专利名称：智能化电子电度表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及物理测量技术中的电变量测量，具体地说，是一种用于测量电功率或电流积分的，如测量消耗量的时间积分的专用的计费仪表。
我国普遍使用的电度表，大都是机械式感应电度表，它只有单纯的计量功能，而且测量精度低，还会因放置角的不同、机械磨损、机械阻力等因素引起种种误差。中国专利申请案中提出了一些智能电度表的设计方案，如91212092.4等，它们也只是在原机械式感应电度表的基础上，增加了一些辅助功能，虽然功能增多了，但测量精度等仍受机械部分的影响，难以克服，同时，性能上也存在不少问题。
本实用新型的目的是提供一种功能多，测量精度高，可实现供电部门对用电户的监测和控制的智能化电子电度表。
本实用新型的技术解决方案是一种智能化电子电度表，其由可检测电流、电压、频率、相位的传感器，接受并处理传感器送入信号的控制处理装置，与控制处理装置相连接的数据通讯器、执行电路、磁卡机、液晶显示器，及电源电路所组成。
本实用新型中的传感器可包括电流传感器、电压／频率／相位传感器。
本实用新型中的控制处理装置可由单片机，与单片机相连的EEPROM、EPROM、A／D转换器、D／A转换器、标准串行接口所组成。
本实用新型中的数据通讯器可为无线电调频数据通讯装置。
本实用新型中的执行电路可采用固态继电器。
本实用新型中的控制处理装置还可接有温度传感器。
本实用新型中的控制处理装置还可接有声、光警告装置。
本实用新型中的电源电路采用降压整流电路或电池电路。
本实用新型中的电流传感器可采用自饱和电流传感器。
本实用新型中，D／A转换器与电流传感器间可接有可控恒流源。
本实用新型的优点是可实现有功／无功耗能量、预付费、剩余电缆，及复费率计算、复费率调整等的多项功能，还可由供电部门对用电户进行监测和控制，由于加强软件设计及采用EEPROM，本身还具有自检和掉电保护功能，实现了电度表的电子化和智能化。内部采用了功能模块结构方式，可方便地组装成单相、三相、及有线／无线通讯、磁卡式预付费等功能各异的智能化电子电度表。在采集电流、电压、频率、相位等数据时，采用了数字滤波技术，及温度补偿，减少了被测信号自身干扰及传感器或外界的干扰，提高了计量精度，再加上采用单片机系统使得该种电度表能在复杂的高干扰环境下进行高精确度计量。采用无线电调频数据通讯器，可实现在没有无线电通讯中继的情况下，通讯距离不小于10公里，大大方便了供电部门对用电户的控制。备用镍镉充电电池也提高了工作的可靠性。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型的一种智能化电子电度表的基本电路结构示意图。
图2为控制处理装置及声光报警、控制电路电原理图。
图3为液晶显示器及附属电路电原理图。
图4为负荷电流检测电原理图。
图5为电压／频率／相位检测和温度测量电原理图。
图6为磁卡机电路电原理图。
图7为电源电路电原理图。
图8为串行接口。
图9为无线电调频数据通讯器发射部分电原理图。
图10为无线电调频数据通讯器接收部分电原理图。
图1描述了本实用新型的一种智能化电子电度表。其有一个控制处理装置4，电流传感器1检测的负荷10的电流、及由电压／频率／相位传感器2检测的相应信号经一个模拟开关9送入控制处理装置4，温度传感器3的检测信号也经模拟开关9送入控制处理装置4。所有检测数据经控制处理装置进行数据处理后，可得到在线电压、电流、频率、相位和温度系数等中间变量，进而得到经过频率和温度补偿的有功电度量，无功电度量，并根据复费率计算出用电费用，与磁卡机7从磁卡上读取的数据进行综合运算，得到剩余费用，并将所需数据在液晶显示器11上显示出来，还可通过无线电调频数据通讯器5与供电部门进行数据通讯，或由供电部门输入密码后，对复费率进行调整，也可由供电部门通过数据通讯器5向控制处理装置4发出指令，控制作为执行电路的固态继电器6动作，达到对用户负荷控制的目的。控制处理装置4可经可控恒流源8控制电流传感器1，以满足负荷电流数据采集时的A／D转换量程要求。电源12为上述各电路提供相应电源。
