专利名称：卡式电度表的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种交直流电能计量的控制式电度表，可用作交流单相电度表、三相三线、三相四线电度表、无功电度表、复费率电度表、损耗电度表及直流电度表。
目前使用的电度表一般只能作计量仪器使用，无防窃电和止逆功能，无预付费功能和供电控制及通信功能。中国专利说明书CN89221308.6“多功能智能式电度表”，该表虽有一定的止逆、多费率功能，但电压采样电路(12K电阻和1K电阻串联分压)功耗大(220V交流电压下达3.75W)；电源采用工频变压器和三端稳压集成电路，适用电压变化范围小，效率低；双A／D转换器进行模数转换，使用元件多，电路复杂，成本高，不利于批量生产。且缺乏预付费供电、供电控制和供用电双向通信等功能。又如中国专利说明书CN91212092.4“智能电度表”，所述的“智能电度表”增加了用电计量卡片，使有偿控制用户用电指标成为可能但卡片电路简单，存贮数据量小，且只读不写，无法实现保密、专用、供用电双向通信，对多个用电指标实施控制等功能，所述“智能电度表”没有解决我国专利89221308.6“多功能智能式电度表”中电源效率低的问题，电度表自耗电难以达到有关标准，且计量方式仍保持传统的机械感应方式，结构复杂，校准困难。
本实用新型的目的是提供一种卡式电度表，使供电部门与用户通信、预付费、供电控制、过压保护、欠过保护、防窃电，可实现供电自动化管理。
为实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案它由单片机、取样放大器、信号模数转换、动态刷新显示、IC卡接口和IC卡、开关电源、断电执行电路、报警指示电路等部分组成，其特征是1、负载电流通过分流器获取电流取样信号，负载电压通过电阻分压获取电压信号，运算放大器分别将电流信号和电压信号放大后通过多路开关及A／D转换器将其采样量化；2、三端稳压块获取低输出阻抗的参考电压VREF送A／D转换器；3、发光二极管组成脉冲指示和报警电路，分别发出电量脉冲、购电提示、购电警告及切电指示信号；4、达林顿输出光藕合器、二极管、继电器、电阻组成断电执行电路，当用户负荷超过供电部门规定值或用户所购电量用完时，单片机发出切电信号，达林顿管导通，继电器吸合，常闭接点断开，切断主电路；5、IC卡接口和IC卡组成读卡，写卡电路，提供需方和供方的通信渠道。
图1为卡式电度表电源和取样放大电路原理图。
图2为卡式电度表单片机电原理图。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述根据图1和图2可知，220V交流电一路从接线柱1进入，经汇流条C1，分流器111，汇流条C2，继电器常闭接点J1－1，汇流条C3到接线柱4出；另一路从接线柱2进入，经汇流条C4到接线柱3出，组成主供电回路。继电器接点J1－1为断电执行机构，当继电器接通过后，J1－1断开，主供电回路切断，用户供电终止分流器111为电流检测元件，其两端电压与主回路电流成正比。701为四运放LM324。运算放大器701－4及电阻107、108、118、120组成电平移动放大器。参考电压VREF经电阻108进入运放同相端，分流器采集的电流信号经电阻120进入运放同相端，二者进行加法运算，使电流信号不但得到适当放大，而且零点平移2.5V左右。放大器输出I1送入A／D转换器704输入端INO进行A／D转换。运算放大器701－3及电阻105、106、109、110组成第二级电流放大器，将701－4输出信号进一步放大，其输出I2送入A／D转换器704输入端IN1进行A／D转换。运算放大器701－2及电阻103、104、101、102组成第三级电流放大器，将701－3输出的信号I2进一步放大，其输出I3送入A／D转换器704输入端IN2进行A／D转换。三级放大器组成电流信号多倍率放大器。A／D转换器704为ADC0809，它通过控制端ADDA、ADDB、ADDC选择I1、I2、I3的一路进入A／D转换器转换。如I3未饱和，则优先选中I3进行A／D转换；如I3饱和则选中I2进行A／D转换；如I2亦饱和，则选中I1进行A／D转换。由此可保证主回路电流在0－30A变化时，放大器均有良好的线性，从而使卡式电度表在计量上有很高精度。