CN1549222A - 独立网络电能计量及电费管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明利用10KV及380V两级输电线路(可以扩展到10KV以上等级的输电线路)为通讯通道，在10KV/380V变压器旁采用双向中继的方法实现了中心控制器(或计算机及与之串行口相连调制解调装置)与用户盒的双向数字通讯，从而达到供电企业对各用户实现远程监控及自动化管理的目的，它包括中心控制器，阻波及直接滤波装置，10KV/380V变压器双向变频中继器，用户盒组成。是集各用电户的电能计量，用电参数设置、电费管理于一体的智能化系统(也可以扩展为有水、煤气远程抄表及其它家电远程控制功能的系统)。用于供电企业全系统自动化管理。

Description

独立网络电能计量及电费管理系统

所属技术领域

本发明是一种电能计量及电费管理系统，尤其是一种利用输电线路作为数据通讯载波通道的独立网络电能计量及电费自动管理系统。

背景技术。

供电部门的电表抄表及电费结算是一种烦琐的工作，所需人力多，效率低，无法适应当前的发展趋势。目前，虽然出现了一些卡式电表及在一定程度上利用380V输电线路作载波通道，配合电话线，交流接触器。集中器，中心计算机待等构成的抄表及电费管理系统，如专利号为99222174.1，名称为载波用电集抄预收费装置的实用新型专利，但依然存在如下问题：1、没有独立的全套解决方案，要部分依靠别的通讯通道，增加了系统的不安全性，且增减装置的功能会受硬件及相关协议的限制。2、控制中心装置及用户端的计量控制装置结构较的复杂、成本高。3、在380V输电线路部分的通讯载波信号强度会因为用电负荷的增加而变弱，特别是当用户因为功率因数达不到要求值而要用并联电容器进行补偿时，补偿电容会极大地消耗载波能量，同时用电器与10KV/380V变压器产生的谐波会以对通讯载波产生干扰，降低了通讯的可靠性，而载波也会对用电器产生谐波污染。4、无监示用户用电功率的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全系统的各部分组成构件均独立设计，用户端的计量、通讯、通断电控制设备结构较简单，成本较低，通讯载波的可靠性高，通过中央控制设备就有读出用户用电度数、实时用电功率，实现多时段，多费率计费，欠费或少于一定帐户余额自动断电，分时段设置最大用户用电功率，超过设定值自动断电，记录每月的用电量，记录多次交费额及总交费额及交费日期等功能的电能计量及电费管理系统。

本发明的技术方案

本发明是通过下述装置及方法实现过程的：

本独立网络电能计量及电费管理系统，它以控制中心设备(中心控制器或计算机及与之串行口相连调制解调设备)与三相/单相用户盒构成的双向数据通讯装置为基础，实现了控制中心设备对三相/单相用户盒的数据查询、数据发送及控制之目的，同时三相/单相用户盒有某些自控功能的系统。双向数据通讯的装置为：10KV与380V两级输电线路通道(也可扩展到10KV以上的输电线路)、负责10KV与380V线路间信号相互转送的变压器双向变频中继器，分别装在两级输电线路通道两端(为加大载波的阻抗)的阻波装置及两端外侧(为减少变压器或用电器产生的与载波同频谐波干扰)的滤波装置。

所述的独立网络电能计量及电费管理系统的运行方法为：中心控制器经耦合电路通过10KV输电线路A相(或B相)线向变压器双向变频中继器(简称中继器)发送数字载波信号，中继器接收解调后以更低频率的载波再调制，放大一定功率后同时送往低压输电线路部分的A、B、C三条相线，零线作为三条相线的共同回路，用户盒在接收到经中继器转发来的载波数字信号后，首先进行解调，解调后再读编码及指令内容，如果编码及指令内容为多用户均要共同执行的指令，则多用户均要共同按指令内容执行，如果编码及指令内容是单一用户才要执行的指令，那么(假定指令为调回某数据)，被选中编码的用户盒就要将要调回的数据变成串行数据，然后加载波调制并放大到一定功率后，经耦合电路发送到该用户所在的相线上，中继器收到信号解调，再以更高的频率的载波调制并放大到一定功率后送行10KV输电线路的B相(或A相)线上，C相线为双向通讯的共同回路，中心控制器通过耦合电路接收信号，经解调后编译成相应的数字显示出来。中心控制器对用户盒发送的指令内容是通过编写中心控制器及用户盒内的单片机程序实现。

