专利名称：多功能电力营抄装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种多功能电力营抄装置，特别涉及一种可对多路居民生活用电实施集中管理、分时计量、长期存贮、自动营抄、现场打印和峰时自动切断部分负荷等多种功能的电力营抄装置。
目前，我国电能管理上行之有效的办法之一是分时计量，利用“峰”、“谷”电价差这一经济手段鼓励用户避峰填谷，以达到均衡负荷，保护电网，节约电能之目的。为此，各种不同形式的分时计度电表大量涌现。如浙江科仪厂的WDY－1型多功能电能计量仪，专利号89100325智能化电力计量装置等，这些仪器及装置大部分针对单一电表设计的，虽功能较全，但价格昂贵，用户不易接受；少部份可用于多用户的又过于复杂，而且当用户数量增减时，调整很不方便。其次，现有的分时计度表绝大部分为工业用三相电度表，对生活用电分时计量的多功能单相电表尚未见报导。但随着我国人民生活水平的提高和家用电器的普及，生活用电量占总用电量的比例已不容忽视。因此，对居民生活用电加强管理和调控已势在必行。第三，我国电力营抄工作至今仍停留在手工抄表阶段，工作效率低，易发生漏抄、误抄、估抄等问题，据权威部门统计，每年仅此一项，损失就达数十亿人民币，解决手工营抄的各种问题，除采取必要的奖惩措施外，还必须辅之以先进的技术手段，但国内至今尚无一理想的自动营抄装置。
本实用新型的目的就是针对以上问题，为电力管理部门提供一种对居民生活用电实施集中管理、分时计量、自动营抄、峰时自动调荷、工作可靠、价格低廉，管理户数增减方便的多功能电力营抄装置。据北京中国科学院技术信息研究所对国内外近二十年的文献及专利联机检索结果未见同类装置。
该装置以单片机8031为核心，由输入、显示、数据处理、硬件防护、负荷遥控、输出和电源七部分组成。辅助设备有抄表机、微型打印机和WD1000用户遥控信号接收器。
本装置工作时，与多路用户电表共同安装于同一面板上(见
图1)。每个用户的单相电表内装有一光电转换器，将该表的转数变换为相应的脉冲个数，通过信号线送到装置的输入部分。如果用户采用的是脉冲式电能表，光电采样器可省去，直接将反映用户电量的脉冲数送入装置的输入部分即可。
装置输入部分由输入键盘、多路光电耦合器和专用的键盘显示器芯片U7组成。U7芯片承担了键盘指令输入和多路脉冲信号输入的双重任务。输入键盘通过专用电缆与U7的RL和U14的Y端相连，实现键盘指令输入功能；而多路脉冲信号则通过低通滤波网络及光电耦合器的输出端a、b接U7的RL端和U14的其它Y端，相当于接在了U7键盘矩阵的某一交点键位的两端。当该路有脉冲时，光耦三极管导通，U7芯片中对应的RL与Y接通，等同于该键按下。反之，RL与Y不通，相当于此键断开。这样，就将某路有无脉冲转换成了键盘矩阵中对应的键位是否按下，每个键位对应一个用户电表，该键每接通一次，相当于一个脉冲输入。本实用新型用这种方式，简单、方便的实现了一装置读取多路电表数据的目的。当采用专用键盘显示器芯片8279时，由于它有RL0－RL7和Y0－Y7，8×8＝64个键位，因此最多可实现64路输入信号的集中管理和控制。
装置的数据处理部分以单片机8031为核心，由锁存器U3、程序存贮器U4，数据存贮器U5、U6和时钟芯片U10组成。当U7采集到脉冲信息时，向CPU发出中断请求，CPU响应后，根据信息所在地址判断出是键盘命令，或是某路脉冲输入，并分别处理。如果是键盘命令，则执行有关的键盘命令程序；如果是脉冲，则按路数和时段进行处理后送到相应的存贮单元。其中可编程序定时器U10为装置提供客观的标准时钟，CPU定时向U10读取当前时间，并判别当前处于何时段，为脉冲计数输入的处理服务，时段的划分由输入键盘预先设置，并可随时任意修改。
