專利名稱：智能電能計量控制集成電表的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電能表，尤其是能智能地對電能計量并能通過網絡對其進行控制的集成電表。
背景技術：
歷年來，我國電能計量的表計絕大部分沿用機械式電能表，這種電能表造價較高，能耗高。近年來市場上出現(xiàn)一種機電合一的“電子式電能表”，這種“電能表”具有計量精度高，能耗低的優(yōu)點，但它的電能采樣采用模數(shù)轉換電子器件，顯示仍采用機械式計器，機械部分的走合誤差使精密的電子計量性能降低；且電子元器件抗干擾性能不如機械表，使用者對其穩(wěn)定性心存疑慮，不敢大面積推廣使用；結構仍采用單一的分立式結構，導致產品成本過高，其市場價格甚至高于機械式電能表。為適應市場經濟的需要，供電部門利用經濟杠桿來調整用電高峰負荷的復費率計費的方式，而“復費率電表”因其價格昂貴，很難被廣大用戶所能接受。同時由于電表的系統(tǒng)時鐘需定期到現(xiàn)場逐一調校，也給供電部門增加較多的麻煩和工作量。故復費率收費方式自今尚未能廣泛實施。
電業(yè)部門的電費抄收工作則一直采用上門“抄表收費”的落后模式，工作效率低，勞動強度大，且抄收人員估抄、漏抄、不抄現(xiàn)象時有發(fā)生；而用戶拒交電費、竊電的行為也屢見不鮮。供電部門迫切需求一種自動化程度高，工作性能穩(wěn)定，功能強大，價格低廉，并能通過網絡進行管理的智能化電表。為解決落后的抄表管理模式，推出了如“集中抄表”、“預付費電表”“無線電傳輸抄表”“電力線傳輸抄表”等產品，其技術手段是在原有的傳統(tǒng)產品中加裝一“單片機”，實現(xiàn)“預付費供電”或“遠程抄表”。改裝產品的單片機一般都安裝在機械式電能表，空間狹窄，電子部分與強干擾磁場距離太近，嚴重影響其運行的安全可靠性；電能取樣則在機械式電能表上加裝一光電取樣探頭，由于原產品設計時并未考慮加裝，加裝探頭有可能損壞原產品的結構，影響計量精度；并且安裝調試工作要求較高，操作繁瑣，不適宜產業(yè)化生產。
目前使用的“集中抄表”系統(tǒng)的“用戶終端”的網絡接口一般采用以下幾種聯(lián)網方式1)電力MODEM與低壓電網聯(lián)接方式，使用電力線路作為傳輸數(shù)據(jù)的通道。這種方法的弊病是由于電力線路經常受到外界強電磁場及用戶用電設備的噪聲干擾，氣候對線路分布參數(shù)的影響，線路絕緣性能好壞等以上這些因素，嚴重影響了數(shù)據(jù)通訊的可靠性，且其通訊范圍僅局限于一個低壓變壓器供電電網。因此電力線路作為一種數(shù)據(jù)通訊通道不能用作收費數(shù)據(jù)采集。
2)無線電通訊方式，系統(tǒng)設備投資昂貴，僅作為一種抄表、控制用電設備使用，有“大馬拉小車”之嫌；如若只考慮成本，產品性能又大大下降，難得兩全其美。
3)串行485總線方式，通訊穩(wěn)定，系統(tǒng)投資較小。但受通訊距離和線路阻抗匹配的制約，只能連接較少數(shù)量的用戶終端，為保證通訊的可靠性，線路阻抗需進行現(xiàn)場匹配調整，增加施工的難度。
根據(jù)以上分析，目前市場上推出的產品存在以下不足之處電能計量能耗高但精度不高，或者價格昂貴難以被用戶接受。
電費抄表的改進重在對傳統(tǒng)產品的改良，改良資金的投入與產出效果不理想，無法實現(xiàn)規(guī)?；a，生產成本降價空間有限。
網絡接口要么采用現(xiàn)成的電力電網作數(shù)據(jù)傳輸媒體，電力線路中的各種干擾無法全部排除，實際應用中效果不佳，實用性不強；要么采用無線電方式，性能價格比太高；要么采用串行485總線，信號衰減大，通訊距離受限。且對外通訊只有聯(lián)網通訊一種，形式單一，對于不適宜聯(lián)網安裝必需上門集中抄表的用戶，或者只適宜實施“預付費方式”供電的用戶都無法使用，供供電部門選擇的方法單一。且用戶終端只能向上級計算機單向傳輸用電數(shù)據(jù)，上級計算機不能遠程控制用戶終端，無法實現(xiàn)“雙工”通信。
產品結構分散，分立單元之間如從機械表到采集器線路的連接，對安裝施工和運行維護增加了不少的工作量和費用，并給竊電者提供了可乘之機。
對供電系統(tǒng)現(xiàn)行的管理方法缺乏全面了解，產品設計中只針對某一實際問題的解決，產品功能單一。
缺乏個性化設計。傳統(tǒng)的配電箱一般都是十幾個電表集中安裝在一起，用戶很難分清自家電表的位置，再加上電表計數(shù)器顯示窗口太小，用戶讀表有一定難度。即使讀下電表讀數(shù)，也是一個累計電度數(shù)，還得減去上月抄表電度數(shù)才能得知本月用電量。由于太麻煩，絕大多數(shù)用戶都懶得去理會；少數(shù)用戶抄表幾次，最終也是嫌麻煩，只得放棄。所以一旦發(fā)生電費糾紛，用戶手中缺乏第一手證據(jù)，無法與供電部門理論。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是針對目前電能表存在的不足，提出一種新型的集成電表，集電能計量、智能控制、雙工通訊、結構緊合于一身，實現(xiàn)供電部門對于多家用戶用電情況的智能化管理。
本發(fā)明的技術方案是將多個用戶回路的計量、控制器件集成于一個用防火阻燃工程塑料制做的方框外殼內，采用一個微處理器(CPU)進行智能化管理和控制，實現(xiàn)供電局對用戶的遙信、遙控、遙調及分時計費、自檢報錯、短路保護、過流保護、數(shù)據(jù)記錄等功能。