同样，输入电压经接线柱2、汇流条C4接至电阻114，由电阻114、115分压提取电压信号，电压信号由运算放大器701－1、电阻112、113、116、117组成的电平移动放大器放大成0－5V信号，送至A／D转换器704的输入端IN3进行A／D转换。三端稳压块709型号为78L05，它将8V电压稳定为5V电压，一路送A／D转换器704的参考电压输入端REF(＋)，给A／D转换器704提供高稳定低输出阻抗的参考电压；一路经电阻108和电阻107供给电流放大器、电压放大器以稳定的电平移动电压。单片机705(型号为8751)通过A／D转换器704对电流信号和电压信号进行等时间间隔转换。A／D转换器704获取的电压、电流数字信号由输出端2－8－2－1送入单片机705的P0.0－P0.7。单片机705读取这些数值并计算离散时间功率元WK＝IKVKΔt＋Ik＋1VKΔt(K＝1、2、…n…)，然后对其进行累加而得到瞬时电能量W(K)＝∑WK。在电流、电压信号量化时，单片机705可根据量化值的大小判断是否应该换量程，用户是否超负载用电、电源是否掉电、电度表有关参数是否偏离整定值，供电电压是否太高或太低等，并根据判断结果决定是否发出更换量程信号，超负载切电信号、电表参数自整定信号，过电压信号、欠电压信号等。单片机705在累加电能元时，可根据累加结果判断剩余电量是否低於报警限制值，剩余电量是否用完，15分钟用电量是否创新纪录，并根据情况决定是否发出报警信号、购电、切电信号及更新15分钟累计最大用电量。单片机705的I／O端P1.0－P1.2与A／D转换器704控制端ADDA、ADDB、ADDC连接，向A／D转换器发出量程切换信号和电压、电流切换信号；I／O端P1.3、P1.4分别与A／D转换器的START、OE连接、适时发出启动转换信号和锁存信号。单片机705的地址锁存端ALE送A／D转换器704的CLOCK端作为A／D转换器的时钟信号。单片机705的串行通信发送端TXD和串行通信接收端RXD与脉冲／串行输出口B01连接。单片机705根据串行通信中应答信号的不同而分别与IC卡和抄表机进行通信，前者将IC卡中提供的控制参数如购电量、限负荷量、切电起动门限、警告门限、用户密码等读入电度表中作为控制用电的依据，同时将用户用电参数如15分钟最大用电量，累计用电量，剩余电量，窃电记录，电度表故障记录等写入卡中，供电部门可以此为依据进行供电管理，后者定期检查电度表用电情况，以便电力部门进行周期统计和核算。卡式电度表以字形锁存器708型号为74LS373和字位驱动器707型号为74LS04，数码管A01、A02、A03组成刷新字符显示电路，显示卡式电度表运行中的各种信息，如累计用电量、剩余用电量、新购入电量、购电金额、超负载切电指示、读卡错误类型指示及电表各种参数指示等。锁存器708输入端D0－D7与单片机I／O口P0连接。锁存器708的输出端Q0－Q7锁定单片机705定时发送给它的内容，并将它们送入数码管A01－A03的笔划输入端，其电平高低决定数码管A01、A02、A03每个符号的字形，低电平有效。锁存器708的片选端接地，总是处于选中状态；锁存端G与单片机P2.7连接，接收单片机定时发出的锁存信号。反相驱动器707中的1A－6A与单片机705中的P2.0－P2.5连接，反相驱动器707的输出1Y－6Y则跟随单片机705发送给P2.0－P2.5的电位，其输出端的电平高低，决定6位字符中点亮哪一位。该驱动信号高电平有效。发光管410、411、412与锁存器708的输出端Q0－Q2连接，组成报警电路，向用户发出购电提示、购电警告及切电指示等信号。发光管413为脉冲发光指示管，电阻125为限流电阻，用户每用完一定电量，单片机705向P1.5口线送反相信号，改变发光状态一次，提示卡式电度表正在正常工作。达林顿输出光藕合器702型号为H11G1、继电器801、二极管401和电阻119组成断电执行电路，当220V交流电压超过或低于某给定值、用户负载超过供电规定值或用户所购量量用完时，单片机705发出的切电信号经P0.7数据线送字形锁存器708锁存在输出端Q7，形成断电驱动信号Jout，使达林顿输出光藕合器中发光管点亮，达林顿输出管导通，光藕合器702中6脚电平与4脚(地)几乎相等，继电器801吸合，常闭接点J1－1断开，切断主电路。电阻119为光藕合器702中发光管限流电阻，二极管401为继电器801中线圈的泄放二极管。B02为IC卡接口。