专利名称：半导体交费卡式电能计控器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电能计量和利用半导体交费卡对用户用电量实行限控的技术。
目前的电能计量一般都采用转盘式电度表，供电管理部门必须派专人定期查抄用户电度表字码盘读数，核对用电量及对用户收费，工作量繁重不能确保电费及时收交，这种电度表还不能根据用户用电时间峰谷之别合理收费，不易进一步提高经济效益。
本实用新型的目的是要提供一种半导体交费卡式电能计控器，它能对用户的停电和用电量最大负荷进行统计，能对用户超量用电进行限制，能按用电峰谷时间实行多费率计量，尤其能在用户向供电管理部门购买写有额定用电量的半导体交费卡并把该卡插入电能计控器之后，本实用新型能按半导体交费卡内所写额定用电量对用户用电实行限控，从而可免除查表、核算、下交款通知、收费等繁杂工作，确保及时收费及合理收费，提高经济效益。
本实用新型的目的是实样实现的半导体交费卡式电能计控器由微电脑、半导体交费卡、脉冲输出电度表、被控开关、报警器、检查器及电源组成。被控开关串接在公用电网与用户负载之间，被控开关的控制端与微电脑的一个输出口相连结，因此被控开关的接通与断开受微电脑控制，从而达到对用户用电量进行限控的目的。脉冲输出电度表按普通电度表的接线方式接入被控开关与公用电网之间，标志电度表计量转盘转动圈数的输出脉冲，由脉冲输出端输出，脉冲输出端与微电脑的一个输入口相连，微电脑对脉冲输出电度表输出的脉冲进行计数，从而实现对用户用电量的计量；半导体交费卡由半导体可编程器和毁卡开关组成，半导体可编程器与微电脑之间用总线方式连结，选用的半导体可编程器可在特许工厂写入密码和额定用电量，用户把购到的半导体交费卡插入主机之后，微电脑通过总线读取密码并进行验证，验证无误后微电脑再通过总线读出额定用电量，并存储起来，此后微电脑不断把用户用电量与额定用电量进行比较，以达到对用户用电量实行限控的目的。半导体微费卡中毁卡开关用以在半导体交费卡中所写额定用电量被微电脑读出后在适当时机使卡失效而不被复用，毁卡开关一端接较高电压电源，另一端与半导体可编程器的一个或几个信号输入端相连，在半导体交费卡中所写额定用电量被微电脑读取之后，毁卡开关立即被控接通，或者在半导体交费卡被从主机拔出时自行接通，较高电压加至半导体可编程器的信号输入端，使之被击穿而失效，从而避免半导体交费卡被重复使用。报警器包括光报警和声报警，它的输入和微电脑的几个输出口连结，微电脑发现超量用电、电耗峰值过高等情况通过这些输出口触发报警器进行声光报警；检查器由单片机和命令键盘构成，在需要检查半导体交费卡式电能计控器的各种记录及调整时钟时，才与微电脑相连结，检查器与微电脑之间是通过二者的串行输入输出口连接，检查器中各个命令键与单片机各输入口相连，按下各命令键，单片机便通过串行输入输出口向微电脑发送命令，进行时钟调整和记录数据显示，检查器中单片机还有并行数据输出口，可以和打印机相连，从而能把半导体交费卡式电能计控器中各种记录数据由微电脑传给检查器中单片机，再传给打印机，由打印机把各种记录打印出来。电源用于向整机供电，它内部设有充电电池，用于市电停电时向时钟和数据存储器供电，避免时钟停止运行和记录数据丢失。