专利名称：全电子式预付费ic卡电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用电量记录收费技术，具体地说是全电子式预付费IC卡电能表。
目前，我国绝大多数地区，包括工业用电的民用照明用电都是利用普通的感应电能表计量。用户先用电，供电部门定期到用户抄表，核算，再收取电费，工作量大，管理被动。因此电费回收是长期以来困扰电力能源工业的一大难题，严重地制约着电力商品的再生产，阻碍着电力资源的商品化进程。
虽然现已有用计算机进行电量电费的统计和计算，但一般只能依靠手工输入数据。有些部门研制了抄表机及相应的电能表，能解决抄表后信息输入计算机的问题，但收费仍需要人工操作，对营业工作改革不大。
而采用感应式电能表，避免不了接触和磨损，使其计量不准确，容易被窃电，不具有防止逆功能。
本实用新型的目的是提供一种不需人工抄表、收费，用购卡方式预付电费，并将此卡插入电表时，购电量指标便被送入表内的全电子式预付费IC卡电能表。
本实用新型的技术方案为电气系统由电源，电源变换电路，电流采样和电压采样电路，模拟乘法器、V/F变换器、多级计数器、累加计度显示器，电能表校验装置，单片微机计算机、余电显示及报警、IC卡输入、数据存取、拉闸控制电路构成，电源电路连至电源变换电路及电流采样、电压采样电路，经模拟乘法器与V/F变换器连接，V/F变换器再经各级计数器分别连接至累加计度显示器、电能表校验装置，单片微计算机，单片微计算机又分别与余电显示及报警、IC卡输入、数据存取、拉闸控制电路相连接。
电压、电流信号采用锰铜分流片直接取样，通过厚膜电阻网络得到取样信号，并可通过改变厚膜电阻中的阻值来调整电能表的计量误差；取样信号通过集成电路BL0931或BL0932进行模拟剩法，V/F转换及多级计数器产生的两路脉冲信号分别驱动步进机电计数器M和供给单片机D1；单片机处理电路采用AT89C51、AT89C2051、8751单片机；控制用电指标及负荷限制的拉闸控制电路采用场效应管V9、过零型PC板继电器；进行数据保护的数据存取电路采用串行E2PROM存储器，包括2401A、2402A的I2C协议存储器或93C46、93C56的I3协议存储器；采用双计数器计数，步进电机计数器作为累计量计数，剩余输入电量及报警显示用四位数码显示器；IC卡采用符合国际标准的串行E2PROM的24XX系列和93XX系列的存储器卡及带CPU的88XX系列加密卡，IC卡座采用符合国际标准的通用型卡座。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述，但不限于附图所示。
图1为本实用新型的电气系统图图2为本实用新型的电路原理图图3为本实用新型的实施例中电源电路原理图图4为本实用新型的实施例中信号采样及预处理电路原理图图5为本实用新型的实施例中数据处理电路原理图如图3、4、5所示，将电路分为三部份电源电路(图3所示)，信号采样及预处理电路(图4所示)，数据处理电路(图5所示)。
如图3所示，220V交流电经变压器T1后，产生的两路输出，一路输出6.3V，最终产生-5V直流电压，一路输出10V，最终产生+5V、+10V直流电压。
1)+10V交流电经V2(SIWB)全桥整流，电容C15、C16滤波后，得12伏直流电压，经三端稳压器N2及电容C17后得+5V直流电压；+12V电压供给继电器使用，+5V电压供给微处理器D1、存储器D2、光电隔离U2及IC卡插座X1及电能表专用芯片U1使用；2)6.3V交流电经V1(SIWB)全桥整流，电容C13、C14滤波后，得到-7.5V的负直流电压，经电阻R21、R22限流，二极管D4稳压后，产生-5V直流电压，该电压反供给专用芯片U1使用。
如图4所示，信号采样及预处理电路由分流器R23，继电器K1-1、电阻R4、R5，芯片U1，厚膜电阻N1，可变电阻U(R6)，电容C1、C2、C3、C4，计度器M1及晶振G1组成，进入电表的火线与分流器和继电器联接，分流器、继电器分别与平衡电阻R4、R5联接，R4的另一端接入N1的第7脚，U1的第2脚、R5接N1的第6脚、U1的1脚，U1的第18、19、20脚接电容C1、C2组成的积分电路，U1的第15、14脚接晶振G1，U1的12、13脚接计度器M1，N1的4、8、9、10脚分别与U1的4、5、6、7脚相接。
火线进入电表后，经过分流器、继电器后，流出电表，当用户用电时，就有负载电流通过分流器，并在其上产生微小压降，该微小压降就作为电流取样信号Vi，通过平衡电阻R4、R5送到专用芯片U1的电流信号输入端1、2脚及厚膜电阻的5、6脚。
零线进入电表后，接到厚膜电阻N1的1脚，火线进入后，接到厚膜电阻N1的7脚及专用芯片的3脚。220V交流电通过厚膜电阻后，从4、7脚输出与220V交流电成比例的电压取样信号，并输给专用芯片的电压信号输入端3、4脚。
至此，电压信号都已产生。
电流采样及电压采样信号经输入缓冲放大后，送到模拟乘法器，并通过V/F转换电路将电能信号变成频率信号，该频率信号与所消耗的电能成比例。
频率信号经过计数电路、驱动电路后，产生两路输出，一路用以直接驱动步进电机计度器计数，另一路用于数据处理，它们的频率比值为1∶16。
U1的9脚为反向功率指示，当用户将相线进出反接时，9脚会输出负脉冲信号，驱动绿色发光二极管发光，反向用电报警，电能表仍能正向累加电量。
