专利名称：Cpu卡单三相电子式电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电能表，特别的是涉及一种以CPU卡为信息
交换介质的自动控制用电计量和用电结算的电能表。
背景技术：
随着电子技术的迅猛发展，大规模集成电路在电能表中得到广泛的 应用。传统的感应式电能表需要工作人员上门抄表或通断电、计算电费、 邮寄电费单等，且会出现延迟付款和坏账问题，特别是在供电企业的用 户群中，用电量比较大，应付的电费额度也比较大，及时回收其电费是 供电企业经营中的重点和难点，而且很难实行不同的时间段采用不同的 费率等用电调控措施。
而电子式电能表与感应式电能表相比，具有测量精度高，过载能力 强，功率消耗低，性能稳定可靠，体积小，重量轻，操作简便，易于实 现管理功能的扩展、 一表多用等特点。全电子式多功能电能表采用高精 度计量芯片，完成各种电参数的精密计算及测量，可以实现用户用电量 的自动抄收以及银行联网、自动结算电费的技术。
现有技术中已有预付费电能表，但费率一般比较固定，或者对于信 息的显示、以及出现金额不足等的提醒功能及应急功能等各方面还不够 灵活，因此给用户的使用带来一定的不便。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种CPU卡单三相电子式电能表，可根
据不同的时间段采用多种费率计算电费，且在金额不足及超负荷及其他 会出现断电的情况时提供报警功能，且提供了一定的应急措施。
CPU卡单三相电子式电能表的工作原理，该电能表包括MCU控制单元、电源电路单元、电能计量及电参数检测单元、电表断电机构和接
口单元，其中，所述电源电路单元为MCU控制单元和电能计量及电参 数检测单元提供电源，所述电能计量及电参数检测单元、电表断电机构 和接口单元均分别与MCU控制单元双向连接，所述接口单元包括CPU 卡接口和红外接口 ；该电能表还包括ESAM单元、显示单元和报警单元， 所述ESAM单元向MCU控制单元提供密钥认证及相关信息，所述显示 单元和报警单元接收来自MCU控制单元的控制信息。
所述报警单元包括光控报警电路和声控报警电路。
所述CPU卡接口支持带密钥认证的CPU卡和检测卡。
所述显示单元的显示结构包括显示代码、当前费率标志、数据显示 项单位、剩余金额条棒指示、数据显示、通讯标示、窃电标示。
所述MCU控制单元包括通讯模块、时钟模块、功率计量模块、存 储模块、费率计算模块、负荷控制模块、月基本用电设置模块、报警控 制模块和一或门，其中，所述通讯模块将接口单元的参数信息分别相应 输入至费率计算模块、月基本用电设置模块和负荷控制模块；所述时钟 模块和功率计量模块的输出经存储模块存储，并输出至费率计算模块计 算当前用电金额，所述用电金额经月基本用电设置模块后得到剩余金 额，从而判断得到金额不足信息和负荷控制模块输出的超负荷信息分别 输入至报警控制模块的两输入端和或门的两输入端，所述负荷控制模块 的另一输入端为功率计量模块；所述或门输出为断电控制信息。
所述剩余金额和负荷控制模块输出的当前负荷分别同时输入报警 控制模块的两输入端和或门的两输入端，所述负荷控制模块的另一输入 端为功率计量模块；所述或门输出为断电控制信息。
所述MCU控制单元还包括一透支处理模块，该模块连接与月基本 用电设置模块和或门之间，其另一输入端为通讯模块输入的透支金额门 限。
所述MCU控制单元还包括一赊欠用电控制模块，该模块连接于透 支处理模块和或门之间，其另一输入端为通讯模块输出的赊欠金额门
5限。
所述MCU控制单元还可连接于月基本用电设置模块和或门之间， 其另一输入端为通讯模块输出的赊欠金额门限。
所述MCU控制单元还包括一显示控制模块，该模块与其它各个模 块分别相连，控制各个模块的信息通过自动轮显和按键轮显的方式显 示。
本实用新型所述CPU卡单三相电子式电能表除了提供基本的预付
