专利名称：多用户预付费式电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及对电能的使用进行收费控制的装置，特别是一种对多个用户的电能使用情况进行计量，收费的控制装置。
目前传统的电动式电度表正呈现被电子式的预付费式电能表取代的趋势。各种各样的预付费式电能表的设计方案已经有很多，这些技术方案分为两大类，一类为单表方案，这类方案在技术上能够实现预付费式电能表的计量、预付费功能，但成本均很高，目前还不能被供电部门接受；另一类为多用户方案，这类方案是将每个用户电能表的计量、控制部分集中到一个控制单元，通过采样开关对每个用户的用电量进行采样，然后由单片机进行电量计算。由于单片机控制的采样开关是分时工作，所以采样信号是不连续的，而用户的用电量是一个幅值变化的连续值，因此这类方案虽然使单表成本有所下降(仍然达不到商品化程度)，但计量精度却受到很大影响，仍然没有被供电部门接受。
另外，现有技术方案也缺乏装置出现自身故障或人为故障时的自保护功能，在电源反相时只能识别，不能正常工作。
本实用新型的目的在于提供一种成本低廉、精度高的多用户预付费式电能表。它采用集散控制的结构和一种新结构，成本低廉的带积分性质的电能信号转换器，以及信号检测器和专用的断电器，使得本实用新型的综合性能达到了商品化的实用程度，同时还具有功能齐全、空载损耗小的特点。
本实用新型的构成包括工作电源(1)、单片机(2)，与单片机相连的数据存贮模块(3)、显示报警模块(4)、预定参数输入模块(5)，其特征在于还包括多个由电卡(5)、带积分性质的电能信号转换器(7)、信号检测器(8)，断电器(9)组成的用户单元。
所述的电能信号转换器(7)包括电流采样器(10)、电压采样器(11)、icosφ单元(12)、电压信号整形放大器(13)、电源正反相识别控制单元(14)、乘法器(15)、带积分性质的频率变换器(16)；电流采样器(10)的输出端与icosφ单元(12)的一个输入端相连，icosφ单元(12)的另一个输入端与电压采样器(11)的输出端相连，icosφ单元(12)的输出端接至电源正反相识别控制单元(14)的输入端；电源正反相识别控制单元(14)的输出端与乘法器(15)的一个输入端相连；电压采样器(11)的输出端还接至电压信号整形放大器(13)，整形放大器(13)的输出接至乘法器(15)的另一个输入端；乘法器(15)的输出与带积分性质的频率变换器(15)的输入相连。
所述的带积分性质的频率变换器(16)，包括运放器IC10、三极管BG3；IC10的负输入端经一电阻与乘法器(6)的输出端相连；同时还经一电容接地，经二极管和一电阻与IC10的输出端相连；IC10的正输入端经一电阻接，同时还与输出端间接有一反馈电阻；IC10的输出端接至集电极输出的三极管BG3的基极。
所述的电源正反相识别控制单元(14)包括有两个运算放大器和一个三极管；一个运放器作为比例放大器串接在icosφ单元(12)和乘法器(15)之间；另一个运放器作为反相器，其负输入端与icosφ单元(12)的输出端相连，其输出端接至三极管的基极；三极管集电极接至所述比例放大器的正输入端，发射极接地。
所述的icosφ单元(12)包括运放器IC12、IC4、IC5，三极管BG4；IC12的正输入端作为icosφ单元(12)的电压信号输入端，负输入端接地，输出经一电阻与BG4基极相连；BG4发射极接地，集电极接至IC4的正输入端；IC4的负输入端与输出端间接有一反馈电阻，IC4的正、负输入端还分别经一电阻后连接在一起作为电流信号输入端，IC4的输出接至整形放大器IC5的输入。
所述的信号检测器(8)包括一个三极管和一个光敏耦合器件；三极管的基极经一电阻接至电能信号变换器(7)的输出端，基极与电源正极间接有偏置一电阻，发射极接地，集电极与电源正极间串接有一电阻和光敏耦合器件中的发光二极管；光敏耦合器件中的光敏三极管的集电极接至单片机(2)的输入端口，集电极同时还经一电阻与电源正极相连，发射极接地。
