专利名称：多功能卡式电能控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种以统计、记录用电状况，控制用电量和用电负荷的装置，属于电力控制设备的技术领域。
用电量的控制在国内外的电管部门中，至今仍是一个没有解决的问题，因此对用电量的控制只能采取在用电后与用户进行电费结算时使用罚款和其它消极的处理措施，而不能在用电前就控制住用电量，这对计划用电和计划管理带来了不便。另外，负荷控制也是电管部门的一个急需解决的问题，到目前为止，仍然存在着在一条主供电线路上，只要有一家或几家大用电户超载，则该条供电线路上的其它广大用户就会受到影响。若该条供电线路严重超载，则会造成整条供电线路停电，这时，其它没有超载的用电户也因此没有电用。
在用电计价、收费这个问题上，目前采用的是先用电，后收费，并且由专人到各用电户抄表，之后再由专人到各用电户收费，这样做不仅费工费时，而且使供电部门的电费收入迟到2个月左右，严重影响了供电部门的资金周转，影响了其经济效益。此外，对避开高峰用电时间，鼓励用电低谷时用电也没有一个有力的措施，只能进行宣传，而没有真正与用电户的经济效益挂起钩来。
本实用新型的发明目的是提供一种既能控制用电量，又能控制用户负荷，并且可自动根据用电高峰和低谷时间分别进行计价收费的多功能卡式电能控制器。
本实用新型的多功能卡式电能控制器由信号输入电路(1)、中心处理器(2)、译码与控制(3)、时钟电路(4)、自动复位(5)、掉电保护(6)、备用电源(7)、电源控制电路(8)、读写卡接口(9)、显示器(10)所组成，其中信号输入电路(1)主要包括光电管D1、D2、D3、集成电路U2及U3，该部分采用光电器件以非接触方式，在不损坏原电表结构的前提下，从电表转盘上读取用电信号，该部分的三对光电管在工作时只用一对，另两对是备用的，当第一对损坏后，另一对自动切入，因此可确保其输入信号的可靠性。从光电管获得的信号经滤波及U3的增幅、整形，送到计数器U2，由U6(80c31)的P1.0～P1.3口读出4、8、16、32分频后的用电脉冲计数值。
中心控制器(2)主要包括U6(80c31)、U7(373)、U8(27c32)、U9(2816)，以此组成单片机控制系统，对整个用电控制器起统一控制的作用。
译码与控制(3)主要包括集成电路U13和U14，由这两片集成电路产生系统中各组成部分所需的读写信号，协助“80c31”对系统的控制与管理。
时钟电路(4)主要包括集成电路U16～U19。系统在实施电量控制、负荷控制和分时计费工作中，需要一个准确的时钟，以便提供年、月、日、时、分、秒的信号，为提高系统的性能和时钟的精度，使用U16(ORL5832)作为本系统的时钟，并以U17(74HC7273)、U18(74HC7173)、U19(74HC7244)作为U16与单片机的接口，可随时获取日期和时钟，当出现累计误差时，可定期由按键加以修正。
自动复位(5)主要包括一片集成电路U4(556)，其中U4的一半工作在振荡状态，周期为10－15秒。另一半为单稳工作方式，由振荡器输出脉冲的下降沿触发单稳产生一个1ms左右的脉冲给80c31复位。其作用是使系统保持正常的工作状态。
掉电保护(6)和备用电源(7)主要由集成电路U26(317)和U25(LM339)、晶体管T9～T12及电池E所组成。当外部电源停电时，存放在系统中的用电量等有关数据不能丢失，因此采用两种保护措施，a.利用中心处理器(2)中的80c31中所具备的掉电保护功能，当比较器U25(LM339)构成的电源检测电路检测到电源电压由原来的5.2V降到5V时，向80c31发出中断请求，将80c31置于掉电工作方式，同时备用电源自动切换到80c31的Vcc端，以保护存在80c31RAM中的内容。b.配置了一片2816A(U9)EPROM，在中断服务程序中将有关信号写入U9，写入时间约1ms，在此期间由备用电源向系统供电，写入完毕后，关闭备用电源，使其仅向时钟U16和80c31供电。当外部交流电正常工作时，电源对备用电源的电池E充电，充电程度由另一电压比较器控制，当电池电压充到6.1伏时，自动关断充电回路，以延长其使用寿命。
