专利名称：机械、电子计数双显示闭环控制电子式ic卡电度表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电能计量领域，特别是一种机械、电子计数双显示闭环控制电子式IC卡电度表。
已知国内外的电子式电度表，多采用电子计数并用LCD或LED数码管显示(以下简称电子计数)，有的仿照进口的SPI系列电子式电度表，采用数字脉冲驱动步进电机，电机再驱动机械计数器计数(以下简称机械计数)，也有采用机械、电子计数双显示，这些电度表都有各自的优缺点，电子计数的优点是结构简单、成本较低、体积小，但难免出现电路损坏和有数据丢失的缺点，给用户设法偷电有可乘之机，特别是带IC卡预付费功能的电度表，虽有用电管理部门备份购电用电情况，但数据丢失后就会出现用电纠纷问题；机械计数的优点是直观且合传统习惯及电路损坏后数据永远保留，遇雷击等强干扰情况仍同样可靠，但就简单机械计数而言，在实用过程中，就是进口表SPI-11型也会出现计数失调的不可靠现象；对于机械、电子计数双显示，如果不是采用闭环反馈同步计数，也同样出现数据不可靠的现象，从而可能导致两种计数不一致带来的用电纠纷；另外是先购电后用电的预付费IC卡电度表，IC卡除有购电功能外，还有观察剩余电量、用电情况等电钥匙附带功能，由于目前使用的IC卡都是分方向插入的，用户和供电管理部门插卡拔卡对卡与卡座操作频繁，常发生接触不良造成失误，使用欠方便。经检索结果，目前尚未有本实用新型的报道。
本实用新型的目的，在于提供一种IC卡插卡不分正反方向、机械和电子计数双显示闭环反馈同步工作的机械、电子计数双显示闭环控制电子式IC卡电度表。
本实用新型的目的是这样实现的，
以下结合附图和实施例详细说明
图1是本实用新型的电路结构方框示意图，如图1所示本电度表以单片机8051为中心与电流电压采样、功率变换及电压频率转换电路，机械计数、电子计数双显示闭环反馈同步电路，过载偷漏电信号采样电路和用户电源通断控制电路，IC卡读写控制、电量内存控制电路五个电路相联组成。电流电压采样、功率变换及电压频率转换电路由运算放大器A，电流互感器B，功率变换乘法器AD534，电压频率转换器LM331与单片机8051的T0脚相联组成(参见图2)；机械、电子计数双显示闭环反馈同步电路由单片机8051的P10、P11两口线连接桥式脉冲放大缓冲电路T1、T2、T3、T4，步进电机M，电机M通过轴连接到机械计数器1上，红外发射管D、红外接收管T5构成光电耦合电路，装在计数器机座的进位齿轮2两边，红外接收管T5发射极电阻通过反相器G1与单片机8051的INT1脚相接，单片机8051的RXD、TXD引脚串行同步输出数据，接到串行输入并行输出集成块MC74HC164再并行输出接发光显示数码管E40301的对应引脚，单片机8051的P14、P15、P16、P17接T6、T7、T8、T9控制E40301完成位选通显示组成(参见图3)；上述机械计数器1的结构如图4，机械计数器上的小数位向个位进位的进位齿轮2如图5所示，在进位齿轮的外边缘上开有三个互成120度角的光电耦合孔，每当小数位进位齿轮转一圈时，使进位齿轮上的其中一个光耦合孔与装在进位齿轮2两边的红外发射管D和红外接收管T5在一直线上；防过载偷漏电信号采样和用户电源控制电路由磁环线圈L，运算放大器A2及电阻R4、R5、R6、电容C2放大电路，电容C3、C4、二极管D3、D4、电阻R7整流滤波，和电阻R1、R2二极管D1、电容C1、可变电阻W、电阻R3接到比较器A1，经二极管D2都接到信号整形反相器G再与单片机8051的INT0引脚相接；声光报警、电源拉闸控制由三极管T2、喇叭Y、三极管T3、发光二极管LED、三极管T1、继电器J与单片机8051的15、16、17引脚相接组成(参见图6)；IC卡读写控制、电量内存电路由串行式电可改写存储器93C46作用户电量内存元件，与单片机8051的P00、P01、P02、P03引脚分别与93C46的选通端、同步脉冲输入端、数据输入端、数据输出端相接，IC卡采用加密式串行电可改写存储器，其输入输出双向数据端、复位端、时钟地址端、核对熔断控制端、编程控制端分别与单片机8051的P03、P04、P05、P06、P07脚相接组成(参见图7)；所述的IC卡卡座接线是卡座上排接触弹片1～8与下排接触弹片8′～1′相对应，用引线相联后接到单片机8051的P03、P04、P05、P06、P07引脚(参见图8)，IC卡芯片装在印刷电路板上，电路板两面有间距一样并与卡座弹片对应的接触点(条)，各引脚1～8按与相反的顺序8′～1′在电路板上正反面的触点接通，IC卡各引脚与卡座的对应弹片就可以不分正反方向均接通(参见图9)。
