专利名称：多用户计费电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电能计费表，更确切地说是涉及一种可对多用户分别计费的电能表。
在传统的电能计量体制中，一个用电户配备一个计费电能表，一个计费表测量并记录一种数据。以往，我国多数居民户是实行总表制，但随着电力法的实施及居民用电现代化的需要，一户一表制已成为发展趋势。我国幅员辽阔人口众多，居民用电量很大，单就每年新增户，就给供电部门造成不小的压力。
传统机械电能表的自身损耗加上进户线至电表端的线路损耗平均每月每表约1千瓦时，累积计算就是一笔相当可观的损失，此外，由于采用按户或按层装表的方式，电能表本身不具有防窃电功能，因而窃电现象防不胜防，造成大量国有资金流失。再者，实行一户一表还需定期抄表收费，抄表人员走家串户，不仅劳动强度大，还易引起矛盾与纠纷。上述各方面的问题严重制约了一户一表的普及进程，影响了供电部门的经济效应及电费的及时回收。
近年来投入使用的电子式计费电能表，大致包括传感(计量)部件、按键组、CPU中央处理器、数据存贮器、显示器、红外抄表接口及计算机抄表接口，可灵活设置并大大方便了抄表操作及计算机集中管理、统计等，但由于采用集中计量，因此存在维修不方便的缺陷。
本实用新型的目的是设计一种多用户计费电能表，是一种全电子式的电能计量器具，采用各户单独取样、分户出线、集中统一计量的方式，由抄表器统一抄表，既保留全电子单相电度表配置灵活的优点，又能克服集中计量仪表不便维修的缺点，并具有简化设计，减少取样引线干扰和提高计费可靠性的特点。
本实用新型的多用户计费电能表，包括电源电路、单片微处理器电路、分别与单片微处理器电路连接的时钟电路、数据保护存贮器电路、LED显示电路、按键组、红外抄表接口、计算机抄表接口和用电量取样电路，其特征在于所述的用电量取样电路由与用户数对应且彼此独立的取样/功率变换模块组成；还包括有与各取样/功率变换模块连接的相同数目的信号隔离电路，各信号隔离电路输出接所述的单片微处理器电路，所述的取样/功率变换模块由电流取样电路、电压取样电路和功率变换电路连接构成，电流取样电路输入端及电压取样电路输入端接用电户进户端电源线，电流取样电路输出端及电压取样电路输出端接功率变换电路输入端。
所述的取样/功率变换模块制作在一取样/功率变换板上，取样/功率变换板铆接在两紫铜固定架上，所述的电流取样电路由锰铜电阻片连接小电流线性补偿电路构成，所述的锰铜电阻片焊接在两紫铜固定架间并分别连接用电户进户端电源线。
所述的信号隔离电路由光电耦合器、D触发器和或逻辑门连接构成，光电耦合器输入接所述的功率变换电路输出，光电耦合器输出接D触发器时钟端，D触发器的正、反输出端分别接或逻辑门两输入端，或逻辑门输出端接D触发器清零端。
所述的电源电路由两组独立的直流电源电路组成，包括与所述功率变换电路电源端连接且直流电平浮在交流220V上的正、负电源电路和普通二极管桥式整流电源电路；所述的直流电平浮在交流220V上的正、负电源电路由变压器，第一、第二整流二极管，第一、第二稳压二极管和第一、第二滤波电容连接构成，变压器初、次级线圈一端并接第一电容正端、第二电容负端、第一稳压二极管正端及第二稳压二极管负端并输出0电平，该变压器次级线圈另一端连接第一整流二极管正端及第二整流二极管负端，第一整流二极管负端接第二滤波电容正端及第一稳压二极管负端并输出正电压，第二整流二极管正端接第一滤波电容负端及第二稳压二极管正端并输出负电压。
本实用新型的多用户计费电能表可安装于每栋楼或每个单元的一层，对一栋楼或一个单元的所有用户实行各户单独取样、统一计量并用数字显示用电量，平均每户功耗只占传统机械式电能表的十分之一，入户线损计入用户，由于多户计费电能表采用集中计量、分户出线方式且封装于一个表箱内，从根本上杜绝了窃电，利用其红外抄表接口及计算机抄表接口，可通过传输线将一个楼乃至整个居民小区的所有多用户计费电能表连接在一起，由抄表机统一抄表，大大简化了抄表操作，全面解决收费难问题。
下面结合实施例及附图进一步说明本实用新型的技术
图1，多用户计费电能表原理框图；图2，取样/功率变换板固定结构示意图；图3，取样/功率变换模块实施电路图；图4，信号隔离电路实施电路图；图5，单片微处理器电路结构图；图6，多用户计费电能表电源电路图。
参见图1，本实用新型的多用户计费电能表可根据实际需要增、减取样/功率变换电路及信号隔离电路等，使形成12户、18户、24户等多种类型，本实施例以24户计费电能表为例。
