔離變壓器，C5、C6、C7－濾波電容，G1－穩(wěn)壓集成電路。
圖7－光電檢驗(yàn)、整形電路，其中G2－傳感器、R7、R8－電容，U1－集成電路。
圖8－時(shí)鐘電路和掉電保護(hù)電路，其中Z1－齊納二極管，U2－集成電路，U3－觸發(fā)器，U4、U5－集成電路，R4、R5－電阻，C8、C9－電容，Z2－晶體振蕩器，R10、R16、R17－電阻，D1、D2、D3－二極管，E1－電池，Vcc－電源。
圖9－預(yù)購電量器按鍵電路，其中K1、K2－開關(guān)，C11、C12－電容，R23、R24－電阻，U6、U7－觸發(fā)器。
圖10－數(shù)碼顯示電路，其中U8、U9、U10－寄存器，Q0－Q7－并行輸出端，CP－脈沖輸入端，Cr－寄存器消除端，DSA－串行輸入端。
圖11－預(yù)購電量器鑰匙讀寫電路，其中U14－單片機(jī)，P2、P5、P7－輸出端口，P10－輸入端口，P11－引腳，T3－三極管，G4－三極管，U15－觸發(fā)器，R25、R26、R27－電阻、T0－單片機(jī)，Vcc－電源。
圖12－預(yù)購電量器鑰匙，其中U16－存貯器。
圖13－單片機(jī)系統(tǒng)原理圖，其中U17－單片機(jī)，U18－外貯存器，U19－鎖存器，CRYI－晶振，22、23－引腳，C13、C14、C15－電容，P11、P13、P14、P15－地址高位。
權(quán)利要求1.一種由電能表和控制器組成的電量器，其特征在于本預(yù)購電量器由電能表和控制器組成，二者用信息線聯(lián)接，所述電能表是在普通電能表轉(zhuǎn)動盤下方裝有一個(gè)連為一體的反射式紅外發(fā)射、接收裝置，檢測鋁盤上的黑色標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)電量計(jì)量的數(shù)字轉(zhuǎn)換，其計(jì)數(shù)脈沖通過信號線傳給控制器，進(jìn)行脈沖整形和電量計(jì)算；所述控制器，有一長方體外殼，其表面上設(shè)有剩余電量LZD數(shù)碼管，紅色購電鑰匙LED指示燈，綠色讀鑰匙指示燈、鑰匙插口、讀鑰匙按鍵，顯示剩余電量按鍵、電能表聯(lián)接插頭，其內(nèi)腔裝有預(yù)購電量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由單片機(jī)、存貯器、鑰匙接口、時(shí)鐘電路、掉電檢測電路、圖脈沖檢測整形電路、光電報(bào)警電路、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路、剩余電量顯示電路、鍵盤電路、電源電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)購電量器，其特征在于所述的控制器中的控制系統(tǒng)，其中各種電路是光電報(bào)電路是由R25、R26、LED1、LED2構(gòu)成的；負(fù)荷控制電路由R14、R15、M1、M2、U、R9、R10、R12、R13、T2、T3、R、C構(gòu)成的；＋5V工作電源電路由低通濾波器、隔離變壓器、硅橋、穩(wěn)壓集成電路、C4、C5、C6濾波電容構(gòu)成；脈沖信號經(jīng)接線端P8、P9接入控制器，由U4、R7、R8組成的圈脈沖整形電路；掉電檢測電路是由R22、R24、R23、Z22、U14、R21組成的；選信號電路是由U12B、U11、R30構(gòu)成的；R17、R18、CRYZ、C8、C9組成的振蕩電路與由R16、C7、R20、D3、D4、D5、電池E組成的BVV電源，兩組電路與U9共同構(gòu)成時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)掉電保護(hù)電路；按鍵電路由K1、K2、C20、C21、R30、R31、U12c、U12D構(gòu)成；串行數(shù)碼顯示電路是由U9－U11及共陰極LED數(shù)碼管、電阻排構(gòu)成的；電子鑰匙讀寫控制電路由R5、R6、D2、R4、P1、D1、P1－6、U、Ra、Q、Rb構(gòu)成；由單片機(jī)U1、鎖存器U2、存貯器U3和CRY1、C2、C3晶振電路以及C1、R1、R2組成的復(fù)位電路，構(gòu)成系統(tǒng)控制電路。
專利摘要預(yù)購電量器，屬于自動控制用電量的電量器，由電磁感應(yīng)電量表和控制器組成，二者由信號線聯(lián)接。電量表內(nèi)裝有脈沖采集器和負(fù)荷斷電開關(guān)。控制器由單片機(jī)和信號處理、控制開關(guān)、時(shí)鐘、電量顯示、報(bào)警、掉電檢測與數(shù)據(jù)保護(hù)、鑰匙與鑰匙接口、電源、與鍵電路組成。電子鑰匙不僅可將用購買的電量傳給電量器，控制用戶用電量，并將已用電量數(shù)據(jù)傳給供電部門的售電機(jī)，為計(jì)劃用電和電費(fèi)管理提供了可靠的計(jì)量控制儀表。
文檔編號G01R11/02GK2163385SQ9224375
公開日1994年4月27日 申請日期1992年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月15日
發(fā)明者于硯福, 王均, 董江 申請人:天津市電力工業(yè)局城區(qū)供電公司