CN1016286B - 电度表分时计量读数仪 - Google Patents

Abstract

一种对电功率分时计量及其读数记录的仪器，为避免抄表减轻收电费的工作量适于用计算机统一管理而设计。包括置于电度表内以单片微计算机为核心部件的分时计数器和置于电度表外对分时计数器进行置数、读数并按用户编码存储数据的读数器，读数器包括单片微计算机、LED显示器、存储器和一组功能键及打印帐单用的微型打印机。分时计数器和读数器上各有一个光电通讯接口窗口，只要从外部将两窗口对准即可完成通讯联络。

Description

本发明涉及一种用于测量的仪器，更确切地说是一种测量电功率时间积分的分时计量及其读数记录的仪器。

可以分别测量和记录高峰时间用电量和其他时间用电量，以便分别计算电费的双费率或多费率的分时计数器，如中国专利87204845“单片微计算机分时计量通用模件”，包括由单片微计算机、晶振与时间预调整器、显示装置组成的主电路板，直接输入时段控制程序、峰谷时间设定等指令的键盘和通过电度表内旋转铝盘控制取样计数的光电传感器。上述结构集时控装置、光电传感取样、逻辑计数及显示等功能于一体，与各种类型的电度表配置后，形成对电能分时计量的分时电度表。这种分时计量电度表的主要问题是需要人工读数，按期逐户收取电费。

为了避免抄表和减轻收电费的工作量，国外有丢筹码供电的预付电费的电度表和采用四芯定位插头的有机械接触的光电接口，而国内大多采用有线通讯方式的电接口进行计算机管理。中国专利CN88206688.9“分时电度表及计算机管理装置”，提供了一种非有线通讯接口的分时电度表及计算机管理装置，电度表内有微处理器，计算机管理装置内有读出编程器和计算机，电度表与计算机管理装置间的通讯接口采用了分别安装在电度表及计算机管理装置内的由发送信号器和接收信号器共同构成的发出红外调制脉冲信号和接收红外调制脉冲信号并加以解调的传输装置，虽然克服了电接触和机械接触的弊端，但技术较复杂、成本高、体积大，也难于装在现有的电度表产品中。

背景技术中美国专利US4283772“具有电子累计及显示的时间可编程寄存的交流电度表”，其电表读数显示安装在电表上，通过光电接口控制其显示各个项目。

本发明的目的在于：在以单片微计算机为主要部件的电子分时计数技术构思的基础上，设计一种能自动读取并存贮分时计数器数据的读数器，通过分时计数器与读数器间的既非有线又非机械也非红外调制解调方式的通讯联络接口，完成：

1）向安装在电度表内的分时计数器输入预先设置在读数器中的全天24 小时中“高峰”、“低谷”、“平常”各个时区的起止时间;

2）向分时计数器输入当前日历及时钟，包括年、月、日、星期、时、分、秒;

3）向分时计数器输入按一定规则编制的用户编码;

4）从分时计数器中读出用户编码，当前日期、时钟，各时区的起止时间，电度表在“峰、谷、平”各时区累计的用电量计数值并计算电费。读数器可通过显示部件显示上述全部数据，也可由微型打印机直接打印帐单，还可通过所配置的接口，将存贮在读数器中的全部用户的全部数据传输给主计算机，主计算机按用户编码检索并处理数据，将各用户应付的电费通过计算机网络从用户所在银行的帐户上直接扣除。上述发明构思免除了抄表计算、收费等一系列繁锁过程，从而实现了全计算机化的分时电价收费。

本发明是通过光电接口实现读数器与电子分时计数器间的数据通讯的，读数器与分时计数器上各有由光发射器和光接收器组成的光电通讯窗口，使用时，只需将两个光电通讯窗口从外部对准，即实现了对分时计数器系统时钟、日历、各工作区起止时间、用户编码等数据的输入和对用电量、电费及上述数据的读取、存贮。

