預購電量器的製作方法
2023-09-23 07:44:40 1
專利名稱：預購電量器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電量器(表)，尤其涉及自動控制電量器。
電量器，又稱為電能表或電(度)表，它是最為人們熟悉的、使用最為廣泛的用電量計測儀表，當前，由於我國生產發展迅速，用電量猛增，電力供應十分緊張，控制用電已成為當務之急，但是，現用的電磁感應電(度)表，僅能用於計測用電量、而無控制功能。為控制用電，某些供電部門採取分片停電，這既不利於生活和生產，也仍難避免電力浪費，為實行按計劃用電，專利CH9121209、4提供了「有償控制電量器」，它能對超過既定限額用戶自動斷電，這無疑是有一定使用價值的，它將促使人們自覺避免浪費電力。然而，該產品不能在供電部門與用戶之間建立雙向信息交換，更有效地實行節電，對改善電費管理也無幫助。
本實用新型之目的是改進電量器結構，為供電系統提供一種能夠為供電部門與用戶之間建立雙向信息交換，並能根據用戶預先購買的電量對用戶負荷開關實行自動控制的電量器，以實現計劃用電，改善電費管理。
本實用新型是通過以下技術措施實現上述目的的預購電量器是由電能表、控制器、和聯結二者的信號聯線構成的，在通用的電能錶轉動鋁盤下方，裝設一個連為一體的反射式紅外發射、接收裝置，檢測鋁盤上的黑色標記，實現電量計量的數字轉換，其計數脈衝通過信號線傳給控制器、進行脈衝整形和電量計算，電能表側面設有聯接插孔，電能表用戶接線端子與負荷控制電路中的可控矽相聯接，控制器由表殼、表面，安裝在表殼內的預購電量控制系統，由單片機，光電脈衝整形電路、時鐘電路、電源電路、負荷控制電路、剩餘電量顯示電路、掉電保護電路、光電報警電路、按鍵電路、鑰匙續寫控制電路組成。表面安裝在顯示剩餘電量的LED數碼管，通知用戶購電重寫鑰匙的紅色LED發光管，續鑰匙指示的綠色LED發光管，顯示按鈕，續鑰匙按鈕，鑰匙插孔。用戶鑰匙可重複使用10000次，鑰匙上存貯有用戶每次購電量和日期為及每次續鑰匙後，控制器器回寫入鑰匙中的電力用戶有民參數和續入日期。鑰匙上為每一用戶設定了一個戶號，並記錄著千瓦時參數。
為敘述清楚，現結合附圖對預購電量器結構與工作原理詳細說明如下本實用新型的預鉤電量器(參見圖1)，由電能表(a)和控制器(b)組成，控制器(b)有一長方體外殼(1)，其表面(2)上設有剩餘電量LZD數碼管(3)、紅色購電鑰匙LED指示燈(4)、綠色讀鑰匙LZD指示燈(5)、鑰匙插口(6)、讀鑰匙按鍵(7)、顯示剩餘電量按鍵(8)、電能表聯接插頭(9)；電能表(a)也有一長方形外殼(10)，其表面(11)上設有觀察口(12)，其下端設有接線端子(13)，側面設有與控制器相接的插座(14)。
控制器的內腔，裝有預購電量，控制系統(參見圖2)，該控制系統由單片機、存貯器、鑰匙接口、時鐘電路、掉電檢測電路、圖脈衝檢測、整形電路、光電報警電路、控制執行機構電路、剩餘電量顯示電路鍵盤電路、電源電路、鑰匙組成。
預購電量器電能表紅外探測器安裝(參見圖3)電能表電壓線圈(16)得電時繞在鐵芯5上的電流線圈有電流通過，使鋁盤(16)轉動，帶帶動機構計數裝置、當鋁盤(16)轉動時，安裝在固定支架上的反射式紅外線光電計數器檢測鋁盤上的黑色標記，當黑色標記通過光電探頭時，光電計算器產生圈脈衝信號，通過P8、P9傳送給控制器，P1、P2為交流220V進線端，17、18為用戶電源接線端，19、20為雙向可控矽，其控制端P3、P6通過接線座(21)與控制器相聯，控制器通過對雙向可控矽P3、P6的控制，實現對用戶負荷的雙線關斷。