电源控制电路(8)，主要由集成电路U5、U20、U24、U21及驱动晶体T14、T15、T16所组成。当用电量超过计划量或购电量时，系统将切断用户电源。方法是80c31将信号锁存在U20(74HCT273)，经电流放大、光电耦合、电流驱动后驱动继电器吸合，而继电器闭合使自动断路器动作，切断供电电源。
读写卡接口(9)由集成电路U10、U11、U15所组成。用电卡U12作为信息的载体在供电部门与用户之间传递着信息，即该卡能将供电部门的控制指令传递给用户，同时也可将用户的用电信息传递给供电部门。因此为提高读写数据的可靠性，在用电卡与80c31之间设立了一个读写卡接口，在卡插入过程中，与接口插座相连接的缓冲器U10(74HCT245)处于高阻状态，当卡完全插入接口插座后才向卡供电，并解除高阻状态，同时向80c31发出中断请求，以使80c31访问，将数据读入控制器或将数据写入数据卡。
显示器(10)主要包括U22、U23。正常工作时，显示器显示时钟，当系统检测到剩余用电量低于告警值或用户超负荷运行时，显示器将显示相对应的各种告警信号，同时发出报警声响。如用户需要了解自己的用电状况，此时，按下对应的按键，就可以显示出剩余的用电量、黑白比等。
整个控制器以集成电路U6(80c31)为中心，其P1.0～P1.3口与信号输入电路(1)相连接，P1.7与RD、WR口与译码和控制电路(3)相连，RST口与自动复位(5)连接，P4～P6、T0、T1及INT1口与掉电保护(6)和备用电源(7)相连，P2口分别与读写卡接口(9)、译码控制电路(3)及存贮器U8、U9相连，RXD、TXD口与显示器(10)相连。
多功能卡式电能控制器是一个用以统计，记录用电状况，并能实现控制定量，定负荷用电的装置，装置由用电控制器和用电卡两部分组成。
用电控制器是一个小型的微机系统，在不改变用户原有电度表结构和工常工作的情况下，以非接触的方式从电度表上取得信号，在进行分析，计算和处理后，可对用户在用电高峰期的最大负荷及用电量进行控制，并统计出用电量的“黑白比”。
用电卡是用于记录用户所购买的用电量，负荷等数据的，与用电控制器配套使用。用电前用户需先持用电卡向当地用电主管部门(供电局供用电科)购买电能，由专用打卡机将所购电能的电度数，最大负荷，负荷控制时间，分时计费时段等数据记录在用电卡上，然后用户将用电卡插到用电控制器上后，即可以开始用电。电能用完后，用户将用电卡再次插入用电控制器，将当月的用电的“黑白比”(即峰谷比)记录在用电卡上后，方可携卡去供电部门购买电能，以便下月再用。与此同时，供电部门也从记录卡中取得用户当月用电“黑白比”(即峰谷比)的数据，以便于供电部门对用户的考核。
采用本实用新型的多功能卡式电能控制器，其优点在于1.实现电能商品化即用电单位需先持“卡”到供电部门购买用电量，供电部门在把供电量录入“卡”之后，用电单位才能用该卡插入自己的电能控制器，进行用电。
2.实现用电量控制。当用户单位的用电量达到购买电能数的94％时，用电控制器发出第一次告警，提示用户去购买电能，当用电量达到97％时，发出第二次紧急告警。全部用完后，用电控制器将通过跳闸线圈切断总电源。购电后插入用电卡，即可恢复供电，告警值可根据实际需要设定。
3.负荷控制。根据用电卡上记录的额定负荷在负荷控制时间内(用电高峰期)，监视用户的负荷，一旦超负荷，先瞬间跳闸或发出告警信号，若用户在短期内不降低负荷即予跳闸，切断电源。超负荷跳闸后，可由供电局派专人前往用户进行处理，用供电部门的“专用控制卡插入可供电。也可设定延时一段时间后恢复供电。
4.用电“黑白比”统计。用电控制器在用电过程中根据设定的时间，分别进行用电高峰期和非高峰期用电量的统计，并由用电卡将此统计结果反馈给供电局对用户进行考核。
5.用电控制器采用非接触方式从电度表内取得用电信号，采用在手动跳闸开关上并联一组常开触点的方法控制电源的通断，不改变控制柜原有结构。
6.用电控制器采取较完备的防窃电措施，以确保对电能的控制。
7.用电控制器具有辨伪功能，只接受与本控制器配套的用电卡上的购电记录，对其他用电卡或伪卡将不予接受。
