CN2163385Y - 预购电量器 - Google Patents

Abstract

预购电量器，属于自动控制用电量的电量器，由 电磁感应电量表和控制器组成，二者由信号线联接。 电量表内装有脉冲采集器和负荷断电开关。控制器 由单片机和信号处理、控制开关、时钟、电量显示、报 警、掉电检测与数据保护、钥匙与钥匙接口、电源、与 键电路组成。电子钥匙不仅可将用购买的电量传给 电量器，控制用户用电量，并将已用电量数据传给供 电部门的售电机，为计划用电和电费管理提供了可靠 的计量控制仪表。

Description

本实用新型涉及电量器（表），尤其涉及自动控制电量器。

电量器，又称为电能表或电（度）表，它是最为人们熟悉的、使用最为广泛的用电量计测仪表，当前，由于我国生产发展迅速，用电量猛增，电力供应十分紧张，控制用电已成为当务之急，但是，现用的电磁感应电（度）表，仅能用于计测用电量、而无控制功能。为控制用电，某些供电部门采取分片停电，这既不利于生活和生产，也仍难避免电力浪费，为实行按计划用电，专利CH9121209、4提供了“有偿控制电量器”，它能对超过既定限额用户自动断电，这无疑是有一定使用价值的，它将促使人们自觉避免浪费电力。然而，该产品不能在供电部门与用户之间建立双向信息交换，更有效地实行节电，对改善电费管理也无帮助。

本实用新型之目的是：改进电量器结构，为供电系统提供一种能够为供电部门与用户之间建立双向信息交换，并能根据用户预先购买的电量对用户负荷开关实行自动控制的电量器，以实现计划用电，改善电费管理。

本实用新型是通过以下技术措施实现上述目的的：

预购电量器是由电能表、控制器、和联结二者的信号联线构成的，在通用的电能表转动铝盘下方，装设一个连为一体的反射式红外发射、接收装置，检测铝盘上的黑色标记，实现电量计量的数字转换，其计数脉冲通过信号线传给控制器、进行脉冲整形和电量计算，电能表侧面设有联接插孔，电能表用户接线端子与负荷控制电路中的可控硅相联接，控制器由表壳、表面，安装在表壳内的预购电量控制系统，由单片机，光电脉冲整形电路、时钟电路、电源电路、负荷控制电路、剩余电量显示电路、掉电保护电路、光电报警电路、按键电路、钥匙续写控制电路组成。表面安装在显示剩余电量的LED数码管，通知用户购电重写钥匙的红色LED发光管，续钥匙指示的绿色LED发光管，显示按钮，续钥匙按钮，钥匙插孔。用户钥匙可重复使用10000次，钥匙上存贮有用户每次购电量和日期为及每次续钥匙后，控制器器回写入钥匙中的电力用户有民参数和续入日期。钥匙上为每一用户设定了一个户号，并记录着千瓦时参数。

为叙述清楚，现结合附图对预购电量器结构与工作原理详细说明如下：

本实用新型的预钩电量器（参见图1），由电能表（a）和控制器（b）组成，控制器（b）有一长方体外壳（1），其表面（2）上设有剩余电量LZD数码管（3）、红色购电钥匙LED指示灯（4）、绿色读钥匙LZD指示灯（5）、钥匙插口（6）、读钥匙按键（7）、显示剩余电量按键（8）、电能表联接插头（9）；电能表（a）也有一长方形外壳（10），其表面（11）上设有观察口（12），其下端设有接线端子（13），侧面设有与控制器相接的插座（14）。

控制器的内腔，装有预购电量，控制系统（参见图2），该控制系统由单片机、存贮器、钥匙接口、时钟电路、掉电检测电路、图脉冲检测、整形电路、光电报警电路、控制执行机构电路、剩余电量显示电路键盘电路、电源电路、钥匙组成。

