CN2169139Y - 智能电度表 - Google Patents

Abstract

一种智能电度表，主要由电流及电压互感器、电 流及电压采样电路、单片计算机、存储器电路、发光二 极管数码管显示电路及电卡通讯电路组成。它能实 现“先付款，后用电”，对欠款用电、高峰期用电和超负 荷用电都能自动计费，可促使用户注意节电，具有精 度高，寿命长，自耗少，便于供电部门进行计算机联网 管理的特点。

Description

本实用新型涉及一种智能电度表，属于采用数字技术的电功率的计量装置。

现有传统的感应（机械）式电度表，是由测量机构及辅助部件组成的，普遍存在着精度差、寿命短、易松动、易窃电、可靠性低、过载能力不强等缺点。近期发明的电子电能表也只是对机械表的一种改良，没有根本性的变化，都存在着先用电、后付费的缺点。经专利文献检索，在申请号为90215891.0，名称为“插卡式电力负荷控制装置”的实用新型专利中，提出了一种电力负荷计量控制装置，它采用插卡式，只要将写有计划用电量等数据的用户卡插进装置的用户卡插口，就能控制主机及其电路对用电量进行限量、限负荷和分时控制，但该装置功能不够多。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种自耗低、寿命长、可靠性高、能实现“先付款、后用电”的智能电度表。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：

本实用新型由电流及电压互感器、电流及电压采样电路、单片计算机（CPU）、存储器电路、发光二极管（LED）数码管显示电路及电卡通讯电路组成。

电流互感器的初级线圈串联在交流220V用户电源上，次级线圈一端接地，另一端接在电流采样电路的1欧姆电阻上，以获得与初级电流成比例的弱电压信号。这个弱电流信号经过电流采样电路的运算放大器比例放大后，通过二极管整流和RC平滑电路，输出到单片计算机的A／D转换电路电子开关的输入端。另一方面，电压互感器的初级线圈并联在交流220V用户电源上，次级线圈一端接地，另一端接在电压采样电路的运算放大器输入端，以获得与初级电压成比例的弱电压信号，这个弱电压信号经过电压采样电路的运算放大器比例放大后，通过二极管整流和RC平滑电路，输出到单片计算机的另一个A／D转换电路电子开关的输入端。

单片计算机由8098集成电路构成。单片计算机的A／D转换电路电子开关的输入端与电压采样电路和电流采样电路的输出端相连，单片计算机将接收到的电压和电流采样信号经过A／D转换后变成数字量，通过计算得出视在功率的数值，然后将计算的数值和控制信号经相应的输出端输出。

存储器电路由锁存器芯片、只读存储器芯片和随机存取存储器构成。单片计算机的低八位数据／地址线输出端接到锁存器的输入端，锁存器的输出端接到只读存储器的地址线上；单片计算机的高八位数据／地址线的低五位则不经过该锁存器而直接接在该只读存储器的地址线上，其低八位数据线同时还直接接到该只读存储器的数据线上。单片计算机的脉冲宽度调制输出端PWM端接到起隔离和阻抗匹配作用的三极管的基极，其中断输出端EXTINT端接到该三极管的集电极。随机存取存储器有两个接点，一个接点接到上述隔离和阻抗匹配三极管的极电极，另一接点接到该三极管的发射极，即接地。单片计算机与这个随机存取存储器以串行数据方式通讯，将用电量、剩余款额、复费单价、表号密码及可变密码存入到这个随机存取存储器中。

电卡通讯电路由另一个隔离和阻抗匹配三极管构成。单片计算机的串行通讯输入端RXD端和通讯输出端TXD端分别接在这个隔离和阻抗匹配三极管的极电极和基极上。这个三极管的射极接地。用户购买的配合本实用新型用的电卡也是由一个随机存取存储器构成的，电卡内也存有表号密码和可变密码。电卡的两个接线端就插到后一个隔离和阻抗匹配三极管的基极和射极上。因此，电卡也以串行数据方式与单片计算机通讯。电卡插入后，单片计算机首先将存储器电路中的随机存取存储器的表号密码和可变密码与电卡中的相应密码进行比较，如密码一致，则电表内的剩余款额及下一个表号密码和可变密码以串行方式送入电卡，并且，电卡中的款额、单价等数据也以串行方式传入电表。反之，密码不一致，则认为是伪卡，电度表不工作。

发光二极管数码显示电路由四一七段数码译码驱动芯片、锁存器和5个数码管组成。单片计算机的低八位数据／地址线的低四位接到数码译码驱动器的输入端，译码驱动器的输出端接到五位数码管的相应接点上。另一方面，单片计算机的低八位数据／地址线接到译码显示电路的锁存器的输入端，锁存器的输出端接到五位共阴极数码管的阴极及小数点上，经过单片计算机的程序控制，以扫描方式循环显示用电量、款额、单价等数值。

