多用戶集中控制的多功能購電控制裝置的製作方法

2023-10-11 09:07:29

專利名稱：多用戶集中控制的多功能購電控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控制裝置，具體涉及一種多用戶集中控制的多功能購電控制裝置。
背景技術：
近幾年，隨著市場經濟的發展，有些國營企業不景氣，流動人口不斷增多，電費的拖欠和呆壞帳日益嚴重，已從根本上威脅到了電力企業的生存和發展。以湖南省電力公司為例，至2002年底，其累積應收欠費餘額已達34億元，而該公司每年的利潤僅4億元。要解決電費的拖欠問題，其中一個重要的辦法就是改革交費方式，即變「先用後購」為「先購後用」。目前實現這種方式的技術方案主要是把原有的電錶換成預付費電錶，但這種方式存在較大弊端，主要是1、投資太大。全國僅運行的單相電錶就大約有2億塊，單相預付費電錶的市場價格為300元/塊左右，若全部換成預付費電錶，不僅電錶購置費用高昂，同時要將原電錶拆除，工作量太大。
2、資源浪費。原有運行的單相電錶數量龐大，全國僅運行的單相電錶資產總額就達150億元左右，若全部拆除，造成資源的極大浪費。
3、安全性較低。目前預付費電錶大多採用IC卡的方式進行預購電量，電錶必然要留一個插口，而這個插口很容易受到攻擊，使表內數據混亂，同時，電子表受環境影響(特別是電磁騷擾)較大，容易出現故障，從而使表計安全性較低，一旦出現故障，無法進行電量結算。
基於以上原因，雖然欠費不斷高攀，但電力部門依然反對大量推廣應用預付費電錶。
為迴避上述弊端，有人開始設計多用戶預付費電錶，即幾個用戶合用一塊預付費表，這種方案一定程度上解決了投資較大的問題，但原有電錶的資源浪費問題和安全性較低問題沒有解決，特別是安全性問題尤其突出，當多用戶表由於各種原因故障時，其多個用戶的數據都丟失了，從而無法進行電量結算。

發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是解決原有電錶先用電後交費，電費拖欠嚴重以及目前把原有電錶更換成預付費電錶投資大、資源浪費嚴重、易受攻擊、安全性差、故障率高的問題；本實用新型之目的旨在提供一種多個用戶共用一個控制裝置、極大降低成本、節約資源、減少投資、計量和控制實現徹底分離、杜絕拖欠電費和計量糾紛、安全性能好、施工簡單方便的多用戶集中控制的多功能購電控制裝置。
本實用新型採用的技術方案是這種多用戶集中控制的多功能購電控制裝置，以單片微處理器為核心，分別連接IC卡插口電路、並行/串行輸入單元、串行/並行輸出單元、存儲器、顯示裝置、電源；多用戶的原表計電能脈衝信號連接至並行/串行輸入單元的並行輸入口，並行/串行輸入單元的串行輸出口連接單片微處理器，原多個表計的多個電能脈衝信號轉換為串行格式、逐位逐次送入單片微處理器，單片微處理器進行數據處理，單片微處理器的各種數據以串行方式送顯示裝置快速逐位掃描顯示，存儲器的數據線、時鐘線與單片微處理器相連，交換數據、存儲數據，IC卡插口電路的數據線、時鐘線也與單片微處理器相連接，購電IC卡通過IC卡插口電路與單片微處理器進行數據交換，單片微處理器的輸出控制信號連接至串行/並行輸出單元的串行輸入口，串行/並行輸出單元的輸出信號通過插座連接至斷電機構。
主要技術指標1、額定工作電壓220V；工作電壓範圍176V～264V，極限耐壓415V，4小時2、工作環境溫度-40℃～+65℃3、防塵、防水密封IP544、電磁兼容1)浪湧4KV；2)脈衝群4KV；3)空間電磁場10V/m；4)傳導10V；5)無線電幹擾B級；6)防靜電8KV(接觸放電)、15KV(空氣放電)5、電能脈衝採樣準確度E1-E2≤1％E1，其中E1為電度表的電量讀數，E2為控制裝置的電量讀數，計算周期為30天(一個抄表周期)。