本實用新型預購電量器的光電報警電路(參見圖4)，當單片機控制輸入為低電平時LED1紅色發光管閃亮，通知用戶到供電部門購買電量，重寫鑰匙，綠色LED2燈亮，指示系統Z在讀寫鑰匙，燈滅後，指示讀寫過程完畢。
本實用新型預購電量器的負荷控制電路(參見圖5)，M1、M2為單片機輸出與雙向可控矽之間的接口器件。通過單片機的控制端，信號經門電路控制M1、M2的輸入端，M1、M2的輸入端1經過電阻(R14、R15)接電源(Vcc)，當門電路輸出低電平時，M1、M2導通，控制雙向可控矽(T2、T3)打開，向用戶供電。而當門電路輸出為高電平時，M1、M2在交流電壓過零狀態時關斷可控矽(T2、T3)停止向用戶供電。由於採用3SCR過零關斷技術，克服了雙向可控矽由於相位控制產生的射頻幹擾，(電力系統的「公害」)。在此電路，加上門板電阻(R10、R13)，提高了抗幹擾能力，R9、R12為限流電阻，通過調節R14、R15以改變M1、M2的觸發電流。R3、C1與R4、C2為雙向可控矽的保護電路。
如圖6所示，本實用新型預購電量器運行時，的220V電力電壓經電感(L1、L2)電容(C32、C33)濾除電網幹擾和尖峰脈衝幹擾後，經過隔離變壓器(T1)、輸出的交流電壓經1A／600V的矽橋進行整流，電容(C4、C5、C6)濾波，穩壓集成電路(G1)穩壓後，向系統提供＋5V的直流工作電壓。
本實用新型的光電檢測、整形電路(參見圖7)，反射式紅外線傳感器(G2)將脈衝信號通過聯接導線，傳遞給控制器接線端。由R7、R8、U1組成的整形電路對輸入的信號進行整形，向單片機輸出一個標準方波信號，進行電能計量。
本實用新型的時鐘電路和掉電保護電路(參見圖8)，電源監測電路為一個電壓比較器電路，圖中齊納二極體(Z2)可視為一個電源，當電源掉電時，Vcc開始下降到4.7V時，集成電路(U14)輸出為低電平，通過觸發器(U3)、集成電路(U4)封鎖集成電路(U5)的片選信號端，使U9中的各種參數，在掉電過程中不會丟失。由電阻(R4、R5)、電容(C8、C9)、晶體振蕩器(Z2)組成32、768KHz的晶體振蕩電路，為U5的工作提供振蕩信號，R16、C10、R17、二極體(D3、D4、D5)，電池E，組成了後備電源電路，當系統正常工作時Vcc通過D3給U9供電，另一方面，Vcc通過限流電阻R17和二極體(D3)為電池(E1)充電，當Vcc掉電後，U5的工作電壓為電池電壓，V5由電池E1供電。U5為COMS時鐘晶片，內部有數十個戶存貯單元，用於各種參數，數據的掉電保護存貯。
本實用新型的按鍵電路(參見圖9)，K1讀鑰開關，K2為顯示剩餘電量開關。C11為K1的消抖電容，C12為K2的消抖電容，觸發器(U12)的輸入端各通過電阻(R23、R24)置位高電平，U6輸出為低電平。觸發器U7輸出為高電平不能引起系統中斷，當K1、K2有一個鍵按下，或同時按F時，U6輸出為高電平，U7輸出為低電平，將引起系統中斷。在中斷服務中，系統根據T1口狀態，判斷是K1還是K2鍵按下，若同時按下兩鍵，系統只響應K2鍵，系統根據判斷出的鍵值分別進行處理，是K1鍵系統進行讀鑰匙服務。是K2鍵進行顯示剩餘量服務。
本實用新型預購電量器的LED數碼顯示電路(參見圖10)，寄存器(U8、U9、U10)串行輸入，並行輸出移位寄存器，並帶有消除端，Q0－Q7為並行輸出端，通過電阻排分別與共陰極數碼管的控制端相聯，零電平時，輸出清零。CP為時鐘脈衝輸入端，在cp脈衝的上升沿作用F，實現移位，在cp＝0，cr＝1時，保持原來數據狀態。(Cr為寄存器消除端、DSA為串行輸入端)本實用新型預購電量器鑰匙讀寫電路(參見圖11)，圖中單片機(U14)的P2、P5、P7用作輸出埠，用P10作為輸入埠，其中P7為P10提供數據時鐘輸入信號。此外，圖中在U14的引腳上連接了一個電源監視電路，以避免上電時U14中的數據的丟失。