为提高装置工作可靠性，电路设计了硬件防护功能，由U1、U8和外围电路组成。其中U1和R1、C1、R2、C2组成自恢复电路，当装置程序陷入死循环时，由U1的5脚输出一高电平，迫使其自动复位，从而结束死循环。U8、U1和R4C5组成电压监视电路，当电源电压低于4.5V时，向CPU发出最高级别中断请求，指示软件对重要数据进行紧急防护，然后CPU向U1第3脚输出低电平，U1第5脚立即输出一高电平，强行复位，从而保证了软件不在欠压状态下运行，确保了数据可靠。
装置的遥控调荷功能通过在电力线上加载特定的高频信号的方式实现，遥控载波信号发射器位于装置内，接收器WDS1000安装于用户家中。装置的显示、输出和电源部分为常规电路，在实施例中叙述。
本实用新型的问世，为电业管理部门对居民生活用电实施集中管理，科学计量提供了性能可靠，价格低廉的装置和手段，设置的现场打印和自动营抄功能有效的避免了过去因漏抄、误抄、估抄引起的经济损失和不必要的纠纷。负荷摇控功能为电业管理部门和广大用户合理用电提供了方便，用户可在高峰时段有选择的停运部分电器，达到节能避峰，经济用电的目的。
利用装置的实时记录功能，还可在每月末将各用户电量按整点记录下来，用以准确计算各线段之间或整个电网的线损率，为电业部门及时查找问题，堵塞漏洞提供依据。
装置根据需要可对任意多路电表实施集中管理，且路数的增减快捷、方便，几乎不增加硬成本(用8279芯片最多可达64路)，路数的增加可大大降低分摊到每块表上的管理成本，提高装置使用的性能价格比，更有利于装置的推广和应用。
装置特设的硬件防护功能有效的避免了装置工作过程中程序的走死和信息的丢失，提高了装置的可靠性；而输入输出部分的光电耦合电路则大大提高了装置的抗干扰性能。遥控调荷功能，采用在电力线上加载特定高频信号方式，与无线发射遥控和有线控制相比，其优点是充分利用了现有资源，成本最低，可为管理部门和用户提供了灵活方便的负荷调控功能。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方案作进一步详细的描述附图1、WD－16型电力营抄装置安装示意图；附图2、WD－16型电力营抄装置外形图；附图3、WD－16型电力营抄装置电路原理图；附图4、WD－16型电力营抄装置主程序流程图；附图5、WDS1000遥控信号接收器电原理图及外形图。
实施例WD－16型多功能电力营抄装置WD－16型多功能电力营抄装置可同时对16路电表进行管理和控制。
附图1给出了装置与其控制的16块电表的安装示意图。其中正中间上方为WD－16型多功能电力营抄装置，其余为16块感应式单相电度表，每块表内装有一光电转换器，转换后的脉冲信号通过三条信号线送到装置底部的输入接口(11)。
附图2给出了WD－16型多功能电力营抄装置的外形图，其中1电源线，2保险丝，3电源开关，4面板，5脉冲输入指示，6显示器，7状态指示，8装置名称，9共用接口，10打印按钮，11脉冲输入接口。
装置的辅助设备有输入键盘，微型打印机和抄表机，皆由管理人员掌握。需使用时，通过各自的专用电缆与主机的共用接口(9)相连。
输入键盘是根据管理部门要求而专门设计的24键专用键盘，用于参数预置、状态显示和电量查询等指令输入。微型打印为市售的TPμP－TF微型打印机，用于现场打印各电表各时段的电量。抄表机用市售ZZ502掌上电脑代替，它通过装置的共用接口(9)读取有关信息后，返回电业管理部门，通过计算机将所需信息按事先设计好的标准格式打印出来，下面是设计的标准打印格式之一电度抄录表抄录员代码1994年5月25日制表
附图3，给出装置的电路原理图，附图4为装置的主程序流程图，
以下结合附图3、附图4详细介绍WD－16型多功能电力营抄装置各部份的功能及其工作原理。