所述独立网络电能计量及电费管理系统的中心控制器，其与单片机串行输入端相连的接收电路，与单片机串行输出端相连的发射电路，与P0、P1、P2、P3端口全部或部分端相连的程序存贮电路、静态随机存贮电路、接口电路、以及通过接口电路相连的矩阵式键盘、显示电路及显示电路相连的LED数码管组成。

所述独立网络电能计量及电费管理系统的变压器双向变频中继器，其连接10KV线路端的接收解调电路，信号接收并解调后传送给与之相连的低压端调制发射电路，信号在调制发射电路经较低频率载波调制并放大到一定功率后同时送往低压端的三条相线上，同时低压端的三条相线上也分别连接三套接收解调电路，来自380V线路的信号经接收解调后，三路信号相当于经过相加处理后，再进入与之相连的调制发射电路，在该电路用较高频率的载波调制并放大到一定功率后经耦合电路进入10KV输电线路。

所述独立网络电能计量及电费管理系统的三相/单相用户盒，是以摸拟乘法器的两个输入端分别连接采集电压信号及电流信号装置，输出端连接A/D转换器，A/D转换器输出端连接单元片机的P1端口，单片机的P0、P2端口连接存贮器，P3.5、P3.4连接控制永磁维持式双态继电器线路，TXD连接发射电路，RXD连接接收解调电路。另外，在相线入口处串连上阻波装置及连上与用电器并联的滤波装置。三相用户盒是三个摸拟乘法器分别输入三条相线与零线之间的电压信号及三条相线的电流信号，三个输出端连接摸拟加法器的三个输入端，摸拟加法器的输出端连接A/D转换器，其它连接与单元相用户盒相同。

所述独立网络电能计量及电费管理系统的三相/单相用户盒实现电能计量的方法是：用电电流转换而来的电压与来自电压互感器电压进行模拟乘法运算，模拟乘法模块的电压输出值经A/D转换，单片机每隔1秒采集一次A/D转换结果，并执行一次累加，从而产生电能计量值。三相用户盒与单相用盒不同之处在于三路摸拟乘法模块的电压输出值经摸似加法运算后再A/D转换。

所述的独立网络电能计量及电费管理系统，在10KV变压器输出端有滤波装置、在滤装置后有阻波装置，10KV/380V变压器输入端有阻波装置，在阻波装置后有滤波装置，目的在于提高载波输送时的强度、减少两端变压器对载波的消耗，同时也减少变压器有可能产生的谐波对载波的干扰。同样在380V输电线路上，10KV/380V变压器输出端及用户盒输入端也有阻波及滤波装置，作用也与10KV线路上的相似。

所述的独立网络电能计量及电费管理系统，其中心控制器、中继器及用户盒的接收模块中采用双边带检波解调技术。

所述独立网络电能计量及电费管理系统三相/单相用户盒的永磁维持式双态继电器，其特征在于：用凹型硅钢片叠加而成的上吸铁、下吸铁，凹口上下相对，在上吸铁与下吸铁之间有一条可上下移动的条型永磁铁，磁铁上方有用于接通触头的镀银金属片，上下吸铁都有由漆包线绕成的吸合线圈及分离线圈，线圈上串联的用于放大控制电流的三极管。

所述的独立网络电能计量及电费管理系统，其中心控制器(或计算机)、单片机程序可以按功能需要修改或增减程序内容。

所述独立网络电能计量及电费管理系统的中心控制器，也可由计算机及连接在计算机串行口上调制解调装置代替，调制解调装置构成为：串行口发送数据端经反相后连接到调制电路，用一定频率的载波调制数据信号并放大到一定功率后通过耦合电路送往输电线路上。通过耦合电路从输电线上接收的信号经解调后再后相，最后送往串行口的数据接收端。串行口的公共地线要与调制解调装置的公共地线相连。

运用本系统能使电能计量及电费管理达到计量与计费、收费管理自动化的效果，极大地减少供电系统工作人员的工作强度，使供电管理自动化。1、在一条10KV线路供电范围内能直接在中心控制器上读出每一用电户的用电量、  实时用电功率；2、设置了有关参数后，能达到电费自动管理目的；3、欠费用户在整个系统开启扫描功能的前提下，能列出欠费用户的清单；4、在超过设定的欠费额后，能自动断开户的用电；5、灵活地实现多时段、多费率计费的目的；6、可远程对指定用户实现断电操作。