费功能外，还可以设定多种费率，在每天的不同时间段，根据当天当前 时段所指定的费率及当天所用的费率电价表进行用电量计量和用电金
额计算，以实现限制用电和鼓励用电的目的；另外，当电表检测超负荷 或剩余金额不足及需要断电时，均会发出声光报警；同时还包括负荷控 制模块、透支处理模块和赊欠用电控制模块，防止突然断电给用户工作 生活带来不便和损失，该电能表还提供月基本用电金额功能，以及钟表 显示和实时功率显示实时负荷功能，且可存储用户一段时间的用电帐单 数据，方便用户及供电企业查询。
该电能表支持CPU卡及红外通讯功能，使供电企业通过CPU卡和 红外接口传递信息，减少工作量。
图1是本实用新型具体实施方式
所述电能表的系统结构框图； 图2是本实用新型具体实施方式
所述MCU控制单元的结构框图； 图3是本实用新型具体实施方式
所述显示单元示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型具体实施方式
作详细的描述。 如图l所示为具体实施方式
所述电能表的系统结构框图，该电能表 包括MCU控制单元、电源电路单元、电能计量及电参数检测单元、电 表断电机构、ESAM单元、接口单元、显示单元和报警单元；其中，所 述电源电路单元输出电源信号，包括外接电源和RTC实时时钟电路，所述外接电源为MCU控制单元和电能计量及电参数检测电路提供外接电 源，所述RTC实时时钟电路为MCU控制单元提供备用电源，使当外接 电源断电时，内部的时钟等单元仍然保持工作状态。
所述电能计量及电参数检测单元完成电能的累计，并将累计的电能 转换成相应频率的脉冲，所述ESAM单元向MCU控制单元提供密钥认 证及相关信息，所述接口单元与MCU控制单元输入输出双向连接，其 中，接口单元包括红外接口和CPU卡接口。本具体实施例中，所述CPU 卡为带密钥控制的CPU卡，且采用3-DES算法，使所述CPU卡更具有 兼容性，其中，所述CPU卡包括用户卡和供电管理部门使用的检测卡， 其中MCU控制单元通过接口单元读取用户卡中的购电金额及要修改的 参数，相应调整剩余金额、透支金额门限、赊欠金额门限、累计购电金 额和装电次数，并将剩余金额存贮在ESAM模块中；检测卡通过接口单 元对电能表进行抄表或设置参数，还可配合电能表上的设置开关对电表 进行换表操作。
所述显示单元根据MCU控制单元的控制信息通过LCD液晶屏显示 相关的电表信息；而报警单元接收则根据MCU控制单元的控制信息通 过LED指示灯和声控装置发出相应的声光报警。
电表断电机构根据MCU控制单元的断电信息将用户用电断开。
如图2所示，所述MCU控制单元包括通讯模块200、时钟模块201 、 功率计量模块202、存储模块203、费率计算模块204、负荷控制模块 208、月基本用电设置模块205、透支处理模块206、赊欠用电控制模块 207、报警控制模块209和一或门。
其中，所述通讯模块200的输入信号为所述接口单元的参数信息， 通讯模块200将相应参数输入至各相应模块，其中，将各时段的各种费 率输入至费率计算模块204;将月基本用电金额输入至月基本用电设置 模块205;将透支金额门限输入至透支处理模块206;将赊欠金额门限 输入至赊欠用电控制模块207;将用电负荷控制门限输入至负荷控制模 块208。其中，输入至费率计算模块204的费率信息包括多种费率，其 中每种费率分为节假日费率和非节假日费率，而非节假日费率又可分为
7M个时区，在每个时区分别包括工作日费率和非工作日费率，所述工作 日费率和非工作日费率在一天的不同时段具体也可采用不同的费率，因
此，本实用新型具体实施方式
所述电能表可按照不同的费率和电价进行 用电计量和用电金额计算，以实现限制用电或鼓励用电的目的。