本發(fā)明由電能取樣計數(shù)模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊、串行通訊模塊、拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊組成。電能取樣計數(shù)模塊的大部分元器件集成在計數(shù)器板上，中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊、串行通訊模塊集成在CPU板上，拉合閘控制模塊集成在拉閘電路板上，工作電源模塊集成在開關電源板上，顯示模塊和按鍵電路模塊集成在顯示板上。計數(shù)器板、CPU板、拉閘電路板、開關電源板都插在插座板上。插座板、顯示板、紅外線電路板及用戶回路、用戶開關等全裝在塑料方框外殼中。塑料方框外殼的面板上設置總開關、顯示窗、脈沖信號燈、紅外線收發(fā)窗、IC卡讀寫端口、用戶編號欄及電費單據(jù)信箱、用戶開關箱活動透明外罩、宣傳廣告欄?？傞_關在校表和維護時，切斷供電電網進線電源，確保檢修人員的人身安全和設備安全。同時用戶發(fā)生短路事故時，若用戶開關保護失效，總開關切斷電源，起速斷保護作用。宣傳廣告欄既可用于用電安全宣傳，又可用作商業(yè)廣告宣傳。用戶編號欄可將用戶的編號、開關位置及集成電表的使用說明框于“編號欄”內，便于用戶隨時查閱。用戶編號欄的后半部用作存放用戶電費收據(jù)的信箱，用戶能隨時取到自己電費收據(jù)，解決以前電費單據(jù)無人保管丟失問題。
其工作過程是集成電表初始化后，由電能取樣計數(shù)模塊采集用戶的用電數(shù)據(jù)，用電數(shù)據(jù)送至CPU進行計算后保存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊，并通過串行通訊模塊上報到供電局和抄表員，用戶也可通過顯示電路隨時查看用電情況，同時設置拉合閘控制模塊控制用戶的超功率用電和欠費拉閘斷電催交。
電能取樣計數(shù)模塊可根據(jù)用戶需求設置相應的回路，每個回路由電能模數(shù)轉換電路、光電隔離電路、計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成，計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路集成在計數(shù)器板上，其主要功能是對電能模擬量取樣，將模擬量轉換成數(shù)字信號，計數(shù)后傳送給CPU的I/O端口。
中心微處理器(CPU)模塊由CPU、日歷時鐘電路、程序存儲器(EPROM)、讀寫存儲器(RAM)、地址鎖存器、地址譯碼器、程序監(jiān)測器、復位電路、掉電中斷保護電路、按鍵電路組成。此模塊接受電能取樣計數(shù)模塊的電能數(shù)據(jù)，存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊，根據(jù)用戶用電情況發(fā)出拉、合閘命令，在對外通信時發(fā)出串行通訊命令、紅外線通訊命令、報錯命令，并與串行通訊模塊進行各項用電數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，同時將需要顯示的各項數(shù)據(jù)送到顯示電路。
串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊由系統(tǒng)參數(shù)串行程序存儲器EEPROM、用電參數(shù)串行程序存儲器EEPROM和備份串行程序存儲器EEPROM、串行存儲器地址譯碼電路、端口光電隔離電路、IC卡讀寫端口組成。其主要功能是存儲“集成電表”正常運行需要長期保存的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”。同時，若用戶從IC卡讀寫端口插入IC卡，則根據(jù)IC卡的標志，將IC卡中的數(shù)據(jù)寫入用電參數(shù)串行程序存儲器EEPROM，或用電參數(shù)串行程序存儲器EEPROM中的數(shù)據(jù)讀入IC卡。
串行通訊模塊由總線調制解調器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調制解調器電路、紅外線收發(fā)窗口電路組成。總線調制解調器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調制解調器電路集成在CPU板上；紅外線收發(fā)窗口電路則集成在紅外線電路板上，對應外殼上的紅外線收發(fā)窗?？偩€通訊方式可實施遠程通訊，傳送和接收各項數(shù)據(jù)；紅外線通訊方式則可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。
拉合閘控制模塊由緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、光電隔離電路、拉合閘執(zhí)行電路、用戶開關組成，執(zhí)行CPU發(fā)出的拉合閘命令。
顯示模塊由三態(tài)門緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、顯示器組成，其功能是顯示CPU送出的需要顯示的各項數(shù)據(jù)。
工作電源模塊由三個5V直流開關電源組成，分別向各功能模塊提供工作電源。
集成電表的具體工作過程是1.對串行存儲器進行初始化上電前，將供電局管理中心計算機中的“管理軟件”所設置的各種參數(shù)寫入集成電表的串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊的串行存儲器中?！跋到y(tǒng)參數(shù)”包括集成電表的地址編碼、峰、平、谷時段參數(shù)、零點抄表日期、報錯時間間隔、報錯最小用電量閥值、各回路報錯數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址編碼寫入系統(tǒng)參數(shù)存儲器；“用電參數(shù)”包括每千瓦-小時的脈沖個數(shù)(n/kw.h)、用戶地址編碼、允許使用的最大功率閥值、供電模式如“預付費”或“先用電”等寫入用電參數(shù)存儲器。用電參數(shù)存儲器為每個用戶回路開辟一個專用數(shù)據(jù)存儲區(qū)，保存每一用戶回路需要長期保存的各項數(shù)據(jù)。