微电脑由单片微机、总线、程序存储器、永久性数据存储器、数据存储器、时钟、显示器、卡接口、卡运动检出器及电度表接口组成，其中程序存储器、永久性数据存储器、数据存储器、时钟、显示器与单片微机之间通过总线(包括地址总线ABUS、数据总线DBUS和控制总线CBUS)连接，单片微机控制整机运行，程序存储器存储运行程序，永久性数据存储器用于存储重要数据并且掉电时也不丢失，数据存储器用于存储各种记录数据，时钟用于随时提供日期、时间，显示器用于显示各种数据，包括日期、时间、剩余用电量、高峰用电量以及各种记录等；卡接口和卡运动检出器以及往返线用于确保半导体交费卡被插入主机后连结可靠，确保能向单微机发出卡已插入的通知，其中往返线为通过半导体交费卡与微电脑之间连接器各部位的多次往返的连线，其一端接电源，另一端接半导体可编程器的电源输入端，同时还反馈给卡接口，作为连接可靠的信号，卡运动检出器用以检出半导体交费卡插入主机的运动，其检出信号作为卡运动信号接至卡接口，用以通告卡接口半导体交费卡有运动，它由两个在半导体交费卡运动方向上相距一定间隔的两传感器构成，当半导体交费卡有运动时，卡表面特殊标志会先后通过对该标志敏感的两传感器，形成两传感器输出信号的时间差，从而输出卡运动信号，卡接口以及往返线的连接可靠信号、卡运动信号作为输入，当几个条件同时满足时，向单片微机发出请求读卡信号，卡接口还与单片微机的一个输出口以及RESET信号相连，从而能在微电脑着手读卡之间或整机开始加电时，使卡接口复位，避免重复发出请求读卡信号，卡运动信号用于确保只有在半导本交费卡刚刚插入主机后其密码和额定用电量才被读取，避免在整机停电后恢复供电时该卡被重复读取。电度表接口的一个输入端与脉冲输出电度表的输出端连接，电度表接口在接收到脉冲输出电度表输出的一个脉冲时，向单片微机发出请求累积信号，电度表接口的另一个输入端与单片微机的一个输出口连结，从而在单片微机响应请求累积之后，进行一个脉冲的累积之间，使电度表接口复位并准备接收下一个脉冲输出电度表输出的脉冲。
本实用新型的优点是用户必需购买半导体交费卡才能用电，去除了抄表、计费、收费等繁锁工作，避免电费拖欠，本实用新型还能根据用电峰谷时间合理收费，从而能提高经济效益，特许厂家制造的半导体交费卡中携有高密密码、半导体交费卡中所写额定用电量被读取之后自动失效，整机可给出各种用电和断电记录并可随时受检显示和打印，保证了卡不能复制，不能复用及避免偷电现象。
本实用新型的原理由以下实施例及附图给出附
图1是根据本实用新型给出的半导体交费卡式电能计控器的原理框图，图中(1)——公用电网；(2)——被控开关；(3)——用户负载；(4)——脉冲输出电度表；(5)——电源；(6)——报警器；(7)——检查器；(8)——半导体交费卡；(9)——微电脑；(10)——毁卡开关；(11)——往返线；(12)——半导体可编程器；(15)——卡接口；(16)——卡运动检出器；(17)——电度表接口；(18)——单片微机；(19)——总线；(20)——显示器；(21)——时钟；(22)——数据存储器；(23)——永久性数据存储器；(24)——程序存储器。
附图2是单片微机(18)和总线(19)电路图。
附图3是总线(19)与时钟(21)、数据存储器(22)、永久性数据存储器(23)、程序存储器(24)电路图。
附图4是总线(19)和显示器(20)电路图。
附图5是脉冲输出电度表(4)示意和电度表接口(17)电路图。
附图6是卡通动检出器(16)、拔出失效半导体交费卡(9)及其卡接口(15)电路图。
附图7是卡运动检出器(16)示意图。
附图8是往返线(11)示意图。
附图9是读毕失效半导体交费卡(9)及其卡接口(15)电路图。
附图10是检查器(7)电路图。
附图11是电源(5)电路图。