预购电量器电能表红外探测器安装（参见图3）电能表电压线圈（16）得电时绕在铁芯5上的电流线圈有电流通过，使铝盘（16）转动，带带动机构计数装置、当铝盘（16）转动时，安装在固定支架上的反射式红外线光电计数器检测铝盘上的黑色标记，当黑色标记通过光电探头时，光电计算器产生圈脉冲信号，通过P8、P9传送给控制器，P1、P2为交流220V进线端，17、18为用户电源接线端，19、20为双向可控硅，其控制端P3、P6通过接线座（21）与控制器相联，控制器通过对双向可控硅P3、P6的控制，实现对用户负荷的双线关断。

本实用新型预购电量器的光电报警电路（参见图4），当单片机控制输入为低电平时LED1红色发光管闪亮，通知用户到供电部门购买电量，重写钥匙，绿色LED2灯亮，指示系统Z在读写钥匙，灯灭后，指示读写过程完毕。

本实用新型预购电量器的负荷控制电路（参见图5），M1、M2为单片机输出与双向可控硅之间的接口器件。通过单片机的控制端，信号经门电路控制M1、M2的输入端，M1、M2的输入端1经过电阻（R14、R15）接电源（Vcc），当门电路输出低电平时，M1、M2导通，控制双向可控硅（T2、T3）打开，向用户供电。而当门电路输出为高电平时，M1、M2在交流电压过零状态时关断可控硅（T2、T3）停止向用户供电。由于采用3SCR过零关断技术，克服了双向可控硅由于相位控制产生的射频干扰，（电力系统的“公害”）。在此电路，加上门板电阻（R10、R13），提高了抗干扰能力，R9、R12为限流电阻，通过调节R14、R15以改变M1、M2的触发电流。R3、C1与R4、C2为双向可控硅的保护电路。

如图6所示，本实用新型预购电量器运行时，的220V电力电压经电感（L1、L2）电容（C32、C33）滤除电网干扰和尖峰脉冲干扰后，经过隔离变压器（T1）、输出的交流电压经1A／600V的硅桥进行整流，电容（C4、C5、C6）滤波，稳压集成电路（G1）稳压后，向系统提供＋5V的直流工作电压。

本实用新型的光电检测、整形电路（参见图7），反射式红外线传感器（G2）将脉冲信号通过联接导线，传递给控制器接线端。由R7、R8、U1组成的整形电路对输入的信号进行整形，向单片机输出一个标准方波信号，进行电能计量。

本实用新型的时钟电路和掉电保护电路（参见图8），电源监测电路为一个电压比较器电路，图中齐纳二极管（Z2）可视为一个电源，当电源掉电时，Vcc开始下降到4.7V时，集成电路（U14）输出为低电平，通过触发器（U3）、集成电路（U4）封锁集成电路（U5）的片选信号端，使U9中的各种参数，在掉电过程中不会丢失。由电阻（R4、R5）、电容（C8、C9）、晶体振荡器（Z2）组成32、768KHz的晶体振荡电路，为U5的工作提供振荡信号，R16、C10、R17、二极管（D3、D4、D5），电池E，组成了后备电源电路，当系统正常工作时Vcc通过D3给U9供电，另一方面，Vcc通过限流电阻R17和二极管（D3）为电池（E1）充电，当Vcc掉电后，U5的工作电压为电池电压，V5由电池E1供电。U5为COMS时钟芯片，内部有数十个户存贮单元，用于各种参数，数据的掉电保护存贮。

本实用新型的按键电路（参见图9），K1读钥开关，K2为显示剩余电量开关。C11为K1的消抖电容，C12为K2的消抖电容，触发器（U12）的输入端各通过电阻（R23、R24）置位高电平，U6输出为低电平。触发器U7输出为高电平不能引起系统中断，当K1、K2有一个键按下，或同时按F时，U6输出为高电平，U7输出为低电平，将引起系统中断。在中断服务中，系统根据T1口状态，判断是K1还是K2键按下，若同时按下两键，系统只响应K2键，系统根据判断出的键值分别进行处理，是K1键系统进行读钥匙服务。是K2键进行显示剩余量服务。