集成電表通電后，首先調入串行EEPROM內預先設置好的“用電參數(shù)”和“系統(tǒng)參數(shù)”，讀入的各參數(shù)暫存入中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存儲器RAM中。
2.電能取樣計數(shù)本發(fā)明可對多個用戶的用電情況同時采樣。若要對N個用戶的用電情況進行計量與控制，則電能取樣計數(shù)模塊中設置N個回路，每個回路均由電能模數(shù)轉換電路、光電隔離電路、計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成。計數(shù)器的輸出端連至數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端，緩沖器的輸出端接到CPU的一組I/O端口。用戶負載電流、電壓的模擬信號經模數(shù)轉換電路轉換成千瓦小時的脈沖個數(shù)(n/kw.h)的數(shù)字量，由光電隔離電路整形后輸入計數(shù)器進行脈沖計數(shù)，同時CPU向緩沖器地址譯碼器發(fā)出極短間隔的緩沖器選通地址訊號，逐一選通緩沖器，被選通的緩沖器傳輸計數(shù)器的數(shù)據(jù)，未被選通的緩沖器均呈高阻狀態(tài)，與緩沖器相連的CPU的I/O端口逐一讀入緩沖器的數(shù)據(jù)。
3.用電數(shù)據(jù)的存貯讀入的用電數(shù)據(jù)暫存中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存貯器RAM中，然后每隔一秒鐘讀入日歷時鐘的當前時間，判斷當前時間屬峰、平、谷哪一類，分區(qū)存入RAM中。同時根據(jù)所采集的電量，CPU每三十秒鐘計算一次用戶的平均功率，計算公式為M/n/kw.h，即三十秒采集的脈沖總數(shù)M除以每千瓦小時的脈沖個數(shù)，乘上120(120等于一小時6400秒除以30秒)，所得的結果即為功率，單位為千瓦(KW)。CPU的I/O端口發(fā)出存儲器片選地址信號，經串行EEPROM存儲器地址譯碼電路譯碼，選中需要寫入的EEPROM，串行存儲器同步脈沖端口發(fā)出串行數(shù)據(jù)同步時鐘脈沖，計算出來的用電功率寫入用電參數(shù)EEPROM，同時該數(shù)據(jù)備份到備份串行程序存儲器EEPROM。若用電功率超過用電參數(shù)中的允許功率閥值，讀入當前時間，保存到RAM中，并轉存至用電參數(shù)串行EEPROM中該用戶回路專用數(shù)據(jù)區(qū)。同時CPU每隔十秒鐘掃描一次IC卡讀寫端口，當檢測到有IC卡插入時，讀出該用戶的地址碼和供電模式標識，并判斷其用電屬性?！跋扔秒姟庇脩魟t向卡內寫入本次用電量和抄表日期、時間，預付費用戶讀入其本次購電量，并與表內剩余電量相加，同時在顯示窗顯示。
4.超功率處理保存數(shù)據(jù)后，若用電功率大于用電參數(shù)中的允許功率閥值，CPU I/O端口通過數(shù)據(jù)總線發(fā)出拉閘指令，經拉合閘控制模塊的緩沖器輸入到數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，數(shù)據(jù)鎖存器驅動光電隔離電路，光電隔離電路驅動拉合閘執(zhí)行電路，對用戶開關實施跳閘處理。出現(xiàn)跳閘時，用戶應及時檢查線路和用電設備，看是否有超負荷用電或線路是否存在短路等。避免由此而引發(fā)其他安全事故。30秒后，CPU發(fā)合閘指令，用戶處理好故障后，可自行手動合閘，電表運行正常。若用戶未檢修線路使功率超過允許值，則電表仍將跳閘，迫使用戶合理調整負荷安全用電。
5.報錯處理當CPU在某一時間間隔內(例如24小時)所采集的某一用戶回路累計電量小于系統(tǒng)參數(shù)中設置的最小用電量閥值時，設置標識，并將出錯起始時間、間隔時間內所采集的電量、該用戶回路地址碼轉存于串行EEPROM該用戶回路的專用數(shù)據(jù)區(qū)。對外通訊時CPU將存于串行EEPROM數(shù)據(jù)取出，通過CPU的串行通訊口把數(shù)據(jù)同時傳送給總線調制解調器和紅外線調制解調器的輸入端，通過總線網絡向供電局傳報錯回路的數(shù)據(jù)，或者通過紅外線收發(fā)窗口將數(shù)據(jù)直接傳送給紅外線抄表機。
6.對外通訊CPU串行端口對外通訊有兩條通道，一條是經總線調制解調器和隔離變壓器連至總線網；一條是經紅外線調制解調器與光電收發(fā)電路相連，與外界進行紅外線通訊。集成電表平時處于等待被叫狀態(tài)，當收到呼叫本集成電表的地址碼時開始通訊，根據(jù)CPU通訊命令進行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的操作。通過總線通訊，串行存貯器模塊可接收供電局中心計算機發(fā)來的系統(tǒng)當前實時時間及修改后的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”、拉、合閘命令，并向供電局傳送用戶分時計量的電量、零點抄表的電量、事故拉閘數(shù)據(jù)、報錯數(shù)據(jù)、集成電表的停電時間數(shù)據(jù)。紅外線通訊輸出的數(shù)據(jù)與總線通訊輸出的數(shù)據(jù)相同，當有些用戶不便總線通訊時，抄表員可用紅外線抄表機進行抄表。
7.遠程拉、合閘處理若收到供電局發(fā)來的拉閘或合閘命令，通過CPU數(shù)據(jù)總線輸出，經緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、光電隔離電路、拉合閘執(zhí)行電路驅動用戶開關。供電局拉閘后的用戶開關自動鎖定。用戶無法自行合閘，必須經供電局發(fā)來合閘命令后方可合閘用電。
