专利名称：电度表电量数据集群网络式管理系统的制作方法
电度表电量数据集群网络式管理系统属于用电量的采集、处理、收费管理的自动控制装置。
已有电度表一般都是感应机械式，对电量的采集实行的是人工抄表方式。因此不可避免地存在着不准确、实时性差、劳动强度大，投放人员多的缺点。为解决感应式机械电度表存在的问题，近年来出现以下几种予付费电度表，如磁卡式电度表、投币式电度表、单用户电卡式电度表。但它们都存在如下缺点和不足，而不能推广普及。如磁卡式电度表由于需设读卡系统，因而成本高，可靠性低。投币式电度表因币易被仿制和必须具备投币装置，所以仍是成本高、可靠性低，而且维护较困难。单用户电卡式电度表虽然较先进，能完成用户电量予付费及电量的自动采集，但仍存在以下缺点一、电卡掌握在用户手中，由用户个人将卡插入电度表来完成电量的输入和采集，用户直接接触电表。因此，难以防止偷电、盗表及人为破坏，而且因卡由常规存储器件组成，所以易被复制。二、因一户一卡，管理困难，维护工作量大，易损坏、成本高。三、单表成本高、降低成本受到表功能及复杂性限制(因单表要具备数据采集、存储、向用户显示数据、专门卡接口等功能)。四、给进一步网络化、自动化造成困难。
本发明的目的是设计一种对电度表采用集群式结构，并实现对电量数据进行集中采集、处理、管理方式。以提高电力管理的自动化程度、准确性和实时性；减轻劳动强度，为用户提供直观的、方便的、实时的用电状态的数据。为电力管理部门实施有效的用电管理，提高电力管理部门和用户之间的透明度，为防止非法用电提供有效的装置。
本发明由K个终端、传输总线、集中控制器、传输介质、管理计算机组成。每个终端由机械电度表、反射式采样器、同步脉冲取样电路、数据处理及存贮电路、电表串行总线接口电路组成。反射式采样器、同步脉冲取样电路、数据处理及存贮电路、电表串行总线的接口电路都设在机械电度表内。K个终端都由传输总线与集中控制器相连。集中控制器由显示电路、中央数据处理电路、时钟控制电路、监控复位电路、控制器总线接口电路、输入输出总线接口电路组成。K个终端、传输总线、中央控制器设置在一个封闭的壳体当中，构成一个基本单元。管理计算机由传输介质与N个基本单元连通形成管理网络。传输介质是IC卡或电话线及调制解调器接口电路。IC卡对管理计算机和N个基本单元的中央控制器实施瞬时接触分离传输的方式。而电话线和调制解调器与管理计算机、N个基本单元的中央控制器实施固定连接分时传输的方式。
本发明由于实现了对用户电量采集、处理、存储、显示和电表工作状态显示的集中控制结构，因而用户无需再从该用户电表上读取数据，也就实现了用户电表与控制器的集中全封闭装置。这样就能便于管理、杜绝非法用电及电表和控制器的损坏和丢失。自动化程度大大提高，整个数据处理过程无需人工参予，计量准确，实时性强，无人为不准确因素。减少了抄表人员，减轻了劳动强度，提高了工作效率。系统成本低，与单卡式电度表相比成本可降低30～70％左右。系统可扩展性强，既管理计算机和基本单元可成比例的增加，以实现大面积网络管理。基本单元内的终端可扩展性也强。终端最多可达到250个。传输介质也可根据实际情况选择IC卡或电话线。系统透明度高，用户可从控制器上随时看到自己所剩电量，当所剩电量小于一定值时，状态指示灯就向用户提示告警，催交电费。电力管理人员从控制器得到的信息量大，包括取样日期、时间、各用户所剩电量、用户超量用电量和所超用的时间。一表多能，此单元还可具有复费率电表的功能。维护人员通过控制器的状态指示灯即可确定各用户电表的工作状态，提供直观、方便的维护与诊断的信息，方便了维护人员。
图1是本发明的系统结构图，图2是反射式采样器31的结构示意图，图3是同步脉冲取样电路的结构示意图，图4是电表串行总线接口电路10的电路结构示意图，图5是控制器总线接口电路28的电路结构示意图。
实施例本实施例由28个终端2、传输总线3、集中控制器4、传输介质5、管理计算机6组成。28个终端2、传输总线3、集中控制器4设置在一个封闭的壳体中构成一个基本单元7，管理计算机6由电卡传输介质5与30个基本单元连通形成管理网络。