本实用新型预购电量器的LED数码显示电路（参见图10），寄存器（U8、U9、U10）串行输入，并行输出移位寄存器，并带有消除端，Q0－Q7为并行输出端，通过电阻排分别与共阴极数码管的控制端相联，零电平时，输出清零。CP为时钟脉冲输入端，在cp脉冲的上升沿作用F，实现移位，在cp＝0，cr＝1时，保持原来数据状态。（Cr为寄存器消除端、DSA为串行输入端）

本实用新型预购电量器钥匙读写电路（参见图11），图中单片机（U14）的P2、P5、P7用作输出端口，用P10作为输入端口，其中P7为P10提供数据时钟输入信号。此外，图中在U14的引脚上连接了一个电源监视电路，以避免上电时U14中的数据的丢失。基本原理是：单片机在加电复位期间，引脚（P11为高电位，二极管（G3）为截止状态。而二极管（D4）处于导通状态，从而使脚（P10）保持低电平，处于未选通状态，故可以防止任何擦写或写入指令进入U14，三极管（G4）与R25、R26、触发器（U15）组成钥匙电路电源控制电路，汉单片机T0输出低电平时，U15输出为高电平，驱动三极管G4导通，Vcc通过R27，G4的c、e端接通钥匙插口电源端。单片机T0输出高电平时，G4截止，钥匙插口电源端与电源Vcc断开，当用户将重写的钥匙插入接口后，按动读钥匙按键，系统首先接通钥匙插口电源，而后对钥匙进行户号核对，密码核对，当各项参数互相符合时，系统将读入钥匙上用户的购电量读入数据后，系统将用户购电量消存，将读钥匙日期及累计用电量回写入钥匙，以备供电部门管理，钥匙读写完成后，即可拨下，以便下次使用。

本预购电量器的钥匙（参见图12），钥匙本身由装有1K容量的ZZPROM的印制电路板模压而成，钥匙接点采用镍镀铜，表面敷金而成，其读／写寿命可达10000次，当改变KWH等参数及读出电表内的数据时，可以使用用户的电子钥匙进行。

本实用新型预购电量器（参见图13）通过接点，各电路与单片机U1相连，其程序全部固化在外部存贮器（U18）中，因单片机没有独立设置地址总线，故导址的地址码12位中，地址的低8位由D0口提供。D0口即作为数据总线，又作为地址总线，地址的高4位由R2口的P11、P13、P14、P15提供，本系统使用4K存贮单元，在单片机（U17）访问存贮器（U18）时，下降沿控制锁存器（U19）先锁存，由P11、P13、P14、P15输送的高位过地址，然后U17再进行读指令数据。在引脚（22、23）之间并联接入晶振（CRYI）和串联电容（C13、C14），形成单片机工作振荡电路，频率为6MHz。当控制系统上电时，U17的复位端对C15充电，在RZSZT复位端形成一段时间的复位脉冲，使系统重新开始运行。

实施例与效果：

本预购电量器已生产了小批量样机，并投入了试运行，测量证明，其度量精度与常用电量器相同。其优点在于：用户必需冯电子钥匙购买电量方能获得电力供应，这不仅为供电部门的收费提供了方便，也有利于用户的计划用电。尤其是：它在用户与供电部门之间建立了双向信息交换，有利于供电部门的计划供电，减少电力浪费，使供电与电费管理进入计算机化。这对电力紧张和管理水平较低的我国，无疑是有积极意义的。

附图说明：

图1－－预购电量表外形图，其中：a－电能表，b－控制器，1－控制器外壳，2－外壳表面，3－数码管，4、5－指示灯，6－钥匙插口，7、8－按键，9－电能表联接插头，10－电量表外壳，11－10的表面，12－观察口，13－接线端子，14－插座。

图2－预购电量器控制系统框图。

图3－预购电量器电能表红外探测器安装示意图，其中14－电压线圈，16－铝盘，17、18－用户电表接线端，19、20－双向可控硅，21－接线座，P1、P4－220V进线端，P8、P9－控制器传送线，P3、P6－可控硅控制端。