附图说明

下列结合附图和实施例对各部分加以详细说明：

附图1是整个系统原理图。

1、35KV/10KV变压器  2、滤波及阻波装置  3、阻波及滤波装置  4、10KV/380V变压器  5、中心控制器(或计算机及与之串行通讯口相连调制解调装置)  6、变压器双向变频中继器  7、滤波及阻波装置

附图2是中心控制器原理图。

附图3是单相用户盒原理图。

附图4是变压器(10KV/380V)双向变频中继器的原理图。

附图5是可调式固定增益双边带检波解调方法的电路原理图(低压输电线路接收部分)。

附图6也是可调式固定增益双边带检波解调方法的电路原理图(高压输电线路接收部分)。

附图7是永磁维持式双态继电器的原理图。21、为接线柱  22、为触头  23、为上吸铁  24、为条型永磁铁移动导条  25、为吸合线圈  26为分离线圈27、为条型永磁铁  28、为弹性绝缘层  29为镀银金属片  30、为下吸铁。

附图8是三相四线用户盒与单相用户盒的差别部分原理图。

具体实施方式

在附图1的整个系统原理图中，中心控制器经耦合电路通过10KV输电线路A相(或B相)线向变压器双向变频中继器(简称中继器)发送数字载波信号，中继器接收解调后以更低频率的载波再调制，放大一定功率后同时送往低压输电线路部分的A、B、C三条相线，零线作为三条相线的共同回路，用户盒在接收到经中继器转发来的载波数字信号后，首先进行解调，解调后再读编码及指令内容，如果编码及指令内容为多用户均要共同执行的指令，则多用户均要共同按指令内容执行，如果编码及指令内容是单一用户才要执行的指令，那么(假定指令为调回某数据)，被选中编码的用户盒就要将要调回的数据变成串行数据，然后加载波调制并放大到一定功率后，经耦合电路发送到该用户所在的相线上，中继器收到信号解调，再以更高的频率的载波调制并放大到一定功率后送行10KV输电线路的B相(或A相)线上，C相线为双向通讯的共同回路，中心控制器通过耦合电路接收信号，经解调后编译成相应的数字显示出来。中心控制器对用户盒发送的指令内容是通过编写中心控制器及用户盒内的单片机程序实现。三相四线用户盒可选择任何一条相线作接收及发送信号，零线作为双向通讯的共同回路。元件参数是以如下载波频率设计的：中心控制到中继器5MHz，中继器到用户盒48191Hz，用户盒中继器57600Hz，中继器到中心控制器4.433MHz。

在附图2的中心控制器原理图中。IC2为单片机，采用MCS---51系列，IC1为EEPROM，采用28C04。主要为了扩展SRAM，IC3为地址锁存器，采用74H373，IC4为COMS EPROM，是单片机的外部程序存贮器，采用27C512，IC5-IC9为SRAM(静态存贮器)，采用628512，它要与带锂电池的IC插座配合使用或者采用相互兼容的非易挥发性SRAM，使断电后能保存数据，它用于存贮系统要保存的绝大部分数据，IC10为总线与矩阵式键盘的接口电路采用8255A，IC11为总线与模块(三)的接口电路，采用8255A，模块(三)为显示驱动电路。IC12为8K×8位的非易挥发性静态存贮藏器，采用DS1643，具有全功能的实时时钟，除提供一定的存贮空间外，主要是利用它的实时时钟功能。C31、C32、C33为高压耦合电容，C33与L3构成谐振频率为5MHz的串联谐振电路。C32与L2为构成谐振频率为4。433MHz的串联谐振电路，C31与L1构成谐振频率为4.7MHz(约为5MHz×0.9或4。433MHz×1.1所得的值)串联谐振电路，R2为B相与C相线之间的特性阻抗的匹配电阻，根据线距与线径的不同计算得出。模块(一)是接收解调模块(原理在附图6的说明内容中)，模块(二)是调制发射模块，把从单片机TXD端串行输出的数据信号经反相后用载波进行幅度调制，并放大到约40W的功率后送往A线。(10)为LED数码管显示器。