半导体交费卡式电能计控器由微电脑(9)、半导体交费卡(9)、脉冲输出电度表(4)、被控开关(2)、报警器(6)、检查器(7)及电源(5)组成。被控开关(2)串接在公用电网(1)与用户负栽(3)之间，被控开关(2)的控制端(2C)与微电脑的一个输出口相连结，因此被控开关(2)的接通与断开受微电脑(9)控制，从而达到对用户用电量进行限控的目的；脉冲输出电度表(4)按普通电度表的接线方式接入被控开关(2)与公用电网(1)之间，标志电度表计量转盘(RP)转动圈数的输出脉冲，由脉冲输出端(4p)输出，脉冲输出端(4p)与微电脑(9)的一个输入口相连，微电脑(9)对脉冲输出电度表(4)输出的脉冲进行计数，从而实现对用户用电量的计量；半导体交费卡(8)由半导体可编程器(12)和毁卡开关(10)组成，半导体可编程器(12)与微电脑(9)之间以总线(19)方式连结，选用的半导体可编程器(12)可在特许工厂写入密码和额定用电量，用户把购到的半导体交费卡(8)插入主机之后，微电脑(9)通过总线(19)读取密码并进行验证，验证无误后微电脑(9)再通过总线(19)读出额定用电量，并存储起来，此后微电脑(9)不断把用户用电量与额定用电量比较，以达到对用户用电量实行限控的目的；半导体交费卡(8)中毁卡开关(10)，用以在半导体交费卡(8)中所写额定用电量被微电脑(9)读出之后，在适当时机使卡失效而不被复用，毁卡开关(10)一端接较高电压电源，另一端与半导本可编程器(12)的一个或几个信号输入端相连，在半导体交费卡(8)中所写额定用电量被微电脑(9)读取之后，毁卡开关(10)立即被接通、或者在半导体交费卡(8)被从主机拔出时自行接通，较高电压加至半导体可编程器(12)的信号输入端，使之被击穿而失效，从而避免半导体交费卡(8)被重复使用；报警器(6)包括光报警和声报警，它的输入和微电脑的几个输出口连结，微电脑发现超量用电、电耗峰值过高等情况通过这些输出口触发报警器进行声光报警；检查器(7)由单片机U18－1和命令键盘A10－1～A10－10构成，在需要检查半导体交费卡式电能计控器的各种记录及调整时钟时，才与微电脑(9)相连接检查器(7)与微电脑(9)之间是通过二者的串行输入输出口连接，检查器(7)中各命令键与单片机各输入口相连，按下各命令键，单片机便通过串行输入输出口向微电脑(9)发送命令，进行时钟调整和记录数据显示，检查器(7)中单片机还有并行数据输出口CN10－2，可以和打印机相连，从而能把半导体交费卡式电能计控器中各种记录数据由微电脑(9)传给检查器(7)中单片机，再传给打印机，由打印机把各种记录打印出来；电源(5)用于向整机供电，它内部设有充电电池，用于市电停电时向时钟和数据存储器供电，避免时钟停止运行和记录数据丢失；微电脑(9)由单片微机(18)、总线(19)、程序存储器(24)、永久性数据存储器(23)、数据存储器(22)、时钟(21)、显示器(20)、卡接口(15)、卡运动检出器(16)、电度表接口(17)组成，程序存储器(24)、时钟(21)、显示器(20)与单片微机(18)之间通过总线(19)(包括地址总线ABUS、数据总线DBUS和控制总线CBUS)连接，单片微机(18)控制整机运行，程序存储器(24)存储运行程序，永久性数据存储器(23)用于存储重要数据并且掉电时也不丢失，数据存储器(22)用于存储各种记录数据，时钟(21)用于随时提供日期、时间，显示器(20)用于显示各种数据，包括日期、时间、剩余用电量、高峰用电量以各种记录等；卡接口(15)和卡运动检出器(16)以及往返线(11)用于确保半导体交费卡(8)被插入主机后连结可靠，确保能向单片微机发出卡已插入的通知，其中往返线为通过半导体交费卡(8)与微电脑(9)之间连接器各部位的多次往返的连线，其一端接电源，另一端接半导体可编程器(12)的电源输入端，同时还反馈给卡接口(15)，作为连接可靠的信号，卡运动检出器(16)用以检出半导体交费卡(8)插入主机的运动，其检出信号作为卡运动信号接至