图4－－预购电量器光电警报电路，其中R1、R2－电阻、LED1、LED2－发光管。

图5－预购电量器的负荷控制电路，其中M1、M2－接口器件，R14、R15－电阻、Vcc－电源，T2、T3－双向可控硅，R10、R13－门极电阻，R9、R12－限流电阻，R3、R4－电阻，C1、C2－电容。

图6－＋5工作电源图，其中：L1、L2－电感，C3、C4－电容，T1－隔离变压器，C5、C6、C7－滤波电容，G1－稳压集成电路。

图7－光电检验、整形电路，其中G2－传感器、R7、R8－电容，U1－集成电路。

图8－时钟电路和掉电保护电路，其中：Z1－齐纳二极管，U2－集成电路，U3－触发器，U4、U5－集成电路，R4、R5－电阻，C8、C9－电容，Z2－晶体振荡器，R10、R16、R17－电阻，D1、D2、D3－二极管，E1－电池，Vcc－电源。

图9－预购电量器按键电路，其中：K1、K2－开关，C11、C12－电容，R23、R24－电阻，U6、U7－触发器。

图10－数码显示电路，其中：U8、U9、U10－寄存器，Q0－Q7－并行输出端，CP－脉冲输入端，Cr－寄存器消除端，DSA－串行输入端。

图11－预购电量器钥匙读写电路，其中：U14－单片机，P2、P5、P7－输出端口，P10－输入端口，P11－引脚，T3－三极管，G4－三极管，U15－触发器，R25、R26、R27－电阻、T0－单片机，Vcc－电源。

图12－预购电量器钥匙，其中U16－存贮器。

图13－单片机系统原理图，其中：U17－单片机，U18－外贮存器，U19－锁存器，CRYI－晶振，22、23－引脚，C13、C14、C15－电容，P11、P13、P14、P15－地址高位。

Claims (2)

1、一种由电能表和控制器组成的电量器，其特征在于：本预购电量器由电能表和控制器组成，二者用信息线联接，所述电能表是在普通电能表转动盘下方装有一个连为一体的反射式红外发射、接收装置，检测铝盘上的黑色标记，实现电量计量的数字转换，其计数脉冲通过信号线传给控制器，进行脉冲整形和电量计算；所述控制器，有一长方体外壳，其表面上设有剩余电量LZD数码管，红色购电钥匙LED指示灯，绿色读钥匙指示灯、钥匙插口、读钥匙按键，显示剩余电量按键、电能表联接插头，其内腔装有预购电量控制系统，该系统由单片机、存贮器、钥匙接口、时钟电路、掉电检测电路、图脉冲检测整形电路、光电报警电路、控制执行机构电路、剩余电量显示电路、键盘电路、电源电路组成。

2、根据权利要求1所述的预购电量器，其特征在于：所述的控制器中的控制系统，其中各种电路是：

光电报电路是由R25、R26、LED1、LED2构成的；

负荷控制电路由R14、R15、M1、M2、U、R9、R10、R12、R13、T2、T3、R、C构成的；

＋5V工作电源电路由低通滤波器、隔离变压器、硅桥、稳压集成电路、C4、C5、C6滤波电容构成；

脉冲信号经接线端P8、P9接入控制器，由U4、R7、R8组成的圈脉冲整形电路；

掉电检测电路是由R22、R24、R23、Z22、U14、R21组成的；

选信号电路是由U12B、U11、R30构成的；

R17、R18、CRYZ、C8、C9组成的振荡电路与由R16、C7、R20、D3、D4、D5、电池E组成的BVV电源，两组电路与U9共同构成时钟电路、数据掉电保护电路；

按键电路由K1、K2、C20、C21、R30、R31、U12c、U12D构成；

串行数码显示电路是由U9－U11及共阴极LED数码管、电阻排构成的；

电子钥匙读写控制电路由R5、R6、D2、R4、P1、D1、P1－6、U、Ra、Q、Rb构成；

由单片机U1、锁存器U2、存贮器U3和CRY1、C2、C3晶振电路以及C1、R1、R2组成的复位电路，构成系统控制电路。

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