每个终端2由机械电度表、反射式采样器31、同步脉冲取样电路8、数据处理及存贮电路9、电表串行总线的接口电路10组成。反射式采样器31、同步脉冲取样电路8、数据处理及存贮电路9、电表串行总线的接口电路10都设置在机械电度表内。反射式采样器31的输出端接同步脉冲取样电路8的输入端，同步脉冲取样电路8的输出端接数据处理及存贮电路9的数据输入端，数据处理及存贮电路9的数据输出端接电表串行总线的接口电路10的数据输入端，电表串行总线的接口电路10的输出端接传输总线3。
集中控制器4由显示电路24、中央数据处理电路25、时钟控制电路26、监控复位电路27、控制器总线接口电路28、输入输出总线接口电路29组成。控制器总线接口电路28的输入端接传输总线3，控制器总线接口电路28的输出端接监控复位电路27的输入端，监控复位电路27的输出端接中央数据处理电路25的复位端，控制器总线接口电路28的串行接口端与中央数据处理电路25的串行接口端相连，中央数据处理电路25的数据传输端、时钟控制电路26的数据传输端、控制器总线接口电路28的数据传输端、输入输出总线接口电路29的数据传输端与集中控制器4的内部总线32相连，中央数据处理电路25的输出端接显示电路24的输入端，输入输出总线接口电路29的输出端接传输介介质5。
反射式采样器31由机械电度表的转盘11、红外收发器组成，在转盘11的盘面上设有一黑色弧形带15，红外收发器由红外发射管13、红外接收管14、架12组成，发射管13和接收管14分别安装在架12的两端，发射管13的发光头对准转盘11上黑色弧形带15所处的圆环带16内，接收管14的接收头对准发射管13发射的光射到圆环带16上后又反射出来的光带内。黑色弧形带15的弧长要小于等于圆环带16弧长的二分之一。
同步脉冲取样电路8由振荡器17、同步脉冲形成电路18、红外发射电路19、红外接收电路20、接收放大电路21、同步数据锁存器22组成，振荡器17的输出端O1接同步脉冲形成电路18的输入端CK，同步脉冲形成电路18的输出端Q1接红外发射电路19的输入端，同步脉冲形成电路18的另一输出端Q1接同步数据存储器22的时钟输入端CP2，红外接收电路20的输出端接接收放大电路21的输入端，接收放大电路21的输出端O2接同步数据锁存器的数据输入端D，同步数据锁存器22的输出端Q2接数据处理及存贮电路9的CPU。同步脉冲形成电路18由D触发器、延时电路R1、C1组成，R1、C1串联后一端接地，另一端接D触发器的时钟输入端CP1，R1与C1的连接点接触发器的异步数据清零端CL。D触发器选用74HC74。同步脉冲数据锁存器选用D触发器，其型号为74HC74。
电表串行总线接口电路10由光电隔离输入串行总线接口电路23和光电隔离输出串行总线接口电路36、复位电路53组成。光电隔离输入串行总线接口电路23由整形放大电路30、光电耦合器54组成。整形放大电路30的输入端接传输总线，30的输出端接光电耦合器54的发光二极管D1的两极，光电耦合器54的晶体管T1的输出端接复位电路53的输入端和数据处理及存贮电路9的单片机IC0的串行输入口SI端。光电隔离输出串行接口电路36由放大器33、光电耦合器34、输出放大缓冲电路35组成。IC0串行口输出端SO接放大器33中T3的基极，放大器33的输出端接光电耦合器34中发光二极管D2的正极，光电耦合器34的T2两个输出端接输出放大缓冲电路35的输入端，输出放大缓冲电路35的输出端O接传输总线。
复位电路53由IC1、R3、C3、R2、C2、T4组成，R3、C3串联在电源与地之间，C2、R2串联后也接在电源与地之间，T4的基极接R3与C3的连接点，T4的发射极接C2与R2的连接点和数据处理及存贮电路9的单片机IC0的复位端，T4的集电极接电源，IC1的输出端接R3与C3的连接点，IC1选用74HC05。
