CN201867895U - 插卡式单相费控智能电能表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种插卡式单相费控智能电能表，所述电能表包括单片机CPU、存储器、LCD显示器、红外通讯模块、继电控制模块、编程轮显按钮模块、非接触IC接口、实时时钟模块、温度监测模块、电源管理模块、电源电压检测模块、电能计量处理电路；其中电能计量处理电路连接有电流采样模块和电压采样模块并对取样所得的电能进行计量工作，所述电能计量处理电路还经由光电隔离连接单片机CPU，并把电能数据传送给单片机CPU处理；所述单片机CPU还分别控制LCD显示器的显示、实时时钟模块的时间显示、存储器、继电控制模块、红外通讯模块；所述单片机CPU还连接非接触IC接口并实时监控IC卡内费率等状态；其有益技术效果是实现了单相费控并有效提高了工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能计量领域，具体涉及一种插卡式单相费控智能电能表。
背景技术
目前市面上的传统电能表都是带有存储计量功能的单片机进行中央处理，然后在表头显示，再由电力局部门的工作人员挨家挨户的过来抄表，极大的浪费人力物力，降低工作效率。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可有效提高工作效率的插卡式单相费控智能电能表。
为实现上述目的，本实用新型采用一种插卡式单相费控智能电能表，包括底座和上盖以及控制部分，其中控制部分包括单片机CPU、存储器、LCD显示器、红外通讯模块、继电控制模块、编程轮显按钮模块、非接触IC卡接口、实时时钟模块、温度监测模块、电源管理模块、电源电压检测模块、电能计量处理电路；其中电能计量处理电路连接有电流采样模块和电压采样模块并对取样所得的电能进行计量工作，所述电能计量处理电路还经由光电隔离连接单片机CPU，并把电能数据传送给单片机CPU处理；所述单片机CPU还分别控制LCD显示器的显示、实时时钟模块的时间显示、存储器、继电控制模块、红外通讯模块和连接非接触IC卡接口，其中编程轮显按钮模块可通过人工输入指令并由单片机CPU处理，所述单片机CPU分别连接实时监控单片机的温度和电压的温度监测模块和电池电压检测模块，所示电池电压检测模块还连接实时时钟模块，实时时钟模块另连接电池，该实时时钟模块还经由光电隔离连接到校时接口。
通过上述技术方案的改进后，由于采用了单片机CPU智能管理继 电控制模块，LCD显示模块、存储器等模块，并且还设置了非接触IC接口，实时监控IC卡内的剩余费用等状态，避免了抄表人员逐家逐户抄表，有效提高了工作效率。
作为本实用新型的进一步改进，所述非接触IC卡接口具有多个引脚，其中电路中的三极管Q1的集电极通过电阻R11连接VDD端，该三极管Q1的基极连接输入端IC-POWER，所述电能表的单片机输出到输入端IC_POWER的信号控制三极管Q1的启闭，三极管Q1的发射极通过电阻R13连接IC卡的第一引脚；所述IC卡的9、10引脚为一对检测有无卡插入的常闭触点，其中第10引脚通过电阻R14连接VDD端，第9引脚通过电阻R10接入IC_CD端，当无卡插入时，卡座上相对于IC卡的9、10引脚处为闭路状态，IC_CD端为高电平，当有卡插入时，卡座上相对于IC卡9、10引脚处为开路状态，IC_CD端为低电平，从而可以IC_CD处的信号状态来检测有无卡插入；所述IC卡还具有分别从2、3、7引脚引申出的IC_RST、IC_CLK、IC_DATA线路，该线路均为单片机与IC卡之间的通讯信号接口；其中IC_POWER线路上的电阻R13与IC卡的第一引脚之间连接有热敏电阻MZ1，IC_CD线路上的电阻R10和第9引脚之间连接有热敏电阻MZ5，所述的IC_RST、IC_CLK、IC_DATA线路与IC卡的2、3、7引脚之间分别连接有热敏电阻MZ2、MZ3、MZ4；其中IC_RST、IC_CLK、IC_DATA通讯线路上还分别设置有与热敏电阻MZ2、MZ3、MZ4并联的稳压二极管D2、D3、D4，并且该稳压二极管D2、D3、D4的正极接GND端，负极分别依次连接在IC_RST、IC_CLK、IC_DATA通讯线路上并与所述通讯线路上的限流电阻R7、R8、R9连接，其中稳压二极管D1的正极连接GND端，负极通过限流电阻R15连接GND端。