6、控制電流1)單相220V 5(20)A、10(40)A，斷電裝置漏電開關、空氣開關、磁保持繼電器；2)三相四線380V 10(40)，20(80)A，1500A，斷電裝置空氣開關；3)三相三線10KV 630A，斷電裝置六氟化硫開關7、控制用戶1)單相，6-16戶；2)三相，1戶8、顯示8位LED(數碼顯示管)，其中2位標識碼，5位整數數據位，1位小數數據位9、IC卡及卡座壽命10萬次10、功耗單相，3W/12VA 三相，3W/12VA本裝置的優點1、先購後用，徹底杜絕欠費日益巨額的欠費黑洞，不斷擴大的壞帳風險，千辛萬苦卻收效甚微，經營風險日漸加大。改革電費結算方式無疑是解決問題的重要途徑。本裝置將配合臺區管理和兩電分離，變「先用後購」為「先購後用」徹底解決了長期困擾電力企業電費回收問題。
2、原表結算，避免計量糾紛本裝置不改變原有計量表計，只做購電控制使用，結算仍按原表進行，避免了預付費電能表容易受到攻擊而導致數據混亂的風險，同時避免了雙表計量數據不一致的問題以及機電一體機械錶碼與電子表碼不一致的問題。
3、施工簡單，只需導線對接本裝置施工非常簡單，只需要將原有機械錶或電子表計的脈衝輸出線，接入本裝置。若原有機械錶沒有脈衝輸出，可在機械錶上加裝一個光電轉換器。
4、以一託多，投入產出比高多個用戶(單相為6-16戶，三相1戶1個)共用1個控制裝置。分攤了設備的購置成本，減少了固定資產投入，一塊單相預付費電錶為300元人民幣左右，現在若以10戶共用一臺控制裝置，只需每戶分攤60元，成本下降了80％。
5、降低抄表成本，加強現場監管抄表周期加長(如每年一次)，抄表成本降低，又規避了裝用預付費電能表長期無人到現場監管的問題，因此抄表工作又可交給用電檢查人員進行。


圖1為本實用新型電原理框圖圖2為本實用新型實施電路圖具體實施方式

參見圖1，本實用新型以單片微處理器為核心，分別連接IC卡插口電路、並行/串行輸入單元、串行/並行輸出單元、存儲器、顯示裝置、電源；多用戶的原表計電能脈衝信號連接至並行/串行輸入單元的並行輸入口，並行/串行輸入單元的串行輸出口連接單片微處理器，原多個表計的多個電能脈衝信號轉換為串行格式、逐位逐次送入單片微處理器，單片微處理器進行數據處理，單片微處理器的各種數據以串行方式送顯示裝置快速逐位掃描顯示，存儲器的數據線、時鐘線與單片微處理器相連，交換數據、存儲數據，IC卡插口電路的數據線、時鐘線也與單片微處理器相連接，購電IC卡通過IC卡插口電路與單片微處理器進行數據交換，單片微處理器的輸出控制信號連接至串行/並行輸出單元的串行輸入口，串行/並行輸出單元的輸出信號通過插座連接至斷電機構。
裝置工作時，只需將原運行的多個(最多可達16個，為畫圖方便，以3個為例)電能表的電能脈衝輸出信號接至本裝置。裝置的並行/串行輸入單元接收從原運行的多個電能表發出的多個並行電能脈衝信號，經抗幹擾濾波後，通過並行/串行轉換，將多個並行脈衝信號轉換成串行信號，送MCU，MCU根據串行信號自動識別各個特定電能表發出的脈衝，並分別累計電能脈衝數，並將累計電能脈衝數轉換為累計用電量。
用戶購買電量後，將購電卡插入控制裝置的IC卡插口電路，卡中購電量等數據由MCU「讀入」。MCU根據IC卡中的密碼自動識別不同的用戶，並將購電量累加到相應的剩餘電量中。
