专利名称：智能型集中计量照明配电箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种供电用的配电装置，具体为一种多用户用电分时计量与多费率计算的照明配电箱。
现有的民用照明配电模式均采用每一居民户配置一块感应式单相电度表、一组开关和再配备一个箱体嵌入墙内，这种方案存在如下缺点(1)感应式电度表计量精度低、能耗大，不能进行分时计量，更不能直接计算每月需缴纳的电费；(2)抄表人员必须逐户手工抄表、统计、计算，人力时间浪费严重，工作效率低；(3)现有的这种模式为用户先用电后缴费，因而一些用户出现不同程度拖欠电费的现象；(4)每户一块电度表、开关及配套的箱体，体积大、成本高、安装困难，施工量大；(5)潜在窃电因素。
本实用新型之目的旨在提供一种采用单片机技术实现多用户用电分时计量、按不同时段的不同费率直接计算电费打印输出并能对用电量、超负荷进行科学管理以及安全保护的智能型集中计量照明配电箱。
本实用新型的技术解决方案是这种智能型集中计量照明配电箱具有电流取样电路、电压取样电路、电子开关(1)、电子开关(2)、MCS处理系统、键盘输入电路、数字显示电路和执行跳闸电路，各用户的电流取样电路以及三相电源的电压取样电路同时连接电子开关(1)的输入端，单片机MCS处理系统输出通道选择信号连接至电子开关(1)，使电子开关(1)选择具体的输入通道，并将电流取样电路和电压取样电路的信号传输到MCS处理系统，进行计算累计、存储处理，MCS处理系统输出通道选择信号和显示、执行信号传输，使电子开关(2)开通某具体通道，并经过电子开关(2)后，显示指令连接数字显示电路，进行显示，跳闸指令连接执行跳闸电路，进行跳闸。
图1为本实用新型原理框图。
图2、图3为本实用新型电路图。
以下结合附图对本实用新型的技术解决方案的实施作进一步的具体说明参见图1，电源通过开关KA1-KAn、KB1-KBn、KC1-KCn分别与A组、B组、C组用户相连，每一个具体用户与对应的开关之间均有电流取样电路，单片机MCS处理系统选择电子开关(1)具体的输入通道，使该通道对应的信号通过电子开关(1)传输到MCS处理系统，进行模数转换后将数据处理、存储，MCS处理系统按照分时采集处理的原则，对各具体用户进行电流采样处理，存入MCS处理系统内，然后对该用户对应的电压取样、处理，计算此时对应的功率因素，将这些参数存入MCS存储器后，计算该用户在某段时间间隔内的用电量并将其存入MCS存储器内，MCS处理系统的用户电量存储单元将存储每次时间间隔内计算出的用电量累计值。MCS处理系统采样、计算、累计、存储完某一具体用户用电量值后，MCS处理系统再进行输入通道选择，实现对另一具体用户进行采样、计算、累计、存储，如此循环对各用户进行集中计量。管理人员通过键盘输入时段整定、不同时段的计价费率、各用户用电量指标设置、以及实现各用户的用电数据和电费打印输出。MCS处理系统内配有电子密码锁，不知密码、无法进行操作。
参见图2、图3，以集成电路U8、U9、U10、U11及数码显示器DISPLAY及其连接关系构成键盘显示电路，其中U8为专用键盘显示芯片。以集成电路U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7为主及其连接关系构成MCS处理系统，以U12、U13、U14、U15、U16、U17、U18、U19这些集成电路及其连接关系构成电子开关(1)，这些4051芯片为从8个输入(X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7)中选取一路输出，至于哪一路被选通，则由该芯片的A、B、C三个引脚的数字信号电平组合决定，亦即由单片机U1的通道选择信号决定。以集成电路U22、U23为主组成电子开关(2)，集成电路U24、U26、U28及其连接关系输出跳闸指令，使对应的用户开关L跳闸，集成电路U25、U27、U29则输出跳闸显示信号，由发光二极管L1进行显示电路图2表征出MCS处理系统单片机控制核心系统，在图2中，以U1芯片为核心，P0口实现数据输入输出及低八位地址轨出，P2口传输地址的高八位，P1口作为打印机控制信号、应答信号线、以及多用户的集中检测中某一具体用户的地址选择线，集成电路U2作为U1的P0的缓冲器，以增加驱动负载的能力，集成电路U3作为锁存器，以实现P0低八位地址的锁存，集成电路U4为已编程芯片，全部系统的运行程序均由它存储，集成电路U6作为计量检测过程中的数据暂存器。集成电路U6则作为用户的数据寄存器，即使停电，也能永久保存信息，集成电路U7作为片选信号线输出，实现U1的地址空间分配，集成电路U8是键盘、数据、显示专用芯片，集成电路U9为三—八译码器，实现对显示单元DISPLAY的某显示位的开通，U8的OUTA与OUTB作为显示数据输出，与U9配合实现U9所选中的某一具体显示位的数字显示，集成电路U10及U11分别为缓冲输出器，以实现增加输出驱动能力的目的。晶振XTAL与电容C1、C2配合提供U1的时钟振荡基准，与门AND1的输出端控制U2作为接收或发送缓冲器的的选择，S1与C3、R2、R3配合实现对MCS系统的复位。