所述的断电器(9)包括整流器、可以机械自锁的开关、用以解除自锁的脱扣线圈，脱扣线圈接在整流器的交流侧，自锁开关接在电源上，整流器的直流输出端接有可以根据输入信号来控制脱扣线圈通断电的控制单元。
所述断电器(9)的控制脱扣线圈通断电的控制单元包括可控硅和光电耦合器件，可控硅阳极接整流器输出正极，其阴极接整流器输出负极，其控制极和阴极间接有光电耦合器件；可控硅控制极与阴极间还并联接有一电阻、一稳压二极管、一个电容，可控硅阳极和控制极间接有一电阻。
与现有技术比较，本实用新型由于采用了一种新结构的、成本低廉的带积分性质的电能信号转换器，以及信号检测器和专用的断电器，使得本实用新型具有成本低、精度高、功能齐全、空载损耗小的优点，不但能在电源正反相状态下均正常工作，而且在装置出现自身故障或人为故障的情况下能够可靠地切断用户电源。可以用来替代现有的各种电能表，实现预付费用电。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。
附
图1是本实用新型的结构原理附图2是本实用新型的单片机系统电气原理图；附图3是本实用新型的电能信号变换器的结构原理图；附图4是本实用新型电能信号变换器的电气原理图；附图5是本实用新型信号检测器的电气原理图；附图6是本实用新型的断电器电气原理图；实施例包括工作电源(1)、单片机(2)，与单片机相连的数据存贮模块(3)、显示报警模块(4)、预定参数输入模块(5)，其特征在于还包括多个由电卡(5)、带积分性质的电能信号转换器(7)、信号检测器(8)，断电器(9)组成的用户单元。
所述的电能信号转换器(7)包括电流采样器(10)、电压采样器(11)、icosφ单元(12)、电压信号整形放大器(13)、电源正反相识别控制单元(14)、乘法器(15)、带积分性质的频率变换器(16)；电流采样器(10)的输出端与icosφ单元(12)的一个输入端相连，icosφ单元(12)的另一个输入端与电压采样器(11)的输出端相连，icosφ单元(12)的输出端接至电源正反相识别控制单元(14)的输入端；电源正反相识别控制单元(14)的输出端与乘法器(15)的一个输入端相连；电压采样器(11)的输出端还接至电压信号整形放大器(13)，整形放大器(13)的输出接至乘法器(15)的另一个输入端；乘法器(15)的输出与带积分性质的频率变换器(16)的输入相连。
所述的带积分性质的频率变换器(16)，包括运放器IC10、三极管BG3；IC10的负输入端经一电阻与乘法器(5)的输出端相连；同时还经一电容接地，经二极管和一电阻与IC10的输出端相连；IC10的正输入端经一电阻接，同时还与输出端间接有一反馈电阻；IC13的输出端接至集电极输出的三极管BG3的基极。
所述的电源正反相识别控制单元(14)包括有两个运算放大器和一个三极管；一个运放器作为比例放大器串接在icosφ单元(12)和乘法器(15)之间；另一个运放器作为反相器，其负输入端与icosφ单元(12)的输出端相连，其输出端接至三极管的基极；三极管集电极接至所述比例放大器的正输入端，发射极接地。
所述的icosφ单元(12)包括运放器IC12、IC4、IC5，三极管BG4；IC12的正输入端作为icosφ单元(12)的电压信号输入端，负输入端接地，输出经一电阻与BG4基极相连；BG4发射极接地，集电极接至IC4的正输入端；IC4的负输入端与输出端间接有一反馈电阻，IC4的正、负输入端还分别经一电阻后连接在一起作为电流信号输入端，IC4的输出接至整形放大器IC5的输入。