MCU每檢測到一個基本用電量單位即一個電能脈衝，就從剩餘電量中減去一個基本用電單位，當某塊電錶的剩餘電量不足時，MCU驅動報警裝置(聲光告警、LED光告警、電鈴聲告警)報警，提醒對應電錶用戶及時購電，剩餘電量用完後，MCU通過串行/並行輸出單元發出指令驅動對應斷電裝置斷電。
MCU會及時存儲累計用電量和剩餘電量等相關重要和必要數據至存儲器中保存，以便停電時這些數據得以保存。
MCU可根據需要將有關數據通過快速逐位掃描方式進行顯示，位選擇信息由MCU輸出信號送入解碼器，再由解碼器送出LED的位選擇信號，每位LED的數據由MCU通過串行/並行寄存器輸入，並由LED進行顯示。
本「一託多」購電控制裝置，充分利用原有電錶資源，從原多個(最多可至16個)電錶取脈衝信號進行計量，用戶到電力部門購電，電用完後斷電，用戶的最終結算電量以原有電錶為準。該購電控制裝置只做購電控制用，實現了計量和控制的徹底分離，從根本上解決了投資太大，浪費資源，安全性較低的問題。
參見圖2，來自八戶(最多可擴展到16戶)原表的電能脈衝信號送至PP0-PP7，經過由4片(U102A、102B、U103A、U103B、U104A、U104B、U101A、U101B)運算放大器(每片有兩個運算放大器，型號LM2903)構成的抗幹擾濾波電路，再送至並行/串行轉換位移寄存器(代號U108，型號74LS165)，該寄存器的串行輸出口(代號QH，管腳號9)將已轉換為8位串行格式的、經抗幹擾處理後的原表電能脈衝信號逐位、逐次地送入單片微處理器(代號U105，型號W78E52B)。
該單片微處理器中的各種數據(如累計用電量、剩餘電量、報警電量和報警指示等)以串行方式送至LED顯示器(共4隻，每隻2個7段顯示管)，其代號分別為D101、D102、D103、D104，共8個帶小數點的7段LED顯示管，顯示方式為快速逐位掃描，位選擇信號由單片微處理器(代號U105，型號W78E52B)的代號分別為P1.2、P1.1、P1.0，管腳號為3、2、1的I/O口送入3入8出解碼器(代號U109，型號74LS138)，再由該解碼器送出LED的位選擇信號，解碼器的代號為Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7，管腳號為15、14、13、12、11、10、9、7，其共有8個輸出口。這8個輸出口送位選擇信號至四組(共8個)LED的位選腳(代號DG1、DG2，管腳10、5)每位LED的數據以串行方式由代號為P1.4、管腳號為5的單片微處理器(代號U105，型號W78E52B)的I/O口送至串行入並行的位移寄存器(代號U107，型號74LS164)的串行輸入口(代號為A、B，管腳號1、2)，再由該位移寄存器的並行輸出口(代號Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7)以並行方式送至被選中的LED數據線(代號分別為A、B、C、D、E、F、G、DP，管腳號分別為7、6、4、1、3、8、9、2)。
數據被保存在E2PROM(代號為U106，型號為24LC16)的存貯器中。該存貯器中數據和單片微處理器中的數據以串行方式交換。存貯器的數據線(代號為SDA，引腳號為5)和單片微處理器的代號為P2.3、引腳為24的I/O相連接，存貯器的時鐘(這裡指時序)線(代號SCL，引腳號6)和單片微處理器的代號為P2.4、引腳號為25的I/O相連接。