8.用电卡具有记忆下列信息的功能购电能量与购买时间，累计用电量，额定负荷，负荷控制时间，及各时段里的用电量。
9.用电控制器的电源接在电度表的出线端，控制器自身功耗小于5瓦。
10.用电卡坚固耐用，携带方便，可重复使用5000次。
多功能卡式电能控制器主要作用1.为电能的完全商品化提供手段，可实现先买后用，也可以杜绝拖欠电款的现象。
2.可实现用电量的定量和限负荷控制及“黑白比”控制。
3.避免了上门抄表的工作环节，可以节省大量的人力物力。
4.利用打卡机可以定期统计用户的用电情况，并可以自动打印出统计报表。
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的电路结构原理图。
图3是图2的左半边，图4是图2的右半边。
本实用新型的实施方案如下集成电路的型号如下U1与U5共用一片74LS74，U2为4040，U3为LM339，U4为556，U6为80c31，U7为373，U8为27c32，U9为2816，U10为245，U11为245，U12为2816，U13为138，U14为138，U15与U19共用一片244，U16为5832，U17为273，U18为173，U20为273，U21、U22为TIL113、U23、U24为164，U25为LM339，U26为317。信号输入电路(1)中的信号输入端采用三对光电管D1、D2、D3采集输入信号，最后经分频器U2(4040)将信号送入80c31。读写卡接口(9)与读写卡U12之间用线路板直接插入插座的方式连接，即U12(2816)单独焊在一块线路板上，装在一个卡盒中，在其一边引出印刷电路板的插线。该印刷线路板的插线对应于多功能卡式电能控制器主机上读写卡接口(9)中插座的各信号线，使用时将卡插入插座，不用时或向供电部门购电时，可将卡取出，重新录入用电量的数据和其它有关控制数据。根据以上所述，参照其电路原理图，就可以制成本实用新型的多功能卡式电能控制器。
权利要求1.一种多功能卡式电能控制器由信号处理部分及执行部分所组成，其特征在于该控制器由信号输入电路(1)、中心处理器(2)、译码与控制(3)、时钟电路(4)、自动复位(5)、掉电保护(6)、备用电源(7)、电源控制电路(8)、读写卡接口(9)、显示器(10)所组成，整个控制器以集成电路U6(80c31)为中心，其P1.0～P1.3口与信号输入电路(1)相连，P1.7与RD、WR口与译码与控制电路(3)相连，RST口与自动复位(5)连接，P1.4～P1.6、T0、T1及INT1口与掉电保护(6)和备用电源(7)相连，P2口分别与读写卡接口(9)、译码控制电路(3)及存贮器U8、U9相连，RXD、TXD口与显示器(10)相连接。
2.根据权利要求1所述的多功能卡式电能控制器，其特征在于信号输入电路(1)中的信号输入端采用光电管采集输入信号，最后由分频器U2将信号输入80c31中的P1.0～P1.3口。
3.根据权利要求1或2所述的多功能卡式电能控制器，其特征在于读写卡接口(9)与读写卡U12之间用线路板直接插入插座的方式连接，即U12(2816)单独焊在一块线路板上，装在一个卡盒中，在一边引出印刷电路板的插线，该印刷线路板的插线对应于多功能卡式电能控制器主机上读写卡接口(9)中插座的各信号线。
专利摘要多功能卡式电能控制器是一种用以统计、记录用电状况、控制用电量和用电负荷的装置，其主机包括信号输入电路(1)、中心处理器(2)、译码与控制(3)、时钟电路(4)、自动复位(5)、掉电保护(6)、备用电源(7)、电源控制电路(8)、读写卡接口(9)、显示器(10)。整个控制器以单片微机80c31为中心，以光电管传感用电量信号，以用电卡输入应用电的数据及负荷大小的数据，经过80c31的中心处理后，控制驱动晶体管以达到控制用电的目的。
文档编号G05B15/02GK2145399SQ9221888
公开日1993年11月3日 申请日期1992年9月30日 优先权日1992年9月30日
发明者胡仁杰, 蒋玉俊, 高志鸿, 沈廉, 徐德淦, 朱懋惇 申请人:东南大学, 高志鸿