卡接口(15)，用以通告卡接口(15)半导体交费卡(8)有运动，它由两个在半导体交费卡运动方向上相距一定间隔的两传感器U6－3、U6－4构成，当半导体交费卡有运动时，卡表面特殊标志TA会先后通过对该标志敏感的两传感器U6－3、U6－4，形成两传感器输出信号的时间差，从而输出卡运动信号，卡接口(15)以往返线(11)的连接可靠信号、卡运动信号作为输入，当几个条件同时满足时，向单片微机(18)发出请求读卡信号，卡接口(15)还与单片微机(18)的一个输出口以及RESET信号相连，从而能在微电脑(9)着手读卡之前或整机开始加电时，使卡接口(15)复位，避免重复发出请求读卡信号，卡运动信号用于确保只有在半导体交费卡(8)刚刚插入主机后其密码和额定用电量才被读取，避免在整机停电恢复供电时该卡被重复读取。电度表接口(17)的一个输入端与脉冲输出电度表(4)的输出端(4p)连接，电度表接口(17)在接收到脉冲输出电度表(4)输出的一个脉冲时，向单片微机(18)发出请求累积信号，电度表接口(17)的另一个输入端与单片微机(18)的一个输出口连结，从而在单片微机(18)响应请求累积之后，进行一个脉冲的累积之前，使电度表接口(17)复位并准备接收下一个脉冲输出电度表输出的脉冲。
附图2中U2－1为单片微机(18)，其型号为80C31，其他附属元件还包括U2－2373八D锁存器、U2－3 138译码器、U2－4MC1428双四与门，B2－1复位按钮，U2－1通过P00～P07经U2－2向总线(19)发送低八位地址，由P20－P27向总线发送高八位地址，由P00～P07向总线发送数据，U2－1还直接向总线发送控制信号ALE、WR、RD、PSEN以及通过P10～P17与其它部分(如卡接口(15)、电度表接口(17)、报警器(6))进行信号传递，通过TXD、RXD与检查器(7)进行串行数据传输，U2－3分别向半导体可编程器(12)、显示器(20)、时钟(21)、永久性数据存储器(23)、数据存储器(22)发送片选信号CSE CSD CSC CSE2、CSR。
附图3中U3－1作为时钟(21)、采用MC146818日历时钟电路，U3－2作为永久性数据存储器(23)，采用AT28HC 16／L E2PROM电可擦除可编程存储器；U3－3作为数据存储器(22)，采用62256 RAM随机存取存储器，U3－4作为程序存储器(24)，采用27512 EPROM可擦除可编程存储器；各器件与单片微机(18)通过总线(19)联系。
附图4中DD为七位七段发光二极管显示器，U4－2为DD的驱动器，采用75452驱动器，U4－1为显示器接口，它采用81C55并行接口，与单片微机(18)通过总线(19)联系。
附图5左半部表示光耦器件(U5－1)与电度表计量转盘RP之间的位置关系，右半部为电度表接口(17)的电路，U5－1采用TIL160透射式光电组件，计量转盘RP上设置透孔，透孔经过U5－1内时，脉冲输出电度表(4)脉冲输出端4P输出一个脉冲，它触发U5－3单稳电路(MC14538)，进而触发U5－2触发器(14013)，U5－2向单片微机(18)发送请求累积信号INTO，U5－2被单片微机输出信号P10复位。