图2描述了本实用新型的一种控制处理装置。其包括一个单片机IC16、型号8031，单片机IC16接有电容4C1、4C2、4C3，电阻4R1，晶振JA，二极管4V1等附属器件，其数据总线DBUS与锁存器IC18(型号373)，EPROMIC20(型号2732)，EEPROMIC21(型号2816A)，译码器IC19(型号374)等相连；单片机IC16的地址总线则与锁存器IC18，EPROMIC20，EEPROM等相连接单片机IC16的ALE与锁存器IC18连接；单片机的相应脚经一个或门与EEPROM的OE连接。锁存器IC18，译码器IC17、IC19，EPROMIC20，EEPROMIC21等除分别接有各自的附属器件电容4C4、4C5、4C6，电阻4R2－4R9等外，还分别与单片机IC16的A0、A1、A2、A7、A8、A9、A10、A11，00H－07H，80H－87H，WR等相连，以完成相应的功能，前述引脚间的连接可参照通常的单片机及附属电路的使用说明和典型电路。译码器IC19接有由电阻4R10、4R11、4R12、4R17，电容4C7、4C8、4C9，扬声器CY，发光二极管4V3，及双时基电路IC27(型号556)等组成的声光警告电路。译码器IC19还接有由电阻4R14、4R15，电容4C104C11，光电耦合管D，双向二极管DITR，二极管4V2，双向可控硅SCR，及整流器组成的固态继电器SSR。
图3描述了本实用新型的一种液晶显示器电路，其包括液晶显示器，由集成电路IC23、IC24、IC25、IC26(型号均为4056)等组成的驱动电路，由集成电路IC22(型号4047)，电阻4R16，电容4C12等组成的振荡电路，集成电路IC23、IC24、IC25、IC26分别与前述单片机IC16的数据总线DBUS，引脚84H、85H等连接，接法可参见通常的连接方法。
图4描述了本实用新型的负荷电流检测电原理图。三个电流传感器B1、B2、B3，将感应到的A、B、C三相线中电流情况分别经二极管2V1、2V2、2V3，电阻2R1、2R2、2R3送入模拟开关IC1(型号4067)，接法参见通常接法，模拟开关IC1再将信号送入单片机相应引脚。电流传感器B1、B2、B3还经一个D／A转换器IC3(型号AD7520)，一个由大功率复合管2BG1、集成电路IC2(型号LF353)等组成的可控恒流源接受单片机的控制，当该电度表工作时，单片机由在时间ti－1时的电流Ize选定控制电流IKi，经D／A转换器、可控恒流源控制自饱和传感器B1、B2、B3的电流IK，以满足负荷电流数据采集时的A／D转换量程要求。如果A／D转换器有溢出信号，则单片机将调整IK，对自饱和电流传感器B1、B2、B3进行修正控制，以达到正确测量负荷电流的目的。D／A转换器经集成电路IC4、IC5(型号74LS373)接单片机相应引脚。
图5描述了本实用新型中的电压／频率／相位和温度测量电原理。三相线A、B、C接传感器B4、B5、B6，模拟开关IC1(型号4067)在单片机的控制下，经电阻3R1、3R2、3R3，二极管3V1、3V2、3V3分时采集作为在线有效电压的整流后的数据和未经整流的一组瞬时电压，由单片机进行数据处理后，可得到在线有效电压的实际值、在线频率、在线相位，并据此计算出瞬时有功和无功功率，进而叠加为有功和无功能耗。模拟开关IC1输出信号经一个A／D转换器IC6(型号14433)送入前述单片机相应引脚，A／D转换器IC6接有附属元件电容3C1、3C2、3C3、3C4，电阻3R7、3R8、3R9，集成电路IC5等。一个由铂电阻温度传感器Rt、电阻3R5、3R6，集成电路IC4组成的温度传感器电路也接模拟开关IC1。
图6描述了本实用新型的磁卡机电路。其由磁卡机机芯，集成电路IC28(型号LM339)，电阻4R17、4R18、4R19、4R20、4R214R22、4R23、4R24、4R25、4R26、4R27、4R28、4R29、4R30，电容4C13、4C14、4C15、4C16、4C17，二极管4D1、4D2等所组成其与前述单片机的P3.0、P3.1、05H等引脚相连。
图7描述了本实用新型的电源电路。其由变压器，整流桥堆，集成稳压器7805、7815、7915、7824，滤波电容4C18、4C20、4C224C24，及电容4C19、4C21、4C23、4C25等所组成。
图8描述了本实用新型所采用的串行接口电路。其由或门IC11及集成电路IC7(型号 1/6 74LS367)、IC8(型号1489)、IC9(型号 1/2 4013)、IC10(型号1488)等所组成，其与单片机的P0.7RD、CS、WR等引脚相接，并分别与无线电调频数据通讯器的发射电路中的集成电路MC2831A、及接收电路中的集成电路74LS123相接。
图9描述了本实用新型所采用的无线电调频数据通讯器中的发射电路。其由集成电路IC12(型号MC2831A)，线圈或电感5L1、5L25L3、5L4、5L5、5L6、5L7，发射天线，晶体管5BG1、5BG2、5BG35BG4，电容5C1、5C2、5C3、5C4、5C5、5C6、5C7、5C8、5C9、5C10、5C11、5C12、5C13、5C14、5C15、5C16、5C17、5C18、5C19、5C20、5C21、5C22、5C23、5C24，电阻5R1、5R2、5R3、5R4、5R5、5R6、5R7、5R8、5R9、5R10，变压器5B1、5B2、5B35B4，及晶振等所组成。集成电路IC12与前述串行接口电路相接。
