专利名称：集中式电子电度表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力部门用的测量、计量仪表，特别是一种集中式电子电度表。
电度表是电力部门和电力用户之间进行联系的一个重要的测量仪表。它的性能优劣能直接影响到电力部门和电力用户。我国目前大量采用的感应式机械电度表，它是通过在电表中产生交变磁场来达到测量电能的目的。当电表中电压线圈加上电压，电流线圈流过电流时，随着电流大小的改变，产生的交变磁场强弱不同，使处于磁场中的铝圆盘上感应出的涡流大小随着改变，使铝圆盘按照与功率成正比率的速率旋转，通过机械传动方法传给计数器，实现电能的计量，这种产品耗能高，计量精度低，适用性及抗干扰性差，管理不便；国内从87年开始，科研人员不断在电表的改型方面推出各种方案。有的提出利用可控硅的开关特性，控制电表电压线圈的通断，使得用户电器不工作时，电压线圈不耗能。有的提出在电表上加装筹码盒，使用户在用电前必须投入一定的筹码(例如硬币等)，从而使先用电后交费，变成先买电后用电。有的提出加装单片机，进行智能控制，监测用户状况，分时计价平衡负荷等等。
国内现已有几家工厂生产出集中式电度表，它根据机械式无功、有功功率脉冲表的输入脉冲，在数据处理单元中进行处理、计算、记录、显示，它存在的主要问题是结构比较复杂，造价也高，也无法克服感应表本身带来的种种缺陷。
CN－2048590提出了一种智能卡式数字电度表，其中的电压、电流信号通过乘法器和V－F电路输出有功功率的脉冲，再经过CPU单元与密卡电路相连，该电度表只能检测有功功率，功能单一，依目前的科技水平，低价乘法器的温漂和精度都难满足需要，而且密卡的保密性也很差。
CN－86100655公开了一种智能化多功能电能计量仪，它把电压、电流信号送入一个A／D转换芯片转变为数字量再经光电隔离送入CPU进行计算、控制、显示，该表采用离散计算的方法计算有功、无功功率，但由于仅采用一个A／D转换芯片，检测到的电压和电流信号不是同时刻信号，在计算后必然存在误差；另外，满足一定精度要求的A／D芯片的价格也很高。
随着城镇建设的不断扩大，高层公寓住宅已成为大中城市住房的主要形式，且家用电器的用电量日益增加，用电供需之间及供电方式、结算方式等矛盾日趋扩大，原有的感应式电度表越来越不能满足要求，特别是实行一户一表制后，单元房墙面上的安装空间和抄、校表工作量的矛盾十分突出。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种过载能力强，自身功耗低，测量精度高、结构集中、价格低廉、日常无需维护的集中式电子电度表，进一步可具有分时计价即复费率功能，而且能计算、记录、显示或传输各个电力用户的电压、电流、功率因素，峰／平／谷(可有更多时段)的有功电能、无功电能，有功功率、无功功率，需量，频率，断电起始、终了时间和断电时的供电状况，超容用电和低功率因素的状况。
本实用新型的集中式电子电度表包括组装容留电路板的外壳，电源，其特征在于外壳中装有多个分表和一个主表；其中的分表包括过流的接口；电流变换部分，用于发出与输入的电流相对应的电压信号；显示装置；其中的主表由以下部分组成电压变换部分，用于发出与所加的高电压相对应的低压信号；模拟开关，用于将多个分表的电流变换部分传输来的反映电流大小的电压信号有选地导通；模数转换器，用于将上述的电压变换部分和电流变换部分输入的信号转换成数字信号；处理和控制单元；存储器，包括程序存储器，数据存储器；输入输出接口电路，包括显示驱动电路，传输电路，测试端口；每一路分表流过的电流经电流变换部分送入主表中的模拟开关，模拟开关连接模数转换器，经转换后的数字信号送入处理和控制单元，存储器、输入输出接口电路与处理和控制单元相连接，每一路的用电信息即电流值通过与处理和控制单元即单片机采集的电压参数进行计算，再通过单片机的控制经输入输出接口电路连接至分表的显示装置。
本实用新型的集中式电子电度表实现了全电子的测量、计算、存储、显示、打印、传输，采用了对交流电压、电流直接进行同步随机采样技术和集中式管理的技术，所以该表具有以下的特点1、结构集中、简单，占的安装面积小。
2、记录或传输的数据量大，可有选择地记录、显示或传输所需的各种电力参数，这些参数为电压、电流、功率因素，峰／平／谷(可有更多时段)的有功电能、无功电能，有功功率、无功功率，需量，频率，断电起始、终了时间和断电时的供电状况，超容用电和低功率因素的状况，还可显示年月日、时分秒。
3、本表可对高次谐波的电力信号进行处理，因而计量精确度高。
4、能存储多月的各个用户的用电情况。
5、有自动调零、自动校准之功能。
6、有大的过电压、电流能力，可以自动进行量程切换。
7、能分区、分时、分价自动计费，能记录超容和低功率因素的情况，使电力部门能按电力这个不能储存的特殊商品的供求矛盾来调整价格，最终尽可能实现移峰填谷。