附图6包括毁卡开关(10)和半导体可编程器(12)组成的拔出失效半导体交费卡(8)、半导体接口(15)和卡运动检出器(16)，其中U6－1作为半导体可编程器(12)，采用AT22V／10L可擦除可编程逻辑器件，它与单片微机(18)通过总线(19)联系，T6－1及C6－1、U6－2等构成毁卡开关(10)，T6－1采用3CT13K小电流可控硅，C6－1为较高电压直流电容，U6－2为反相器，毁卡开关(10)的工作原理是当半导体交费卡(8)与主机连接时，Vc接U6－2输入端，接地的R6－1接在U6－2输出端，保证T6－1控制极为零电压，使T6－1截止，VD缓慢向C6－1充电至较高电压T6－1也不能导通，U6－1中密码、数据可被微电脑(9)正常读取，当半导体交费卡(8)被从主机内拔出后，Vc被切断，C6－2输入端变地电位，U6－2残存电能保证C6－2输出高电位使T6－1导通，C6－1上较高电压通过D6－1、D6－2加到U6－1的信号输入端，导致U6－1损坏而半导体交费卡(8)失效。U6－3和U6－4及U6－5组成卡运动检出器(16)，U6－3和U6－4采用TIL149反射式光电组件，U6－5采用MC14077异或非门，当U6－3、U6－4输出不一致时，将产生卡运动信号CM给卡接口(15)。卡接口(15)由U6－7(MC14013双触发器)和U6－6(MC14011四与非门)构成，卡运动信号CM使U6－7－1置位，其输出端接U6－7－2的D输入端，当半导体交费卡(8)插入主机并连接可靠时，Vc通过往返线(11)返回卡连接可靠信号Cs给U6－6－1，当C6－1充电完毕时，卡就位信号CR也传送给U6－6－1，从而使U6－7－2置位，向单片微机(18)发送请求读卡信号INTI，U6－7－1和U6－7－2可由单片微机(18)及RESET信号复位。
图7表明了半导体交费卡(8)上反光标志LR与两个反射式光电组件U6－3、U6－4安装位置关系，箭头表示半导体交费卡(8)的运动方向。
图8表示往返线(11)连接情况，CN为半导体交费卡(8)与微电脑(9)之间的连接器。
图9为读毕失效半导体交费卡(8)电路图，它的半导体可编程器(12)两个信号输入端是通过传输门U6－8与总线(19)相连的，采用125三态输出的四缓冲门，只有在微电脑(9)读取半导体微费卡(8)时，U6－8才接通，其它时间不通。T6－1仍采用3CT13K小电流可控硅，平时断开，微电脑(9)读取额定用电量之后，单片微机送出高电平毁卡信号DCS，T6－1导通，VD加至U6－1信号输入端使卡失效，由于U6－1与总线之间有U6－8隔离，不影响总线工作。与该半导体交费卡(9)配合工作的卡运动检出器(16)、卡接口(15)，除了卡就位信号CR由Vc产生外，其余不变。
图10为检查器(7)电路图，U10－1采用8751单片微机，A10－1～A10－10为各命令键，这些命令键发出的命令包括“时钟调整”、“＋1”、“＋10”、“－1”、“－10”、“读电量消耗过程”、“读停电记录”、“读峰值记录”、“下一步”、“打印”等，CN10－1为与主机之间的连接器，CN－2为与打印机的连接器。
图10为电源(5)电路图，Vc为用于毁卡的较高电压电源，Vc向全机供电，VB向时钟(21)和数据存储器(22)供电，VR向控制被控开关(2)的继电电路供电。
权利要求1.一种半导体交费卡式电能计控器，由微电脑(9)、半导体交费卡(8)、脉冲输出电度表(4)、被控开关(2)、报警器(6)、检查器(7)和电源(5)组成，其特征是被控开关(2)串接在公用电网(1)和用户负载(3)之间，被控开关(2)的控制端(2C)与微电脑(9)的一个输出口相连结，因此被控开关(2)的接通与断开受微电脑(9)控制，从而达到对用户用电量进行限控的目的。
2.如权利要求1所述的半导体交费卡式电能计控器，其特征在于脉冲输出电度表(4)按普通电度表的接线方式接在被控开关(2)与公用电网(1)之间，标志电度表计量转盘(RP)转动圈数的输出脉冲由脉冲输出端(4P)输出，脉冲输出端(4P)与微电脑(9)的一个输入口相连，微电脑(9)对脉冲输出电度表(4)输出的脉冲进行计数，从而实现对用户用电量的计量。