在附图3的单相用户盒原理图中。阻波装置起到加大载波信号输入阻抗及很大程度上隔离了用电器产生同频谐波对载波干扰的作用，IC20为模拟乘法器，IC21为模/数转换器，IC22为单片机，采用片内有ROM的51系列产品，IC23为非易挥发性静态存贮器或插入有断电保护功能IC插座的静态存贮器，L5与C1构成以工频为谐振频率的并联谐振电路，它的作用是过滤除工频以外的所有谐波，电源模块是提供±10V与±5V直流电源的，电源模块放在阻波装置及L5、C1并联谐振电路之后是减小电源模块产生谐波对载波的干扰。C9与L22构成以接收频率为谐振频率的串联谐振电路，模块(四)为接收解调电路，它的原理在附图5的说明内容中，模块(四)的输出信号经施密特触发器被送往IC22接收端RXD与 INT0，因为第1位起始位为0，用来输入中断端 INT0，先中断单片机的其它运行程序，而转入串行数据接收程序，并同时禁止 INT0的中断请求，接收完数据后，恢复执行原运行程序及允许 INT0的中断请求。R3为电流取样电阻(非标准件)，R3产生的电压降经R4、W2、A1构成的反相放大器反相放大后与来自电压互感器H1的电压信号一起送入模拟乘法器IC20，IC20输出信号经W4(W4有计量精度的调节作用)、R14、C8的作用后进入模数转换器IC21的VI端，经IC21的A/D转换后变成二--十进制码从Q0-Q3输出，DS1---DS4是选通信号，单片机IC22通过判断DS1-DS4的输出确定Q0-Q3输出的那一位并将其存入相对应的存贮位置。并对其执行一次累加。然后，再去采集下一个IC21的数据，并重复上一次过程，两次累加的间隔时间为1秒，以达到计量电能的目的。IC23作用是保存数据(包括用户编码)。运放A2与R5、W1构成同相放大器，它的作用为有用电时(有大于起始计量的用电功率)放大来自A1的输出信号，输出信号通过施密特触发器触发单片机的 INX1端，使单片机从ID方式回到正常运行状态，并禁止 INT1的中断清求。而在单片机检测到IC21输出的个、十、百、千位均为0时指令使单片机从正常运行状态进入ID方式，并允许 INT1的中断请求。A1、A2为±10V供电，IC20采用AD534L、IC21采用MC14433(或CC14433)，IC23采用6116(或6117)。

在附图4的变压器(10KV/380V)双向变频中继器的原理图中。从控制中心送来的调制信号经耦合电容C10及L7构成的串联谐振电路到模块(七)[模块(七)为接收解调电路]解调，经两个施密特触发器后到模块(八)(为调制发射模块)，该模块以较低频率重新进行幅度调制并放大到约60W功率后，经L10与C15，L11与C14，L12与C13同时送往低压输电线路的A、B、C三条相线，零线作为双向通讯的共同回路。L10与C15、L11与C14、L12与C13构成串联谐振电路。R16是高压输入端的特性阻抗的匹配电阻。模块(九)、(十)、(十一)为接收电路，从各相用户计量控制盒送来的载波信号分别经过C15与L15到模块(十一)、C14与L14到接收模块(十)，C13与L13到接收模块(九)三个模块的输出信号都经过施密特触器后到与非门的三个输入端(实际上同一时刻三条相线中只有一路有信号，因为控制中心访问的用户盒每个都只有一个编码的)，从与非门的输出端输出信号进入模块(十二)(为调制发射模块)，该模块以高频重新调制并放大到40W左右的功率后经L8与C11送往10KV输电线的B相线上。C相线作为双向通讯的共同回路，L8与C11、L9与C12、L15与C15、L14与C14、L13与C13也是构成串联谐振电路。模块(九)、(十)、(十一)的原理是相同的，在附图5的说明中有阐述。模块(七)的原理在附图6的说明内容中。

在附图5的可调式固定增益双边带检波解调方法的电路原理图中(低压输电线路接收部分)。输入端输入信号后，如果频率是在L18、C19、R26构成的并联谐振电路的谐振频带内，②点的信号比①点强，A5与R20、W7、R23、W8构成的差动式放大器(减法器)输出与输入端同相的放大信号，A4、R19、W6构成同相放大器直接放大输入信号，A4与A5的输出信号同时送往模拟乘法IC27的X1、Y1端，IC27输出端Vout的输出信号为正电压，经过D3、R24、在D5、R27、C22的共同作用下变成解调了的信号输出。如果输入信号频率在L18、C19、R24构成的谐振电路谐振频带之外，A4与A5的输出信号互为反相，IC27输出为负电压，U0为0电位，无信号输出。IC27采用AD534，C19、L18的值在用户计量控制盒内模块(四)内与中继器内模块(九)、(十)、(十一)内分别为1000P、10.9mH与820P、9.3mH。