8、可利用串行口与上位机或手掌机或类似手掌机的取数器进行通讯，实现参数的预置、修改以及提取所有存储的电力计量数据，也可利用微型打印机直接打印出用电报表。
9、耗电省，属于节能型产品，并且节省有色金属。
10、扩展功能容易，进一步开发出无线遥测等新品种。
为详细介绍本实用新型，下列结合附图对其电路原理及技术特征作进一步的说明
图1为本实用新型的电路原理框图2为类似图1的另一个实施例的电路原理框图；图3为类似图1的又一个实施例的电路原理框图；图4是电压变换部分的详细线路图；图5是一路的电流变换部分的详细线路图；图6是模数转换电路之前的信号处理电路；图7是类似图7功能的电路简图；图8是另一个类似图7功能的电路简图；图9是本实用新型的集中式电度表的接线图。
参见图1、2、3、9，本实用新型的集中式电子电度表，包括组装容留电路板的外壳，电源(图上未示)，其特征在于外壳中装有多个分表100和一个主表200；其中的电源部分，负责向主表和分表的全部电路的供电。
其中的分表100包括过流的接口，与电力系统中的零线排相接；电流变换部分101，用于发出与输入的电流相对应的电压信号，图5给出了其中的一个实施例的电路图，也可采用现有技术中的各种电路原理的电流变换器；显示装置102(图1、2、3中未示)，包括步进电机和字轮，也可采用数码管等现有技术中的显示装置；一般步进电机的驱动采用触发器，当然该触发器可装在分表中或装在主表上；其中的主表200由以下部分组成电压变换部分201，用于发出与所加的高电压相对应的低压信号，用于发出与所加的高电压(例如220V)相对应的低压信号，一般为±5V，图4中给出了一个具体的实施例，其中采用分压电阻R11，R12分压，还包括滤波电容C11，钳位稳压管DZ11，DZ12，高精度、低温漂的运算放大器IC11组成，其中的运放接成射随器方式，进行阻抗匹配；；模拟开关202，用于将多个分表的电流变换部分传输来的反映电流大小的电压信号有选地导通，这个导通均在单片机的CPU的控制下，模拟开关的多少取决于分表的个数和模拟开关的路数；模数转换器203，用于将上述的电压变换部分和电流变换部分输入的信号转换成数字信号，为了提高宽量程的测试精度，可在模数转换器之前串接入一个可编程的运放；处理和控制单元204，它为一微处理器，较好的是各种型号的单片机；存储器205，包括程序存储器(EPROM)251，数据存储器，例如静态存储器(SRAM)252和／或长期非易失性存储器(EEPROM)253；输入输出接口电路206，包括送至分表显示用的输出电路261，，串行通讯传输电路262，这些部分与CPU的各种组合属于现有技术中通用的设计，包括必要的译码器、锁存器、以及并行口扩展电路263；还可包括测试口(图上未示)，以及为分时计价的复费率表设计的时钟电路264，例如MSM5832；每一路分表流过的电流经电流变换部分送入主表中的模拟开关，模拟开关连接模数转换器，经转换后的数字信号送入处理和控制单元，存储器、输入输出接口电路与处理和控制单元相连接，每一路的用电信息通过处理和控制单元的计算和控制经输入输出接口电路连接至分表的显示装置。
图上示出的触发电路根据电压信号的频率高低产生一方波信号，输入到单片机的高速输入口，用来计算对电压、电流信号的采样间隔。
图2中的电路原理图与图1中的电路原理图的主要区别在于在模数转换器之前接有一个采样保持器208，采样保持电路用以保证采样到的电压和电流信号Vi、Ii是同相位的；图3中的电路原理图与图1中的电路原理图的主要区别在于对于较多的分表，可以连接多个模数转换器。
图1中省去了一个长期非易失性存储器(EEPROM)。
以上三个原理图中的各种方案可以根据实际需要进行任意的组合。
为了降低整机的造价，可以采用内部保成有模数转换器的单片机，例如8098，8096等，其中8098是美国intel公司1988年推出的产品，具有比其它单片机性能高、功能全、价格低、使用方便的优点，它有一个高性能6位RALU、高速输入／输出口(HSI／HSO)，带有采样保持(S／H)电路的4路10位A／D，一个串行口，两个16位的定时器，一个自复位电路(WATCHDOG)只需很少的硬件支撑就可组成一个完整的微型计算机，由于这片内的A／D只能检测正半周的信号，从采样保持器输出的信号在送入单片机内的A／D之前，需要对信号进行预处理，参见图6、7、8所示的信号预处理或信号变换电路，图6的方案是充分利用片内的4路A／D，其中二路用于电压信号的检测，另二路用于电流信号的检测，不管是反应电压变化的信号还是反应电流变化的信号，对于正半周的信号，通过接入运放的正向端，再从运放的输出端接入A／D，对于负半周的信号，通过接入运放的反向端反向，再从运放的输出端接入A／D；图7的方案是先把±5V的信号通过运放抬高5V，最通过二个运放分离出正负半周的信号；图8的方案是用一个运放信号根据信号处于正负半周的情况利用模拟开关的切换来抬高5V否。以上的任一种接法都展宽了量程，即把10位的A／D变成11位。