控制器总线接口电路28由输入上拉晶体管电路37、输出上拉晶体管电路38、输入放大整形电路39、输入光电耦合器40、反相电路43、输出光电耦合器41、输出放大缓冲电路42组成。输入上拉晶体管电路37的输出端接输入放大整形电路39的输入端，39的输出端接光电耦合器40中发光二极管D3的两极，光电耦合器40中的T7的集电极经R4接电源，T7的发射极接地，T7的集电极接中央数据处理电路25中单片机1C3的串行口输入端SI3，IC3的串行口输出端SO3接反相电路43中T9的基极，反相电路43的输出端接输出光电耦合器41中发光二极管D4的正极，输出光电耦合器41中的三极管T8的发射极和集电极接输出放大缓冲电路42的输入端，42的输出端接输出上拉晶体管电路38的输入端。输入上拉晶体管电路37由三极管T5、二极管D5、R5组成，二极管D5的正极接T5的发射极，D5的负极接T5的基极，R5接在T5的集电极和基极之间，T5的集电极接电源。输出上拉晶体管电路38由T6、D6、R6组成，其连接结构与输入上拉晶体管电路37相同。
权利要求
1.电度表电量数据集群网络管理系统，它由K个终端(2)、传输总线(3)、集中控制器(4)、传输介质(5)、管理计算机(6)组成，其特征在于K个终端(2)、传输总线(3)、集中控制装器(4)设置在一个封闭的壳体中构成一个基本单元(7)，管理计算机(6)由传输介质(5)与N个基本单元(1)连通形成管理网络。
2.根据权利要求1所述的电度表电量数据集群网络式管理系统，其特征在于每个终端(2)由机械电度表、反射式采样器(31)、同步脉冲取样电路(8)、数据处理及存贮电路(9)、电表串行总线的接口电路(10)组成；反射式采样器(31)、同步脉冲取样电路(8)、数据处理及存贮电路(9)、电度表串行总线的接口电路(10)都设置在机械电度表内；反射采样器(31)的输出端接同步脉冲取样电路(8)的输入端，同步脉冲取样电路(8)的输出端接数据处理及存贮电路(9)的数据输入端，数据处理及存贮电路(9)的数据输出端接电表串行总线的接口电路(10)的数据输入端，电表串行总线的接口电路(10)的输出端接传输总线(3)。
3.根据权利要求1所述的电度表电量数据集群网络式管理系统，其特征在于集中控制器(4)由显示电路(24)、中央数据处理电路(25)、时钟控制电路(26)、监控复位电路(27)、控制器总线接口电路(28)、输入输出总线接口电路(29)组成，控制器总线接口电路(28)的输入端接传输总线(3)，控制器总线接口(28)的输出端接监控复位电路(27)的输入端，监控复位电路(27)的输出端接中央数据处理电路(25)的复位端，控制器总线接口电路(28)的串行接口端与中央数据处理电路(25)的串行接口端相连，中央数据处理电路(25)的数据传输端、时钟控制电路(26)的数据传输端、控制器总线接口电路(28)的数据传输端、输入输出总线接口电路(29)的数据传输端都与集中控制器(4)的内部总线(32)相连，中央数据处理电路(25)的输出端接显示电路(24)的输入端，输入输出总线接口电路(29)的输出接口端接传输介质(5)。
4.根据权利要求1、2所述的电度表电量数据集群网络式管理系统，其特征在于反射式采样器(31)由机械电度表的转盘(11)、红外收发器组成；在转盘(11)的盘面上设有一黑色弧形带(15)；红外收发器由红外发射管(13)、红外接收管(14)、架(12)组成；发射管(13)和接收管(14)分别安装在架(12)的两端，发射管(13)的发光头对准转盘(11)上黑色弧形带(15)所处的圆环带(16)内，接收管(14)的接收头对准发射管(13)发射的光射到圆弧带(16)上后又反射出来的光带内；黑色弧形带(15)要小于等于圆环带(16)弧长的二分之一。
