专利名称：Ic卡电度表计费器和收费器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动计量电量的仪表装置。
目前，我国民用电度表为机械式电度表，仍然采用传统的供电局派人上门抄表、收费的方式。劳动生产率低、漏洞多。虽然很多单位研制了智能型电度表，但大多为工业用表。
本实用新型的目的在于提供一种具有对居民用电进行自动计量，控制和具有预付费功能，不改变原电表计量精度的IC卡电度表计费器和收费器。它可以实现我国居民家庭用电的合理控制和计算机化管理。
本实用新型的目的采用以下方式实现。
本实用新型的计费器由电量监测器和IC卡组成。电量监测器包括MCS80C51单片机，受单片机控制的断电控制电路和数码管显示电路，与单片机相连接的脉冲检测电路、RAM掉电保护电路、IC卡读写电路、程序自动复位电路和电源，所述数据掉电保护电路中设置有EEPROM，脉冲检测电路的取样装置由双路光电转换器构成，其输出的双路脉冲信号经脉冲检测电路进入单片机，来自IC卡的信号经IC卡读写电路也进入单片机，单片机将所得信号处理后馈给数码显示电路和断电控制电路。本实用新型的收费器由单片机、受单片机控制的电平转换器和壳体构成，通过串行口与PC机相连接，用于对IC卡的读写。
IC卡采用串行的EEPROM芯片，内部存有各个用户的标识码、密码、购电量、用电量等数据，IC卡可以是带CPU的智能卡或采用93C46的存储卡。电量监测器内还设置有漏电保护电路，声光报警电路。
用户持卡到供电局售电中心交费购电，售电中心将用户所购电量写入IC卡内，并将购电信息存入数据库；用户将卡带回家中插入电量监测器中，监测器读入电量即接通供电线路。监测器的面板上装有IC卡插槽、读入／显示按键、漏电复位按键、告警指示灯和断电指示灯。当线路漏电或监测器内剩余电量为零时，监测器切断供电线路，同时打开断电指示灯；如果是线路漏电引起的，则排除故障后按漏电复位键，监测器接通供电线路；当用户将购电后的IC卡插入卡片插槽后按读入／显示按键，监测器读入卡内电量且数码管显示此时监测器内剩余电量，此时即可将IC卡取下去购电中心购电备用。若平时用户按此键，则扬声器短时鸣响，同时数码管显示监测器内剩余电量。当监测器内剩余电量减少到报警电量(可设定)时，用户每用去0.1度电，监测器声光报警一次，直至剩余电量为零，此时切断供电线路。
本实用新型具有下述特点(1)具有高的安全性。在电量监测器中采用MCS80C51型单片机，监控程序装在片内ROM中，加密后用户无法从外部获得监控程序；每个用户具有不同的标识码，不同用户间IC卡不能互用；同一用户每次向监控器输入电量时，监控器除校验标识码外，还验证密码，且每次密码不同；IC卡中数据经过加密乱序后存放；在售电中心还可以根据用户以前的购电信息来估算用户的平均用电情况，从而查找用电不正常用户，以备进一步核准。
(2)在取样电路中采用双路红外反射式光电管，只需在电表转盘上涂一细条黑色油漆即可，改装简单方便，能有效地防止因感应电表抖动产生的计数误差。
(3)除采用IC卡传递数据外，在监测器内也装有EEPROM，监控器内重要数据都备份在这片芯片内。因此，即使在停电的情况下也不会丢失数据。
(4)具有借电功能。当用户电量用完而又来不及购电时，可预借一定电量(可在购电时设定)，待下次购电时归还。
(5)具有报警功能。当用户电量即将用尽(可在购电时设定)时，监测器发出声光报警，提醒用户及时购电。
(6)不同时期可通过控制购电量以及改变电费价格等手段控制用户用电量。
(7)监测器脉冲常数可外部改变，来匹配不同型号的单相电度表。
(8)IC卡采用串行EEPROM，连线少，方便可靠。
(9)具有漏电保护功能。当用户线路有漏电或有人触电时，监测器会自动断开电源，避免事故的发生，具有一定的防窃电功能。
本实用新型还可用于工业三相电度表。
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。
图1.电度表连接示意图；图2.电量监测器原理框图；图3.电量监测器取样装置示意图；图4.电量监测器脉冲检测电路原理图；图5.电量监测器数码管显示电路原理图；图6.电量监测器漏电保护与断电控制电路原理图；图7.电量监测器IC卡读写电路原理图；图8.电量监测器RAM掉电检测与保护电路原理图；图9.电量监测器声光报警电路原理图；图10.电量监测器程序自动复位电路原理图；图11.IC卡示意图；图12.收费器原理图；图13.收费器外观图。
如图1所示，电网电压经L2、L4进入电量监测器(2)，用户负载R接在L1、L3之间，L7、L8输入到电磁感应式电度表(1)的电流输入端，而电度表的电流输出端经L5、L6至电量监测器中。采样脉冲经L9(多条)输入到监测器中。数码管(3)可显示监测器内剩余电量和用户总的用电量。用户IC卡(4)插在卡片插槽(5)里。监测器的面板上还装有蜂鸣器(6)、读入／显示键(7)、漏电复位键(8)、报警指示灯(10)和断电指示灯(9)。
如图2所示，本实用新型电量监测器由80C51单片机(11)、脉冲检测电路(12)、漏电保护及断电控制电路(13)、掉电保护电路(14)、数码管显示电路(15)、IC卡读写电路(16)、声光报警电路(17)、程序自动复位电路(18)以及电源电路(19)组成。