在附图6的可调式固定增益双边带检波解调方法的电路原理图中，所不同的是它用在10KV输电线路的信号接收，即控制中心与中继器的高压接收端，它的原理与附图5的大致相同，所不同的是由于接收信号的载波频率较高，用的模拟乘法器IC30不同，以及多了一级同相放大器(如果一条10KV线路上10KV/380V变压器台数较多，最后一台变压器处的中继器接收到的信号较弱，因此，要多设计一级同相放大器)。IC30采用AD734，C26与L20的值在控制中心模块(一)中和中继器模块(八)中分别为11P、0.117mH与10P、0.1mH。

在附图7的永磁维持式双态继电器的原理图中。当吸合线圈25有电流通过时，上吸铁23对条型永磁铁27产生吸力，下吸铁30产生推力，条型永磁铁27向上运动，使镀银金属片29与触头接触，电路接通。条型永磁铁27和镀银金属片29之间通过弹性绝缘层28绝缘。当条型永磁铁27与上吸铁23吸合后，靠条型永磁铁27通过上吸铁23产生的磁回路吸力维持，吸合线圈25不需维持电流。分离过程的原理也一样。三相四线用户计量控制盒的永磁维持式双态继电器的原理也一样，只是触点数更多而已。

在附图8的三相四线用户盒与单相用户盒的差别部分原理图中。模块(十三)、(十四)、(十五)是模拟乘法模块，模块(十六)是模拟加法模块，模块(十七)是模数转换模块(A/D)，H18、H17、H16是电流互感器，它们的互感电流分别通过R76、R75、R74产生各自的电压降，然后分别送到模块(十三)、(十四)、(十五)的其中一个输入端，H15、H14、H13是电压互感器，产生的互感电压，分别送往模块(十三)、(十四)、(十五)的另一输入端，三个模块输出端信号一并送入模块(十六)的三个输入端，在输出端输出的模拟信号是反应三相即时用电有功功率之和的模拟电压，经W16、C75、R78的作用后送往模块(十七)，A/D转换输出的数字信号送到单片机的P1口，A14与W15、R77构成同相放大器，它的输出信号经施密特触发器到单片机的INT1端，其它过程与单相用户计量控制盒相同，它的通讯线路可在A、B、C三条相线中任选一条。

由于本系统功能较多各客户所要求的功能也有所差别，如果全部功能的实施过程都加以说明编幅极大，只能部分说明，下列列举中心控制器读某户的用电量数据及欠费自动断开供电(电费管理的部分功能)功能的例子说明实施过程。

