CN2212205Y

CN2212205Y - 用于电度表的电源线载波自动抄表装置

Info

Publication number: CN2212205Y
Application number: CN 94245699
Authority: CN
Inventors: 吴承之
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1995-11-08
Anticipated expiration: 2004-12-01

Abstract

本实用新型涉及一种用于电度表的电源线载波自动抄表装置，主要由三部分组成，改装后带数字信号输出的电表，每个电表配一个遥控线路盒、一个智能抄表机。在电表数字转盘上设置有码盘接触电刷片，在转盘之间插入8-4-2-1码编码印刷电路板。编码板的电信号输出到遥控线路盒中的移位寄存器，智能抄表机与每个遥控线路盒之间的信号传输由电源线载波通讯方式实现。该装置适合于对同一变压器下的众多用户进行遥控抄表，集中管理。

Description

本实用新型涉及一种电力部门对用户的电度表进行集中监测、抄表计量的装置。

现在一般民用电度表采用感应式机械码盘计数显示方式。每月供电系统派出抄表员挨户抄一次电表的读数。汇总后和上月电表读数比较，算出每户的电费，再下达缴款通知单。这是一项花费大量人力的工作。

机械电表优点：简单、可靠、显示读数永远不会丢失、长时间停止使用后，累计读数不会变。

随着技术的进步，国内开始着手电费收费的自动化管理。新产品有磁卡电表、投币式计费电表。也有改变传感器结构组成电子显示自动遥控式电表。也有在原有电表转轮上增加光电计数器使电量变为计数脉冲输出进行计数的方法。遥控方式有用电话线、电源线、专用线等方式。采用上述方法缺点是当停电时数据容易丢失，所以技术上又采用存贮器存贮、停电保护、备用电池等方法来保护数据。

本实用新型的目的是实现同一变压器下的众多用户进行遥控抄表，集中管理。

本实用新型的主要技术方案是它包括电度表、电源线、遥控线路盒、智能抄表机。对现有的电度作适当改装，即在每个数字转盘上设置有码盘接触电刷片，在数字转盘间插入与码盘接触电刷片相配合的能输出8－4－2－1码的数字信号的编码印刷电路板。安装于每户电度表附近的遥控线路盒由载波接收电路、发送电路、双音多频解调和密码译码控制电路、移位寄存器和异步串行码产生电路组成。控制众多遥控线路盒的一个智能抄表机由载波发送电路、接收电路、键盘、双音多频编码电路、FM调制和解调电路、单片微机系统组成。其中电度表输出的8－4－2－1码直接输入遥控线路盒中的移位寄存器，智能抄表机与每个遥控线路盒之间的信号传输由电源线载波通讯方式实现。

本实用新型的优点是1、采用对机械码盘电表进行改装，投资省，且保留原机械电表的优点，特别是用电量读数不受停电的影响，不需要存贮和备用电源，供电时就可以读出用户的用电量，用户也可以读出用电量，做到用电心中有数，避免错收费现象。2、在电路结构上采用单片机、电子电话功能芯片和大规模数字电路集成芯片，技术先进，全数字化，智能化程度高，适合自动化集中管理。3、安装方便，采用电源线载波传输，不需另外布线。4、读数可靠性高，采用控制命令使用双音多频编码技术，多至八位数的密码，电表数据采用脉冲编码方式，两组不同的调制载波，保证控制命令和数据不会在同一电线上相互干扰。另外数据采用三取二重发方式，出错显示和重抄功能，保证了自动抄表的可靠性和唯一性。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

图1是改装数字码盘的机械原理图。

图2是改装后的数字转轮示意图。

图3是码盘接触电刷片的示意图。

图4是编码印刷电路板的示意图。

图5是遥控线路盒的电路方框图。

图6是智能抄表机的电路方框图。

图7是遥控线路盒的电原理图。

图8是智能抄表机的电原理图。

整个装置由三部分组成：改装后带数字信号输出的电表；遥控线路盒；智能掌式抄表器。

1.电表的改装

民用电度表采用机械传动数字转盘给出用电数字显示。没有电量信号输出。为了得到数字的电量信号，需要对电表进行改装。改装时原有的机械传动结构和安装结构不变，只是在数字转盘之间插入编码印刷电路板得到对应的8－4－2－1编码的数字信号。通过接口输入到遥控线路盒。

如图1所示，图1（b）为图1（a）的侧视图，电度表1的各个数字转轮2之间插入一块编码电路板3，为了固定印刷电路板，可在原来框架上加上架长板4，二根定位轴5，二根定位卡条6，其中7、8为螺栓。这样可保证印刷电路板和转轮的平行度，电接触良好。为保持现有电表的结构，宜将数字转轮2的厚度减少0.5mm左右，以使厚度也为0.5mm左右的编码电路板插入。