通过上述技术方案的改进，由于IC卡本身具有数据存储、命令处理和数据加密等功能，广泛应用于在存储售电管理系统写入密码、卡号、电度数等，将IC卡通过上述技术方案与电能表的单片机进行有效适当的连接后，可有效读入IC内的数据，并且卡座相对于IC卡的9、10引脚的位置还设置了常闭触头，可检验有无IC卡插入。
作为本实用新型的进一步改进，所述电能计量处理电路采用集成电路RN8209并与电流采样模块、电压采样模块、零序电流采样模块共同构成采样电路，所述采样电路还包括脉冲输出模块以及与集成电路RN8209匹配的电源控制模块和晶振模块，其中电压采样模块采用串电阻方式依次通过串电阻R64，R65，R66，R69，R71，R73把电压降成小信号电压并经过C33滤波，输入到RN8209的V2N，V2P进行电压采样；电流采样模块将通过分流器把大电流信号转变成的小电压信号输入到P10、P11，然后P10处的小电压信号通过R28、R45进行压降和C27滤波后输入到RN8209的V1AP端口进行采样，P11处的小电压信号通过R29、R46进行压降和C28滤波后输入到RN8209的V1AN端口进行电流采样；零序电流采样模块将通过电流互感器把大电流信号转变成的小电流信号输入到P9、P18，P9处的小电流信号通过R44、R43进行分流和C26滤波后输入到V1BP进行电流采样，P18处的小电流信号通过R67、R68进行分流和C31滤波后输入到V1BN进行电流采样；通过零序电流采样模块在V1BP、V1BN处采样的值与电流采样模块在V1AP、V1AN处采样的值做相应的比较，从而判定是否发生窃电；所述的脉冲输出模块接在RN8209的PF引脚上，采样的电流电压经过RN8209内部电路的运算和计量后，根据有功电能来进行有功脉冲的输出，有功脉冲通过脉冲输出模块上的串电阻R51限流和发光二极管LED2的指示以及光耦OP1的隔离输出到电表端子上。
本实用新型通过上述技术方案的改进，由于在采样电路里采用了具有反相功率检测、电压通道频率测量和电压通道过零检测等功能的专用集成电路RN8209，将其与电流采样模块、电压采样模块以及零序电流采样模块进行恰当的连接可实现灵活的防窃电方案，达到了有效的防窃电效果。
作为本实用新型的再进一步设置，所述继电控制模块主要有磁保持继电器组成，该继电器具有磁钢，并且该继电器的控制电路包括电磁线圈接口P1和P2，电源输入端W1以及单片机I/O引脚上的信号控制端JDQ1A和JDQ1B；还包括NPN三极管Q1、Q2和PNP三极管Q3、Q4 以及分别与所述三极管匹配的电阻R9、R10、R13和R14，其中电阻R9的两端分别接在三极管Q1的B极与E极上，电阻R10的两端分别接在三极管Q2的B极和E极上，电阻R13与三极管Q3的基极串联，电阻R14与三极管Q4的基极串联；其中通过信号控制三极管Q2和Q4的启闭的信号控制端JDQ1A经由限流电阻R8连接三极管Q2的B极，所述的电源输入端W1的其中一路连接三极管Q4的E极，该三极管Q4的C极连接电磁线圈接口P2，该三极管Q4的B极通过电阻R14连接三极管Q2的C极，三极管Q2的E极接地；其中通过信号控制三极管Q1和Q3的启闭的信号控制端JDQ1B经由限流电阻R7连接三极管Q1的B极，所述电源输入端W1的另一路连接三极管Q3的E极，该三极管Q3的C极连接电磁线圈接口P1，该三极管Q3的B极经由电阻R13连接三极管Q1的C极，三极管Q1的E极接地。
通过上述技术方案的改进，由于采用了磁保持继电器，并通过上述控制电路控制后，该磁保持继电器的永久磁钢能使电磁线圈保持上次驱动脉冲所注入的磁场不变，即在正常工作时不需要加驱动电流，只在有需要改变触点状态的情况下，加上反向脉冲即可，随后不需要任何驱动，极大的节省了能量，降低了消耗。
附图说明
图1是本实用新型实施例控制部分的方框图。
图2是本实用新型实施例中IC卡接口与单片机的电路连接原理图。
图3是本实用新型实施例采样电路的电气原理图。