本机的片内A／D采样到同时刻的电压、电流离散值，就可计算出电压、电流、有功功率、无功功率，有功电能、无功电能B，其中计算的公式如下电压值V＝1NΣi=1i=NVi2]]>电流值I＝1NΣi=1i=NIi2]]>有功功率P＝ 1/(N)-Σi=1i=NVi/AIi]]>无功功率Q＝V2×I2-P2]]>功率因素COSφ=P／(V×I)有功电能W＝P×ΔT无功电能A＝Q×ΔT
其中×ΔT为时间间隔，N为采样点数目。
可以根据所检测时的时间(和日期)及此时所处的峰／谷／平状态，分别按复费率的要求记录用电情况，同时可计算出需量，频率，记录断电起始、终了时间和断电时的供电状况，超容用电和低功率因素的状况，还可显示年月日、时分秒，上述的全部数据或部分数据可根据需要累计、刷新、在整点时刻或规定的时间进行存储，还可根据数据貂重要性分别记存在SRAM或EEPROM中，当然可实时显示、打印、传输。
其中复费率时段的设置，超容用电和低功率因素的限值，需量的计量时间等参数可通过串行口传输预置，也可设置必要的拨码开关来实现。
为了降低造价，特别是在具有数十个或几百个分表的情况下，采用隔离的电流变换器(例如电流互感器)是不经济的，可以采用把主表中电路和分表中电路的接地零线同接在电力系统中的零线上的方法，增加抗干扰性能。
上述提出的集中测试、计量、存储、管理多个分表的具体实施方案不仅仅限于单相表，也可在现有技术的基础上扩展至三相表或三相供电的单相表。
为了提高整机的测量精度，除了上面提及的采用低温漂运放外，还可通过选择合适的单片机以及电路结构安排，另外的措施是充分利用单片机微电脑的优势，运用数字滤波技术和自动调零技术，以及自动误差补偿或修正技术。
权利要求1.一种集中式电子电度表，包括组装容留电路板的外壳，电源，其特征在于外壳中装有多个分表和一个主表；其中的分表包括过流的接口；电流变换部分，用于发出与输入的电流相对应的电压信号；显示装置；其中的主表由以下部分组成电压变换部分，用于发出与所加的高电压相对应的低压信号；模拟开关，用于将多个分表的电流变换部分传输来的反映电流大小的电压信号有选地导通；模数转换器，用于将上述的电压变换部分和电流变换部分输入的信号转换成数字信号；处理和控制单元；存储器，包括程序存储器，数据存储器；输入输出接口电路，包括显示驱动电路，传输电路，测试端口；每一路分表流过的电流经电流变换部分送入主表中的模拟开关，模拟开关连接模数转换器，经转换后的数字信号送入处理和控制单元，存储器、输入输出接口电路与处理和控制单元相连接，每一路的用电信息通过处理和控制单元的计算和控制经输入输出接口电路连接至分表的显示装置。
2.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于上述的模数转换器前接有一采样保持电路。
3.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于上述的电流变换部分由变换电阻和放大电路组成。
4.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于上述的处理和控制单元是一微处理器。
5.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于上述的模数转换器集成在处理和控制单元中。
6.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于上述数据存储器包括静态存储器SRAM和长期非易失性存储器EEPROM。
7.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于主表中电路和分表中电路的接地零线同为电力系统中的零线。
8.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于分表的显示装置包括触发电路，步进电机以及与步进电机相连的字轮。
9.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于还包括有时段设置拨码开关。
10.根据权利要求1所述的集中式电子电度表，其特征在于上述的模数转换器之前接有一信号预处理电路。
专利摘要本实用新型涉及的集中式电子电度表，包括外壳，电源，外壳中装有多个分表和一个主表；分表包括过流的接口；电流变换部分；显示装置；主表由电压变换部分，模拟开关，模数转换器，处理和控制单元；存储器，接口(显示驱动电路)组成；每一分表流过的电流经变换送入主表中，每路的用电信息通过单片机的计算和控制经接口电路连接至分表的显示装置，本表结构集中，精度高，耗能低，管理方便，扩展功能容易。
文档编号G01R22/00GK2172477SQ93243188
公开日1994年7月20日 申请日期1993年11月8日 优先权日1993年11月8日
发明者姜荣行, 林建敏, 陆海铨, 杨红岩, 颜友钧, 沈翔 申请人:姜荣行, 林建敏