专利名称：光电式分时多费率电度表的机械结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电度表，具体涉及一种分时计量的电度表的机械结构。
背景技术：
现有的机械式电度表只能给出用户当前的用电总量，没有分时计量的功能。随着我国分时电价的逐步改革，要求电能表不仅给出用户当前的用电总量，而且要具有分时计量、时段设置、指定时段电量冻结等功能，因此现有的机械式电度表已经不能满足计量要求。但是由于我国人口众多，贫富不均，如果全部更换新的电子电度表，势必给人们带来较大的负担，从而不利于分时电价政策的执行。
发明内容
为了克服机械式电度表不能分时计量及如果全面更换电子电度表势必会给经济欠发达地区的人们带来较大的负担的问题，本实用新型提供一种光电式分时多费率电度表的机械结构，此表在原有机械式电表基础上进行改造，结合设计相关的电路，使之具有分时计量功能，这样只要花费很少的经费对原有的电表进行改造就能满足分时电价计量的需要。
本实用新型技术方案为光电式分时多费率电度表的机械结构，包括感应机械电度表，其特征在于转动轴上安装有四叶计数轮，二个光电耦合器并列安装在暗盒内，暗盒安装在四叶计数轮的上方，四叶计数轮部分伸入暗盒内，转动时能切割光电耦合器的通光路径，电度表壳体内有电源横块和电路主板的安装空间，电度表的视窗采用LCD显示器。四叶计数轮为四片水平叶轮。暗盒、电源横块和电路主板均安装电度表的壳体上。
电源模块由变压器、整流和稳压电路构成，安装在电度表主体的左前方壳体上。，功能是将交流220V变换成所需的直流+5V，供光电耦合器和电路主板。
电路主板包括微控制器电路(MPU)、时钟电路、系统信息存储器、正反转计数脉冲鉴别电路、红外发射和接收电路和RS485串行电路。电路主板安装在电度表盖上，其功能是脉冲计数、时间鉴别、分时存储、时段设置及LCD显示控制。
本实用新型安装电路部分后，即成电度表。其工作原理是四叶计数轮安装在感应机械电度表的转动轴上，随着机械转动轴旋转，四叶计数轮旋转，不断切割二个光电耦合器的通光路径；因此光电耦合器的输出端高低电平交替变化，机械轴每转动一周，输出端电平变化8次，即产生四个脉冲，两个光电耦合器的信号送入正反转脉冲判别电路，并通过分时计量的信号拾取模块，获得分时计量所需的用电量信号，再通过电路主板的其它电路实现分时计量。
本实用新型的有益效果本实用新型可以由机械电度表改装而来，也可以直接生产，结构紧凑，计量准确，实现了分时计量，满足了分时电价实施过程中，改造现有的机械式电表为分时多费率电度表的需求。
图1为本实用新型系统示意框图。
图2为本实用新型结构示意图。
图中1、电源模块，2、电路主板，3、LCD显示器，4、计数轮，5、二个光耦及暗罩，6、机械式电表转轴，7、机械电度表的主体。
具体实施方式
参见图1、2，电源模块1由变压器，整流和稳压电路构成，安装在原机械式电表左前方壳体上，其功能是将交流220V变换成所需的直流+5V。电路主板2包括微控制器电路11(MCU)、时钟电路10、系统信息存储器9，正反转脉冲鉴别电路8、红外发射和接收接口13和RS485串行电路接口12。电路主板2安装在改造后的表盖上，其功能是脉冲计数、时间鉴别、分时存储、时段设置及LCD显示控制。
转动轴上安装有四叶计数轮，二个光电耦合器并列安装在暗盒内，暗盒安装在四叶计数轮的上方，固定在壳体上，四叶计数轮为四片水平叶轮，部分伸入暗盒内，转动时能切割光电耦合器的通光路径，电度表主体上有电源横块和电路主板的安装孔，电度表的视窗采用LCD显示器。
LCD显示器3，其功能是显示时间、消耗的电能量。时段、表号等内容，工作受电路主板控制。计数叶轮4安装在原机械电表的旋转轴6上，其转动的角度与用电量成正比。叶轮在旋转时切割两个光耦，产生计数脉冲。光耦及暗罩5由两个光耦和一个暗盒构成，光耦的功能是当计数叶轮旋转时，切割其光路，产生计数脉冲，暗盒包住光耦，避免光耦受到其他光源的影响。
