CN2304128Y - 居民用电量自动测量装置 - Google Patents

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Abstract

居民用电量的自动测量装置属于测量技术领域,它是涉及住宅楼(区)许多居民用户各户用电量的自动测量装置。在住宅楼(区)集中供电的情况下采用了单片机及其接口电路控制的光耦双向可控硅用户负载无间断切换电路,实现了一个霍尔电流传感器一根电流测量线一个单片机对许多居民用户电功率的周期性的采样测量与用户负载电路无间断的切换控制。由单片机计算、存储、积累和输出每户居民用电量的数据,由供电局管理中心PC机与该装置实现联机通讯,输出各个用户用电量的数据。

Description

居民用电量自动测量装置
本实用新型属于测量技术领域，它是涉及住宅楼(区)许多居民用户各户用电量的自动测量装置。它是用单片机控制的霍尔电流电功平测量单元，用户负载与测量回路无间断切换电路实现对许多居民用户电功率的自动测量并由单片机存储积累与输出居民用电量的装置。
长期以来供电局收取电费，居民交电费完全是靠人工方式进行。供电局到各住宅楼抄电表(总表)计算住宅楼总的电费，然后由住宅楼居民轮流抄各户的电表计算各户应交的电费。总表数与各户电表数之和常常差得很多还需各户居民分摊。居民收电费后再汇总交银行。这一过程每个月都要进行一次，给供电局与各户居民带来很多的麻烦。
为了解决这个问题，有把各户电表放在一起统一管理计算电费的。也有用电磁式电度表加计费磁卡由电度表控制居民用电的。这些方法虽然各自都有优点但终究不太完美。
本实用新型的目的是要提供一种能够自动测量住宅楼(区)许多居民用户用电量的装置。它能准确的测量与记录各居民用户的用电量，并能随时输出各居民用电量的数据。
本实用新型的目的是这样实现的：在住宅楼(区)统一供电的条件下，在单片机及其接口电路控制下由霍尔电流传器电功率测量单元对各居民用户电功率进行周期性的采样测量同时由单片机实现对各居民用户负载回路进行无间断的切换控制，所以能实现一个霍尔电流传感器、一根电流测量线、一套单片机及其接口电路对许多居民用户电功率进行周期性采样测量。由单片机测量、计算、存储、输出居民用电量的数据这就大大降低了该测量装置的成本，使该装置每户居民平均所需的费用有可能低于电磁式电度表的费用。
本实用新型所讨论的装置，它可以与供电局管理中心的PC机实现联机通讯，这样供电局可以随时知道住宅楼(区)，任一居民用户的用电量，可以对每户居民发每个月的收费通知单。可以实现对不交电费的用户单独停电而不影响其他用户。
实用新型的工作原理与结构由以下附图给出。
图1．表示了居民用电量自动测量装置的原理方块图，该装置有一个霍尔电流传感器的电功率测量单元(A)它由单片及其接口电路(B)控制进行电功率的测量。单片机还控制光耦双向可控硅用户负载无间断切换电路(C)进行切换工作。在测量瞬间第一个用户负载切换到霍尔电流传感器的测量线上，在测量结束以后第一个用户负载又切换回双向可控硅功率输出电路(D)上。在下一个测量瞬间第二个用户负载切换到霍尔电流传感器的测量线上，如此循环对许多用户的电功率进行周期性的采样测量与用户负载电路的切换控制。整个装置由电源与停电保护电路(E)供电，装置的负载输出电路(D)连接到各个用户负载(F)。
本实用新型的特点是：在住宅楼(区)集中供电的条件下，采用了用户负载无间断供电与切换电路实现了用一个霍尔电流传感器一套测量电路一个单片机及其接口电路就能对许多用户的电功率进行周期性的采样测量并由计算机计算存储积累每一用户的用电量。由于用户负载是慢变化的，采样周期为60-120秒，每1秒采一次一个用户的电功率，这一电功率能代表采样周期内用户的平均电功率。平均电功率乘以采样周期即为用户的用电量。用户的数量可以是16户，32户，64户，128户等等。
图2．为霍尔电流电功率测量单元原理图，它由霍尔电流传感器HOL测量交流电流，最大测量电流为10安。输出电压为5伏峰峰值(它为霍尔电流传感器输出端50Ω上的压降)。霍尔电流传感器采用+15V-15V供电。测量单元除了进行电流测量外还进行交流电压测量，用三个小变压器T2T3T4测量A、B、C三相电压，变压器输出电压为3．65V(有效值，对应相电压220V输入)峰值电压为5V，所用AD可以测量+5V、-5V峰值电压输出为10位数字量，对应每个分层值为5mV，三相电压由一片模似开关74HC4052，根据计算机给定的地址信号进行相电压的选择，另一片74HC4052为选择电流电压测量的顺序，由50周工频信号正半周推动两个D触发器控制模拟开关进行电流电压的测量，每次测量是在10ms时间内连续测量20次，每0．5ms样测量一次。