U1的8脚输出的脉冲信号驱动红色发光二极管发光，用于用电功率指示，并通过光电隔离，输出两路脉冲信号，一路输给微机处理器进行数据处理，另一路作测试信号，输出到IC卡插座X1，供校表用。
如图5所示，数据处理电路由光电隔离U2，微处理器D1、存储器D2，数码显示器H1，IC卡插座X1，继电器K1，电阻R1、R2、R3、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13，电容C8、C9、C10、C12、，二极管V4、发光二极管H2、H3，三极管V5、V6、V7、V8、埸效应管V9及晶振G2构成，电能计量脉冲经U2的6脚送至D1的9脚，D1的19-14、11脚分别联至H1的数据端a、b、c、d、e、f、g，D1的第2、3、6、7脚分别通过V5-V8接至H1的位选端，D1的第9脚通过V9输出至继电器K1，D1的12、13脚分别接至IC卡插座X1的7、3脚及存储器D2的5、6脚。
从专用芯片输出的脉冲信号经光电隔离U2后，输到微处理器，微处理器对用电脉冲信号进行中断计数，每1600个脉冲为一度电。微处理器将内存剩余电量减去一度。在此过程中，微处理器随时检查剩余电量是否为10度，3度，0度及功率限额，若为其中某一个值，将作出报警或断电等处理措施。
当IC卡插入插座，产生中断信号，微处理器就将IC卡中的数据读入内部RAM进行处理，把其中重要的信息，如购电量，功率限额等数写入内部存储器D2中保存，以免掉电后丢失数据，另外还将一些信息写入IC卡中，这些信息通过IC卡又传递给供电部门，及时掌握用户的用电情况。
本实用新型彻底克服了感应式机械表的缺陷，与机械表相比具有以下特点1、采用全电子式电路技术和智能软件技术，高可靠性、高性价比；2、可预置限定功率，超负荷延时拉闸限电；3、具有购电警告提示，当用户购电指标快用完时，提醒用户重新购电；4、防窃电、防潜动；5、掉电数据保护长达10年之久；6、无机械阻尼和磨损，使用寿命长。
权利要求1.一种全电子式预付费IC卡电能表，其特征在干电气系统由电源，电源变换电路，电流采样和电压采样电路，模拟乘法器、V/F变换器、多级计数器、累加计度显示器，电能表校验装置，单片微机计算机，余电显示及报警、IC卡输入、数据存取、拉闸控制电路构成，电源电路连至电源变换电路及电流采样、电压采样电路，经模拟乘法器与V/F变换器连接，V/F变换器再经各级计数器分别连接至累加计度显示器、电能表校验装置，单片微计算机，单片微计算机又分别与余电显示及报警、IC卡输入、数据存取、拉闸控制电路相连接。
2.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于电压、电流信号采样电路由锰铜分流片R23的第2、3、4、1脚通过电阻R4、R5、R6、电容C5、C6分别与厚膜电阻网络N1的第7、8、1、6连接而成。
3.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于V/F转器电路由厚膜电阻网络N1的第5、6、7、4、8、9、10脚分别与集成电路BL0931或BL0932的第1、2、3、4、5、6、7脚连接而成。
4.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于单片机处理电路采用AT89C51、AT89C2051、8751单片机。
5.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于控制用电指标及负荷限制的拉闸控制电路采用场效应管V9、过零型PC板继电器。
6.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于进行数据保护的数据存取电路采用串行E2PROM存储器，包括2401A、2402A的I2C协议存储器或93C46、93C56的I3C协议存储器。
7.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于采用双计数器计数，步进电机计数器作为累计量计数，剩余输入电量及报警显示用四位数码显示器。
8.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于IC卡采用符合国际标准的串行E2PROM的24XX系列和93XX系列的存储器卡及带CPU的88XX系列加密卡，IC卡座采用符合国际标准的通用型卡座。
专利摘要本实用新型是一种全电子式预付费IC卡电能表,其特征在于电气系统由电源,电源变换电路,电流采样和电压采样电路,模拟乘法器、V/F变换器、多级计数器、累加计度显示器,电能表校验装置,单片微机计算机、余电显示及报警、IC卡输入、数据存取、拉闸控制电路。它彻底克服了感应式机械表的缺陷,并具有高可靠性、高性价比,可预置限定功率,超负荷延时拉闸限电,有购电警告提示,防窃电、防潜动,掉电数据保护长达10年之久,无机械阻尼和磨损,使用寿命长。
文档编号G01R22/00GK2289247SQ9621286
公开日1998年8月26日 申请日期1996年5月28日 优先权日1996年5月28日
发明者阎忠, 汪传福, 鲁建民, 杨旭, 周颉, 赵飚, 王碧江, 尉洪 申请人:国营西南电子设备厂