在数字转轮的中央设置有码盘接触电刷片9，如图2所示。由于图3所示的码盘接触电刷片9和图4所示的编码印刷电路板3采用公知的技术，在此不作详述。

这样电表经过上述改装后，数字转轮上所显示的数字就通过编码方式以8－4－2－1码由印刷电路板3输出。

2.遥控线路盒

遥控线路盒安装在用户电表附近，接收电表输出的数字信号。受抄表器信号控制将电表读数通过电源线传回到抄表器。

电路由下面几部分组成：接收电路、发送电路、双音多频解调和密码译码控制电路、移位寄存器和异步串行码产生电路。图5为原理框图。图7为线路原理图。

接收电路：其工作过程如下：电源线传来的抄表器发出的带双音多频调频的载波信号，经隔离电容C1、C2隔去220V，50Hz交流信号，由线圈B1选出以150kHz为中心的有用信号频率，滤去从电源线带来的各种杂波干扰，送入三极管Q2组成的选频放大器进行放大，再经二极管D3、D4限幅后送入解调器LM567（U4）解调，U4的2脚输出解调后的双音频信号。

双音频解调和密码控制电路：它由双音多频接收器U3（8870）、译码器U2（CD1514）、20脚挑线插座U1，双D触发器U17、U18、U19、U20、U9（4013）等集成电路组成。双音频信号经电容C6输入到U3（8870）的3脚。8870双音多频接收器是单片CMOS集成电路用以检测16个标准双音多频信号数位。它只需外接一个3.58MHz晶体和几只电阻、电容。8870内部放大器的增益近似等于反馈电阻R2与R4的比值K，其值一般取1－5左右。8870的输出（11、12、13、14脚）提供了十六位编码数位。经U2（CD1514）四－－十六线译码器进行译码。8870的15脚输出的选通脉经反相器（U10B），反相后控制U2译码器的动作。平时没有选通脉冲时，U2的16根输出脚均为低电平。

U1为密码设定电路。输入联接到U2输出的十根数字数位（0－9）线。利用跳线得到预定密码排列的U1八根输出线的信号。该信号按设定的顺序依次将输出高电平作为U17、U18、U19、U20各片的时钟输入。只有当发端键入的数位码和设置的顺序相同时，U20的Q端（13脚）才输出高电平。这个高电平既控制采数和串／并转换电路，也控制载波信号的发送，只有该户收到读数命令后，该用户才有信号发送，平时都处于关闭状态。

4013双D触发器（U9）组成四次计数电路，当计数满后（即连续采数并发送三组读数值后）U9的输出使U17－U20组成的移位寄存器复位，U20B的13脚为低电平，使开关U16B·D关闭，串行码停止发送。等待下一次的读数命令。

移位寄存器和异步串行码产生电路：移位寄存器由三片（U5、U6、U7）八位并串变换的寄存器集成电路组成。电表数据占十六位，其他位预置为起始位和停止位。当收到读数命令即U20的13脚输出高电平，经U14、U10逻辑门电路产生置入脉冲到U5、U6、U7的P／S端。寄存器并行读入8－4－2－1编码的电表读数。六反相门电路U15中的两个反相门组成的振荡器产生的110Hz频率的方波信号，经U19（CD4520）、U12、U11B构成的25分频计数器进行分频。U12的6脚输出的脉冲与读数命令在U14A相与，输出作为4014寄存器P／S端的输入脉冲。同时到U19双D触发器组成的4次计数器。完成一次读数命令连续取数三次的功能。110Hz的方波脉冲作为移位寄存器的时钟脉冲（U5、U6、U7的10脚输入），将并行数据逐位从U5的第3脚输出，产生输出速率110bit／s的异步串行码去调制发射电路的载波振荡器的频率。

串行码的数据格式：

24位

发送电路：串行码脉冲通过U16（CD4016）电子开关控制U15（CD4049）组成振荡器的频率。当信号为“1”时其频率为140kHz，信号为“0”时频率为160kHz。载波信号通过U16电子开关经Q1组成的功率放大器放大，经B2组成选频网络和隔离电容（C10、C11）到电源线上。将信号送回到抄表器。

本机的收发信号与220V电源线联接采用了电容耦合，同时用变压器隔离的方法。在交流电路中，电容器的容抗Zc＝1／2πfC。交流电源的50Hz频率与本机载波频率相差达3000倍左右。通过0.01μF的电容时，它对50Hz的阻抗在300kΩ以上，而对150kHz的载波信号仅100Ω，因此认为50Hz的电源电压对本机不起作用，而150kHz左右信号则进出无阻。