基本原理是單片機在加電復位期間，引腳(P11為高電位，二極體(G3)為截止狀態。而二極體(D4)處於導通狀態，從而使腳(P10)保持低電平，處於未選通狀態，故可以防止任何擦寫或寫入指令進入U14，三極體(G4)與R25、R26、觸發器(U15)組成鑰匙電路電源控制電路，漢單片機T0輸出低電平時，U15輸出為高電平，驅動三極體G4導通，Vcc通過R27，G4的c、e端接通鑰匙插口電源端。單片機T0輸出高電平時，G4截止，鑰匙插口電源端與電源Vcc斷開，當用戶將重寫的鑰匙插入接口後，按動讀鑰匙按鍵，系統首先接通鑰匙插口電源，而後對鑰匙進行戶號核對，密碼核對，當各項參數互相符合時，系統將讀入鑰匙上用戶的購電量讀入數據後，系統將用戶購電量消存，將讀鑰匙日期及累計用電量回寫入鑰匙，以備供電部門管理，鑰匙讀寫完成後，即可撥下，以便下次使用。
本預購電量器的鑰匙(參見圖12)，鑰匙本身由裝有1K容量的ZZPROM的印製電路板模壓而成，鑰匙接點採用鎳鍍銅，表面敷金而成，其讀／寫壽命可達10000次，當改變KWH等參數及讀出電錶內的數據時，可以使用用戶的電子鑰匙進行。
本實用新型預購電量器(參見圖13)通過接點，各電路與單片機U1相連，其程序全部固化在外部存貯器(U18)中，因單片機沒有獨立設置地址總線，故導址的地址碼12位中，地址的低8位由D0口提供。D0口即作為數據總線，又作為地址總線，地址的高4位由R2口的P11、P13、P14、P15提供，本系統使用4K存貯單元，在單片機(U17)訪問存貯器(U18)時，下降沿控制鎖存器(U19)先鎖存，由P11、P13、P14、P15輸送的高位過地址，然後U17再進行讀指令數據。在引腳(22、23)之間並聯接入晶振(CRYI)和串聯電容(C13、C14)，形成單片機工作振蕩電路，頻率為6MHz。當控制系統上電時，U17的復位端對C15充電，在RZSZT復位端形成一段時間的復位脈衝，使系統重新開始運行。
實施例與效果本預購電量器已生產了小批量樣機，並投入了試運行，測量證明，其度量精度與常用電量器相同。其優點在於用戶必需馮電子鑰匙購買電量方能獲得電力供應，這不僅為供電部門的收費提供了方便，也有利於用戶的計劃用電。尤其是它在用戶與供電部門之間建立了雙向信息交換，有利於供電部門的計劃供電，減少電力浪費，使供電與電費管理進入計算機化。這對電力緊張和管理水平較低的我國，無疑是有積極意義的。
圖1－－預購電量表外形圖，其中a－電能表，b－控制器，1－控制器外殼，2－外殼表面，3－數碼管，4、5－指示燈，6－鑰匙插口，7、8－按鍵，9－電能表聯接插頭，10－電量表外殼，11－10的表面，12－觀察口，13－接線端子，14－插座。
圖2－預購電量器控制系統框圖。
圖3－預購電量器電能表紅外探測器安裝示意圖，其中14－電壓線圈，16－鋁盤，17、18－用戶電錶接線端，19、20－雙向可控矽，21－接線座，P1、P4－220V進線端，P8、P9－控制器傳送線，P3、P6－可控矽控制端。
圖4－－預購電量器光電警報電路，其中R1、R2－電阻、LED1、LED2－發光管。
圖5－預購電量器的負荷控制電路，其中M1、M2－接口器件，R14、R15－電阻、Vcc－電源，T2、T3－雙向可控矽，R10、R13－門極電阻，R9、R12－限流電阻，R3、R4－電阻，C1、C2－電容。
圖6－＋5工作電源圖，其中L1、L2－電感，C3、C4－電容，T1－隔離變壓器，C5、C6、C7－濾波電容，G1－穩壓集成電路。
圖7－光電檢驗、整形電路，其中G2－傳感器、R7、R8－電容，U1－集成電路。
