专利名称：具有防窃电功能的通用电能表ic卡智能预收费器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于涉及一种电能表预收费装置，属于计量仪器表。
用电数量的仪表，统称为电能表。在过去的用电管理中，基本上是让用户先用电，后交费，结果，在全国范围内出现大量用户拖欠电费的现象，使电业部门蒙受巨大损失。为此，对于工业用表、在若干年前就开始使用峰谷电价政策后，近些年又基本普及预收费方式，从而减少和杜绝拖欠电费的现象。
对于民用单项电能表用户，拖欠电费是一个方面，但由于个人用户的用电量有限，拖欠电费还不是一个主要问题，问题在于，由于个人用户数量极大，在我国有上亿的个人用户，对这么庞大的用户群进行管理，需要大量的工作人员，从而造成用电成本的提高，再加上用户情况不一，也存在收费困难和拖欠电费等问题。由于抄表和收费工作烦琐，给用电管理造成很多困难。因此，很多单位试图开发单项预收费电能表，有的已经投入批量生产，其中有很多是以开发磁卡电能表为主的，但由于磁卡电能表价高、性能不稳定，肯定无法普及推广，因此，为了实现这个目的，国内有很多科研生产单位对预收费磁卡电能表和IC卡预收费智能电能表进行了开发和生产，产品的数量在一定程度上满足国内供应。IC卡预收费智能电能表的推广使用，可以减少一系列不必要的抄表、报表、收费、核算繁杂手续，而且可以有效控制拖欠、拒交电费的现象，还可以杜绝“窃电”现象的发生。此外，通过对IC卡的设定，可以控制用户的最大负载，防止超负荷用电和防止火灾的发生。也可以根据需要，实行按计划、按人员供电和按用电峰谷进行不同收费，从而体现电的商品价格和实现用电管理的科学化。比较有影响的生产厂家有深圳百特电子有限公司DDSY15型电子式预付费单项电能表，湖南威胜电子有限公司DDSD101型电子式预付费单项电能表，天津申特高新技术公司YG-II型机电一体单项预购电电能表。但如果要使用现有的各种IC卡预收费智能电能表需废弃现有的机械式电表。由于全部更换IC卡预收费智能电能表的，所需费用昂贵，不符合当前的国情，所以不易实施。即使更换IC卡预收费智能电能表，那么大量的旧表又将靠成新的浪费。
本实用新型的目的就是针对现有技术之不足而提供一种具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，对于任何品牌、规格的电能表，均能容易地配套安装，智能控制，除实现用IC卡进行预收费外，它还可实现负载功率限制、欠压功率限制、电网电压跌落加倍收费功能，从而实现了计划用电、合理用电、安全用电等功能、防止窃电。
本实用新型的目的是这样实现的一种具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，由IC卡，控制装置，信号监测装置组成，其特征在于所述的信号监测装置可直接粘合在电能表玻璃窗上，其包括由红外发光管8和红外接收管26构成的信号读取装置，以及电度剩量值显示和报警装置，所述的控制装置包括一控制电路板19，马达20带有一凸轮24，凸轮24的斜面与跳变开关21的按钮23相触，跳变开关21与按钮23之间设有弹簧22，入户线16通过跳变开关21再接至电能表，行程开关17设在跳变开关21前面，其中控制电路的EEPROM读入IC18上卡的数据，单片机输入接EEPROM，并通过信号线12与信号监测装置相连，单片机通过辅助电路连接马达20和行程开关17。
所述的控制装置底部还包括一 形固定件14，与配电盘固接，其上部分伸至电能表接线盒。
所述的控制装置中用户线30火线串接电感31，电感33，零线串接电感32，电感35、电感36输出接单片机。
所述的控制装置中上半盒装有电感铁芯34，下半盒装有电感铁芯37。
所述的控制装置上下半盒通过内部挂钩一次性连接。
所述的控制电路包括有一与单片机相连的频率解码器。
所述的信号读取装置可安装在电能表内，设置在带孔的铝盘7上下面相对应处。
所述的红外发光管8带有屏壁和聚光透镜装置9。