3.如权利要求1所述的半导体交费卡式电能计控器，其特征是半导体交费卡(8)内包括半导体可编程器(12)和毁卡开关(10)，半导体可编程器(12)与微电脑(9)通过总线(19)联系，半导体可编程器(12)由特许工厂写入高密密码和额定用电量，微电脑(9)可通过总线(19)读取密码，验证无误后再读取额定用电量并存储起来，微电脑(9)不断把用户用电量与额定用电量进行比较，以实现对用户用电量的限控，由特许工厂写入高密密码用于防止半导体交费卡(8)被伪造，毁卡开关(10)一端接较高电压电源，另一端接半导体可编程器(12)的一个或几个信号输入端，在半导体交费卡(8)中所写额定用电量被微电脑(9)读取之后，毁卡开关(10)或者立即被微电脑(9)控制接通，或者在半导体交缨卡(8)被从主机拔出时自行接通，较高电压通过毁卡开关(10)加至半导体可编程器(12)的信号输入端，使半导体可编程器(12)被击穿失效，从而避免半导体交费卡(8)被重复使用。
4.如权利要求1所述之半导体交费卡式电能计控器，其特征是微电脑由单片微机(18)、总线(19)、程序存储器(24)、永久性数据存储器(23)、数据存储器(22)、时钟(21)、显示器(20)、卡接口(15)、卡运动检出器(16)、电度表接口(17)组成，程序存储器(24)、永久性数据存储器(23)、数据存储器(22)、时钟(21)、显示器(20)与单片微机(18)之间通过总线(19)(包括地址总线ABVS、数据总线DBVS和控制总线CBVS)连接，单片微机(18)控制整机运行，程序存储器(24)存储运行程序，永久性数据存储器(23)用于存储重要数据并且在掉电时保存，数据存储器(22)用于存储各种记录数据，时钟(21)用于随时提供日期、时间、显示器(20)用于显示各种数据，包括日期、时间、剩余用电量、停电时刻和时间、高峰用电量以及各种数据等，卡运动检出器(16)由两个在半导体交费卡(8)运动方向上相距一定间隔的两个传感器U6－3、U6－4构成，当半导体交费卡(8)有运动时，卡表面特殊标志(LR)会先后通过对该标志敏感的两个传感器U6－3、U6－4，形成两个传感器输出信号的时间差，从而输出卡运动信号，作为卡被插入主机的信号。
5.如权利要求1所述的半导体交费卡式电能计控器其特征是检查器(7)由单片机U10－1和命令键盘A10－1～A10－10构成，在需要检查半导体交费卡式电能计控器的各种记录及调整时钟时，才与微电脑(9)相连结，检查器(7)与微电脑(9)之间中通过二者的串行输入输出口连接，检查器(7)中命令键盘各键A10－1～A10－10与单片机U10－1各输入口相连，按下各命令键，单片机U10－1便通过串行输入输出口向微电脑(9)发送命令，进行时钟调整和记录数据显示，检查器(7)中单片机U10－1还有并行数据输出CN10－2，可以和打印机相连，从而能把半导体交费卡式电能计控器中各种记录数据由微电脑(9)传给检查器(7)中单片机U10－1，再传给打印机，由打印机把各种记录打印出来。
专利摘要一种半导体交费卡式电能计控器，属电能计控技术。它由半导体交费卡、脉冲电度表、被控开关、检查器和限控电路组成。使用时，将存有防伪密码和额定用电量的一次性有效半导体交费卡插入计控器，被控开关接通电网，并根据该卡用电量对用户实行限额供电。它还可进行多费率计量和停电、单位时间最大用电负荷的自动统计，供电部门可通过检查器对计控器进行监查。
文档编号G07C11/00GK2151501SQ93210398
公开日1993年12月29日 申请日期1993年4月23日 优先权日1993年4月23日
发明者宋玮, 马肃领, 吴一兵 申请人:马肃领