每户独立使用的电流取样电路103、电压取样电路104、功率变换电路105及信号隔离电路106被均匀地分配在三相负荷A、B、C上，每相带8个用户负载。
图中101为电源转换器(开关)，可转换成单相配置，102为电源电路，向多用户计费电能表提供直流工作电源。
功率变换电路105包括放大器、乘法器、电压/频率(V-F)变换器和分频器。当用户用电时，由电流取样电路103送出的微弱信号经放大后与来自电压取样电路104的电压信号相乘，得到反映用户实际用电有功功率的电平信号，再经V-F变换器得到代表此功率信号的频率信号，该频率信号正比于用户的实际用电功率，最后分频成脉冲信号输出。由于功率变换器105采用浮在220V交流电平上的直流电平作工作电源，因此该脉冲信号也是浮在各相交流220V电源电平上。信号隔离电路106将浮在各相交流220V电源电平上的脉冲信号变成统一的直流电平的脉冲信号，送入与信号隔离电路相连的单片微处理器107中，单片微处理器107用代表电功率的脉冲信号对时间的积分获得电能量，运算各路累积电能量，并记录在与单片微处理器107相连的数据保护电路即EEPROM存贮器110中，以确保数据不丢失。
与单片微处理器107连接的按健112用于指定操作，可通过LED显示电路111显示各用户的累积电能数据，通过红外抄表接口113抄录用户的累积电能数据和通过计算机接口(485接口)电路114传输抄录用户的累积电能数据。
在使用与红外抄表接口113或485接口114连接的抄表机抄录用户累积电能数据时，单片微处理器107从数据保护单元110中按按键组112的击键命令调出所指定的某用户或全体户的用电数据，并通过两接口113、114输出，同时将数据送LED显示电路111显示。
时钟电路109向单片微处理器107提供实时钟，使用户在抄表时冻结记录的用户数据，因此不管在月内哪一天抄表，抄录的是本抄表日至上一个抄表日间的累加电能数据，以便作统一的换算和线损计算。图中108是采用浮充方式的备份电池，用于在停电时不影响实时钟的正常计时。电源电路102向整个计费电能表提供稳定的直流电源，三相独立供电，任何一相或两相掉电均不影响电能表的正常工作。直流电源包括两个独立部分，其中供给功率变换电路105的是将直流电平浮在各相交流220V上，经半波整流的正负电源，供给电能表其他部分的则采用普通桥式整流，详见图6。
本多用户电能表采用用户号地址编码法，即表号+用户码的编码方法，其中表号在一个供电局内是唯一的，由5与位数字编码，由抄表机将编码置入存贮器内，用户码3位可按门牌号定义，抄表时合并5位表号与3位用户码，获得8位唯一的用户码，便于计算机处理。
本多用户计费电能表的抄表数据分为两组，一组是迄今为止各户累积电能数据，另一组是本抄表日至上一抄表日间的用户净用电量，可对该组数据直接计费不必将本月抄表数据减去上月抄表数据，简化了计算。
参见图2，每户的取样及功率变换电路103、104、105制作在一块独立的电路板201上，该电路板又直接铆接在作为电流通路的紫铜固定架202、203上，两紫铜固定架202、203间焊接作为电流取样部件的锰铜电阻片R0，锰铜电阻片的两个取样点直接连入电路板中。每户的取样/功率变换板201用螺钉直接固定在电流输入母线和分户输出端间，既可作为电流通路，又固定了取样/功率变换电路板。
参见图3，多用户计费电能表采用锰铜电阻R0作为电流取样部件，配合由电阻R1、R2、R3、R4、R5及可调电阻W1连接构成的小电流线性补偿电路，得到电流采样信号Vi、用精密金属膜电阻R6.R7.R8.R9.R10.R11连接构成电压取样电路，得到电压采样信号Vv，增加的可调电阻W2可改变Vv进行精度调整(不必磨削锰铜电阻R0)，使电能表具有精度可调性。功率变换电路采用功率变换器件U1(BL0932)，内含放大器、乘法器、V-F变换器和分频器，U1对Vi放大，再与Vv相乘，然后转换成频率信号，最后由8脚输出一个正比于Vi与Vv乘积的脉冲信号。
参见图4，来自各户的用电量脉冲信号经连接线送入各信号隔离电路，信号隔离电路由光电隔离器U2和D触发器U3连接构成。光电隔离器U2将浮在各相220V电平上的脉冲信号变成统一参考电平的脉冲信号，并避免了各路信号间的相互干扰，由于脉冲信号宽度较窄，且有24路同时出现脉冲信号的可能，如果将脉冲信号直接送入单片微处理器，有可能丢失脉冲，特别是在处理抄表器、显示及通信时。为此本实施电路采用硬件锁存方法，即利用单片机双向数据口的功能，使读数与清零在同一个引脚上实现，将脉冲展宽直到单片机将数据处理完为止，从根本上避免了漏计脉冲的可能性，同时增加抗干扰能力。图中，有脉冲时光电耦合器U2导通，D触发器U3翻转，Q端输出″1″，当将出/入(OUT/IN)线拉成低电平时与Q反的低电平一起送或门U4，对U3清零，待下一个脉冲到来时才能使U3的Q端再翻转为″1″，保证了信号读入的可靠性。