电路图3描述了多用户集中计量采集与执行单元的原理。集成电路U20、U21、U22、U23均为三—八译码器，实现片选，集成电路U12、U13、U14、U15、U16、U17、U18、U19为八选一多路电子开关，任意一个被测量信号均由U19的第3脚输出，U12、U13、U14、U15、U16、U17、U18这七个多路开关将被测用户分为以八个为一单元的七个组，每组的X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7为该组的用户信号采集输入端，X为八选一电子开关通道输出端。MCS的P1口的第P1-5、P1-6、P1-7输出决定选用某组的某具体单元。由于七组的输出端X分别接至U19的输入端X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6，U19的A、B、C接至图2中U3(373)的地址锁存器输出端Q0、Q1、Q2，当图2中的U1输出地址信息时，就确定了被选中的某具体用户。每个用户均通过一个电流互感器来采集电流信息，图3中右上角所示即为每个组对应八个用户单元的检测回路。U19输出某具体用户的电信号QA，经运放器A1，通过集成电路U30后再经运放器A2、A3及相应外围电路组成的精密整流电路，将信号输出给集成电路U31的输入端。运放器A4、A5、A6及集成电路U32、MC1403以及AND1组成精密双积分电路实现A/D转换。将电信号QA经放大及模数转换成二进制数后由MCS和CPU对数据进行处理，运放器A7、A8、A9、A10以及集成电路U33、AND2组成检测用户负荷功率因素的单元电路。MCS处理系统的CPU采集到集成电路U34输出的电信号，将其存放在对应的电流、电压信息存储单元、功率因素存储单元，然后进行计算处理，再将结果存放在对应的功率存储单元，完成了对某具体用户的计量，尔后又由MCS系统发出指令，按照预定程序选择另一个具体用户完成上述过程，轮流循环，完成多用户的集中检测计量。
一旦某用户出现用电累计超过管理人员输入的用电指标，则MCS系统的CPU选中该用户所对应的开关回路控制单元，使该单元对应的发光二极管导通，呈现光信号显示，同时使控制该用户开关的脱扣线圈导电，开关跳闸，在图3中由两片锁存器377构成一用户组(8个用电户)的跳闸灯光显示与跳闸控制单元，即每一用电户对应于一个光电隔离的跳闸控制回路与发光二极管指示回路当CPU欲对某用户断电跳闸操作时，首先CPU发出片选信号，使U20对应的Y1、Y2分时呈现低电平，使其选中U22或U23有效，再由CPU发出地址指令，U22、U23受控于A、B、C的输入电平，从而选中某具体的LS377芯片，该芯片的数据输入端接在MCS系统的数据总线上，接受CPU传输来的数据，执行某用户的跳闸功能与发光显示。
本实用新型和现有技术相比，改变了现有技术每户采用一个单相电度表，一组开关，一个配电箱体嵌入墙内的原始、分散、落后状态，克服了感应式电度表计量精度低、能耗大、不能实现分时计量、直接计算的缺陷，改变了传统的手工抄表收费作法。本实用新型采用单片机技术实现多用户的用电分时计量，根据不同时段的不同费率直接计算各用户的电费，并能根据用电管理人员设置的各用户的用电电量指标限制各用户的用电量，也能实现限负荷控制，一旦用户用电累计超过用电指标或用户实际负荷超过整定值，即进行自动跳闸，而且用户无法自行合上电源，本实用新型还能实现对每一居民用户的用电量、电费打印输出，并能实现过流、短路、过压、漏电等多功能保护。本实用新型功能齐全、技术先进、工作效率高，为我国用电管理提供了一种新设备、新技术，值得大力推广应用。
权利要求1.一种智能型集中计量照明配电箱，其特征在于具有电流取样电路、电压取样电路、电子开关(1)、电子开关(2)、MCS处理系统、键盘输入电路、数字显示电路和执行跳闸电路，各用户的电流取样电路以及三相电源的电压取样电路同时连接电子开关(1)的输入端，单片机MCS处理系统输出通道选择信号连接至电子开关(1)，使电子开关(1)选择具体的输入通道，并将电流取样电路和电压取样电路信号传输到MCS处理系统，进行计算、累计、存储处理，MCS处理系统输出通道选择信号和显示执行信号传输，使电子开关(2)开通其具体通道，并经过电子开关(2)后，显示指令连接数字显示电路，进行显示，跳闸指令连接执行跳闸电路，进行跳闸。
2.根据权利要求1所述的智能型集中计量照明配电箱，其特征在于电子开关(1)的这些4051芯片为从8个输入(X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7)中选取一路输出，其选通由该芯片的A、B、C三个引脚的数字信号电平组组合决定，亦即由单片机(U1)的通道选择信号决定。
3.根据权利要求1所述的智能型集中计量照明配电箱，其特征在于MCS处理系统单片机以U1为核心，P1作为打印机控制信号、应答信号线、以及多用户的集中检测中某一某体用户的地址选择线。
专利摘要一种智能型集中计量照明配电箱,以MCS处理系统为核心,通过电子开关(1)选择具体的用户电流取样、电压取样输入通道和信号传输,MCS系统实现多用户用电计算、累计、存储处理,还通过电子开关(2)开通具体地数字显示和执行跳闸指令通道,进行显示和跳闸。本实用新型功能齐全、技术先进、工作效率高,为我国用电管理提供了一种新技术、新设备。
文档编号G01R21/06GK2290941SQ9723791
公开日1998年9月9日 申请日期1997年4月8日 优先权日1997年4月8日
发明者朱志杰, 李斌 申请人:湖南电器研究所