所述的信号检测器(8)包括一个三极管和一个光敏耦合器件；三极管的基极经一电阻接至电能信号变换器(7)的输出端，基极与电源正极间接有偏置一电阻，发射极接地，集电极与电源正极间串接有一电阻和光敏耦合器件中的发光二极管；光敏耦合器件中的光敏三极管的集电极接至单片机(2)的输入端口，集电极同时还经一电阻与电源正极相连，发射极接地。
所述的断电器(9)包括整流器、可以机械自锁的开关、用以解除自锁的脱扣线圈，脱扣线圈接在整流器的交流侧，自锁开关接在电源上，整流器的直流输出端接有可以根据输入信号来控制脱扣线圈通断电的控制单元。
所述断电器(9)的控制脱扣线圈通断电的控制单元包括可控硅和光电耦合器件，可控硅阳极接整流器输出正极，其阴极接整流器输出负极，其控制极和阴极间接有光电耦合器件；可控硅控制极与阴极间还并联接有一电阻、一稳压二极管、一个电容，可控硅阳极和控制极间接有一电阻。
使用时，用户将记有交费信息的加密电卡(6)(由EPROM构成)插入预定参数输入模块(5)的槽内，预定参数输入模块(5)将信息输入单片机(2)由单片机(2)将信息读入后进行判断，确定相应用户，并向对应的断电器(9)发出低电平信号，使其脱扣器线圈断电。用户可以合上开关，并由开关的自锁机构锁定。
由RI和运放器IC1、IC2、IC3组成的电流采样器(10)得到i信号；由分压电阻Ru1和Ru2以及IC11组成的电压采样器(11)得到u信号；u信号和i信号经过由IC12、BG4、IC4、IC5组成的icosφ单元(12)得到icosφ信号；icosφ信号输入由IC6、IC7、BG1组成的电源正反相识别控制单元(14)，当电源正相时，IC7输出低电平，BG1不导通，IC6作为比例放大器正相输出，当电源反相时，即火线、零线调换，IC7输出高电平，BG1导通，IC6正输入端接地，IC6反相输出，保持了信号的正常输出。正反相识别控制单元(14)处理过的icosφ信号和经过由IC13、IC14、IC15、BG2组成的放大整形电路(13)放大整形得到的u信号送入乘法器(15)，经过由IC8、IC9组成的乘法器(15)的运算处理，得到正比于功率P＝iucosφ的输出信号，此输出信号经IC10构成的带积分性质的频率变换器(7)的积分运算后，得到E＝∫iucosφdt信号脉冲，此处输出的每个脉冲代表的是一定时间t内的电能量，是多个p脉冲的积分。
各用户的电能信号变换器(7)的高电平脉冲信号经信号检测器(8)的光耦作用后，采用中断方式输入单片机(2)，单片机(2)将用户的用电量迭加运算后，与输入的交费电量进行比较，当用户用电量等于或大于交费电量时，单片机(2)向对应用户的断电器(9)发出高电平信号，光耦器件U2断电，可控硅导通，脱扣线圈通电并解除开关的锁定，使用户电源断电。
当信号检测器(8)的输入信号线被断开或短接，光耦器件的输出都是恒为高电平，单片机(2)收到这样的恒高电平发出断电指令给断电器(9)，切断用户电源；当电能信号转换器(7)的输入线被切断或其自身发生故障形成一种用户长期不用电的假象时，单片机(2)可能收到是恒定的低电平或恒高电平，对于恒定的低电平单片机(2)采用定时处理，一但超过时间将自动对用户电源断电。当单片机(2)自身出现故障或单片机(2)到断电器(9)的控制信号线出现短路、断线时，光耦器件U2都将输出高电平，致使可控硅导通，脱扣线圈通电，断开用户电源。因此具有各种装置故障或人为故障状态下能够可靠地实施对用户电源的断电功能，而且还可以在用户出门在外，长期不需用电的情况下，自动代用户切断电源。
权利要求1.多用户预付费式电能表，包括工作电源(1)、单片机(2)，与单片机相连的数据存贮模块(3)、显示报警模块(4)、预定参数输入模块(5)，其特征在于还包括多个由电卡(6)、带积分性质的电能信号转换器(7)、信号检测器(8)，断电器(9)组成的用户单元。