用户的电功率 w与电流电压的关系由下式表示：w=U·I=UmSinωt·Imsin(ωt+φ)=(ImUm)／2·[Cosφ-Cos(2ωt+φ)]=UICosφ-UICos(2ωt+φ)
UICosφ为直流平均功率，Cosφ为功率因素， W式所表示的为周期性变化功率，2ω为100周，所以取10ms时间内UI乘积的平均值即为UICosφ。
图3表示了单片机及其接口电路的方块图，它由单片机8052，片外随机存储器6264、EPROM、27128接口电路8255，AD转换器AD571、8251联机接口及微型打印机T1组成。此为一普通的单片机，它只须要随机存储器有足够的存储空间存储用户用电量的数据。接口电路8255有两个输入输出口分别推动两组片选电路74LS138与74LS154。输出口的高四位推动2片74LS138产生片选信号，输出口的低四位推动许多片74CS154(该电路在图4中)产生双向可控硅用户页载无间断切换信号。AD571输入为+5V与-5V峰峰值模数转换器，它产生10位数字信号，用户用电量输出数据可由微型打印机T1打印输出8251为该装置与PC机联机通讯的接口电路。
图4表示了16个用户光耦双向可控硅无间断切换电路的原理图，它由两片74LS154 D1 D2，光耦双向可控硅MOC1-1 MOC1-2(共32个)双向可控硅CT1-1(共16个)以及许多电阻电容组成，单片机控制两片74LS154产生16个用户光耦双向可控硅用户页载无间断切换信号。集成电路D1先产生第一个用户测量单元接入信号，经光耦双向可控硅MOC1-1，接通双向可控硅CT1-1，使测量单元霍尔电流传感器测量线O1O2接入该用户负载电路，再经400ms以后，另一片D2(74LS154)经反号器产生用户负载切断信号，通过光耦双向可控硅MOC1-2，经双向可控硅CT1-2切断用户负载电路，此时用户负载电流全部经过霍尔传感器测量线O1O2，计算机控制测量单元进行用户负载电功率的测量。再经400ms，D2产生用户负载电路接通信号，经MOC1-2再经CT1-2接通用户负载电路。然后单片机通过D1产生该用户测量单元断开信号，经MOC1-1控制CT1-1切断霍尔传感器测量电路。此过程时间为1秒。然后单片机控制D1D2转入下一个用户电功率的测量。以上就是用户负载无间断电功率周期性采样测量的过程。图4中除绘出了第一用户负载无间断测量的原理图外，还绘出了第16用户的原理图，中间各用户的图都被省略。图中O1O2为引向霍尔电流传感器16个用户公共电流测量线，若用户数量增加到32户64户128户，则图4的线路增加到2倍、4倍、8倍。O1O2为所有用户的公共测量线。
图4中虚线右面部份为双向可控硅用户负载输出电路的原理图，由于CT1-2…CT16-2处于长期通电状态发热较大，故需加散热板。双向可控硅用户负载输出电路与散热板放在一起。住宅楼(区)供电必须集中，用户的供电线必须由用户负载输出电路直接拉到用户。
电源与停电保护电路：电源为开关电源，输出电压有+15V、-15V、+5V，停电保护电路有直流充电池平时充电，停电时给单片机与存储器6264供电。该装置单片机与供电局管理中心PC机实现联机通讯，把各个用户电量的数据输送给供电局。

Claims (1)

1．一种居民用电量自动测量装置，该装置有一个霍尔电流传感器的电功率测量单元(A)，有一个用户负载与测量回路无间断切换电路(C)，单片机及其接口电路(B)，用户负载输出电路(D)组成其特征在于：
霍尔电流传感器电功率测量单元(A)由一个HOL电流传感器、一根公共的电流测量线Q1Q2、T2T3T4测量三相电压的小变压器与模拟开关74HC4052组成，模拟开关输出到单片机的AD口，由它在单片机的控制下对许多居民用户电功率进行周期性的采样测量。
用户负载与测量回路无间断切换电路(C)由集成电路D1(74LS154)光耦双向可控硅MOCH双向可控硅C7H的电流测量线接入电路，与集成电路D2(74LS154)光耦双向可控硅MOC1-2双向可控硅CT1-2用户负载断开电路组成每个用户无间断切换电路，它也可由双向可控硅外电其他切换元件(继电器接融器)组成。
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