CN2153065Y - 数字采样式多用户磁卡电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电磁测量中的一种数字采样式 多用户磁卡电能表，它由以单片机为核心的控制处理 装置，并与其相连的由电压/电压变换器、电流/电 压变换器等组成的采样电路，磁卡读写器、电磁计数 器、继电器及显示器构成。它实现多用户共享一套电 能自动计量计费、交费，有利供电部门加强管理，实现 用电收费同步，提高用户计划用电、节电意识。和其 它电能表相比，本电能表成本低，可节省大量材料，适 合我国国情，便于推广。

Description

实用新型涉及测量电功率或电流的时间积分的电一机装置，特别是用于计量、计费、交费的数字采样式多用户磁卡电能表。

传统的电动式电度表，由于使用电动式计度器，有机械磨擦，其精度低，性能不够稳定，需定期检定，因此目前正开始被电子式电能表取代，但目前电子式电能表需要一个功率转换器，成本高，影响推广使用，这类电能表存在的另一个问题是供电部门计费收费十分麻烦，需要人工完成。利用磁卡技术可以简化收费计费手续，但要对原表进行改造，由于成本较高不易推广，在采用多用户工作方式时，多用户共享一个磁卡读写装置则可降低成本，但因原来的多个电能表体积大，不易集中安装，如若分散安装，则需增加取样信号连线，干拢大，因此也不便于推广。中国专利CN2100633U中提供的一种智能化电子电度表，它采用磁卡技术，可简化计费、收费方便，但该专利中电能测定除用电压、电流传感器外，还用到频率传感器及相位传感器，结构复杂，此外，该专利中提供的电度表未能实现多用户工作，故成本高，不适用于民用。

针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种用求和计算积分，直接对用户电流，电压信号采样、经多路开关、模数转换由以单片机为核心的控制处理装置接受并完成数值积分计算电能的采样式电能表，并可将用户电能表与磁卡读写器有机结合，实现自动计量自动计费，自动交费的数字采样式多用户磁卡电能表。本产品采用多用户工作方式，按目前成本，本发明在四用户工作时，其成本与通常4个电表及配电箱总体成本相当。

本实用新型的技术解决方案如下：它由采样电路，接收并处理采样信号的以单片机为核心的控制处理装置，与控制处理装置相连的磁卡读写器、电磁计数器、继电器及显示器组成。其采样电路由可采样供电电压的电压／电压变换器V／V、采样各负载电流信号的电流／电压变换器C／V，并经多路开关与模数转换器A／D相串连组成，其输出的数字化信号送入控制处理装置。

工作原理：

本实用新型采用信号理论，用求和计算积分。利用测量原理电能计算的公式：

E（nt）＝T u（mt）i（mt）

其中E（t）表示从时刻0到时刻t时间段的电能值U（t）及i（t）分别为电压及电流的瞬时值，此式可用由电流与电压的离散时间取样值U（mt）及i（mt）的乘积累加和来代替，即：

E（t）＝∫^l ₀u（t）i（t）dt

其中T为测量采样周期。

在本实用新型计算由微处理器完成，U（t），i（t）经过V／V及C／V变换器与A／D变换器输入相匹配经过采样／保持（S／H）后得到离散信号U（nT）及i（nT）。再经过模／数转换器A／D得数字信号Vn、In其过程可表为：

由此可得到

E（nT）＝ (q²T)/(k_iK_u)

u_mI_m＝K_p

u_mI_m

其中K_p＝q²T／K_uK_i，int（x）表x整数部分，而K_u，K_i分别为电压／电压变换器及电流／电流变换器比经模数转换后的Vn，In信号由以单片机为核心的控制处理装置接收并进 行数据处理，可得到用户用电、交费、付费情况，并计算出用电费与磁卡读写器从卡上读取的数据进行综合运算，得到剩余费用，并将所需数据在显示器上显示出来，还可根据计算出的各用户的电能，发出脉冲，控制电磁计数器给出各用户用电量，当某用户不符合供电条件，时则使继电器动作，将该用户的电源切断，从而实现自动计量、计费、付费及对用户负载控制的目的。

本实用新型与现有技术相比所具优点是：由于它可实现用电的自动计量、自动计费及自动交费的功能，不交费不供电，有利于电业部门合理分配电能，提高各用户乃至全民的节电意识，使目前在收费环节上制度不建全、人员素质不高的状况得到改善，同时可减轻管理部们劳动强度，实现用户用电和管理部门收费同步或超前收费。特别是当用户数超过十时可大大降低安装费用，便于集中安装，可节省大量金属材料。当适当的变动电能计算程序，可用此表完成对多用户的三相有功、无功、电能计费。如用户有要求尚可实现电压、电流、功率因数等测量，因此该表是一种性能、价格比较理想的民用电能表。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的一种数字采样式多用户磁卡电能表的基本电路结构示意图。