所述的电度剩值量和报警装置可由发光二极管10，发光二极管27，发光二极管28显示剩余量，发光二极管29显示报警。
由于本实用新型采用超大规格集成电路为核心，SMART IC卡存储与用电有关的数据，其结构简单、耗电少，性能稳定，监测精确，计量准确，运行安且，操作方便通用性强，价格低廉，功能齐全。
以下结合附图和具体实施方案对本实用新型做进一步的详细说明。
图1为本实用新型的安装结构示意图；图2为本实用新型的计量信号的读取、数据显示结构示意图；图3为本实用新型窃电信号监测、负载切断功能电路实现示意图；图4为本实用新型的单片机控制电路原理图；图5为本实用新型的电源原理图；图6为本实用新型的信号检测及数据显示结构原理图；图7为实用新型另一种实施例的计量信号读取结构示意图。
参见图1，说明本实用新型的如何实现与各类电能表挂接的。
电能表底座3固定在配电盘1底板上，电能表箱也固定其上，本实用新型的底座15也固定在其上，外壳2罩住电能表及本实用新型。
入户线16进入本实用新型的底座15中，通过跳变开关的触点与进入电能表的导线相连接，使电能表与入户线连接，然后由用户线送给用户负载。
只要用户负载工作时，电能表的铝盘7就会转动，每转动一圈，铝盘7上的色标25处就要经过电能表玻璃窗一次，使红外发光管8发射的光线反射强度改变一次，从而使红外接收电路获得一个信号，并使单片机中断一次，记录一个转数，从而获得单位时间内用户负载消耗的电能数据。铝盘7的转动信号是通过信号线10送至单片机的，因此无论任何电能表，都可以与本实用新型的挂接，从而实现对已经安装的电能表进行预收费改造。
图1中，用户从供电部门购买的电度数被记载带有大规模集成电路的IC卡18上，用户将IC卡18插在本实用新型的控制电路板19的接口处，数据被读进内部存储器后，IC卡18可以退出。
当用户消耗一单位电度数，则从购买的电度数中减除。当消耗数等于购买的电度数时，控制电路启动马达20转动，通过减速器变速为动量，最后驱动凸轮24转动，当凸轮24的斜面将跳变开关21的按钮23压到位后，跳变开关21受弹簧22作用迅速反弹，使跳变开关跳变，触点脱离开，切断电路。当跳变开关21反弹到位后，将行程开关17压到位，单片机监测到行程开关17的闭合后，停止马达20转动。
图1中，红外发射管的屏壁罩和聚光透镜9，用来将红外光线聚焦后发射到铝盘7的周围边缘。信号监测装置的外壳11，是以粘胶的形式与任何型号的电能表玻璃粘接的。显示数据和报警用发光二极管10、27、28、29，用以指示剩余电度数或报警。控制电路板19，通过弹簧触点与IC卡18交换数据。电能表的上半部份4与电能表的机械计数器5，用来读取累计用电量。
图2中，红外发光二极管8前有红外发光二极管的聚焦罩和透镜9发送红外光至铝盘7的色标25处，红外接收二极管26接收信号。绿色发光二极管10，指示剩余电度数的百位，绿色发光二极管27，指示剩余电度数的十位，黄色发光二极管28，指示剩余电度数的个位，同时也是指示从10度走向0度，提醒用户用IC卡18买电，红色发光二极管29，一般作为报警用，如果允许透支，则指示从0度走向-10度。
图3中，当需要切断线路时，所要切断的是入户线16，在跳变开关21作用下，压断行程开关17，马达20停止转动。
参见图1、3，固定件14被底座13压在下面，并通过螺丝固定在配电盘1上，由于固定件14将电能表的接线盒压住，使之不能被开启，因此不能打开电能表，从而防止了打开电能表窃电；由于入户线16被防护，由此在这段线路不能被窃电；如果在入户线16段接线窃电，将破坏这段由信号线制成的入户线，信号被单片机接收，并记录。