图4是本实用新型实施例继电器的控制电路图。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例是一种单相费控智能电能表，包括底座和上盖以及控制部分，由图1可知，该控制部分包括单片机CPU、存储器、LCD显示器、红外通讯模块、继电控制模块、编程轮显按钮模块、RS485接口、实时时钟模块、温度监测模块、电源管理模块、电源电压检测模块、电能计量处理电路；其中电能计量处理电路连接有电流采样模块和电压采样模块并对取样所得的电能进行计量工作，所 述电能计量处理电路还经由光电隔离连接单片机CPU，并把电能数据传送给单片机CPU处理；所述单片机CPU还分别控制LCD显示器的显示、实时时钟模块的时间显示、存储器、继电控制模块、红外通讯模块，其中编程轮显按钮模块可通过人工输入指令并由单片机CPU处理，所述单片机CPU分别连接实时监控单片机的温度和电压的温度监测模块和电池电压检测模块，所示电池电压检测模块还连接实时时钟模块，实时时钟模块另连接电池，该实时时钟模块还经由光电隔离连接到校时接口；所述单片机CPU还经由光电隔离连接RS485接口以实现远程控制连接。
由图2所示可知，所述非接触IC卡接口具有多个引脚，其中电路中的三极管Q1的集电极通过电阻R11连接VDD端，该三极管Q1的基极连接输入端IC-POWER，所述电能表的单片机输出到输入端IC_POWER的信号控制三极管Q1的启闭，三极管Q1的发射极通过电阻R13连接IC卡的第一引脚；所述IC卡的9、10引脚为一对检测有无卡插入的常闭触点，其中第10引脚通过电阻R14连接VDD端，第9引脚通过电阻R10接入IC_CD端，当无卡插入时，IC卡接口上相对于IC卡的9、10引脚处为闭路状态，IC_CD端为高电平，当有卡插入时，IC卡接口上相对于IC卡9、10引脚处为开路状态，IC_CD端为低电平，从而可以IC_CD处的信号状态来检测有无卡插入；所述IC卡还具有分别从2、3、7引脚引申出的IC_RST、IC_CLK、IC_DATA线路，该线路均为单片机与IC卡之间的通讯信号接口；其中IC_POWER线路上的电阻R13与IC卡的第一引脚之间连接有热敏电阻MZ1，IC_CD线路上的电阻R10和第9引脚之间连接有热敏电阻MZ5，所述的IC_RST、IC_CLK、IC_DATA线路与IC卡的2、3、7引脚之间分别连接有热敏电阻MZ2、MZ3、MZ4；其中IC_RST、IC_CLK、IC_DATA通讯线路上还分别设置有与热敏电阻MZ2、MZ3、MZ4并联的稳压二极管D2、D3、D4，并且该稳压二极管D2、D3、D4的正极接GND端，负极分别依次连接在IC_RST、IC_CLK、IC_DATA通讯线路上并与所述通讯线路上的限流电阻R7、R8、R9连接，其中稳压二极管D1的正极连接 GND端，负极通过限流电阻R15连接GND端。
由图3可知，所述电能计量处理电路采用集成电路RN8209并与电流采样模块1、电压采样模块2、零序电流采样模块3共同构成采样电路，该采样电路还包括脉冲输出模块5以及与集成电路RN8209匹配的电源控制模块4和晶振模块6，其中电压采样模块2采用串电阻方式依次通过串电阻R64，R65，R66，R69，R71，R73把电压降成小信号电压并经过C33滤波，输入到RN8209的V2N，V2P进行电压采样；电流采样模块1将通过分流器把大电流信号转变成的小电压信号输入到P10、P11，然后P10处的小电压信号通过R28、R45进行压降和C27滤波后输入到RN8209的V1AP端口进行采样，P11处的小电压信号通过R29、R46进行压降和C28滤波后输入到RN8209的V1AN端口进行电流采样；零序电流采样模块3将通过电流互感器把大电流信号转变成的小电流信号输入到P9、P18，P9处的小电流信号通过R44、R43进行分流和C26滤波后输入到V1BP进行电流采样，P18处的小电流信号通过R67、R68进行分流和C31滤波后输入到V1BN进行电流采样；通过零序电流采样模块3在V1BP、V1BN处采样的值与电流采样模块在V1AP、V1AN处采样的值做相应的比较，从而判定是否发生窃电；所述的脉冲输出模块5接在RN8209的PF引脚上，采样的电流电压经过RN8209内部电路的运算和计量后，根据有功电能来进行有功脉冲的输出，有功脉冲通过脉冲输出模块上的串电阻R51限流和发光二极管LED2的指示以及光耦OP1的隔离输出到电表端子上。