8.顯示和校表本發(fā)明在面板上設置四個按鍵，每個按鍵通過按鍵電路與CPU I/O端口相連，按下某一按鍵時與其相連的CPU I/O端口會由高電平信號變成低電平信號。當CPU檢測到規(guī)定端口的信號后，執(zhí)行顯示或者調校時鐘的操作。K1、K2作顯示按鍵用，按動K1可依序選擇用戶(1~k號)，選擇好用戶后，按動K2逐項顯示該用戶的各項參數(shù)；K3、K4用于現(xiàn)場調校日歷時鐘和現(xiàn)場校表，按動K3可選擇要調整年、月、日、時、分、秒，按動K4在選項上增加數(shù)值，若同時按下K3、K4則可現(xiàn)場校表，長時間(三秒鐘)按下K4則結束校表。
采用本發(fā)明可以達到如下有益效果采用電子模數(shù)轉換器取代傳統(tǒng)機械電能表對電能取樣，將智能化系統(tǒng)、多個電能取樣回路、多個自動斷路器集成于一個裝置內。整體采取全封閉式結構，從根本上杜絕人為竊電的可能。外殼采用工程塑料模壓，適宜于產業(yè)化生產，且一個集成電表可對多個用戶的電能計量，用一塊電表的價錢就可實現(xiàn)目前多塊電表的功能，大大降低了電表價格。電能取樣回路可根據(jù)用戶的多少進行多樣化設計，集成的用戶數(shù)越大單個用戶承擔的費用越低。
本發(fā)明設置有總線通訊端口，串行通信數(shù)據(jù)信號被總線調制解調器高倍頻調制和解調，并經功率放大后，通訊距離可達7km，并且沒有線路匹配要求，施工簡單。相對于目前集中采集系統(tǒng)普遍采用的串行485端口方式，具有通訊距離遠，掛接的負載多，免除了施工中需進行煩鎖的總線線路阻抗匹配調整等優(yōu)點。集成電表既有專用網絡通訊端口，又有紅外線通訊端口，對由于環(huán)境和其他原因不適宜聯(lián)網安裝的用戶，或者已聯(lián)網但網絡線路因自然災害影響和人為破壞暫時無法通訊時，可采用手持式紅外線抄表機到現(xiàn)場集中抄表；且設置了一個對用戶開放的IC卡讀寫端口，用戶可持其專用卡自行抄表，一旦發(fā)生電費糾紛，可持卡去供電部門核對。因此本發(fā)明給用戶和供電局都提供了多種選擇方式，給用戶和供電局都帶來了方便。
本發(fā)明具有報錯功能，當在管理者規(guī)定一段時間內采集不到某一用戶的用電數(shù)據(jù)時，自動向供電局報錯，并自動記錄下事件的起始時間和終止時間及用戶的地址碼，使人們不必擔心的一旦電子采樣器損壞而丟失用電計量，大大提高了可靠性。
本發(fā)明具有超功率過流保護和短路速斷保功能，能有效督促用戶安全用電和保護用戶電氣設備的安全，避免因線路老化和違章用電引發(fā)其他安全事故。
本發(fā)明設計有遠程拉、合閘功能，對惡意欠費的用戶可實施拉閘斷電催費，對遠程監(jiān)測到的嚴重違章用電的用戶可實施拉閘斷電警告，為保證電費的及時回收和供電系統(tǒng)的安全運行提供了有效的技術手段。
由于全部采用電子元器件，對電子脈沖的計數(shù)準確無遺漏，且不需要將電子脈沖轉換成機械計數(shù)，因此無任何機械計數(shù)誤差，大大提高了測量精度，既維護了用戶權益又保護了供電部門的利益，為供電部門科學管理廣大民用戶提供有力的技術手段，大幅度降低了管理成本和運行成本。
性能價格比高。本發(fā)明利用電子線路工藝結構簡單、體積小的優(yōu)點，將功能模塊高密度集中，利用其易于進行邏輯控制的特點，將各分立單元以邏輯控制的方式接成一個微處理系統(tǒng)，既充分發(fā)揮了微處理器的優(yōu)點，大幅度降低了生產成本，市場價位接近于傳統(tǒng)的“機械式電表箱”，具有極強的市場生命力。僅從價格一點與分立的單一功能的“智能電度表”相比，如“預付費電表”“復費率電表”等，每戶安裝價格降低了五倍；與多功能的“集中抄表系統(tǒng)”相比每戶價格降低了三至四倍；且采用模壓塑料外殼取代傳統(tǒng)金屬鐵箱，大幅度降低了生產成本。
運行費用低成本，本發(fā)明工藝結構采用分立的模塊化設計，一但某個模塊損壞，維護人員只需拔出壞模塊，插入新模塊即可，操作十分簡單方便，避免了分立式電表某個部分損壞，需整體更換的高成本運行費用，使高新技術在供電部門推廣提供可靠的價格基礎。
本發(fā)明有現(xiàn)場校表功能，能在幾分鐘內完成對電能取樣計數(shù)模塊、電能脈沖緩沖通道的好壞和計量精確度進行測試。
本發(fā)明功能強大，既可實行“先用電”方式，又可實行“預付費”方式，計費還可采取復費率方式，用戶可通過顯示窗口隨時讀取自己的用電情況，使用非常方便。
本發(fā)明采用塑料外殼，外殼空白部分設計透明宣傳窗和用戶編號欄，宣傳窗既可用于用電安全宣傳，又可用作商業(yè)廣告宣傳用。用戶編號欄可將用戶的編號、開關位置及集成電表的使用說明框于“編號欄”內，便于用戶隨時查閱。用戶編號欄的后半部用作存放用戶電費收據(jù)的信箱，用戶能隨時取到自己電費收據(jù)，解決以前電費單據(jù)無人保管丟失問題。


圖1是本發(fā)明面板布置圖；圖2是本發(fā)明打開面板結構示意圖；圖3是本發(fā)明打開面板將顯示板和紅外線電路板移開的結構示意圖；圖4是本發(fā)明內部結構方框原理圖；圖5是本發(fā)明一個實施例的電能模數(shù)取樣模塊電路圖(模數(shù)取樣部分)；圖6是本發(fā)明一個實施例的電能模數(shù)取樣模塊電路圖(計數(shù)部分)；圖7是本發(fā)明一個實施例的中心微處理器(CPU)模塊電路圖(圖A部分)；圖8是本發(fā)明一個實施例的中心微處理器(CPU)模塊電路圖(圖B部分)；圖9是本發(fā)明一個實施例的串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊電路圖；圖10是本發(fā)明一個實施例的串行通信模塊電路圖；圖11是本發(fā)明一個實施例的控制模塊電路圖；圖12是本發(fā)明一個實施例的顯示模塊電路圖。
具體實施例方式圖1是本發(fā)明面板布置圖，本發(fā)明塑料方框外殼11的面板12上設置總開關1、顯示窗2、脈沖訊號燈3、紅外線收發(fā)窗4、IC卡讀寫端口5、用戶編號欄及電費單據(jù)信箱6、用戶開關箱活動透明外罩8、宣傳廣告欄10。