5.根据权利要求1、2所述的电度表电量数据集群网络式管理系统，其特征在于同步脉冲取样电路(8)由振荡器(17)、同步脉冲形成电路(18)、红外发射电路(19)、红外接收电路(20)、接收放大电路(21)、同步数据锁存器(22)组成，振荡器(17)的输出端O1接同步脉冲形成电路(18)的输入端CK，同步脉冲形成电路(18)的输出端Q1接红外发射电路(19)的输入端，同步脉冲形成电路(18)的另一输出端Q1接同步数据锁存器(22)的时钟输入端CP2；红外接收电路(20)的输出端接接收放大电路(21)的输入端，按收放大电路(21)的输出端O2接同步数据锁存器的数据输入端D，同步数据锁存器(22)的输出端Q2据处理及存贮电路(9)的CPU。
6.根据权利要求1、2、3所述的电度表电量数据集群网络式管理系统，其特征在于电表串行总线接口电路(10)由光电隔离输入串行总线接口电路(23)和光电隔离输出串行总线接口电路(36)、复位电路(53)组成，光电隔离输入串行总线接口电路(23)由整形放大电路(30)、光电耦合器(54)组成，整形放大电路(30)的输入端接串行总线，(30)的输出端接光电耦合器(54)的发光二极管D1的两极，光电耦合器(54)的晶体管T1的输出端接复电路(53)的输入端和数据处理及存贮电路(9)的单片机IC0的串行输入口S1端；光电隔离输出串行总线接口电路(36)由放大器(33)、光电耦合器(34)、输出放大缓冲电路(35)组成；IC0的串行口输出端SO接放大器(33)中T3的基极，放大器(33)的输出端接光电耦合器(34)中发光二极管D2的正极，光电耦合器(34)的T2两个输出端接输出放大缓冲电路(35)的输入端；输出放大缓冲电路(35)的输出端O接传输总线；复位电路(53)由IC1、R3、C3、R2、C2、T4组成，R3与C3串联后接在电源与地之间，C2与R2串联后也接在电源与地之间，T4的基极接R3与C3的连接点，T4的发射极接C2与R2的连接点和数据处理及存贮电路(9)的单片机IC0的复位端，T4的集电极接电源，IC1的输出端接R3与C3的连接点。
7.根据权利要求1、3所述的电度表电量数据集群网络式管理系统，其特征在于控制器总线接口电路(28)由输入上拉晶体管电路(37)、输出上拉晶体管电路(38)、输入放大整形电路(39)、输入光电耦合器(40)、反相电路(43)、输出光电耦合器(41)、输出放大缓冲电路(42)组成，输入上拉晶体管电路(37)的输出端接输入放大整形电路(39)的输入端，(39)的输出端接光电耦合器(40)中发光二极管D3的两极，光电耦合器(40)中的T7的集电极接中央数据处理电路(25)中单片机IC3的串行口输入端SI3，IC3的串行口输出端SO3接到反相电路(43)中T9的基极，反相电路(43)的输出端接输出光电耦合器(41)中发光二极管D4的正极，输出光电耦合器(41)中的三极管T8的发射极和集电极接输出放大缓冲电路(42)的输入端，(42)的输出端接输出上拉晶体管电路(38)的输入端。
8.根据权利要求1、5所述的电度表电量数据集群网络式管理系统，其特征存于同步脉冲取样电路(8)中的同步脉冲形成电路(18)由触发器、延时电路R1、C1组成，R1、C1串联后，一端接地，另一端接触发器的CP1端，R1与C1的连接点接触发器的异步数据清零端CL。
9.根据权利要求1、7所述的电度表电量数据集群网络式管理系统，其特征在于输入上拉晶体管电路(37)由三极管T5、二极管D5、R5组成，二极管D5的正极接T5的发射极，D5的负极接T5的基极，R5接在T5的集电极和基极之间，T5的集电极接电源。
全文摘要
电度表电量数据集群网络式管理系统，它由K个终端2、传输总线3、集中控制器4、传输介质5、管理计算机6组成，K个终端、传输总线、集中控制器设置在一个封闭的壳体1中，构成一个基本单元7。管理计算机由传输介质与N个基本单元连通形成管理网络。本发明由于实现了对用户电量采集、处理、存储、显示和电表工作状态的集中控制结构，所以它具有自动化程度高、防盗、防破坏性强，准确率更高，减轻了劳动强度，成本低的优点。
文档编号G06F17/40GK1134569SQ9510462
公开日1996年10月30日 申请日期1995年4月22日 优先权日1995年4月22日
发明者申景荣 申请人:申景荣