下面结合实施例图详细说明本发明。

图1.电子分时计数器电路图，包括分时计数器的电源电路图1-a。

图2.读数器原理框图。

图3.读数器光电通讯接口，功能操作输入及显示输出部分的电路图。

图4.读数器存贮、打印部分的电路图。

图5.电子分时计数器主程序框图。

图6.读数器主程序框图。

图7.读数器发送数据子程序。

图8.读数器接收数据子程序。

参见图1，以单片微计算机1为核心部件的电子分时计数器的全部功能均固化在单片机的存贮单元中，单片机计数输入T1接入反射式光电耦合器2，从电度表旋转铝盘上拾取光脉冲。旋转铝盘上有一小块区域涂黑，其余区域为银白色，当发光管发出的红外光被旋转铝盘的黑区吸收时，红外光接收管输出低电平;当红外光被铝盘的白区反射时，红外光接收管输出高电平，电度表表 盘每转一圈，经光电耦合器转换为电脉冲输入单片机，单片机对此脉冲在不同的“峰、谷、平”时区内分别累加计数并转换成度数，按不同费率计算电费，分别存入相应的“峰、谷、平”单元中。由于在分时计数器内设置了一个百年日历和一个由晶体振荡器组成的高精度时钟3，从而不仅实现了全天24小时高峰、低谷、平常时区的分时计价，而且进一步实现了将全年各种节假日、周未、夏时制等因素考虑在内的分时计价。由一个遮挡式光电耦合器的光发射管和另一个遮挡式光电耦合器的光接收管组成光电通讯接口4，当与读数器进行数据通讯联络时，光接收器将读数器的数据通过单片机的RXD端以串行方式输入单片机1完成数据预置;光发射器将分时计数器的数据通过单片机的TXD端仍以串行方式输出给读数器。

图1-a为电表分时计数器的电源电路，包括整流、滤波和三端稳压器件，输出+6V供光电耦合器使用，Ni-Cr电池为发生停电事故时提供给单片机备用，保证分时计数器内数据不丢失，系统时钟、日历连续运行。图中二极管D1、D2的作用在于防止停电时电池向电源倒灌，分时计数器的工作主流程可参见图5的主程序框图。图1和图1-a所示线路、元件均按图连接装配在产品电度表中。

参见图2，读数器也以单片微计算机10为核心部件，实现与分时计数器间数据通讯的光电接口13，存储有与用户有关的全部数据的存贮器14，存储有全部系统程序的存贮器15，显示系统时钟、日历、各时区起止时间、分项标志、用户编码以及各时区累加计数值的显示器11，完成各种数据预置并对计数器进行置数及读数的功能操作键盘12，打印用户帐单的微型打印机16及为将读数器中数据输入主计算机进行统一处理管理的计算机接口17。

按图2框图构思设计的读数器实施例电路图可参见图3和图4。图3包括图2框图中的10、11、12、13和17。图4包括图2框图中的10、14、15和16。

参见图3，由一个遮挡式光电耦合器的光发射管和另一个遮挡式光电耦合器的光接收管组成读数器的光电通讯接口13，当与分时计数器进行数据通讯联络时，光接收器将分时计数器的数据通过单片机10的RXD端以串行方式输入读数器中：光发射器将预置好的数据通过单片机的TXD端以串行方式输出给分时计数器。

实施中将二个市售的中间带有凹槽的遮挡式光电耦合器从中央凹槽处截为两部分，将截得的光发射管和光接收管分别安装在分时计数器和读数器上，各形成光电通讯窗口。使用时只需将两个窗口从外部对准，由读数器发、计数器收或由计数器发、读数器收，通过图中电路将数字电脉冲信号转换成一系列红外光脉冲，再还原为数字电脉冲。由于单片机串行口的通讯速率较高（如为9600bps），因此计数器与读数器间的数据通讯是十分简捷而准确的。

读数器的计算机接口17为准RS-232接口，与主计算机的标准RS-232接口相连，单片机10输出的0.6144MHZ的ALE信号驱动一个DC/DC变换器产生-3.4V的直流电压，将TTL电平转换为符合RS-232标准的电平信号，当图中开关K1-1、K1-2打向位置2时，为读数器与主计算机进行数据通讯的位置，图中A线为向主计算机发，B线为从主计算机收。

读数器的显示部件11包括8位共阴极LED显示器111、单片机P1口（P1.4-P1.7）输出的BCD码经锁存/译码/驱动器112，驱动各位LED显示器111，LED显示器的位码信号由单片机10的P1口（P1.0-P1.2）输出，经译码器113译码、反相器114驱动接至各位LED的阴极。

对读数器进行功能操作的键盘12，采用复用式结构，一键多用，操作相应的键，进入不同的子程序，完成不同功能，由单片机P1口（P1.0-P1.2），经译码器113逐位输出扫描信号，由单片机P3口（P3.4或P3.5）分别读入，以确定所操作的键，本实施例共设置了1-10个功能键。