一、中心控制器读某用户的用电量。中心控制器(参照附图2)的单片机在没有执行其它任务时，都在循环执行这样的程序：键盘扫描-----控制LED数码管显示----键盘扫描。操作员先在键盘上按顺序输入该用户的编码，每打一个数字，LED数码管都会显示，数字输入后，按调用电量键，单片机在扫描到该键按下后将转入执行该功能的程序，而不再执行键盘扫描----控制LED数码管显示------键盘扫描的循环程序。实现调户用量功能的过程是这样的1、将该用户的编码十进制的BCD码转化为二制码存入10H与11H内存。2、将指令码存入12H内存，设定调用户用电量的指令码为0AH。那么12H内存的内容就为0AH。3、(10H)→A寄存器→SBUF。4、串行口发送中断。5、(11H)→A寄存器→SBUF。6、串行口发送中断7、(12H)→A寄存器→SBUF。8、检测串行接收端RXD信号是否为0，以上7步是控制中心发送户编码及指令内容的过程。中继器(参见附图4)的模块7在通过C10、L7接收到来自中心控制器的调制信号后，解调(解调原理参见附图6的说明)，经两个施密特触发器反相后，到模块8，模块8用较低载波频率调制后放大到约60W的功率后，通过L10、C15、L11、C14、L12、C13同时送往380V输电线路的三条相线，零线作为三条相线的共同四路。在中心控制器发送编码及指令内容中继器在中继信号的过程中用户盒都在执行接收任务，中心控制器与用户盒的串行通讯工作方式采用10位UART(异步通讯)，波特率可设置为1200或2400。用户盒接收过程为(参见附图3)：1、模块4通过C9、L22接收到低频调制的数字信号后解调(解调原理参见附图5的说明)，解调后的信号经施密特触发器后，同时送往单片机IC22的RXD及INT0端，第1位输入INT0端后，先中断单片机的其它运行程序，转而进入接收1帧串行数据的程序，并禁止INT0的中断请求，接收完1帧串行数据后再恢复INT0的中断请求，第2帧、第3帧过程也一样，第1、2、3帧数据接收后的存放过程为：SBUF→A→(10H)、SBUF→A→(11H)SBUF→A→(12H)(10H、11H、12H为片内RAM)数据接收完成后，将进入户编码比对及指令内容解读程序，设定用户盒编码存放在IC23的00H、01H(相对P2口的地址)，那么户编码的比对过程为：0→Cy(00H)→A，A-(10H)(片内)→A判断A是否等于0，A不等于0时，该用户盒未选中，A等于0时，(01H)→A 0→Cy A-(11H)(片内RAM)→A，再判断A是否等于0。A不等于0该用户盒未选中，A等于0，进入解读指令内容过程，(12H)(片内RAM)→A，A-#0AH→A A不等0时，再减别的指令内容码。A如果等于0，执行调用电量数据指令。设用电量数据存贮在IC23的10H、11H、12H、13H、14H，用电功率的最少量化单位为1.8W，每度电就等于2000000×1.8瓦·秒，13H、14H为低4位，它与来自IC21的与功率相关数字进行10进制加法运算，其它高位按二进制加法运算，那么执行调用电量数据的过程为：1、(10H)→A→SBUF，2、串行口发送中断，3、(11H)→A→SBUF，4、串行口发送中断，5、(12H)→A→SBUF，6、串行口发送中断，7、恢复原执行程序。至此，用户盒发送回中心控制器的数据过程完成，在用户盒向中心控制器发送数据的过程中，中继器的工作过程为(参见附图4)：来自低压输电线路的低频载波信号经C15、L15(假设所选中的用户盒在该条相线上)到模块11，经模块11解调后(解调原理参见附图5的说明)经施密特触发器，与非门后，到发射模块12，模块12以高频载波调制并放大到约40W的功率后送往10KV输电线的B相线上，C相线作为双向通讯的共同回路，B相线上的载波号经C32、L2进入中心控制器(参见附图2)的模块1再经反相器后达单片机IC2的RXD端，由于单片机在发送完户编及指令内容后一直处于搜寻RXD的输入状态(不是针对所有操作内容指令，而是针对有调回数据的指令)。当RXD输入从高电平转入低电平时，进入第1帧数据的接收程序，并存入20H〔SBUN→(20H)〕，接下来的过程为：1、串行口接收完中断。2、SBUF→A→(21H)。3、搜寻RXD端的输入状态。4、RXD从高到低电平时进入第二帧数据接收程序。5、串行口接收完中断。6、SBUF→A→(22H)。7、搜寻RXD端的输入状态。8、RXD从高到低电平时进入第三帧数据接收程序。9、串行口接收完中断，至此，接收用电量数据的任务完成从而进入编译状态。按1.8W为最小量化单位的话，接收回来的最低位代表性200分之1度，那么编译为度的过程为：20H.21H.22H内数据右移1位(相当于除以2)、把右移结果转换为二十进制，在倒数第三位加入小数点并显示，至此，调回用电量数据的过程结束，中心控制器单片机又回到键盘扫描与显示控制程序的循环中。二、实现某用户欠费自动断电功能的实施过程(以最小量化单位为1.8W为例)由于上一实施例在涉及数据的双向通讯过程中阐述较为详细。在这一实施例中与数据双向通讯相关的过程不在作详细说明。

1、输入某用户本次交费额、最多欠费额及每度电的单价

(1)、输入该用户编码，按户编码存贮键，中心控制器将该用户编码转换为二进制并存放在10H与11H。

(2)输入每度电单价，按单价输入键，进制中心控制器将输入电价转换为以厘为单位的二进制存入IC5-IC9中某片若干个指定字节内，并计算出百分之一度电的以百分之一厘为货币单元的单价，并发送到该户编码的用户盒内的IC23的1EH(相对于单片机P2口地址)。