附图的图面说明如下：

图1为本实用新型方框图。

图2为本实用新型的电压、电流互感器及电压、电流采样电路。

图3为本实用新型的单片计算机、存储器电路及电卡通讯电路。

图4为本实用新型发光二极管数码显示电路。

图1为摘要附图。

现结合附图对本实用新型的工作原理作一介绍：

设用电量为Q，计算公式为

Q＝ST＝UIT

式中，S为视在功率，U为用户电压有效值，I为用户电流有效值，T以时间。

用户的220V交流电压信号经电压互感器和电压采样电路获得电压采样信号，用户所用的电流经电流互感器和电流采样电路获得电流采样信号，两个信号经单片计算机的A／D转换部分转换成数字量，经过单片计算机内部计时及其它计算，将用电量、剩余款额、复费单价、表号密码及可变密码存入随机存取存储器中。由于该随机存取存储器内部自带电源，因而可以保证遇到断电数据不会丢失。而且，电卡插入电表时，也可将用电量、剩余款额、下一个表号密码及可变密码送入电卡。

用户购买电卡时，计算机便将款额、单价、超负荷用电单价、欠款用电单价、高峰期用电单价、表号密码、可变密码等写入电卡。用户将所购电卡插上电表后，电卡与电度表之间即以串行通讯方式进行数据交换。首先比较表号密码及可变密码是否一致，如一致，则电表内的剩余款额及下一个表号密码及可变密码以串行方式送入电卡，并且，电卡中的款额、单价等数据也以串行方式送入电表。同时，电表的发光二极管数码显示电路显示出电卡传入电表的款额、单价和用电量，此时方可拔出电表。反之，如是伪卡，则电度表没有显示，直至插入真卡为止。

电度表正常工作时，每隔一段时间，将款额、单价、用电量写入随机存取存储器中，以保证停电时数据仍然保存。用户在超负荷用电、或欠款用电、或高峰期用电，单价都会上升。同时，电度表正常工作状态为发光二极管数码显示电路一直轮流显示各个用户的用电量。

下面结合图1至图4，介绍本实用新型的一个实施例：

本实用新型由电流互感器L1－L3及电压互感器T1、电流采样电路（32，33，34）及电压采样电路（31）、单片计算机（35）、存储器电路（36）、电卡通讯电路（37）及发光二极管数码管显示电路（38）组成。本实用新型的电流互感器采用非晶态软磁材料绕制而成，体积小，性能稳定可靠。本实用新型可供三户使用，通过电子开关转换还可以增至20户，增加用户仅需增加电流互感器和电子开关通道。每户的电流互感器及其采样电路是一样的，这里仅以电流互感器L3一路以例。

电流互感器L3的初级线圈串联在交流220V用户电源上，次级线圈一端接地，另一端接在电流采样电路（32）的1欧姆电阻R18上，以获得与初级电流成比例的弱电压信号。这个弱电流信号经过电流采样电路（32）的运算放大器（39）比例放大后，通过二极管D13整流和电阻R14、电容C18的平滑电路，输出到单片计算机（35）的A／D转换电路电子开关的输入端接点（6）。另一方面，电压互感器T1的初级线圈串联在交流220V用户电压上，次级线圈一端接地，另一端接在电压采样电路（31）的运算放大器（40）输入端，以获得与初级电压成比例的弱电压信号，这个弱电压信号经过电压采样电路（31）的运算放大器（40）比例放大后，通过二极管D1整流和电阻R8、电容C11的平滑电路，输出到单片计算机（35）的另一个A／D转换电路电子开关的输入端接点（5）。电压采样电路（31）和电流采样电路（32，33，34）的运算放大器型号都是LM324。

单片计算机（35）由8098集成电路构成。单片计算机的A／D转换输入端接点（5，6，7，8）与图2的电压采样电路（31）和电流采样电路（32，33，34）的输出端（1，2，4，3）相连。

存储器电路（36）由锁存器芯片74LS373、只读存储器芯片2764和随机存取存储器（43）构成。随机存取存储器（43）的型号为DS1994。单片计算机（35）的低八位数据／地址线输出端AD0－AD7接到锁存器74LS373的输入端D0－D7，锁存器74LS373的输出端Q0－Q7接到只读存储器2764的地址线A0－A7上；单片计算机（35）的高八位数据／地址线AD8－AD15的低五位AD8－AD12则不经过锁存器74LS373而直接接到只读存储器2764的地址线A8－A12上。单片计算机（35）的低八位数据线AD0－AD7同时还直接接在只读存储器2764的数据线A0－A7上。单片计算机（35）的脉冲宽度调制输出端PWM端接到起隔离和阻抗匹配作用的三极管（42）的基极，单片计算机（35）的中断输出端EXTINT端接到三极管（42）的极电极。随机存取存储器（43）有两个接点，接点K1接到三极管（42）的极电极，另一接点K2接到三极管（42）的射极，即接地。