1、输入部分输入部分包括键盘输入和脉冲输入，由U7、U14和相同的16路输入电路组成。本例中使用了24键专用键盘，它通过装置的共用接口(9)与U7的RL0－RL7和U14的Y0、Y1、Y2相连，组成8×3＝24键盘矩阵来实现人机对话。管理人员通过键盘向装置发出各种指令，如预先设置各块表的变化，设置峰、谷、平各时段，查询某块表的总电量及各时段电量等。此外，还可根据管理人员要求显示抄表时间，指示故障时间，进行装置复位，发出打印、营抄命令等。脉冲输入是利用了U7其余的键盘功能，由U7的RL0－RL7与U14的Y4、Y5组成的8×2＝16键盘矩阵。实现16路电表的脉冲计数输入，输入电路采用低通滤波网络和光电耦合器，是为了提高装置的抗干扰能力。发光管D3用来显示脉冲到来，同面板上16路指示灯相对应。
2、显示及状态指示为方便用户随时了解各种信息，装置设计了七位数码显示(由8段共阴极数码管组成，也可用液晶显示)和8种状态指示，对应面板上的(6)和(7)，状态指示用来指示装置当前所处状态，显示器则显示此状态下的信息内容。装置处于哪种状态，由软件控制CPU的1，2，3脚的输出来决定，并由U9译码，经T1(×8)驱动相应的状态指示灯D1亮，指示出当前状态，显示器显示出当前状态下的内容。本装置共设计有“总”、“峰”、“平”、“谷”、“日历”、“时间”、“故障”、“复位”8个状态。各状态含义为“总”——显示器所显示的内容是某一块表的总电量。
“峰”——显示器指示高峰时段和某一块表的峰时段电量。
“平”——显示器指示平时段和某一块表平时段电量。
“谷”——显示器指示谷时段和某一块表谷时段电量。
“日历”——显示器显示内容为年、月、日。
“时间”——显示器显示内容为时、分、秒。
“故障”——显示器显示装置故障停止工作的时间。
“复位”——显示器指示装置进入复位状态。
七位数码显示由U7、T2(×8)、U14、U15和7位8段数码管组成，T2×8实现段驱动，U15实现位驱动。
3、数据处理部分数据处理部分是整机的核心，它由是单片机U2，锁存器U3，程序存贮器U4，数据存贮器U5、U6，时钟芯片U10等组成，当U7采集到脉冲或键盘信息时，向CPU发出中断请求，CPU响应后，根据信息所在的地址判断出是脉冲或是键盘命令，并分别进行处理，如果是键盘命令，则执行键盘命令程序；如果是脉冲，则将脉冲按时段和路数进行计算和存贮。
时钟部分由可编程的时钟芯片U10及外部电路C7、C8、C9、R12、R13和J2组成。为装置提供年、月、日、星期、时、分、秒等时间信息，用于时段化分和年、月、日识别等。
4、硬件防护部分装置硬件防护由U1、U8及外围电路组成，其中U1、R1、C1、R2、C2组成自恢复电路；U8、U1和R4、C5则组成电压监视电路，自恢复电路工作过程如下正常情况下，装置由软件控制，每隔一秒钟，由CPU第5脚向U1第4脚发一脉冲，以保证U1的第5脚输入为低电平，装置可靠工作。当受到外界干扰软件陷入死循环时，因U1第4脚得不到脉冲而使U1第5脚输出高电平，使装置复位，软件自动回到复位入口处执行。电压监视电路的工作过程则是，当电源电压正常时，U8第6脚输出低电平，经非门后变为高电平，不影响装置正常工作。当＋5V电源的电压低到4.5V时，U8第6脚发出高电平，经非门变为低电平向U2产生最高级别中断，CPU立即响应该中断，对数据存贮器中的部分数据进行紧急防护，然后由U2第8脚向U1第3脚发出低电平，U1第5脚则立即输出高电平，强行复位。从而保证软件不在欠压情况下运行，以确保数据可靠。
5、输出部分装置输出部分设计有8位并行输出和符合RS232标准的串行输出，8位并行输出打印由U11实现，通过共用接口(9)同打印机相连接。当有打印命令时，可打印出当时的总、峰、谷、平读数和上月电量。串行口由U2的TXD和RXD实现，经电平转换直接与共用接口(9)相连，以实现同抄表机的串行通讯。当装置接收到抄表机发来的抄表命令时，可向抄表机发送出每块电表的各种信息。