所述时钟模块201的输入为所述RTC实时时钟电源，在该时钟模块 201中得到整个系统的时间信息，该信息可通过显示单元显示，使本实 用新型具体实施例所述电能表具有钟表的所有功能；所述功率计量模块 202的输入为电量计量及电参数检测单元的电量信息，在该模块中计算 实时的用电功率。所述时钟模块201的输出和功率计量模块202的输出 分别输入至存储模块203的两个输入端二将所述实时用电功率和相应的 时段输入至存储模块203保存，该存储模块203的输出端连接至费率计 算模块204,所述费率计算模块204通过存储单元203中得到的用电信 息和通讯模块中得到的各个时段的费率信息，计算用户的用电金额输出 至月基本用电设置模块205，若用户设置了月基本用电金额，则扣除该 金额后计算剩余金额，若剩余金额不为零，则后续透支处理模块206和 赊欠用电控制模块207未被激活；若剩余金额为零或不足时，首先输出 金额不足信息至报警控制模块209，同时激活透支处理模块206，当处 于透支状态下产生的用电金额为透支用电金额，若该透支用电金额超过 所述透支金额门限时，则激活赊欠用电控制模块207，当处于赊欠状态 时产生的用电金额为赊欠用电金额，当所述赊欠用电金额超过所述赊欠 金额门限时，则输出断电信息。
所述透支处理模块206和所述赊欠用电控制模块207可选择使用， 若没有赊欠用电控制模块207时，则透支至透支金额门限后直接输出至 或门一输入端，用户只可透支不可赊欠；若没有透支处理模块206时， 则所述月基本用电设置模块205输出直接接至赊欠用电控制模块207输 入端，用户只可赊欠不能透支。
所述功率计量模块202输出的实时用电功率同时也输入至负荷控制 模块208，和用电负荷控制门限相比较，当所述实时用电功率大于用电 负荷控制门限时，输出超负荷预报警控制信息至报警控制模块209，当超负荷的时间达到一定的设定值时，输出超负荷断电报警控制信息至报
警控制模块209，同时输出断电信息。
所述负荷控制模块208输出的断电信息和所述赊欠用电控制模块 207输出的断电信息分别输入至或门的两输入端，所述两输入断电信息 任一有效时或门均输出 一有效断电控制信息至电表断电机构。
所述MCU控制单元还包括一显示控制模块，所述显示控制模块与 如图2所示的10个模块分别相连，通过自动轮显和按键轮显的方式显 示各个模块的信息，所述显示控制模块发出显示控制信息至显示单元， 本实用新型中，所述显示单元采用LCD宽温型液晶显示，如图3所示， 可显示的信息种类包括显示代码301、当前费率标志302、数据显示 项单位303、剩余金额条棒指示304、数据显示305、通讯标示306、窃 电标示307。
其中，所述显示代码301表示不同的用电计量数据、购电和用电记 录数据及电能表设置参数。
所述当前费率标志302表示当前采用的是何种费率，本实用新型具 体实施例所述电能表以存储4种费率为例，分别用T1、 T2、 T3、 T4标 志。若电表存储N种标志时，则显示单元可相应有N种显示标志，其中 N为自然数，由于考虑到显示屏的面积因素和电表的存储空间，N设置 适当的值。
所述数据显示项单位303分别为电量单位kWh、货币单位$、有功 功率单位kW。
所述剩余金额条棒指示304每一个条块代表10货币单位的剩余金 额，共有9个条块。当剩余金额大于等于90货币单位时，条棒全显； 大于等于80货币单位小于90货币单位时，显示8个条块；以此类推， 当剩余金额小于10货币单位时，条棒不显示。
所述数据显示305包括剩余金额数据、用电计量数据、购电和用电 记录数据、时间显示、实时功率显示及电能表设置的各种参数的显示。
所述通讯标识306表示电能表正在处于通讯状态。
所述窃电标识307表示电能表正处于反向或窃电状态，提醒立即处理。
在按键轮显数据项时，若在一个数据项显示周期内没有再次按键， 则会回到自动轮显数据项方式。