圖2是本發(fā)明打開面板結構示意圖；圖3是本發(fā)明打開面板將顯示板和紅外線電路板移開的結構示意圖。如圖2，脈沖信號燈3和K1、K2、K3、K4 4個按鍵及顯示器13都集成在顯示板14上，顯示板14和紅外線電路板15通過信號線連接到插座板22上。圖4說明本發(fā)明由電能取樣計數(shù)模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊、串行通訊模塊、拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊組成。電能取樣計數(shù)模塊的大部分元器件集成在計數(shù)器板21上，中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊、串行通訊模塊集成在CPU板20上，拉合閘控制模塊集成在拉閘電路板19上，工作電源模塊集成在開關電源板18上，顯示模塊和按鍵電路模塊集成在顯示板14上。計數(shù)器板21、CPU板20、拉閘電路板19、開關電源板18都插在插座板22上。插座板22、顯示板14、紅外線電路板15及電能模數(shù)轉換電路24、用戶開關26、零線端子排27、電源進線28、電源進線端子29、拉閘控制線30和零線31集成在外殼11中。
下面結合圖4-圖12描述一個本發(fā)明的實施例。電能取樣計數(shù)模塊可根據(jù)用戶需求設置相應的回路，每個回路的電流取樣由經電能模數(shù)轉換電路24、脈沖信號線23、光電隔離電路、計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器傳送到CPU。本實施例電能取樣計數(shù)模塊設置16個用戶回路，可同時智能管理16個用戶的用電情況。圖5描述了一個用戶回路的電能模數(shù)取樣模塊的模數(shù)取樣部分。圖6描述了本實施例16個用戶回路的計數(shù)、緩沖、譯碼電路。電能模數(shù)轉換電路24由多個電阻、電容、晶振和電能模數(shù)轉換器J600-芯片AD7755組成。用戶回路的電流取樣從一個330uΩ的取樣電阻R600取出壓降信號輸入AD7755的電流模擬信號輸入端VIN和VIP，電壓信號經多個電阻降壓后輸入AD7755的電壓模擬信號輸入端V2P，電流和電壓信號經AD7755電能模數(shù)轉換器轉換成每千瓦小時的脈沖數(shù)，由CF信號端輸出，經光電隔離器U600-芯片TLP521整形輸入到U410A-U417A任意一個計數(shù)器-芯片74HC393進行計數(shù)，計下的脈沖數(shù)輸入到相應的三態(tài)門緩沖器74HC244-U401-U404和U406-U409，即U410A-U413A的2組Q0-Q3輸出到U401-U404的1A1-1A4、2A1-2A4，與此同時，CPU U100-芯片80C196的P1.0-P1.2端口發(fā)出三態(tài)門選通地址到緩沖器地址譯碼器U419-芯片74HC138，被選通的三態(tài)門緩沖器先輸出數(shù)據(jù)信號三態(tài)門緩沖器74HC244-U400或U405緩沖，而U400和U405的輸出端1Y1-1Y4、2Y1-2Y4連到CPU的P0.0-P0.7端口，這樣對應用戶回路的電能取樣計數(shù)輸入到了CPU。本實施例采用芯片74HC393作計數(shù)器，74HC244作緩沖器，一個計數(shù)器和一個緩沖器可分別由兩個用戶回路共用，因此只須8塊74HC393、10塊74HC24。計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路集成在計數(shù)器板21上，電能模數(shù)轉換電路24與脈沖信號線23相通，從脈沖信號燈3顯示各用戶用電脈沖情況。
如圖7和圖8，中心微處理器(CPU)模塊由CPU U100-芯片80C196、日歷時鐘電路U304-MC146818、程序存儲器(EPROM)U102-27C256、讀寫存儲器(RAM)U103 AT29C256、地址鎖存器U101-74HC373、地址譯碼器U206-GAL20V8、程序監(jiān)測器U105-74HC4060、復位電路U104C-LM339、掉電中斷保護電路U104A-LM339、按鍵電路組成。80C196的P3.0-P3.7數(shù)據(jù)總線輸出端口連接到地址鎖存器74HC373的D0-D7輸入端，80C196的地址輸出允許端ALE連至74HC373的LE端口，在ALE的地址有效信號控制下，對CPU的低8位地址碼進行鎖存；同時，80C196的P3.0-P3.7數(shù)據(jù)總線輸出端連接27C256的I/00-I/07，CPU的讀有效信號RD連到27C256的OE端，GAL20V8的選通信號EPR連到27C256的CE端，在CPU的讀有效信號RD與GAL20V8的選通信號共同控制下，讀取27C256的控制程序指令；80C196的P3.0-P3.7數(shù)據(jù)總線輸出端還連接到AT29C256的I/00-I/07，CPU的讀控制信號RD連到AT29C256的OE端，CPU的寫控制信號WR連到AT29C256的WE端，GAL20V8的選通信號RAM連到27C256的CE端，在CPU的讀控制信號RD、寫控制信號WR以及地址譯碼器選通信號的控制下，緩沖存取CPU的數(shù)據(jù)。80C196的P3.0-P3.7還連接時鐘芯片MC146818的AD0-AD7，CPU的讀控制信號RD連到MC146818的RD端，CPU的寫控制信號WR連到MC146818的R/W端，CPU的ALE端連到MC146818的AS端，GAL20V8的CTM端連到MC146818的CS端，在CPU的RD、WR、ALE以及地址譯碼器的選通信號的控制下讀取實時時鐘數(shù)據(jù)。CPU的高位地址線P4.0-P4.7連到27C256的A8-A14、AT29C256的A8-A14，向27C256、AT29C256輸出高位地址信號。