其中继电控制模块主要有磁保持继电器组成，该继电器具有磁钢，由图4可知，该继电器的控制电路包括电磁线圈接口P1和P2，电源输入端W1以及单片机I/O引脚上的信号控制端JDQ1A和JDQ1B；还包括NPN三极管Q1、Q2和PNP三极管Q3、Q4以及分别与所述三极管匹配的电阻R9、R10、R13和R14，其中电阻R9的两端分别接在三极管Q1的B极与E极上，电阻R10的两端分别接在三极管Q2的B极和E极上，电阻R13与三极管Q3的基极串联，电阻R14与三极管Q4的基极串联；其中通过信号控制三极管Q2和Q4的启闭的信号控 制端JDQ1A经由限流电阻R8连接三极管Q2的B极，所述的电源输入端W1的其中一路连接三极管Q4的E极，该三极管Q4的C极连接电磁线圈接口P2，该三极管Q4的B极通过电阻R14连接三极管Q2的C极，三极管Q2的E极接地；其中通过信号控制三极管Q1和Q3的启闭的信号控制端JDQ1B经由限流电阻R7连接三极管Q1的B极，所述电源输入端W1的另一路连接三极管Q3的E极，该三极管Q3的C极连接电磁线圈接口P1，该三极管Q3的B极经由电阻R13连接三极管Q1的C极，三极管Q1的E极接地。
本控制电路结构简单，充分利用了单片机的I/O口并设置为高电平和低电平两种状态，实现了对多个元器件的控制，有效降低了系统的设计成本。
Claims (5)
1.一种插卡式单相费控智能电能表，包括底座和上盖以及控制部分，其特征在于：所述控制部分包括单片机CPU、存储器、LCD显示器、红外通讯模块、继电控制模块、编程轮显按钮模块、非接触IC卡接口、实时时钟模块、温度监测模块、电源管理模块、电源电压检测模块、电能计量处理电路；其中电能计量处理电路连接有电流采样模块和电压采样模块并对取样所得的电能进行计量工作，所述电能计量处理电路还经由光电隔离连接单片机CPU，并把电能数据传送给单片机CPU处理；所述单片机CPU还分别控制LCD显示器的显示、实时时钟模块的时间显示、存储器、继电控制模块、红外通讯模块和连接非接触IC卡接口，其中编程轮显按钮模块可通过人工输入指令并由单片机CPU处理，所述单片机CPU分别连接实时监控单片机的温度和电压的温度监测模块和电池电压检测模块，所示电池电压检测模块还连接实时时钟模块，实时时钟模块另连接电池，该实时时钟模块还经由光电隔离连接到校时接口。
2.根据权利要求1所述的插卡式单相费控智能电能表，其特征在于：所述非接触IC卡接口具有多个引脚，具体电路原理如下：其中电路中的三极管Q1的集电极通过电阻R11连接VDD端，该三极管Q1的基极连接输入端IC-POWER，所述电能表的单片机输出到输入端IC_POWER的信号控制三极管Q1的启闭，三极管Q1的发射极通过电阻R13连接IC卡的第一引脚；所述IC卡的9、10引脚为一对检测有无卡插入的常闭触点，其中第10引脚通过电阻R14连接VDD端，第9引脚通过电阻R10接入IC_CD端；所述IC卡还具有分别从2、3、7引脚引申出的IC_RST、IC_CLK、IC_DATA线路，该线路均为单片机与IC卡之间的通讯信号接口；其中IC_POWER线路上的电阻R13与IC卡的第一引脚之间连接有热敏电阻MZ1，IC_CD线路上的电阻R10和第9引脚之间连接有热敏电阻MZ5，所述的IC_RST、IC_CLK、IC_DATA线路与IC卡的2、3、7引脚之间分别连接有热敏电阻MZ2、MZ3、MZ4；其中IC_RST、IC_CLK、IC_DATA通讯线路上还分别设置有与热敏电阻MZ2、MZ3、MZ4并联的稳压二极管D2、D3、D4，并且该稳压二极管D2、D3、D4的正极接GND端，负极分别依次连接在IC_RST、IC_CLK、IC_DATA通讯线路上并与所述通讯线路上的限流电阻R7、R8、R9连接，其中稳压二极管D1的正极连接GND端，负极通过限流电阻R15连接GND端。