计数脉冲产生器7由双光电耦合器、四叶计数轮和安装壳体组成，可直接装于表上，不影响电表的校验和清洗。其利用直射式双光束光电传感器进行采样，整形后分别输出正方向矩形脉冲信号和反方向矩形脉冲信号。主要有以下功能能有效消除抖动误差，在采集脉冲时不会因转盘抖动和上下电多计或少计脉冲数，能自动判别转盘的转动方向，分别输出正转脉冲信号和反转脉冲信号。塑料制成的四叶计数轮安装在原电度表的转动轴上，随着机械转动轴旋转，双光电耦合器固定在安装壳体中，固定在四叶计数轮的上方，位置上保证四叶计数轮转动时切割光电耦合器的通光路径。当用电时，机械转动轴旋转，装在其上的四叶计数轮随着机械轴转动，转动过程中不断地切割两个光电耦合器的光路，因此光电耦合器输出端高低电平交替变化，机械轴每转动一圈，输出端电平变化8次，即产生四个脉冲。两个光电耦合器输出的信号送入正反转脉冲鉴别电路。本实用新型不改变机械式电表的原来的结构和计量方法，只是在其上增加了一个用于分时计量的信号拾取模块，获得了分时计量所需的用电量信号。峰谷时段的判断功能由模块的定时器通过中断程序完成。当计数脉冲个数达到预设值时，定时器产生中断，进入中断服务程序；中断服务程序在完成相应的入栈操作后，根据当前的时间状态位判断当前时段、并对相应的寄存器进行加1操作，如果时间状态位出错就认为是时平时段。中断程序流程如图3所示。
正反转脉冲鉴别电路8采用双光电耦合器产生脉冲，两个光电耦合器在空间位置上很接近，利用四叶计数轮斩波时，两个光电耦合器输出脉冲信号的相位(时间先后)关系判断转动的方向，形成加脉冲或者是减脉冲。假设用U1和U2分别表示两个光耦的输出电压，在正向转动时，第一个光耦输出的信号U1超前于第二个光耦输出的信号U2；在反向转动时，第二个光耦的信号U2超前于第一个光耦输出的信号U1，两个信号经过施密特触发器整形，并取信号的下降沿，因此正向转动时，U1的下降沿超前于U2的下降沿；反向转动时，U2的下降沿超前于U1的下降沿。利用两个光耦信号有相互重叠的特点，用U1和U2信号和两个下降沿的信号就可以获得正向计数脉冲信号和反向脉冲信号。
时钟电路10是分时多费率电度表的一个关健，其要保证所计量的用电量按照分时时间段存储，因此必须要保证电度表时间的准确。在时钟电路中采用了低功耗的时间芯片DS1302实现这个功能。DS1302是高性能低功耗时钟芯片，包括实时时钟/时历和31字节的静态RAM。可实时的对秒、分、时、日、周、月以及闰年进行计数处理。内部有31个字节的高速RAM，可通过外部可充电池加电长期保存数据，并能慢速为电池充电。通过简单的3线串行方式接口，能在2.5-5.5V电源下可靠工作，在2.5V时耗电小于300mA。在主要电源关闭的情况下，能保持时钟的连续运行。
微控制器电路11是电路主板的核心控制器件，完成系统各功能电路的控制和协调工作。本实用新型中应用Microchip公司PIC单片机实现。
系统信息存储器9用来存储系统的各种信息。包括时段设置信息、表号信息、各时段用电量信息、密码信息等。要求是数据存储可靠，具有掉电数据保护功能、低功耗，操作简便、体积小等。选用I2c操作总线的24LCO2E2prom芯片，该芯片是电可擦除的串行256字节程控只读存储器。具有两线串行接口、双向数据传输握手、硬件数据写保护、8字节页写方式和独立定时的写周期(最大10ms)等特点，可在1.8-5.5V宽电源范围内可靠工作，可保证100,000次擦写周期和10年内数据不会丢失。
本实用新型只要在主板上增加红外发射和接收接口和RS485串行接口便可实现红外线遥控和数据的读取的远程抄表。红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
权利要求1.光电式分时多费率电度表的机械结构，包括感应机械电度表，其特征在于转动轴上安装有四叶计数轮，二个光电耦合器并列安装在暗盒内，暗盒安装在四叶计数轮的上方，四叶计数轮部分伸入暗盒内，转动时能切割光电耦合器的通光路径，电度表壳体内有电源横块和电路主板的安装空间，电度表的视窗采用LCD显示器。
2.根据权利要求1所述的光电式分时多费率电度表的机械结构，其特征在于所述的四叶计数轮为四片水平叶轮。
专利摘要本实用新型涉及一种光电式分时多费率电度表的机械结构，包括感应机械电度表，其特征在于转动轴上安装有四叶计数轮，二个光电耦合器并列安装在暗盒内，暗盒安装在四叶计数轮的上方，四叶计数轮部分伸入暗盒内，转动时能切割光电耦合器的通光路径，电度表壳体内有电源横块和电路主板的安装空间，电度表的视窗采用LCD显示器。所述的四叶计数轮为四片水平叶轮。本实用新型可以由机械电度表改装而来，也可以直接生产，结构紧凑，计量准确，实现了分时计量，满足了分时电价实施过程中，改造现有的机械式电表为分时多费率电度表的需求。
文档编号G01R11/00GK2709988SQ0327795
公开日2005年7月13日 申请日期2003年8月20日 优先权日2003年8月20日
发明者刘文清, 张玉钧, 司福祺, 刘建国, 杨东华, 李峰, 冯军 申请人:安徽天坤科技有限公司