参见图5，U15为单片微处理器，采用51系列工业级，P0口配置为总线方式。U5采用74LS373，用于锁存显示数据。U6也采用74LS373，用于锁存显示位码。U7为3-8译码器(LS138)，译出P2口的地址作为显示位码。U8、U9、U10为双向数据驱动器(LS244)，由U7控制依次选通，由读/写(R/W)信号控制其选通方向，从而实现24路电能脉冲的读入和清零。图中U11为实时钟(8583，I2C总线)，U12为EEPROM存储器(24C16)，U13为红外抄表接口(685A)，U14为计算机485接口，K1、K2为指定按键。该实施电路利用P0口的总线功能，编程方便，电路结构简单，电能脉冲输入采用数据锁存方式，因而方便了单片微处理器的连接。
参见图6，本实用新型的直流电源有两组独立的供电，其中供应功率转换电路的直流电源是将直流电平浮在各相交流220V上、半波整流的正、负5V电源，供给电能表其它部分的正5V直流电源则采用普通桥式整流，变压器设计采用自耦与互耦相结合的方式绕制，以兼顾两组电源的需要。
本实用新型的多用户计费电能表采用分户取样、集中计量方式，可对多个用户用电量进行计量；全电子计量及锰铜电阻片采样再经V-F变换，计量精度高；采用EEPROM作数据保护，可靠性好；用单片微处理器进行电量计算，数据准确度高；采用轮流显示及指定显示，可同时显示户号及该户用电量；同时具有红外抄表接口及485通信接口，便于集中抄表和校时；电能表内设有实时钟，可以冻结电量数据，以便统一抄表日期；变压器设计独特，可同时适应不同电位的要求；一户一块取样/功率变换板，便于维护更换。
权利要求1.一种多用户计费电能表，包括电源电路、单片微处理器电路、分别与单片微处理器电路连接的时钟电路、数据保护存贮器电路、LED显示电路、按键组、红外抄表接口、计算机抄表接口和用电量取样电路，其特征在于所述的用电量取样电路由与用户数对应且彼此独立的取样/功率变换模块组成；还包括有与各取样/功率变换模块连接的相同数目的信号隔离电路，各信号隔离电路输出接所述的单片微处理器电路，所述的取样/功率变换模块由电流取样电路、电压取样电路和功率变换电路连接构成，电流取样电路输入端及电压取样电路输入端接用电户进户端电源线，电流取样电路输出端及电压取样电路输出端接功率变换电路输入端。
2.根据权利要求1所述的多用户计费电能表，其特征在于所述的取样/功率变换模块制作在一取样/功率变换板上，取样/功率变换板铆接在两紫铜固定架上，所述的电流取样电路由锰铜电阻片连接小电流线性补偿电路构成，所述的锰铜电阻片焊接在两紫铜固定架间并分别连接用电户进户端电源线。
3.根据权利要求1所述的多用户计费电能表，其特征在于所述的信号隔离电路由光电耦合器、D触发器和或逻辑门连接构成，光电耦合器输入接所述的功率变换电路输出，光电耦合器输出接D触发器时钟端，D触发器的正、反输出端分别接或逻辑门两输入端，或逻辑门输出端接D触发器清零端。
4.根据权利要求1所述的多用户计费电能表，其特征在于所述的电源电路由两组独立的直流电源电路组成，包括与所述功率变换电路电源端连接且直流电平浮在交流220V上的正、负电源电路和普通二极管桥式整流电源电路；所述的直流电平浮在交流220V上的正、负电源电路由变压器，第一、第二整流二极管，第一、第二稳压二极管和第一、第二滤波电容连接构成，变压器初、次级线圈一端并接第一电容正端、第二电容负端、第一稳压二极管正端及第二稳压二极管负端并输出0电平，该变压器次级线圈另一端连接第一整流二极管正端及第二整流二极管负端，第一整流二极管负端接第二滤波电容正端及第一稳压二极管负端并输出正电压，第二整流二极管正端接第一滤波电容负端及第二稳压二极管正端并输出负电压。
专利摘要本实用新型涉及一种可对多用户分别计费的电能表,它包括单片机、存贮器、显示器、红外及计算机抄表接口和用电量取样电路。用电量取样电路由与用户数对应的取样/功率变换电路组成,并分别通过信号隔离电路连接单片机,每一取样/功率变换电路又由电流取样、电压取样和功率变换电路连接构成并制作在一独立的板上,该板铆接在紫铜固定架上同时构成电流通路。各信号隔离电路输出用户用电量脉冲信号送单片机作时间积分计算电能。
文档编号G01R11/57GK2287725SQ9720118
公开日1998年8月12日 申请日期1997年2月4日 优先权日1997年2月4日
发明者梁学相, 白恩君 申请人:梁学相