本实用新型的工作原理如图2至图9所示一、电流电压取样、功率变换及电压频率转换电路工作原理参见图2电压信号经运算放大器A隔离跟随后送到功率变换乘法器AD534相乘得功率电压信号，又经过电压频率转换器LM331转换成数字脉冲送单片机8051的T0脚进行电子计数；二、机械、电子计数双显示闭环反馈同步电路工作原理参见图3单片机8051把LM331送来的脉冲信号进行软件分频处理，实现电子计数；由单片机8051的P10、P11脚输出信号经桥式脉冲放大缓冲电路驱动步进电机M推动机械计数器1计数，当计数器上小数位转一圈向个位进一时，带动进位齿轮2转动1/3圈，这样进位齿轮上的一个光电耦合孔与红外发射管D及红外接收管T5在一直线上，使T5接收到信号、在T5发射极电阻上输出高电平，经反相器G1送到单片机的INT1脚，单片机接收到这一反馈信号后，通过软件判断送给步进电机的脉冲数和步进电机驱动机械计数器转动是否失步，以便及时补救，由单片机8051的P10、P11两口线，桥式脉冲放大缓冲电路T1、T2、T3、T4，步进电机M，机械计数器1，进位齿轮2，红外发射管D、红外接收管构成的光电耦合电路，反相器G1，单片机8051的INT1脚组成闭环回路，实现机械、电子计数双显示闭环同步工作的目的，这一控制过程，单片机软件使机械计数器个位转过一个读数，就正好是对用户电量内存电子计数减1，即使机械、电子两种计数一致。设发光显示数码管E40301，可把电子计数结果、剩余电量显示出来，在单片机8051的RXD端串行输出数据，同时TXD端发出同步脉冲，将电子计数数据串行送给串行输入并行输出集成块MC74HC164再并行输出到E40301的对应引脚显示，单片机8051的P14、P15、P16、P17经T6、T7、T8、T9使E40301完成位选通显示，当用户将IC卡插入卡座，即可显示电子计数结果(除插卡和过载及偷漏电外，平时不显示，节约电能)；
三、防过载、防偷漏电和用户电源控制电路工作原理参见图6过载电路是电阻R1、二极管D1、电容C1、电阻R2对电流采样信号衰减和整流及滤波，检测用户负载电流的大小，可变电阻W、电阻R3调节过载的大小，送入比较器A1经二极管D2输送到信号整形反相器G和单片机8051的INT0脚；偷漏电是线圈L中产生感应电压检测出偷漏电信号，经运算放大器A2及电阻R4、R5、R6、电容C2组成的放大电路放大，电容C3、C4、二极管D3、D4、电阻R7整流滤波输送入信号整形反相器G和单片机8051的INP0脚；由三极管T2、喇叭Y及三极管T3、发光二极管LED、三极管T1、继电器J与单片机8051的15(T1)、16(WR)、17(RD)引脚组成声光报警、用户电源控制电路。当有过载偷漏电时，信号整形反相器G有低电平输出到单片机8051的INP0脚，单片机即检测到这一信号后，便声光报警提示用户，并控制继电器J断开用户的电源，延时6秒后重新自动合闸，若故障未排除，则再实行第二次断开用户的电源；四、IC卡读写控制、电量内存电路工作原理参见图7由单片机8051的P00、P01、P02、P03脚分别与串行式电可改写存储器93C46的选通端、同步脉冲输入端、数据输入、输出端相接，加密式串行电可改写存器的IC卡，其输入输出双向数据端、复位端、时钟地址端、核对熔断控制端、编程控制端分别与单片机8051的P03、P04、P05、P06、P07脚相接，用户每用一度电，单片机将内存电量减1，内存电量为零时控制继电器J断开用户电源，从而实现IC卡读写和电量内存的控制；IC卡与卡座的触点(条)都设计为正反顺序联接，所以实现插卡不分正反方向、使用更方便。
本实用新型的优点1.具有机械、电子计数双显示闭环同步工作，测量数据精确、数据保留稳定可靠，在强雷击等干扰下数据也非常可靠；2.IC卡插卡不分正反方向，数据输入输出更准确、可靠、安全、使用方便；3.可防过载、偷漏电，减少电能损耗，节省供电部门管理人力，提高电度表的自动化、智能化水平。