CPU的P4.0-P4.7還連至GAL20V8的輸入端，CPU的RD連到GAL20V8的IN/CLK端，CPU的WR端連至GAL20V8的IN/OE端。CPU的高位地址信號與CPU的讀、寫控制信號經GAL20V8邏輯編程后，GAL20V8輸出端口分別輸出到27C256、AT29C256、MC146818、顯示電路的段數(shù)據(jù)鎖存器74HC273以及位數(shù)據(jù)鎖存器74HC273、控制電路的兩個數(shù)據(jù)鎖存器74HC273的選通控制信號EPR、RAM、CTM、DNCS3、DNCS4、DNCS1、DNCS2。因此，CPU接受電能取樣計數(shù)模塊的電能數(shù)據(jù)，存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊，并根據(jù)用戶用電情況發(fā)出拉、合閘命令，在對外通信時發(fā)出串行通訊命令、紅外線通訊命令、報錯命令，同時與串行通訊模塊進行各項用電數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，并將需要顯示的各項數(shù)據(jù)送到顯示電路。
如圖9，串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊由系統(tǒng)參數(shù)串行數(shù)據(jù)存儲器EEPROMU212-AT93C86、用電參數(shù)串行數(shù)據(jù)存儲器EEPROM U213-AT93C86和備份串行數(shù)據(jù)存儲器EEPROM U214-AT93C86、串行存儲器地址譯碼器U208-74HC155、端口光電隔離電路U306-HP4504、IC卡端口插座16組成。CPU高速輸出端口HSO.2、HSO.3輸出串行存儲器的片選地址信號，連至74HC155的A0、A1端口，74HC155的輸出端口1Y0-1Y3分別輸出IC卡端口插座、系統(tǒng)參數(shù)存儲器、用電參數(shù)存儲器、備份數(shù)據(jù)存儲器的選通信號ICS0、ICS1、ICS2和ICS3。選通信號經74HC04 U209A、U209B、U209C、U209D反相后，分別連至各個AT93C86的CS端。CPU的P2.5端口發(fā)出串行存儲器的數(shù)據(jù)讀寫同步時鐘脈沖，與其對應的選通信號經對應的與門電路74HC08-U210A、U210B或U210C、U210D或U211A、U211B連至各AT93C86的SK端口。CPU的P2.6端口輸出需向串行存儲器保存的串行數(shù)據(jù)，與其對應的選通信號經對應的與門電路74HC08-U210A、U210B或U210C、U210D或U211A、U211B連至各AT93C86的DI端口。從串行存儲器AT93C86讀出的數(shù)據(jù)從D0端口輸入至CPU的P2.7端口。IC卡也是一塊EEPROM--AT93C86，它的選通信號CS從74HC155的1Y0端口輸出，經緩沖器U303C-74ALS34輸出端連至光電隔離器U305-HP4504的D-端，HP4504的VD端連至IC卡插座。SK、DI、D0的連接方式與用電參數(shù)串行數(shù)據(jù)存儲器的SK、DI、DO的連接方式相同，只是中間都要經過端口光電隔離電路HP4504。IC卡端口插座16位置對應面板12上IC卡讀寫端口5。
如圖10，串行通信模塊由總線調制解調器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通信調制解調器電路、紅外線收發(fā)窗口電路組成。CPU的串行通信端口TXD、RXD連接至總線調制解調器-BUS-MODEM的串行通信端口TXD、RXD，CPU的高速端口HSO.0向調制解調器的控制電路輸出控制訊號MedOE，以保證通信的可靠性?？偩€調制解調器的輸出端TXDA、RXDA、GND與隔離變壓器T300相連，紅外線調制解調器IRMODEM的輸出端IROUT1、IROUT2、IRIN1、IRIN2與紅外線收發(fā)窗口電路相連。總線調制解調器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調制解調器電路集成在CPU板20上；紅外線收發(fā)窗口電路則集成在紅外線電路板15上，對應外殼11上的紅外線收發(fā)窗4。
如圖11，控制模塊由緩沖器U500-74HC244、數(shù)據(jù)鎖存器U501、U502-74HC273、光電隔離電路U502-TLP521、光電隔離電路及拉合閘執(zhí)行電路、用戶開關26組成。CPU的數(shù)據(jù)總線端口P3.0-P3.7連至緩沖器74HC244的輸入端1A1-1A4，2A1-2A4，74HC244的輸出端1Y1-1Y4、2Y1-2Y4，并聯(lián)至兩個數(shù)據(jù)鎖存器U501、U502的輸入端，兩個數(shù)據(jù)鎖存器U501、U502的CLK端口分別連至地址譯碼器U206-GAL20V8的選通信號輸出端口DNCS1和DNCS2。74HC244的輸出端分別連至光電隔離電路U503-TLP521，TLP521的輸出端連至一個由三極管、小型繼電器組成的拉合閘執(zhí)行電路，這個電路與用戶開關26相連。
如圖12，顯示模塊由三態(tài)門緩沖器U200-74HC245、數(shù)據(jù)鎖存器U201、U202-74HC273、顯示器組成。CPU的P3.0-P3.4連至緩沖器74HC244的輸入端，輸出端并連至位顯示數(shù)據(jù)鎖存器U201和段顯示數(shù)據(jù)鎖存器U202的D1-D8端，兩個數(shù)據(jù)鎖存器的CLK端口分別連至地址譯碼器U206-GAL20V8的對應的選通信號輸出端口SEG和SET。顯示器的位置對應面板12上的顯示窗。
本發(fā)明的具體工作過程是