(3)重复(1)的步骤。

(4)输入以元为单位的货币数值，按收费键。

中心控制器将输入的以元为单位的货币数转换为以分为单位二进制存入IC5-IC9某片的若干字内，然后再转换为以百分之一厘为单位的二进制送往该户编码的用户盒，被用户盒接收后与存放在IC23内的15H、16H、17H、18H、19H的原交费总额相加后再存放回这5个单元的内存内。

(5)、重复(1)的步骤。

(6)、输入以元为单位的货币数值，按最多欠费额设定键。

中心控制器将输入的以元为单位的货币数转换为以分为单位的二进制存入IC5-IC9某片中的若干字内，然后再转变为以百分之一厘为单位的二进制送往该户编码的用户盒，被用户盒接收后，存放在IC23的1AH、1BH、1CH、1DH内。

2、欠费自动断电的控制过程。

由于用户盒产生电能计量数据的方法是每秒加1次。用电功率的A/D转换值，低16位用BCD十进制加法，高24位用二进制加法，那么当从低位到高位第18位正好表示百分之一度(1.8W为小量化单位)那么欠费的自动断电过程为：

(1)(14H)+A/D转换数据→(14H)(每秒1次)：(2)(13H)+Cy→(13H)：(3)(12H)→A：(4)(12H)+Cy→(12H)：(5)(12H)-A→A：(6)A右移1位：(7)A＝0表示电能计量没有增加百分之一度：(8)A≠0表示电能计量增加了百分之一度：(9)如果电能计量增加了百分之一度就把1EH内百分之一度的单价与24H的数字相加即过程为：(24H)→A、A+(1EH)→A、A→(24H)、(23H)→A、A+Cy→A、A→(23H)、(22H)→A、A+(22H)+Cy→A、A→(22H)、(21H)→A、A+(21H)+Cy→A、A→(21H)、(20H)→A、A+(20H)+Cy→A、A→(20H)然后把20H、21H、22H、23H、24H(假定为存放已用电数所要交的电费)与15H、16H、17H、18H、19H(假定存放总交费额)的数进行减法运算并把得数存入30H、31H、32H、33H。把30H、31H、32H、33H的数值与1AH、1BH、1CH、1DH的数值进行减法，如果相减结果小于0，表明已超过设定欠费额，单片机将在P3.5端输出低电平，与非门就输出高电平，BG32与BG33导通，分离线圈通电，条型永磁条向下运动，供电断开。

以上是以中心控制器作为中心控制设备的情况，当中心控制设备以计算机及与之串行口相连调制解调装置代替时，实现过程是不同的，计算机可用有关的高级语言来编程实现相关功能。

Claims (10)

1、独立网络电能计量及电费管理系统，它以控制中心设备(中心控制器或计算机及与之串行口相连调制解调设备)与三相/单相用户盒构成的双向数据通讯装置为基础，实现了控制中心设备对三相/单相用户盒的数据查询、数据发送及控制之目的，同时三相/单相用户盒有某些自控功能的系统。双向数据通讯的装置为：10KV与380V两级输电线路通道(也可扩展到10KV以上的输电线路)、负责10KV与380V线路间信号相互转送的变压器双向变频中继器，分别装在两级输电线路通道两端(为加大载波的阻抗)的阻波装置及两端外侧(为减少变压器或用电器产生的与载波同频谐波干扰)的滤波装置。

2、根据权利要求1所述的独立网络电能计量及电费管理系统的运行方法为：中心控制器经耦合电路通过10KV输电线路A相(或B相)线向变压器双向变频中继器(简称中继器)发送数字载波信号，中继器接收解调后以更低频率的载波再调制，放大一定功率后同时送往低压输电线路部分的A、B、C三条相线，零线作为三条相线的共同回路，用户盒在接收到经中继器转发来的载波数字信号后，首先进行解调，解调后再读编码及指令内容，如果编码及指令内容为多用户均要共同执行的指令，则多用户均要共同按指令内容执行，如果编码及指令内容是单一用户才要执行的指令，那么(假定指令为调回某数据)，被选中编码的用户盒就要将要调回的数据变成串行数据，然后加载波调制并放大到一定功率后，经耦合电路发送到该用户所在的相线上，中继器收到信号解调，再以更高的频率的载波调制并放大到一定功率后送行10KV输电线路的B相(或A相)线上，C相线为双向通讯的共同回路，中心控制器通过耦合电路接收信号，经解调后编译成相应的数字显示出来。中心控制器对用户盒发送的指令内容是通过编写中心控制器及用户盒内的单片机程序实现。