下面是本实用新型的附图图1是本实用新型的电路结构方框示意图；图2是本实用新型的电流电压采样、功率变换及电压频率转换电路结构示意图；图3是本实用新型的机械、电子计数双显示闭环控制电路结构示意图，其中1.机械计数器，2.进位齿轮；图4是本实用新型的机械计数器结构示意图，图4-1是图4的A-A剖面示意图，图4-2是图4的B向示意图；图5是本实用新型的进位齿轮结构示意图，图5-1是图5的A-A剖面示意图；图6是本实用新型的防过载、偷漏电信号采样和用户电源控制电路结构示意图；图7是本实用新型的IC卡读写和用户电量控制电路结构示意图；图8是本实用新型的IC卡卡座接线示意图；图9是本实用新型的IC卡芯片接线示意图。
权利要求1.一种机械、电子计数双显示闭环控制电子式IC卡电度表，该电度表包括以单片机(8051)为中心与电流电压采样、功率变换及电压频率转换电路，机械、电子计数双显示闭环控制电路，防过载、偷漏电信号采样电路和用户电源控制电路，IC卡读写、电量内存控制电路相联组成，其特征在于由运算放大器(A)、电流互感器(B)连接功率变换乘法器(AD534)、电压频率转换器(LM331)与单片机(8051)的(T0)脚相联组成电流电压采样、功率变换及电压频率转换电路；单片机(8051)的(P10、P11)两线连接桥式脉冲放大缓冲电路(T1、T2、T3、T4)、步进电机(M)，电机通过轴连接机械计数器(1)，装在计数器机座的进位齿轮(2)两边的红外发射管(D)、红外接收管(T5)构成光电耦合电路，红外接收管(T5)发射极电阻连接反相器(G1)再与单片机(8051)的(INP1)脚相接，单片机(8051)的(RXD、TXD)引脚串行同步输出数据，接到串行输入并行输出集成块(MC74HC164)再并行输出接发光显示数码管(E40301)的对应引脚，单片机(8051)的(P14、P15、P16、P17)接(T6、T7、T8、T9)控制(E40301)组成机械、电子计数双显示闭环控制电路；磁环线圈(L)、运算放大器(A2)、电阻(R4、R5、R6)、电容(C2)放大，电容(C3、C4)、二极管(D3、D4)、电阻(R7)整流滤波和电阻(R1、R2)、电容(C1)，可变电阻(W)、电阻(R3)经二极管(D2)都接到信号整形反相器(G)再与单片机(8051)的(INT0)脚相接，三极管(T2)、喇叭(Y)、三极管(T3)、发光二极管(LED)、三极管(T1)、继电器(J)连接再与单片机(8051)的(15、16、17)脚相接组成防过载、偷漏电和用户电源控制电路；单片机(8051)的(P00、P01、P02、P03)脚分别与串行式电可改写存储器(93C46)的选通端、同步脉冲输入端、数据输入输出端相接，IC卡的输入输出双向数据端、复位端、时钟地址端、核对熔断控制端、编程控制端分别与单片机(8051)的(P03、P04、P05、P06、P07)脚相接组成IC卡读写，电量内存控制电路。
2.根据权利要求1所述的机械、电子计数双显示闭环控制电子式IC卡电度表，其特征在于机械计数器(1)上装进位齿轮(2)，在进位齿轮(2)两边装红外发射管(D)和红外接收管(T5)组成光电耦合电路，进位齿轮(2)的外边缘上开有三个互成120度角的光电耦合孔。
3.根据权利要求1所述的机械、电子计数双显示闭环控制电子式IC卡电度表，其特征在于IC卡采用加密式串行电可改写存储器，IC卡芯片装在印刷电路板上，电路板两面有间距一样并与卡座弹片对应的接触点、条，各引脚(1～8)按与相反的顺序(8′～1′)在电路板上正反面的触点接通，IC卡卡座接线是卡座上排接触弹片(1～8)与下排接触弹片(8′～1′)相对应，用引线相联后接到单片机(8051)的(P03、P04、P05、P06、P07)引脚。
专利摘要本实用新型是一种机械、电子计数双显示闭环控制电子式IC卡电度表。该电度表是以单片机8051为中心与电流电压取样、功率变换及电压频率转换电路,机械、电子计数双显示闭环反馈同步电路,防过载、偷漏电信号采样电路和用户电源控制电路,IC卡读写控制、电量内存电路相联构成。本电度表设计电路新颖、精简,机械、电子计数双显示闭环控制,IC卡插卡不分正反方向,数据精确、保留数据稳定、安全可靠,可以提高电度表的自动化、智能化水平。
文档编号G01R11/24GK2386445SQ99218080
公开日2000年7月5日 申请日期1999年7月28日 优先权日1999年7月28日
发明者黄仁堂, 黄开连, 廖义奎, 莫武中, 曹文业 申请人:广西民族学院