1.對串行存儲器進行初始化上電前，將供電局管理中心計算機所設置的各種參數(shù)寫入集成電表的串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊的串行存儲器中。“系統(tǒng)參數(shù)”寫入系統(tǒng)參數(shù)存儲器；“用電參數(shù)”寫入用電參數(shù)存儲器。用電參數(shù)存儲器為每個用戶回路開辟一個專用數(shù)據(jù)存儲區(qū)，保存每一用戶回路需要長期保存的各項數(shù)據(jù)。
集成電表通電后，首先調入串行EEPROM內預先設置好的“用電參數(shù)”和“系統(tǒng)參數(shù)”，讀入的各參數(shù)暫存入中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存儲器RAM中。
2.電能取樣計數(shù)本發(fā)明可對多個用戶的用電情況同時采樣。若要對N個用戶的用電情況進行計量與控制，則電能取樣計數(shù)模塊中設置N個回路，每個回路均由電能模數(shù)轉換電路24、光電隔離電路、計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成。計數(shù)器的輸出端連至數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端，緩沖器的輸出端接到CPU的一組I/O端口。用戶負載電流、電壓的模擬信號經模數(shù)轉換電路轉換成千瓦小時的脈沖個數(shù)(n/kw.h)的數(shù)字量，由光電隔離電路整形后輸入計數(shù)器進行脈沖計數(shù)，同時CPU向緩沖器地址譯碼器發(fā)出極短間隔的緩沖器選通地址訊號，逐一選通緩沖器，被選通的緩沖器傳輸計數(shù)器的數(shù)據(jù)，未被選通的緩沖器均呈高阻狀態(tài)，與緩沖器相連的CPU的I/O端口逐一讀入緩沖器的數(shù)據(jù)。
3.用電數(shù)據(jù)的存貯讀入的用電數(shù)據(jù)暫存中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存貯器RAM中，然后每隔一秒鐘讀入日歷時鐘的當前時間，判斷當前時間屬峰、平、谷哪一類，分區(qū)存入RAM中。同時根據(jù)所采集的電量，CPU每三十秒鐘計算一次用戶的平均功率，CPU的I/O端口發(fā)出存儲器片選地址信號，經串行EEPROM存儲器地址譯碼電路譯碼，選中需要寫入的EEPROM，串行存儲器同步脈沖端口發(fā)出串行數(shù)據(jù)同步時鐘脈沖，計算出來的用電功率寫入用電參數(shù)EEPROM，同時該數(shù)據(jù)備份到備份串行程序存儲器EEPROM。若用電功率超過用電參數(shù)中的允許功率閥值，讀入當前時間，保存到RAM中，并轉存至用電參數(shù)串行EEPROM中該用戶回路專用數(shù)據(jù)區(qū)。同時CPU每隔十秒鐘掃描一次IC卡讀寫端口5，當檢測到有卡插入時，讀出該用戶的地址碼和供電模式標識，并判斷其用電屬性?！跋扔秒姟庇脩魟t向卡內寫入本次用電量和抄表日期、時間，預付費用戶讀入其本次購電量，并與表內剩余電量相加，同時在顯示器13上顯示。
4.超功率處理保存數(shù)據(jù)后，若用電功率大于用電參數(shù)中的允許功率閥值，CPU I/O端口通過數(shù)據(jù)總線發(fā)出拉閘指令，經拉合閘控制模塊的緩沖器輸入到數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，數(shù)據(jù)鎖存器驅動光電隔離電路，光電隔離電路驅動拉合閘執(zhí)行電路，對用戶開關實施跳閘處理。30秒后，CPU發(fā)合閘指令。
5.報錯處理當CPU在設定某一時間間隔內(例如24小時)所采集的某一用戶回路累計電量小于系統(tǒng)參數(shù)中設置的最小用電量閥值時，設置標識，并將出錯起始時間、間隔時間內所采集的電量、該用戶回路地址碼轉存于串行EEPROM該用戶回路的專用數(shù)據(jù)區(qū)。對外通訊時CPU將存于串行EEPROM數(shù)據(jù)取出，通過CPU的串行通訊口把數(shù)據(jù)同時傳送給總線調制解調器和紅外線調制解調器的輸入端，通過總線網絡向供電局傳報錯回路的數(shù)據(jù)，或者通過紅外線收發(fā)窗口4將數(shù)據(jù)直接傳送給紅外線抄表機。
6.對外通訊CPU串行端口對外通訊有兩條通道，一條是經總線調制解調器和隔離變壓器連至總線網；一條是經紅外線調制解調器與光電收發(fā)電路相連，與外界進行紅外線通訊。集成電表平時處于等待被叫狀態(tài)，當收到呼叫本集成電表的地址碼時開始通訊，根據(jù)通訊命令進行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的操作。通過總線通訊，串行存貯模塊可接收供電局中心計算機發(fā)來的系統(tǒng)當前實時時間及修改后的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”、拉、合閘命令，并向供電局傳送用戶分時計量的電量、零點抄表的電量、事故拉閘數(shù)據(jù)、報錯數(shù)據(jù)、集成電表的停電時間數(shù)據(jù)。紅外線通訊輸出的數(shù)據(jù)與總線通訊輸出的數(shù)據(jù)相同，當有些用戶不便總線通訊時，抄表員可用紅外線抄表機進行抄表。
7.顯示和校表面板12上設置按鍵K1、K2、K3、K4，每個按鍵通過按鍵電路與CPU I/O端口相連，按下某一按鍵時與其相連的CPU I/O端口會由高電平信號變成低電平信號。當CPU檢測到規(guī)定端口的信號后，執(zhí)行顯示或者調校時鐘的操作。K1、K2作顯示按鍵用，按動K1可依序選擇用戶(1~N號)，選擇好用戶后，按動K2逐項顯示該用戶的各項參數(shù)；K3、K4用于現(xiàn)場調校日歷時鐘和現(xiàn)場校表，按動K3可選擇要調整年、月、日、時、分、秒，按動K4在選項上增加數(shù)值，若同時按下K3、K4則可現(xiàn)場校表，長時間(三秒鐘)按下K4則結束校表。