3、根据权利要求1所述独立网络电能计量及电费管理系统的中心控制器，其特征为：与单片机串行输入端相连的接收电路，与单片机串行输出端相连的发射电路，与P0、P1、P2、P3端口全部或部分端相连的程序存贮电路、静态随机存贮电路、接口电路、以及通过接口电路相连的矩阵式键盘、显示电路及显示电路相连的LED数码管组成。

4、根据权利要求1所述独立网络电能计量及电费管理系统的变压器双向变频中继器，其特征是：连接10KV线路端的接收解调电路，信号接收并解调后传送给与之相连的低压端调制发射电路，信号在调制发射电路经较低频率载波调制并放大到一定功率后同时送往低压端的三条相线上，同时低压端的三条相线上也分别连接三套接收解调电路，来自380V线路的信号经接收解调后，三路信号相当于经过相加处理后，再进入与之相连的调制发射电路，在该电路用较高频率的载波调制并放大到一定功率后经耦合电路进入10KV输电线路。

5、根据权利要求1所述独立网络电能计量及电费管理系统的三相/单相用户盒，其待征为：单相用户盒的摸拟乘法器的两个输入端分别连接采集电压信号及电流信号装置，输出端连接A/D转换器，A/D转换器输出端连接单元片机的P1端口，单片机的P0、P2端口连接存贮器，P3.5、P3.4连接控制永磁维持式双态继电器线路，TXD连接发射电路，RXD连接接收解调电路。另外，在相线入口处串连上阻波装置及连上与用电器并联的滤波装置。三相用户盒是三个摸拟乘法器分别输入三条相线与零线之间的电压信号及三条相线的电流信号，三个输出端连接摸拟加法器的三个输入端，摸拟加法器的输出端连接A/D转换器，其它连接与单元相用户盒相同。

6、根据权利要求5所述的三相/单相用户盒。单相用户盒实现电能计量的方法是：用电电流转换而来的电压与来自电压互感器电压进行模拟乘法运算，模拟乘法模块的电压输出值经A/D转换，单片机每隔1秒采集一次A/D转换结果，并执行一次累加，从而产生电能计量值。三相用户盒与单相用盒不同之处在于三路摸拟乘法模块的电压输出值经摸似加法运算后再A/D转换。

7、根据权利要求1所述的独立网络电能计量及电费管理系统。其特征在于：10KV变压器输出端有滤波装置、在滤装置后有阻波装置，10KV/380V变压器输入端有阻波装置，在阻波装置后有滤波装置，目的在于提高载波输送时的强度、减少两端变压器对载波的消耗，同时也减少变压器有可能产生的谐波对载波的干扰。同样在380V输电线路上，10KV/380V变压器输出端及用户盒输入端也有阻波及滤波装置，作用也与10KV线路上的相似。

8、根据权利要求1所述的独立网络电能计量及电费管理系统。其特征在于中心控制器、中继器及用户盒的接收模块中采用双边带检波解调技术。

9、根据权利要求5所述三相/单相用户盒的永磁维持式双态继电器，其特征在于：用凹型硅钢片叠加而成的上吸铁、下吸铁，凹口上下相对，在上吸铁与下吸铁之间有一条可上下移动的条型永磁铁，磁铁上方有用于接通触头的镀银金属片，上下吸铁都有由漆包线绕成的吸合线圈及分离线圈，线圈上串联的用于放大控制电流的三极管。

10、根据权利要求3所述独立网络电能计量及电费管理系统的中心控制器，也可由计算机及连接在计算机串行口上调制解调装置代替，调制解调装置构成为：串行口发送数据端经反相后连接到调制电路，用一定频率的载波调制数据信号并放大到一定功率后通过耦合电路送往输电线路上。通过耦合电路从输电线上接收的信号经解调后再后相，最后送往串行口的数据接收端。串行口的公共地线要与调制解调装置的公共地线相连。

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