2.根据权利要求1所述的多用户预付费式电能表，其特征在于所述的电能信号转换器(7)包括电流采样器(10)、电压采样器(11)、icosφ单元(12)、电压信号整形放大器(13)、电源正反相识别控制单元(14)、乘法器(15)、带积分性质的频率变换器(16)；电流采样器(10)的输出端与icosφ单元(12)的一个输入端相连，icosφ单元(12)的另一个输入端与电压采样器(11)的输出端相连，icosφ单元(12)的输出端接至电源正反相识别控制单元(14)的输入端；电源正反相识别控制单元(14)的输出端与乘法器(15)的一个输入端相连；电压采样器(11)的输出端还接至电压信号整形放大器(13)，整形放大器(13)的输出接至乘法器(15)的另一个输入端；乘法器(15)的输出与带积分性质的频率变换器(5)的输入相连。
3.根据权利要求2所述的多用户预付费式电能表，其特征在于所述的带积分性质的频率变换器(16)，包括运放器IC10、三极管BG3；IC10的负输入端经一电阻与乘法器(6)的输出端相连；同时还经一电容接地，经二极管和一电阻与IC10的输出端相连；IC10的正输入端经一电阻接，同时还与输出端间接有一反馈电阻；IC10的输出端接至集电极输出的三极管BG3的基极。
4.根据权利要求2或3所述的多用户预付费式电能表，其特征在于所述的电源正反相识别控制单元(14)包括有两个运算放大器和一个三极管；一个运放器作为比例放大器串接在icosφ单元(12)和乘法器(15)之间；另一个运放器作为反相器，其负输入端与icosφ单元(12)的输出端相连，其输出端接至三极管的基极；三极管集电极接至所述比例放大器的正输入端，发射极接地。
5.根据权利要求2或3所述多用户预付费式电能表，其特征在于所述的icosφ单元(12)包括运放器IC12、IC4、IC5，三极管BG4；IC12的正输入端作为icosφ单元(12)的电压信号输入端，负输入端接地，输出经一电阻与BG4基极相连；BG4发射极接地，集电极接至IC4的正输入端；IC4的负输入端与输出端间接有一反馈电阻，IC4的正、负输入端还分别经一电阻后连接在一起作为电流信号输入端，IC4的输出接至整形放大器IC5的输入。
5.根据权利要求1或2所述的多用户预付费式电能表，其特征在于所述的信号检测器(8)包括一个三极管和一个光敏耦合器件；三极管的基极经一电阻接至电能信号变换器(7)的输出端，基极与电源正极间接有偏置一电阻，发射极接地，集电极与电源正极间串接有一电阻和光敏耦合器件中的发光二极管；光敏耦合器件中的光敏三极管的集电极接至单片机(2)的输入端口，集电极同时还经一电阻与电源正极相连，发射极接地。
7.根据权利要求1或2所述的多用户预付费式电能表，其特征在于所述的断电器(9)包括整流器、可以机械自锁的开关、用以解除自锁的脱扣线圈，脱扣线圈接在整流器的交流侧，自锁开关接在电源上，整流器的直流输出端接有可以根据输入信号来控制脱扣线圈通断电的控制单元。
8.根据权利要求7所述的多用户预付费式电能表，其特征在于所述断电器(9)的控制脱扣线圈通断电的控制单元包括可控硅和光电耦合器件，可控硅阳极接整流器输出正极，其阴极接整流器输出负极，其控制极和阴极间接有光电耦合器件；可控硅控制极与阴极间还并联接有一电阻、一稳压二极管、一个电容，可控硅阳极和控制极间接有一电阻。
专利摘要本实用新型公开了一种多用户预付费式电能表，它包括工作电源(1)、单片机(2)、数据存贮模块(3)、显示报警模块(4)、预定参数输入模块(5)和多个由电卡(6)，带积分性质的电能信号转换器(7)、号检测器(8)、断电器(9)组成的用户单元。本实用新型与现有的预付费式电能表比较，具有成本低廉，功能齐全，精度高，空载损耗小的特点。不但能在电源正反相状态下均正常工作，而且在装置出现自身故障或人为故障的情况能够可靠地切断用户电源，可以用来替代现有的各种电能表实现预付费用电。
文档编号G01R22/00GK2219501SQ9521060
公开日1996年2月7日 申请日期1995年4月28日 优先权日1995年4月28日
发明者阮毅 申请人:阮毅