图2为本实用新型的一种数字采样式多用户磁卡电能表的程序框图。

图3为本实用新型的一种数字采样式多用户磁卡电能表各功能电路连络图。

图3－1为控制处理装置及磁卡读写器的电路电原理图。

图3－2为采样电路电原理图。

图3－3为电磁计数器及继电器电路原理图。

图3－4为系统工作状态设置开关原理图。

图3－5为显示器及其控制电路电原理图。

图中：1为电压／电压变换器V／V、2_0～11为电流／电压变换器C／V、3多路开关、4模数转换器A／D、5磁卡读写器、6接口电路、7控制处理装置、8显示器、9锁存器、10_0～11电磁计数器、11_0～11继电器、12电原、13采样 电路、14缓冲器。

数字采样式多用户磁卡电能表，由采样电路13、接收并处理采样电路13信号的以单片机为核心的控制处理装置7、与控制处理装置7相连接的磁卡读写器5、电磁计数器10_0～11、继电器11_0～11、显示器8、电源12及附属电路锁存器9及接口电路6及工作状态设置开关等组成。采样电路13由可采集供电电压的电压／电压变换器1、采集各负载电流／电压变换器2_0～11，并经多路开关3与模数转换器A／D4串连组成。图3、及3_1～5描述了可实现1～12个用户的数字采样式多用户磁卡电能表最佳实施例的电路原理图，其中，图3－2描述了采样电路13的电路原理图。其中电流／电压变换器2_0～11与市售的电流互感器 不同，本实用新型的电流／电压变换器功率要求很小，而且要求有较大的线性工作区，用以保证在某些电器启动过程中计量准确。要求在0.1～8倍额定电流时电流／电压变换器的准确度不低于±0.5％，而电压／电压变换器1则应在0.5～1.3倍额定范围内准确度不低于0.5％。电压变换器可采用EI型硅钢片，芯柱截面积可为1.5CM²，其初次级绕组匝数可为6600，35。电流变换器采用0.1mm厚国产铁镍含合金带制成φ30×φ20×10mm环形铁芯初级穿入铁心一匝，次级用φ0.15漆皮线绕400匝外接电阻为17欧姆，此时在0.5～40A输入电流范围内误差不大于0.5％。

图3－1描述了本实用新型的控制处理装置7及磁卡读写器5及其接口电路6电原理图。控制处理装置7，包括由单片机、随机存贮器RAM及只读存贮器ROM组成，本装置的单片机选用了Intel公司的16位单片机8098，片内含采样／保持及模数转换器，因此其模拟量输入，磁卡读写器及其接口均十分简单，单片机各引脚间与外围电路的连接可参照通常的单片机及附属电路的使用说明和典型电路，受cpu运算速度限制，在用户数超过12时，采用图3及3_1～5方案，将使采样周期降低，高次谐波对误差的影响要增大，此时可采用多cpu方式实现。本系统的后备电池直接连接在cpu的Vp₀端，利用cpu片内RAM使在外部停电时实现RAM进入维持状态以保护各用户信息。同时，为停电时原用户交费用电情况信息不丢失也可以采用电可擦写EPROM，磁泡存贮器等。磁卡读写器5采用插入式磁卡读写器需要TTL电平接口，记录字符容量不少于72个数且读写可靠，用户将从供电部门购得有价磁卡上标有的价值读入cpu里，并将该卡上价值标记清令，供电部门也可将有特殊标记的磁卡插入，将用户用电及交费情况读出，必要时可通过磁卡将不合供电条件的用户电源切断。

图3－3描述了本实用新型的电磁计数器10_0～11、继电器11_0～11及其与cpu总线相连时的镇存器9及附属电路，电磁计数器10_0～11根据计算电能值，由cpu发出相应脉冲，由电磁计数器10_0～11对应各用户所用电能进行计量，此计数器所计之值与普通电能表示值相同。继电器J_0～11则根据cpu指令，将不合供电条件用户的电源切断。显示器8是由发光数码管及控制电路和相应的锁存驱动电路9组成，图3－5作出描述。

图3－4描述了描述了系统工作状态开关电路，DIP为拨指开关，本实用新型选用了九位DIP拨指开关，为系统工作状态设置开关，三位一组，其表示数值0－7分别代表本系统中三相电源A、B、C相中接入用户数，每相最多为7、最少为0，三相用户总和数应小于或等于12。按键Ks用以选择显示用户号码，按下此键，其号码从0－9开始循环增加，直至松开为止，此时同时显示用户用电或交费情况，只要用户插入有价磁卡。则可完成交费，无效的磁卡插入将自行退出，为省电、在K_N按动之前显示器不工作，在K_N松开20秒之后，显示器也将自行关闭。

图2描述了系统程序框图，适当变动电能计算程序，可实现三相有功、无功、电能计费等多种功能。

Claims (1)

1、一种数字采样式多用户磁卡电能表，包括采样电路，接收并处理采样信号的以单片机为核心的控制处理装置，与控制处理装置相连的磁卡读写器、电磁计数器、继电器及显示器，其特征在于：所述的采样电路由可采样供电电压的电压/电压变换器，采样各用户负载电流的电流/电压变换器，并经多路开关与模数转换器A/D相串连组成。

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