3.根据权利要求1或2所述的插卡式单相费控智能电能表，其特征在于：所述电能计量处理电路采用集成电路RN8209并与电流采样模块、电压采样模块、零序电流采样模块共同构成采样电路，所述采样电路还包括脉冲输出模块以及与集成电路RN8209匹配的电源控制模块和晶振模块，其中电压采样模块采用串电阻方式依次通过串电阻R64，R65，R66，R69，R71，R73把电压降成小信号电压并经过C33滤波，输入到RN8209的V2N，V2P进行电压采样；电流采样模块将通过分流器把大电流信号转变成的小电压信号输入到P10、P11，然后P10处的小电压信号通过R28、R45进行压降和C27滤波后输入到RN8209的V1AP端口进行采样，P11处的小电压信号通过R29、R46进行压降和C28滤波后输入到RN8209的V1AN端口进行电流采样；零序电流采样模块将通过电流互感器把大电流信号转变成的小电流信号输入到P9、P18，P9处的小电流信号通过R44、R43进行分流和C26滤波后输入到V1BP进行电流采样，P18处的小电流信号通过R67、R68进行分流和C31滤波后输入到V1BN进行电流采样；通过零序电流采样模块在V1BP、V1BN处采样的值与电流采样模块在V1AP、V1AN处采样的值做相应的比较，从而判定是否发生窃电；所述的脉冲输出模块接在RN8209的PF引脚上，采样的电流电压经过RN8209内部电路的运算和计量后，根据有功电能来进行有功脉冲的输出，有功脉冲通过脉冲输出模块上的串电阻R51限流和发光二极管LED2的指示以及光耦OP1的隔离输出到电表端子上。
4.根据权利要求1或2所述的单相费控智能电能表，其特征在于：所述继电控制模块主要有磁保持继电器组成，该继电器具有磁钢，并且该继电器的控制电路包括电磁线圈接口P1和P2，电源输入端W1以及单片机I/O引脚上的信号控制端JDQ1A和JDQ1B；还包括NPN三极管Q1、Q2和PNP三极管Q3、Q4以及分别与所述三极管匹配的电阻R9、R10、R13和R14，其中电阻R9的两端分别接在三极管Q1的B极与E极上，电阻R10的两端分别接在三极管Q2的B极和E极上，电阻R13与三极管Q3的基极串联，电阻R14与三极管Q4的基极串联；其中通过信号控制三极管Q2和Q4的启闭的信号控制端JDQ1A经由限流电阻R8连接三极管Q2的B极，所述的电源输入端W1的其中一路连接三极管Q4的E极，该三极管Q4的C极连接电磁线圈接口P2，该三极管Q4的B极通过电阻R14连接三极管Q2的C极，三极管Q2的E极接地；其中通过信号控制三极管Q1和Q3的启闭的信号控制端JDQ1B经由限流电阻R7连接三极管Q1的B极，所述电源输入端W1的另一路连接三极管Q3的E极，该三极管Q3的C极连接电磁线圈接口P1，该三极管Q3的B极经由电阻R13连接三极管Q1的C极，三极管Q1的E极接地。
5.根据权利要求3所述的单相费控智能电能表，其特征在于：所述继电控制模块主要有磁保持继电器组成，该继电器具有磁钢，并且该继电器的控制电路包括电磁线圈接口P1和P2，电源输入端W1以及单片机I/O引脚上的信号控制端JDQ1A和JDQ1B；还包括NPN三极管Q1、Q2和PNP三极管Q3、Q4以及分别与所述三极管匹配的电阻R9、R10、R13和R14，其中电阻R9的两端分别接在三极管Q1的B极与E极上，电阻R10的两端分别接在三极管Q2的B极和E极上，电阻R13与三极管Q3的基极串联，电阻R14与三极管Q4的基极串联；其中通过信号控制三极管Q2和Q4的启闭的信号控制端JDQ1A经由限流电阻R8连接三极管Q2的B极，所述的电源输入端W1的其中一路连接三极管Q4的E极，该三极管Q4的C极连接电磁线圈接口P2，该三极管Q4的B极通过电阻R14连接三极管Q2的C极，三极管Q2的E极接地；其中通过信号控制三极管Q1和Q3的启闭的信号控制端JDQ1B经由限流电阻R7连接三极管Q1的B极，所述电源输入端W1的另一路连接三极管Q3的E极，该三极管Q3的C极连接电磁线圈接口P1，该三极管Q3的B极经由电阻R13连接三极管Q1的C极，三极管Q1的E极接地。
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