圖8－時鐘電路和掉電保護電路，其中Z1－齊納二極體，U2－集成電路，U3－觸發器，U4、U5－集成電路，R4、R5－電阻，C8、C9－電容，Z2－晶體振蕩器，R10、R16、R17－電阻，D1、D2、D3－二極體，E1－電池，Vcc－電源。
圖9－預購電量器按鍵電路，其中K1、K2－開關，C11、C12－電容，R23、R24－電阻，U6、U7－觸發器。
圖10－數碼顯示電路，其中U8、U9、U10－寄存器，Q0－Q7－並行輸出端，CP－脈衝輸入端，Cr－寄存器消除端，DSA－串行輸入端。
圖11－預購電量器鑰匙讀寫電路，其中U14－單片機，P2、P5、P7－輸出埠，P10－輸入埠，P11－引腳，T3－三極體，G4－三極體，U15－觸發器，R25、R26、R27－電阻、T0－單片機，Vcc－電源。
圖12－預購電量器鑰匙，其中U16－存貯器。
圖13－單片機系統原理圖，其中U17－單片機，U18－外貯存器，U19－鎖存器，CRYI－晶振，22、23－引腳，C13、C14、C15－電容，P11、P13、P14、P15－地址高位。
權利要求1.一種由電能表和控制器組成的電量器，其特徵在於本預購電量器由電能表和控制器組成，二者用信息線聯接，所述電能表是在普通電能錶轉動盤下方裝有一個連為一體的反射式紅外發射、接收裝置，檢測鋁盤上的黑色標記，實現電量計量的數字轉換，其計數脈衝通過信號線傳給控制器，進行脈衝整形和電量計算；所述控制器，有一長方體外殼，其表面上設有剩餘電量LZD數碼管，紅色購電鑰匙LED指示燈，綠色讀鑰匙指示燈、鑰匙插口、讀鑰匙按鍵，顯示剩餘電量按鍵、電能表聯接插頭，其內腔裝有預購電量控制系統，該系統由單片機、存貯器、鑰匙接口、時鐘電路、掉電檢測電路、圖脈衝檢測整形電路、光電報警電路、控制執行機構電路、剩餘電量顯示電路、鍵盤電路、電源電路組成。
2.根據權利要求1所述的預購電量器，其特徵在於所述的控制器中的控制系統，其中各種電路是光電報電路是由R25、R26、LED1、LED2構成的；負荷控制電路由R14、R15、M1、M2、U、R9、R10、R12、R13、T2、T3、R、C構成的；＋5V工作電源電路由低通濾波器、隔離變壓器、矽橋、穩壓集成電路、C4、C5、C6濾波電容構成；脈衝信號經接線端P8、P9接入控制器，由U4、R7、R8組成的圈脈衝整形電路；掉電檢測電路是由R22、R24、R23、Z22、U14、R21組成的；選信號電路是由U12B、U11、R30構成的；R17、R18、CRYZ、C8、C9組成的振蕩電路與由R16、C7、R20、D3、D4、D5、電池E組成的BVV電源，兩組電路與U9共同構成時鐘電路、數據掉電保護電路；按鍵電路由K1、K2、C20、C21、R30、R31、U12c、U12D構成；串行數碼顯示電路是由U9－U11及共陰極LED數碼管、電阻排構成的；電子鑰匙讀寫控制電路由R5、R6、D2、R4、P1、D1、P1－6、U、Ra、Q、Rb構成；由單片機U1、鎖存器U2、存貯器U3和CRY1、C2、C3晶振電路以及C1、R1、R2組成的復位電路，構成系統控制電路。
專利摘要預購電量器，屬於自動控制用電量的電量器，由電磁感應電量表和控制器組成，二者由信號線聯接。電量表內裝有脈衝採集器和負荷斷電開關。控制器由單片機和信號處理、控制開關、時鐘、電量顯示、報警、掉電檢測與數據保護、鑰匙與鑰匙接口、電源、與鍵電路組成。電子鑰匙不僅可將用購買的電量傳給電量器，控制用戶用電量，並將已用電量數據傳給供電部門的售電機，為計劃用電和電費管理提供了可靠的計量控制儀表。
文檔編號G01R11/02GK2163385SQ9224375
公開日1994年4月27日 申請日期1992年12月15日 優先權日1992年12月15日
發明者於硯福, 王均, 董江 申請人:天津市電力工業局城區供電公司