6、遥控负荷控制部分装置的负荷摇控功能由位于装置内的载波信号发射器和位于用户家中的载波信号接收器组成。载波发射由U12、T3及外围电路组成，分振荡、选频、放大、发射等部分。振荡、选频产生特定的高频信号，当CPU判定当前处于高峰时段时，经U9译码，通过光耦TIL113启动发射器，每隔一秒将此高频信号通过耦合电容加载于电力线上。用户接收器WDS1000的电路原理图及外形图如附图5，由U13、T4及外围电路组成，当用户接收器从电力线上接收到特定的高频信号时，内部继电器丁动作，触点“K”断开，电源插座CZ上的电器电源被切断，用户只需将高峰时要去掉的部分负荷插入CZ电源插座，即可实现高峰时调整负荷之目的。
7、电源部分电源采用常规的串联稳压电路。由变压器B3的两个次级绕组分别产生15V和9V两组电压，再经整流和稳压后产生＋12V和＋5V电压。＋12V供载波电路，＋5V供主机用，其中＋5V经二极管D4产生4.3V电压υ并对蓄电池充电。υ(4.3V)供数据存贮U5和时钟U10使用。当停电时确保数据不丢失和时间连续。
以上装置各部分之间的联系和协调以及各种功能的实现，各种键盘命令的解释与执行均是通过内部软件程序实现的(见附图4，主程序流程图，各键盘命令程序从略)。
本实施例中，24键专用键盘与装置是分离的，通过一个专用10线扁平电缆与装置相连，键盘由电力部门管理人员掌握，需用时带到现场插入装置公用接口(9)即可工作。这种设计防止了无关人员的误动作以及误动作带来的各种问题，但也易造成键盘的丢失，忘带等问题而影响工作。
下一步改进有2个方案1、键盘直接设计在装置面板上。这样，避免了丢失、忘带等问题，操作更方便，但整个面板要加以保护，以防无关人员乱动。
2、键盘与抄表机合为一体，利用ZZ502掌上电脑的键盘实现装置的键盘输入功能，这样，可进一步降低造价，有利于装置的推广应用。
权利要求1.一种多功能电力营抄装置，特别涉及一种对多路居民生活用电实施集中管理、分时计量、自动营抄、现场打印、峰时自动切断部分负荷的多功能电力营抄装置。其特征在于装置以单片机8031为核心，由输入、显示、数据处理、硬件防护、负荷遥控、输出和电源七部分组成。辅助设备有抄表机、微型打印机和用户遥控信号接收器。
2.如权利要求1所述的多功能电力营抄装置，其特征在于装置的输入部分由输入键盘、多路光电耦合器和专用键盘显示器芯片U7组成，利用U7的部分键盘功能实现多路脉冲信号的计数输入。
3.如权利要求1所述的多功能电力营抄装置，其特征在于装置的硬件防护功能由U1、U8和外围电路组成；其中U1和R1、C1，R2、C2组成自恢复电路，当装置程序陷入死循环时，由U1的第5脚输出一高电平，迫使装置自动复位，从而结束死循环；U8、U1和R4、C5组成电压监视电路，当电源电压低于4.5V时，U8向CPU发出最高级别的中断请求，指示软件对重要数据进行紧急防护，然后CPU向U1的第3脚输出一低电平，则U1的第5脚立即输出一高电平，强行使装置复位，从而保证了软件不在欠压下状态运行，确保了数据可靠。
4.如权利要求1所述的多功能电力营抄装置，其特征在于装置的负荷遥控功能通过在电力线上加载特定高频信号的方式实现，遥控载波发射器位于装置内部，接收器装在用户家中。
专利摘要本实用新型属于一种多功能电力营抄装置，特别是一种可对1—64块电表实施集中管理，分时计量，数据处理、自动营抄，现场打印和高峰时段自动调荷等多种功能的电力营抄装置。该装置以单片机8031为核心，由输入、显示、数据处理，硬件防护，遥控负荷、输出和电源七部分组成。装置设计有共用接口(9)，用于键盘输入、打印输出和自动营抄；设计有信号输入接口(11)，用于多路电表的脉冲信号输入。装置负荷遥控利用电力线作载体，成本低，调荷方便。
文档编号G01R11/00GK2193551SQ94213659
公开日1995年3月29日 申请日期1994年6月9日 优先权日1994年6月9日
发明者余守志, 赵兰谱, 王豫, 谢军, 周庆民, 孙超 申请人:河南省科学院应用物理研究所