单片计算机（35）与随机存取存储器（43）以串行数据方式通讯，将用电量、剩余款额、复费单价、表号密码及可变密码存入到这个随机存取存储器（43）中。

电卡通讯电路（37）由同样起隔离和阻抗匹配作用的三极管（41）构成。三极管（41，42）的型号都是9013。单片计算机的串行通讯输入端RXD端和通讯输出端TXD端分别接到三极管（41）的极电极和基极上。这个三极管（41）的射极接地。用户购买的配合本实用新型用的电卡（44）也是由一个随机存取存储器构成的，其型号为DS1991。电卡（44）内也存储有表号密码和可变密码。电卡（44）的两个接线端（9，10）就插到三极管（41）的基极和射极上。因此，电卡（44）也以串行数据方式与单片计算机（35）通讯。

电卡（44）插入后，即接点（9，10）接到三极管（41）的极电极和发射极后，单片计算机（35）首先将存储器电路（36）中的随机存取存储器（43）的表号密码和可变密码与电卡（44）中的相应密码进行比较，如密码一致，则电表内的剩余款额及下一个表号密码和可变密码以串行方式送入电卡（44），并且，电卡（44）中的款额、单价等输据也以串行方式传入电表。反之，密码不一致，则认为是伪卡，电度表不工作。

发光二极管数码显示电路（38）由四一七段数码译码驱动芯片MC14495、锁存器74LS374和5个数码管组成。译码驱动芯片MC14495的输入信号接点（23，24，25，26，27，28，29，30）分别与图3的存储器2764的输出接点（11，12，13，14，15，16，17，18）相连。单片计算机（35）的低八位数据／地址线的低四位D0－D3接到数码译码驱动芯片MC14495的输入端（19，20，21，22）上，译码驱动芯片MC14495的输出端接到五位数码管的相应接点上。另一方面，单片计算机的低八位数据／地址线接D0－D7接到数码显示电路（38）的锁存器74LS374的输入端接点（23－30），锁存器的输出端接到五位共阴极数码管的阴极及小数点上，经过单片计算机（35）的程序控制，以扫描方式循环显示用电量、款额、单价等数值。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、精度高，可达一级。这是由于单片计算机8098的A／D转换精度可达千分之一。

2、寿命长。这是由于随机存取存储器DS1994可保存数据十年以上，比以前每三年就需更换一次的机械电度表寿命长得多。

3、自耗少，节约能源。这是由于本实用新型最多可一表供20户使用。一个电表功耗为3瓦，按10户计，每户的电表功耗不超过0.5瓦。

4、先付款，后用电。由于用户必须先购电卡，方可用电，解决了以前“先用电。后付款”带来的一些问题。

5、因为本实用新型直接计量视在功率，不计算功率因素，因而可以促使用户自觉注意节约用电，提高了电能的利用效率。

6、由于本实用新型采用用户购电卡的方式，从而省去供电部门抄表的工作，减轻了供电部门的工作量，并且便于供电部门实现计算机联网管理。

Claims (4)

1、一种智能电度表，由电流及电压互感器、电流及电压采样电路、单片计算机、存储器电路、发光二极管数码管显示电路及电卡通讯电路组成，其特征在于：电压互感器和电流互感器的次级信号分别接到电压采样电路和电流采样电路的输入端，电压采样电路和电流采样电路的输出端接点分别接到单片计算机的A/D转换电路电子开关的输入端接点；存储器电路(36)由锁存器芯片、只读存储器芯片和随机存取存储器(43)构成，单片计算机(35)的低八位数据/地址线输出端接到锁存器的输入端，锁存器的输出端接到只读存储器的地址线上；单片计算机(35)的高八位数据/地址线的低五位则不经过锁存器而直接接到只读存储器的地址线上；单片计算机(35)的低八位数据线同时还直接接在只读存储器的数据线上。

2、根据权利要求1所述的智能电度表，其特征在于：电卡（44）由随机存取存储器构成，电卡（44）的两个接线端（9，10）接到三极管（41）的基极和射极上，三极管（41）的射极接地；单片计算机（35）的串行通讯输入端RXD端和通讯输出端TXD端分别接到三极管（41）的极电极和基极上。

3、根据权利要求1所述的智能电度表，其特征在于：存储器电路（36）中的随机存取存储器（43）的接点K1接到三极管（42）的极电极，另一接点K2接到三极管（42）的射极，三极管（42）的射极接地；单片计算机（35）的脉冲宽度调制输出端PWM端接到三极管（42）的基极，单片计算机（35）的中断输出端EXTINT端接到三极管（42）的极电极上。

4、根据权利要求1所述的智能电度表，其特征在于：电流互感器采用非晶态软磁材料绕制而成。

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