图10描述了本实用新型所采用的无线电调频数据通讯器中的接收电路。其由集成电路IC13(型号MC3361)、IC14(型号74CS1IC15(型号318)，接收天线，线圈5L7、5L8、5L9，变压器5B5、5B6，晶体管5BG5、5BG6、5BG7，晶振，电阻5R11、5R12、5R13、5R14、5R15、5R16、5R17、5R18、5R19、5R20、5R21、5R22、5R23、5R24、5R25、5R26、5R27，电容5C25、5C26、5C27、5C28、5C29、5C30、5C31、5C32、5C33、5C34、5C35、5C36、5C37、5C38、5C39、5C40、5C41、5C42、5C43、5C44、5C45、5C46、5C47、5C48、5C49、5C50、5C51等所组成。集成电路IC14与前述串行接口电路相连。
本实用新型采用了数字滤波技术和随机运筹数据处理技术，对各在线测量值进行了数据处理和补偿，使测量精度不小于0.1级。还利用仪表自身的硬件功能进行自检，如果仪表工作正常，显示器显示“GOOd”字样，否则显示“ErrO”字样。上述功能是通过软件设计来实现的。
本实用新型的主要技术指标符合IEC标准。能做到在1％－100％负荷下的误差不小于0.1级，其灵敏度为额定负荷的0.1％。
考虑到用电户在实际使用时，耗能变化即负荷电流变化较大，一般的电流传感器很难适应宽量程范围变化的需要，因此，本实用新型采用自饱和电抗器原理，设计和试制成功自饱和电流传感器，并使该传感器在单片机通过D／A转换器和可控恒流源的控制下工作，不需要另外再设计量程转换电路。电压、频率、相位的数据采集是在软件上使单片机和A／D转换器实现数字频率计功能，即由软件设置了时基，通过采集电压／频率／相位传感器的瞬时电压，判断过零点，由软件计算出频率和相位。
当单片机采集到有关数据后，又由软件对各数据采用了丢弃最大、最小值，再取其余数据平均值的数字滤波技术，以达到抗干扰的目的。
在对前述两个传感器进行了数十次的数据测试后，将在本实用新型量程范围内的数据，通过微计算机进行随机运筹数据处理，采用了指数法，取各项系数，建立前述两个传感器的数学模型为VI=Σi=onaiX:i]]>和VV＝a＋beX并以此作为本实用新型内数据处理软件的基础，同时，还用回归分析法建立了温度和频率补偿用的数字模，构成了有功功率和无功功率频率及温度补偿计算软件。
权利要求1.一种智能化电子电度表，其特征在于由可检测电流、电压、频率、相位的传感器，接受并处理传感器送入信号的控制处理装置，与控制处理装置相连接的数据通讯器、执行电路、磁卡机、液晶显示器，及电源电路所组成。
2.根据权利要求1所述的智能化电子电度表，其特征在于传感器包括电流传感器、电压／频率／相位传感器。
3.根据权利要求1或2所述的智能化电子电度表，其特征在于控制处理装置由单片机，与单片机相连的EEPROM、EPROM、A／D转换器、D／A转换器、标准串行接口所组成。
4.根据权利要求1或2所述的智能化电子电度表，其特征在于数据通讯器为无线电调频数据通讯装置。
5.根据权利要求1或2所述的智能化电子电度表，其特征在于执行电路采用固态继电器。
6.根据权利要求1或2所述的智能化电子电度表，其特征在于控制处理装置接有温度传感器。
7.根据权利要求1或2所述的智能化电子电度表，其特征在于控制处理装置接有声、光警告装置。
8.根据权利要求1或2所述的智能化电子电度表，其特征在于电源电路采用降压整流电路或电池电路。
9.根据权利要求2所述的智能化电子电度表，其特征在于电流传感器采用自饱和电流传感器。
10.根据权利要求3所述的智能化电子电度表，其特征在于在D／A转换器与电流传感器间接有可控恒流源。
专利摘要本实用新型公开了一种智能化电子电度表，其由可检测电流、电压、频率、相位的传感器，接受传感器信号的控制处理装置，与控制处理装置相连的数据通讯器、执行电路、磁卡机、液晶显示器，及电源电路所组成。传感器包括电流传感器、电压/频率/相位传感器。控制处理装置由单片机，EEPROM，EPROM，A/D、D/A转换器，串行接口等组成。数据通讯器为无线电调频装置。控制处理装置还接有温度传感器。功能多、精度高，供电部门能监控用户。
文档编号G01R22/00GK2100633SQ9122043
公开日1992年4月1日 申请日期1991年9月30日 优先权日1991年9月30日
发明者姜武, 钱如泉, 金平, 王锦麒 申请人:姜武, 钱如泉, 金平, 王锦麒