如图3所示，本实用新型取样装置采用双路红外反射式光电管(20)、(21)取样而成以消除转盘抖动产生的计数误差。两个固定支架(22)、(23)将它们固定在电表的转动铝盘(24)上方，由于转动铝盘的反射率很强，在大部分时间内反射管输出相对高电平，但当反射率很弱的细条(如黑色油漆)(25)经过时，反射管输出相对低电平。这两种不同电平的信号通过传输线(L9)送给脉冲检测电路，只有当这两个反射管先后分别输出低电平时，脉冲检测电路才产生一计数脉冲，实现脉冲计数，这样就可以避免因转盘抖动产生的计数误差。
如图4所示，本实用新型的双路脉冲信号经U3、U4(LM393)比较，放大后送给U5(74LS74)，经整形后送至80C51的TO端，触发80C51计数。
图5示出了本实用新型监测器显示原理图。80C51的P0口输出段选码经驱动器U6(74LS244)驱动后送至各个数码管；P2口输出位选码经驱动器U7(5X9014)驱动后片选每一个数码管。
图6示出了本实用新型监测器漏电保护与断电控制原理图。电路正常情况下，流过零序电流互感器U11的电流大小相等方向相反(实际是通过负荷R1－进－出的电流)，其矢量和等于零，二次则无输出。故障情况下，即在负荷侧线路有漏电或有人触电时，流过U11一次电流的矢量和不等于零，而等于触(漏)电流，二次则有输出。当触(漏)电流达到规定的动作电流值时，经整流U12、放大驱动U13后控制双路继电器U14，切断用户线路，另外，根据监测器内剩余电量是否为零，控制信号P1.7经U15驱动放大后控制U14的通断。
图7示出了本实用新型监测器读写卡原理图。P1.3用于片选插槽U16内的IC卡，P1.4用于片选监测器内的串行EEPROM，P1.0－2作为二者的公共信号线。
图8示出了本实用新型监测器RAM掉电检测与保护原理图。当电网电压正常时，经变压稳压后的Vcc经R4、R5分压后大于3.9V，比较器U8输出高电平至80C51的INT0端，监测器正常工作。当电网电压下降到一定程度时导致Vcc经R4、R5分压后小于3.9V时，比较器U8输出低电平至80C51的INT0端，执行掉电保护子程序。当Vcc大于3V时，D1导通，D2截止，80C51由Vcc供电，当Vcc小于3V时，D1截止，D2导通，80C51由电池B1供电。
图9示出了本实用新型监测器声光报警原理图。P1.6、P1.5分别作为声光报警的控制信号，经U9、U10驱动后分别送至蜂鸣器B2和报警指示灯L1。
图10示出了本实用新型的程序自动复位电路原理图。U18为一计数器(4060)，R8、C1与R9组成了计数器的定时元件，P2.7经三极管反相后接至U18的复位端RST，计数器的输出端Qi接至80C51的复位端。正常工作时，80C51不断使U18复位，使得计数器的输出端始终保持低电平，一旦程序逸失，U18就会溢出，Qi为高电平，导致80C51复位，程序重新启动。
如图11所示，本实用新型的IC卡示意图。串行EEPROM(27)装在卡片基片(28)上，通过八个插脚(29)与监测器及收费器进行数据交换；整个卡片除插脚外都可用塑料封装起来。
如图12所示，本实用新型收费器(31)的单片机8031通过1488、1489电平转换器与PC机(30)串行通信。8031的监控程序存放在扩展的EPROM中，它通过P1口线实现对IC卡的读写，所需电源由市电经变压后提供。PC机部分软件采用FOXBASE数据库软件、C语言与8086汇编语言混合编制而成。(32)是打印机。
图13为收费器外观图。(33)为收费器壳体，(34)为卡片插槽，(35)为电源指示灯，(36)为复位指示灯，(37)为电源开关，(38)为复位按键，(39)为电源线，它直接接到市电电网，(40)为串行通信信号线(三根)，它接到PC机RS232串行口。
权利要求1.一种IC卡电度表计费器，由电量监测器和IC卡组成，其特征在于电量监测器包括单片机，受单片机控制的断电控制电路和显示电路，与单片机相连接的脉冲检测电路、RAM掉电保护电路、IC卡读写电路、程序自动复位电路和电源，所述掉电保护电路中设置有EEPROM，脉冲检测电路的取样装置由双路光电转换器构成，其输出的双路脉冲信号经脉冲检测电路进入单片机。
2.如权利要求1所述的计费器，其特征在于IC卡采用串行的EEPROM芯片。
3.如权利要求1、2所述的计费器，其特征在于IC卡可以是带有CPU的智能卡或为93C46存储卡。
4.如权利要求1所述计费器，其特征在于电量监测器［2］中还设置有漏电保护电路，声光报警电路。
5.一种与权利要求1所述的计费器配合使用的收费器，其特征在于它由单片机、受单片机控制的电平转换器和壳体构成，用于对IC卡的读写。
专利摘要本实用新型提供了一种IC卡电度表计费器和收费器。计费器由电量监测器和IC卡组成。电量监测器包括单片机，受单片机控制的断电控制电路和显示电路，与单片机相连接的脉冲检测电路、RAM掉电保护电路、IC卡读写电路、程序自动复位电路和电源。掉电保护电路中设置有EEPROM，脉冲检测电路的取样装置由双路光电转换器构成，其输出的双路脉冲信号经脉冲检测电路进入单片机。收费器由单片机、电平转换器和壳体构成。每个用户配备一个IC卡，用户自动到供电部门购买电量。
文档编号G07F15/00GK2185909SQ94210760
公开日1994年12月21日 申请日期1994年5月7日 优先权日1994年1月19日
发明者李津生 申请人:中国科学技术大学