权利要求1、CPU卡单三相电子式电能表，该电能表包括MCU控制单元、电源电路单元、电能计量及电参数检测单元、电表断电机构和接口单元，其中，所述电源电路单元为MCU控制单元和电能计量及电参数检测单元提供电源，所述电能计量及电参数检测单元、电表断电机构和接口单元均分别与MCU控制单元双向连接，所述接口单元包括CPU卡接口和红外接口，其特征在于，该电能表还包括ESAM单元、显示单元和报警单元，所述ESAM单元向MCU控制单元提供密钥认证及相关信息，所述显示单元和报警单元接收来自MCU控制单元的控制信息。
2、 根据权利要求1所述的CPU卡单三相电子式电能表，其特征在 于，所述CPU卡接口支持带密钥认证的CPU卡和检测卡。
3、 根据权利要求1所述的CPU卡单三相电子式电能表，其特征在 于，所述显示单元的显示结构包括显示代码(301)、当前费率标志(302)、 数据显示项单位(303)、剩余金额条棒指示(304)、数据显示(305)、 通讯标示(306)、窃电标示(307)。
4、 根据权利要求1所述的CPU卡单三相电子式电能表，其特征在 于，所述MCU控制单元包括通讯模块(200)、时钟模块(201)、功率 计量模块(202)、存储模块(203)、费率计算模块(204)、负荷控制模 块(208)、月基本用电设置模块(205)、报警控制模块(209)和一或 门，其中，所述通讯模块(200)将接口单元的参数信息分别相应输入 至费率计算模块(204)、月基本用电设置模块(205)和负荷控制模块(208);所述时钟模块(201)和功率计量模块(202)的输出经存储模 块(203)存储，并输出至费率计算模块(204)计算当前用电金额，所 述用电金额经月基本用电设置模块(205)后得到剩余金额，从而判断 得到金额不足信息和负荷控制模块(208)输出的超负荷信息分别输入 至报警控制模块(209)的两输入端和或门的两输入端，所述负荷控制 模块(208)的另一输入端为功率计量模块(202);所述或门输出为断电控制信息。
5、 根据权利要求4所述的CPU卡单三相电子式电能表，其特征在 于，所述MCU控制单元还包括一透支处理模块(206)，该模块连接与 月基本用电设置模块(205)和或门之间，其另一输入端为通讯模块(200) 输入的透支金额门限。
6、 根据权利要求5所述的CPU卡单三相电子式电能表，其特征在 于，所述MCU控制单元还包括一赊欠用电控制模块(207)，该模块连 接于透支处理模块(206)和或门之间，其另一输入端为通讯模块(200) 输出的赊欠金额门限。
7、 根据权利要求4所述的CPU卡单三相电子式电能表，其特征在 于，所述MCU控制单元还包括一赊欠用电控制模块(207)，该模块连 接于月基本用电设置模块(205)和或门之间，其另一输入端为通讯模 块(200)输出的赊欠金额门限。
8、 根据权利要求4至7中任一项所述的CPU卡单三相电子式电能 表，其特征在于，所述MCU控制单元还包括一显示控制模块，该模块 与其它各个模块分别相连，控制各个模块的信息通过自动轮显和按键轮 显的方式显示。
专利摘要本实用新型公开了一种CPU卡单三相电子式电能表，该电能表包括MCU控制单元、电源电路单元、电能计量及电参数检测单元、电表断电机构和接口单元，其中，所述电源电路单元为MCU控制单元和电能计量及电参数检测单元提供电源，所述电能计量及电参数检测单元、电表断电机构和接口单元均分别与MCU控制单元双向连接，该电能表还包括ESAM单元、显示单元和报警单元，所述ESAM单元向MCU控制单元提供密钥认证及相关信息，所述显示单元和报警单元接收来自MCU控制单元的控制信息。本实用新型所述电能表，可根据不同的时间段采用多种费率计算电费，且提供报警和一定的应急措施。
文档编号G07F15/06GK201259704SQ20082014670
公开日2009年6月17日 申请日期2008年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者丁富民 申请人:深圳市思达仪表有限公司