購電卡、其他管理卡和單片微處理器的數據交換方式也為串行方式。IC卡插卡(代號U111)中的、代號為I/O、引腳號為6的引腳為串行數據線，該數據線和單片微處理器的代號為P3.6、引腳號為16的I/O相連接，兩者以並行數據交換。IC卡插卡(代號U111)中的代號為CLK、引腳號為4的引腳為時鐘(這裡指時序)輸入引腳，它和微處理器的代號為P3.5、引腳號為15的I/O相連，以接收由微處理器送來的用以讀寫IC卡數據的邏輯時序信號(即時鐘)。
斷電機構的跳閘斷電信號由微處理器中代號分別為P0.0、P0.1、P0.2、P0.3的I/O口送至4→16解碼器(代碼為U110，型號74LS154)，該解碼器產生最多16路跳閘信號(一般使用8路，擴展時可多至16路)，該解碼器的引腳為17、16……、1的輸出線送跳閘信號至代號為J103的插座上。
單片微處理器對各用戶的購電、用電數據進行數據處理，對於剩餘電量為0的用戶，單片微處理器輸出斷電控制信號，連接至串行/並行輸出單元的串行輸入口，串行/並行輸出單元的並行輸出口輸出的斷電信號，連接並驅動對應的斷電機構斷電。
權利要求1.一種多用戶集中控制的多功能購電控制裝置，其特徵在於以單片微處理器為核心，分別連接IC卡插口電路、並行/串行輸入單元、串行/並行輸出單元、存儲器、顯示裝置、電源；多用戶的原表計電能脈衝信號連接至並行/串行輸入單元的並行輸入口，並行/串行輸入單元的串行輸出口連接單片微處理器，原多個表計的多個電能脈衝信號轉換為串行格式、逐位逐次送入單片微處理器，單片微處理器進行數據處理，單片微處理器的各種數據以串行方式送顯示裝置快速逐位掃描顯示，存儲器的數據線、時鐘線與單片微處理器相連，交換數據、存儲數據，IC卡插口電路的數據線、時鐘線也與單片微處理器相連接，購電IC卡通過IC卡插口電路與單片微處理器進行數據交換，單片微處理器的輸出控制信號連接至串行/並行輸出單元的串行輸入口，串行/並行輸出單元的輸出信號通過插座連接至斷電機構。
2.根據權利要求1所述的多用戶集中控制的多功能購電控制裝置，其特徵在於並行/串行輸入單元為多用戶的原表計電能脈衝信號經過由運算放大器構成的抗幹擾濾波電路後，再連接至並行/串行轉換位移寄存器，該寄存器的串行輸出口將脈衝信號送入單片微處理器。
3.根據權利要求1所述的多用戶集中控制的多功能購電控制裝置，其特徵在於顯示裝置的位選擇信號由單片微處理器I/O口輸出信號送入解碼器，再由解碼器送出LED的位選擇信號，每位LED的數據由單片微處理器通過串行/並行寄存器輸入，並由LED進行顯示。
4.根據權利要求1所述的多用戶集中控制的多功能購電控制裝置，其特徵在於單片微處理器對各用戶的購電、用電數據進行數據處理，對剩餘電量為0的用戶，單片微處理器輸出斷電控制信號，連接至串行/並行輸出單元的串行輸入口，串行/並行輸出單元的並行輸出口輸出斷電信號，連接並驅動對應的斷電機構斷電。
專利摘要一種多用戶集中控制的多功能購電控制裝置，以單片微處理器為核心，多用戶的原表計電能脈衝信號經並行/串行輸入單元轉換後送入單片微處理器進行數據處理，單片微處理器將各種數據送顯示裝置顯示、存儲器存儲，用戶購電IC卡通過IC卡插口電路與單片微處理器進行數據交換，單片微處理器輸出控制信號經串行/並行輸出單元轉換後連接控制斷電機構。本實用新型充分利用原有電錶資源，多用戶集中控制，實現計量和控制的分離，從根本上解決了電錶改造投資大、浪費資源、安全性低的問題。
文檔編號G01R22/00GK2641662SQ03248368
公開日2004年9月15日 申請日期2003年7月29日 優先權日2003年7月29日
發明者陳向群, 楊宗綱 申請人:陳向群, 楊宗綱