200V电源经变压器T1分压，BR1整流桥整流、7805稳压给出电路所需的＋5V电源。

3.智能掌式抄表机

抄表机配备给抄表员使用，接上220V～电源后就可以通过键盘读出同一变压器下各用电户的电表读数。三相电源之间需各并接一只0.01μF耐压大于500V以上的电容器。为使用方便，抄表器宜做成掌式。

抄表机电路由下面几部分组成：载波发送电路、接收电路、键盘、双音多频编码电路、FM调制和解调电路、单片微机系统。图6为原理框图。图8为线路原理图。

双音多频编码电路：该电路采用电话机中的通用CMOS集成电路5807（U9）和十六位键盘组成。产生各种双音频控制命令和数据。5807是单片CMOS集成电路，用于双音多频（DTMF）电话拨号，此电路配以单接触键盘输入。键盘和U9的联接对应如下：

	C1	C2	C3	C4
						679	1	2	3	D	R1
770	4	5	6	E	R2
						852	7	8	9	F	R3
941	B	A	C	0	R4
						(Hz)	1209	1336	1477	1633	(Hz)

表中也给出对应的双音频率和键盘值。

芯片时钟由外接3.58MHz晶体提供，要求其频率误差小于±0.2％。使用此频率产生的双音频相互干扰最小，提高系统工作可靠性。

双音频信号输出（16脚）经电容C7去耦，电阻R3和R4分压，电容C8隔直到发送电路U8的5脚。

发送电路：双音频信号经电阻R7送到U8（NE555）时基电路组成的多谐振荡器的5脚。其振荡频率设计为150Hz。

充电时间t1≈0.693×（R8＋R9）×C10

放电时间t2≈0.693R8C10

振荡周期t＝t1＋t2＝0.693（R9＋2R8）C10

为了得到占空比为50％的方波，一般选R8 10R9，使t1和t2近似相等。

双音频信号对振荡器的频率进行调制。U3脚输出被双音频调制的调频方波。该信号经过U12（4066）电子开关。为了降低导通时的开关内阻，将四个开关并联使用。4066的控制端信号由U9的10脚输出信号提供。即当有任一按键键入时，10脚输出高电平，4066开关导通，将双音频调制的方波信号通过三极管U10功率放大和电容C24、线圈T3组成的选频回路滤去中心频率外的高次谐波，经隔离电容C26、C25输到供电电源线路上。

接收电路：从电源线上传来的带有电表读数的调制载波信号经隔离电容C14、C14，选频网络T1、C16滤去电源线的各种杂波和50Hz交流信号。又经T2、C17、U13组成的选频放大器放大、经C18隔直，D7、D6限幅后通过C19到U6的3脚，由LM567、C20、C21、R14组成解调器解调，从8脚输出串行数据脉冲，送入到单片微机80C31的RXD输入端。

微机系统：智能抄表器的核心是由80C31为主机组成的微机系统。它由CPU80C31（U1）、6264RAM（U4）、2764EPROM（U5）、8255I／O扩充器（U2）、八位LED显示器、打印机接口（P1）和计算机通讯接口（P4）等组成。

键盘命令由5807电路翻译成双音频后又经8870（U2）解调电路变成BCD码，输入到CPU80C31的P1口上。当有键盘按下时，8870的15脚输出高电平经反相器U11反相后输入到CPU的中断口，CPU响应中断，读出P1口的BCD码，按照相应命令CPU进行各种功能的操作。具体命令表见附录一。当收到抄表指令后，CPU转入到串行接收程序、打开RXD接收、其他指令RXD不响应串行接收。这样可以屏蔽其他指令和电源线的干扰信号，保证读数的可靠性。

电源电路：220V，50Hz交流电源经变压器变压、桥式整流、7805三端器稳压输出＋5V的直流电压供线路板使用，为了保证停电时存贮的数据不致丢失，抄表器带有可充电的高容量电池，停电时维持微机基本系统供电。

智能抄表机的程序系统：系统监控程序采用键码分析作业调度形式。操作者通过键盘发出作业调度命令，监控程序接收到控制命令后，通过分析，启动对应作业，程序流程框图见附录二。