IC卡703(型号为AT24C01)插入IC卡接口B02后，单片机705的P3.5口给IC卡中串行E2PROM提供电源Vcc，P3.6口提供串行时钟SCL，P3.7口与串行数据线SDA相接，这样单片机便可以串行方式读(写)IC卡中数据，完成通信功能。开关K与单片机P3.3连接，每按一次开关，显示器转换一次显示内容。串行E2PROM存贮器706(型号为X2401)中的SCL、SDA与单片机705中的P1.6、P1.7连接，它用于停电时保留重要的运行参数和电能累计量，使卡式电度表在恢复供电后仍能继续工作。卡式电度表全机的直流电源由一开关电源提供，开关电源由主振管502、变压器602、稳压管403、电阻121、122，电容213、214、217、218、219、220，二极管404、405、406、407、408、409组成，220V50HZ交流电源由汇流条C4送二级管406，经二极管406和电容214整流滤波后得到约300V直流电压。主振管502、变压器602的绕组L1、L2、电阻122、电容217形成自激振荡电路，在启动电阻121的作用下，将300V直流电压变为50KHZ交流方波。通过变压器602作适当变换，在副边绕组L5、L4、L3得到适当的交流电压，然后经整流滤波分别得到＋5V、＋8V和＋24V直流电压，二极管404、电容218、稳压管403根据输出电压变化控制交流方波的脉冲宽度，从而稳定直流输出。
本实用新型的优点是电路简单、成本和自耗低，交直流电能计量，预付费用电，供电部门与用户通信，供电控制，过压保护，欠过保护，防窃电、止逆，尤其适用于供电部门对用户实行自动化管理。
权利要求1.一种卡式电度表，它由单片机、A/D转换器，电流信号放大器，电流供给电路、刷新显示电路、IC卡构成，其特征是(1)负载电流通过分流器111获取电流取样信号，负载电压通过电阻114、115分压获取电压信号，运算放大器701-1、701-2、701-3、701-4分别将电流信号和电压信号放大后通过多路开关送A/D转换器704进行A/D转换；(2)稳压块709获取低输出阻抗的参考电压VREF，送A/D转换器704作为A/D转换参考电压；(3)发光管410、411、412与锁存器708的输出端Q0-Q2连接，组成报警电路，分别发出电量高频脉冲、购电提示、购电警告及切电指示；(4)达林顿输出光藕合器702、二极管401、继电器801、电阻119组成断电执行电路，用户超过规定值或电量用完时，单片机705发出切电信号，达林顿管导通，继电器801吸合，常闭接点J1-1断开，切断主电路；(5)IC卡接口和IC卡组成读卡，写卡电路，对用户进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种卡式电度表，其特征是字位驱动器707、字形锁存器708、数码管A01、A02、A03组成刷新显示电路，显示购电金额、累计电量、剩余电量、超负载提示、读卡错误类别提示。
3.根据权利要求1所述的一种卡式电度表，其特征是开关管502、变压器602、稳压管403、电阻121、122、二极管404、406、407、408、电容213、214、217、218、219、220组成电流供给电路。
4.根据权利要求1所述的一种卡式电度表，其特征是运算放大器701－2、701－3、701－4、电阻101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、113、120组成多倍率电流信号放大器，输出信号I1、I2、I3送入A／D转换器，供单片机705作为改变量程选择信号。
专利摘要本实用新型公开了一种卡式电度表，它由单片机、A/D转换器、电流信号放大器、电流供给电路、刷新显示电路、IC卡组成。负载电流、电压通过分流器、电阻获取电流和电压信号。运算放大器将电流信号和电压信号放大后通过多路开关送A/D转换器转换。发光二极管组成报警电路发出电量高频脉冲，达林顿输出光藕合器、二极管、继电器、电阻组成断电执行电路。IC卡接口和IC卡组成读卡、写卡电路对用户进行控制。读表电路简单、成本低，供电控制、过压和欠过保护、防窃电、止逆，适用于供电部门对用户实行自动化管理。
文档编号G01R22/00GK2212792SQ9422074
公开日1995年11月15日 申请日期1994年9月15日 优先权日1994年9月15日
发明者汤天顺, 金陶, 许丹, 高华 申请人:武汉中科数理科技开发公司