如果用户在电能表上打也，将铝盘卡住不转，将出现如下现象，图3中的电感线圈31中有电流流过，就在电感线圈36中感应出信号，说明负载在工作，此信号被送入单片机处理，此时如果铝盘7不转，只有两种可能，一是铝盘7被卡住，二是信号线10被切断，此时系统报警，报警期限内不解除此种状态，将切断用户线，并将此行为记寻在存储器中。如果将入户线16和用户线30对调，只不过使铝盘7反转，机械计数器数值减少，但不影响泵实用新型计量信号读取的工作，而不妨碍数据系统对负载耗电的记录，因而达到不窃电的目的。如果将入户线16火线与零线对调，用户线所消耗的电能仍然与原来电能表所反映的相同，也达不到窃电的目的。如果将将入户线16火线与用户线30零线对调，在用户线端使火线进入，零线接地，一般情况下是可以达到窃电目的，但使用本装置后，如果零线接地，势必造成电感32和电感33中的电流不能满足“大小相等、方向相反”之目的，从而在电感35中感应出电流，被单片机检测到以后，切断电路。如果只是零线接地，在一般情况下也不足以达到窃电的目的，在本装置中根本不允许这种状态出现，否则电感35中感应出电流后，系统将切断电路。电感铁芯34和37分别置于本实用新型的上下半盒。上下半盒通过内部挂钩进行连接，扣合后便不可以打开，如需维修，需要破坏下半盒，从而避免了在本装置中进行窃电。
控制电路原理参见图4、5、6，IC1为单片机AT89C2051，P1.7和P1.6口通过译码器4555译码，产生剩余电度数指示电路，通过T5、T6、T7、T8分别驱动百位、十位、个位、透支报警等四个发光管。
P1.5口用于欠压指示，以便在欠压时改变收费标准或降低负载上限。
P1.4口用于检测IC卡进入，一旦IC卡进入，开关SW接通，P1.4抵电压，开始读卡。
P1.3口检测图3中电感36是否得高电平，如果是通过比较器IC3使这个口变低，单片机可以根据约定切断入户线。
P1.2口用于检测负载工作与否，如果负载工作，从转盘上得不到信号的话，说明有窃电现象发生，根据约定切断用户线。
P1.1口用于驱动马达20电路，通过T1反相、T2驱动，使马达20转动，从而达到切断或接通线路的目的。
P1.0口用于检测行程开关17是否闭合，从而判断入户线16是否被切断或闭合，进而决定何时关断马达20。
P3.7口通过T11驱动扬声器，报警时使用。
P3.4口产生一种可变的脉冲信号频率，通过T3驱动红外发光二极管8，何时改频率则根据程序设定的改变。
P3.5口用于改变IC5频率解码器567的解调频率，何时改变是随P3.4口改变而改变的，这样做的目的，是防止有人用固定的模拟红外信号发生器，产生一个比实际接收转盘信号少的信号而达到窃电之目的。
P3.3是外部中断口，转盘每转一圈则接收一个中断信号，由此可以根据单位时间计算出负载的耗电。
P3.2口用于监测系统掉电。
参见图5，说明掉电监测原理和电源工作原理。～220V交流电压通过C6降压，整流桥B1全波整流，一路通过D4隔离、Z1稳压、E7虑波、IC6稳压、D2隔离、E8虑波、产生Vcc电压、Vcc电压只供给微功耗芯片单片机IC1和EEPROM电擦写存储器IC2；一路通过D3隔离，Z2稳压、E6虑波、产生Vdd电压，专门供给马达电源；一路通过D1隔离，R1降压、Z3稳压，一端接P32口，一端接晶体管T，由于晶体管T处于导通状态，因此Vcc电压一部份通过T产生Vss电压，专门供给IC1和IC2外围电路。一旦掉电，P32口立刻变低，晶体管T也关断，P32口是最优先中断口，此时单片机监测到掉电后，立刻将有关数据保留在EEPROM中。由于T被关断，因此单片机的外周电路不再耗电，电源电路中的电容所储电荷由于被D2隔离，全部供给IC1和IC2工作，由于这两块电路耗电甚微，并且工作电压要求很低，在电压掉在芯片不能工作前，有足够时间将单片机中有关的数据保存在EEPROM中。
图5中，D、R、Z、C组成欠电压检测电路，电压为220V时，Vee输出的是高电平，低于220V时(具体数据由W设定)，Vee输出低电平，接在单片机的P1.5口检测到后执行欠压处理程序。
P3.0和P3.1用于与EEPROM和IC卡相连接，根据芯片地址不同而决定是读写哪一个芯片，IC卡是通过4pin插座与单片连接的。