参见图4，单片微计算机10的时钟信号由晶体振荡器101产生，15为程序存贮器EPROM，为了使采用电池供电的读数器在断电情况下仍能保存所读取的用户数据，数据存储器14采用电擦除可编程只读存储器E    PROM。由单片机ALE端将单片机数据总线DB0-DB7输出的8位数据锁存在地址锁存器102上，为程序存贮器15和数据存储器14提供低8位地址，由单片机P2口（P2.0-P2.4）提供高5位地址。程序存贮器15的片选CE信号由单片机10的P2.5引出，地址空间为8000H-9FFFH，数据存贮器14的片选信号由单片机的P2.7引出，地址空间为2000H-3FFFH，单片机10经数据总线从两存储器上读取程序或数据。当单片机访问程序存贮 器15时，PSEN作为选通信号配合地址码读出相应单元的指令并送到数据总线上供单片机读取。

微型打印机16的数据线接在单片机的P0口上，其选通信号端CS接单片机的P2.6，作为单片机外部的一个扩展口，口地址为AFFFH，单片机采用中断方式控制打印，打印机Busy忙状态线与单片机的INT1中断线相接，Busy为0时向单片机发中断信号。

读数器的工作主流程参见图6，与十个功能键对应的十个子程序，其中增值与减值子程序为预置数据时执行加、减1操作的，索引编码输入子程序为输入用户编码使用，用户编码可按一定规律比如用户电话号码编制，用户编码通过数据存储子程序存入。通过帐单计算、打印子程序可自动用本次读数的总累计值减上次读数的总累计值并打印出本次读数该交的电费。

读数器发送子程序的工作流程参见图7，其中M码表示读数器所接收的回授码是来自分时计数器的，接着执行分时计数器发送数据的操作，C码表示读数器所接收的回授码是来自主计算机的，接着执行向主计算机发送数据的操作。

读数器接收子程序的工作流程参见图8，由读数器向分时计数器发握手码，计数器接收后再向读数器发回授码，读数器接收回授码并作正确与否的判断，接着正式接收数据或指示操作错误。

本发明的分时计数器附加在用户原有电表中，毋需改动用户原来的线路，只需从电度表中旋转铝盘上拾取计数取样脉冲，并有备用电池保证系统数据不丢失。本发明的读数器为袖珍式结构，上有10个功能键，8位LED显示器和微型打印机。通过本发明的分别设置在分时计数器及读数器上的光电通讯窗口，实现分时计数器与读数器间的数据通讯，不用特别引出信号线或采用接插件，即可完成对分时计数器各种数据的预置和对分时计数器各种数据的读取、存储并为将数据输入主计算机作统一处理的全计算机化管理准备了条件。

本发明的既非无线遥控又非有线的光电通讯接口方式不仅可用于电度表的电费计价、读数，还可用于其他不便引线或使用接插件进行信号传输通讯的场合，比如密码钥匙等，而且具有成本低廉，使用方便的特点。

Claims (4)

1、一种对电度表的分时计量读数仪，由安装在电度表内的分时计数器和置于电度表外、对电度表电功率进行分时计量读数的读数器两个部件组成，所述的分时计数器包括光电耦合器和单片微计算机，光电耦合器用于从电度表中旋转铝盘上拾取计数脉冲，单片微计算机用于记录计数脉冲并按预置的24小时中峰、谷、平各时区起止时间和全年节假日、周末、夏时制分别累积计量电功率、计价，所述的读数器包括单片微计算机、数据存储器、程序存储器和一组功能键，用于对分时计数器进行置数、读数，并按用户编码存、显示、打印数据，其特征在于：

1)所述的分时计数器上还有由一只遮挡式光电耦合器的光发射器和另一只遮挡式光电耦合器的光接收器组成的光电通讯接口窗口，光电通讯接口与分时计数器单片微计算机的串行口(TXD)相连接；

2)所述的读数器上还有由一只遮挡式光电耦合器的光发射器和另一只遮挡式光电耦合器的光接收器组成的光电通讯接口窗口，光电通讯接口与读数器的单片微计算机的串行口(RXD)相连接；

3)置于电度表内的分时计数器与在电度表外的读数器间的数据接口是将分时计数器的光电通讯接口窗口与读数器的光电通讯接口窗口从外部对准。

2、根据权利要求1所述的一种电度表的分时计量读数仪，其特征在于所述的读数器还包括数据显示器和打印帐单的微型打印机。

3、根据权利要求1所述的一种电度表的分时计量读数仪，其特征在于所述的读数器还包括有向主计算机输入数据的计算机接口电路。

4、根据权利要求1所述的一种电度表的分时计量读数仪，其特征在于所述的分时计数器还包括一个保证停电时不丢失数据的备用电池及其充电回路。

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