本实用新型的主要功能及技术指标如下：

1.自动抄表户不受限制：由于控制密码采用七位十进数字码，编码组合为7¹⁰。

2.读数值：0000－9999。

3.传输方式：220V～电源线载波传输。

4.传输串行码格式：十位异步码、包括一位起始位、八位数据码、一位停止位。

5.传输串行码速率：110bit／s。

6.调制方式：双音多频编码；脉冲编码；载波FM调制。

7.纠错方式：三取二、错误显示、人工或自动重新抄表。

8.供电方式：220V～，智能抄表器带有备用电池，遥控盒耗电mW数量级。

并通过打印接口打印出数据。

过打印接口打印出当月全部数据。

5.数据打印格式

（1）某一用户数据

1995－5－1（年－月－日）

X₁X₂X₃X₄X₅X₆X₇X₈X X X X

楼号门号户号读数

（2）某年某月全部用户数据

1995－5－（年－月－）

X₁X₂X₃X₄X₅X₆X₇X₈X X X X

X X X X X X X X X X X X

……

X X X X X X X X X X X X

楼号门号户号读数

功能模块子程序有：

1.抄表时间输入子程序；

2.抄数子程序（含自动排序子程序）；

3.人工键入数据子程序（含自动排序子程序）；

4.打印子程序；

5.串行口输出子程序。

Claims

1、一种用于电度表的电源线载波自动抄表装置，包括电度表，电源线，其特征在于还有遥控线路盒，智能抄表机，a，在电度表的每个数字转盘上设置有码盘接触电刷片，在数字转盘间插入与码盘接触电刷片相配合的能输出8-4-2-1码的数字信号的编码印刷电路板；b，安装于每户电度表附近的遥控线路盒由载波接收电路、发送电路、双音多频解调和密码译码控制电路、移位寄存器和异步串行码产生电路组成；c，一个智能抄表机由载波发送电路、接收电路、键盘、双音多频编码电路、FM调制和解调电路、单片微机系统组成；其中电度表输出的8-4-2-1码直接输入遥控线路盒中的移位寄存器，智能抄表机与每个遥控线路盒之间的信号传输由电源线载波通讯方式实现。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于遥控线路盒的电路结构为：a，接收电路：电源线传来的抄表器发出的带双音多频调频的载波信号经隔离电容C1、C2隔去220V、50Hz交流信号，由线圈B1选出以150KHz为中心的有用信号频率，滤去杂波干扰，送入三极管Q2组成的选频放大器进行放大，再经二极管D3、D4限幅后送入解调器LM567（U4）解调，解调器U4的2脚输出解调后的双音频信号；b，双音频解调和密码译码控制电路由双音多频接收器U3、四－－十六线译码器U2、20脚挑线插座U1、双D触发器U17、U18、U19、U20、U9等集成电路组成；c，移位寄存器和异步串行码产生电路：移位寄存器由三片八位并串变换的寄存器集成电路（U5、U6、U7）组成；串行移位的时钟脉冲由反相门电路U15组成的振荡器提供；d，发送电路：串行码脉冲通过U16（CD4016）电子开关控制U15（CD4049）组成振荡器的频率，当信号为“1”时其频率为140z，信号为“0”时频率为160KHz，载波信号通过U16电子开关经三极管Q1组成的功率放大器放大，经线圈B2组成选频网络和隔离电容（C10、C11）到电源线上，将信号送回抄表机。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于智能抄表机的电路结构为：a，双音多频编码电路：采用电话机中的通用CMOS集成电路5087（U9）和十六位键盘组成，芯片时钟由外接3.58MHz晶体提供，双音频信号由U9的16脚输出经电容C7去耦，电阻R3R4分压，电容C8隔直到发送电路U8的5脚；b，发送电路：双音频信号经电阻R7送到U8（NE555）时基电路组成的多谐振荡器，经四个并联的电子开关U12（4066）将双音频调制的方波信号通过三极管U10功率放大和C24、线圈T3组成的选频回路滤去中心频率以外的高次谐波，经隔离电容C25、C26输到供电电源线路上；c，接收电路：从电源线上传来的带有电表读数的调制载波信号经隔离电容C14、C15线圈T1、电容C16滤去电源线的各种杂波和50Hz交流信号；又经过由线圈T2、电容C17、三级管U13组成的选频放大器放大，经电容C18隔直，二极管D7、D6限幅后通过电容C19到解调器U6的3脚，由U6、电容C20、C21、C22、电阻R14组成解调器解调，从U6的8脚输出串行数据脉冲，送入到单片微机80C31的RXD输入端；d，单片微机系统：智能抄表机的核心是由80C31为主机组成的微机系统，它由CPU80C31（U1）、6264RAM（U4）、2764EPROM（U5）、8255I／O扩充器（U2）、八位LED显示器、打印机接口（P1）和计算机通讯接口（P4）等组成。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于电表的每个数字转轮的厚度减少0.5mm左右，将编码电路板的厚度做成0.5mm左右。