图6中，L5是红外发光二极管8，通过T3接IC1的P3.4口。D1是红外接收二极管26通过ICD放大和IC3C整形，送到频率解码器IC5的。L1、L2、L3、L4分别是百位、十位、个位、透支的显示发光二极管。S1是扬声器，用于报警、参见图7，为本实用新型另一种实施例的计量信号读取结构，如果与新电能表配套，可以将红外发光管8和红外接收管26安装在电能表内，设置在带孔的铝盘7上下面相对应处。
权利要求1.一种具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，由IC卡，控制装置，信号监测装置组成，其特征在于所述的信号监测装置可直接粘合在电能表玻璃窗上，其包括由红外发光管(8)和红外接收管(26)构成的信号读取装置，以及电度剩量值显示和报警装置；所述的控制装置包括一控制电路板(19)，马达(20)带有一凸轮(24)，凸轮(24)的斜面与跳变开关(21)的按钮(23)相触，跳变开关(21)与按钮(23)之间设有弹簧(22)，入户线(16)通过跳变开关(21)再接至电能表，行程开关(17)设在跳变开关(21)的前面，其中控制电路的EEPROM读入IC(18)上卡的数据，单片机输入接EEPROM，并通过信号线(12)与信号监测装置相连，单片机通过辅助电路连接马达(20)和行程开关(17)。
2.根据权利要求1所述的具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其特征在于所述的控制装置底部还包括一 形固定件(14)，与配电盘固接，其上部分伸至电能表接线盒。
3.根据权利要求1所述的具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其特征在于所述的控制装置中用户线(30)火线串接电感(31)，电感(33)，零线串接电感(32)，电感(35)、电感(36)输出接单片机。
4.根据权利要求1所述的具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其特征在于所述的控制装置中上半盒装有电感铁芯(34)，下半盒装有电感铁芯(37)。
5.根据权利要求1所述的具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其特征在于所述的控制装置上下半盒通过内部挂钩一次性连接。
6.根据权利要求1所述的具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其特征在于所述的控制电路包括有一与单片机相连的频率解码器。
7.根据权利要求1所述的具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其特征在于所述的信号读取装置可安装在电能表内，设置在带孔的铝盘(7)上下面相对应处。
8.根据权利要求1所述的具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其特征在于所述的红外发光管(8)带有屏壁和聚光透镜装置(9)。
9.根据权利要求1所述的具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其特征在于所述的电度剩值量和报警装置可由发光二极管(10)。发光二极管(27)，发光二极管(28)显示剩余量，发光二极管(29)显示报警。
专利摘要一种具有防窃电功能的通用电能表IC卡智能预收费器，其信号监测装置可直接粘合在电能表玻璃窗上，其包括由红外发光管和红外接收管构成的信号读取装置，以及电度剩量值显示和报警装置，控制装置包括一控制电路板，马达带有一凸轮，凸轮的斜面与跳变开关的按钮相触，跳变开关与按钮之间设有弹簧，入户线通过跳变开关再至电能表，行程开关设在跳变开关前面，其中控制电路的单片输入接EEPROM并通过信号线与信号监测装置相连，单片机通过辅助电路连接马达和行程开关。
文档编号G07F15/00GK2235640SQ96200450
公开日1996年9月18日 申请日期1996年1月10日 优先权日1996年1月10日
发明者邢伟华, 江伟 申请人:邢伟华, 江伟