本發(fā)明功能豐富，操作簡便，制作成本和運行成本低，計量精度高，使用起來案例可靠，可有效實現(xiàn)對多家用戶的智能計量及遠程控制，具有極高的商業(yè)價值和實用價值。
權利要求
1.一種智能電能計量控制集成電表，采用一個微處理器CPU和多個電子元器件，用塑料外殼包裝，外殼上設計有面板，其特征在于多個用戶回路的計量、控制器件高度集成，構成電能取樣計數(shù)模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊、串行通訊模塊、拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊；電能取樣計數(shù)模塊的大部分元器件集成在計數(shù)器板(21)上，中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊、串行通訊模塊集成在CPU板(20)上，拉合閘控制模塊集成在拉閘電路板(19)上，工作電源模塊集成在開關電源板(18)上，顯示模塊和按鍵電路模塊集成在顯示板(14)上；其工作過程是集成電表初始化后，由電能取樣計數(shù)模塊采集用戶的用電數(shù)據(jù)，用電數(shù)據(jù)送至CPU進行計算后保存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊，并通過串行通訊模塊上報到供電局和抄表員，用戶也可通過顯示電路隨時查看用電情況，同時設置拉合閘控制模塊控制用戶的超功率用電和欠費拉閘斷電催交，這個過程可分為集成電表初始化、電能取樣計數(shù)、用電數(shù)據(jù)存貯、超功率處理、報錯處理、對外通訊、遠程拉、合閘處理、顯示和校表。
2.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述電能取樣計數(shù)模塊可根據(jù)用戶需求設置相應的回路，每個回路由電能模數(shù)轉換電路、光電隔離電路、計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成，計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路集成在計數(shù)器板上，其主要功能是對電能模擬量取樣，將模擬量轉換成數(shù)字信號，計數(shù)后傳送給CPU的I/O端口。
3.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述中心微處理器(CPU)模塊由CPU、日歷時鐘電路、程序存儲器(EPROM)、讀寫存儲器(RAM)、地址鎖存器、地址譯碼器、程序監(jiān)測器、復位電路、掉電中斷保護電路、按鍵電路組成，此模塊接受電能取樣計數(shù)模塊的電能數(shù)據(jù)，存到串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊，并根據(jù)用戶用電情況發(fā)出拉、合閘命令，并在對外通信時發(fā)出串行通訊命令、紅外線通訊命令、報錯命令，同時與串行通訊模塊進行各項用電數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，并將需要顯示的各項數(shù)據(jù)送到顯示電路。
4.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊由系統(tǒng)參數(shù)串行程序存儲器EEPROM、用電參數(shù)串行程序存儲器EEPROM和備份串行程序存儲器EEPROM、串行存儲器地址譯碼電路、端口光電隔離電路、IC卡讀寫端口(5)組成，其主要功能是存儲“集成電表”正常運行需要長期保存的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”，同時，若用戶從IC卡讀寫端口(5)插入IC卡，則根據(jù)IC卡的標志，將IC卡中的數(shù)據(jù)寫入用電參數(shù)串行程序存儲器EEPROM，或用電參數(shù)串行程序存儲器EEPROM中的數(shù)據(jù)讀入IC卡。
5.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述串行通訊模塊由總線調制解調器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調制解調器電路、紅外線收發(fā)窗口電路組成，總線調制解調器電路，總線隔離變壓器端口電路、紅外線通訊調制解調器電路集成在CPU板(20)上；紅外線收發(fā)窗口電路則集成在紅外線電路板(15)上，對應外殼(11)上的紅外線收發(fā)窗(4)；總線通訊方式可實施遠程通訊，傳送和接收各項數(shù)據(jù)；紅外線通訊方式則可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。
6.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述拉合閘控制模塊由緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、光電隔離電路、拉合閘執(zhí)行電路、用戶開關(26)組成，執(zhí)行CPU發(fā)出的拉合閘命令。
7.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述顯示模塊由三態(tài)門緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、顯示器(13)組成，其功能是顯示CPU送出的需要顯示的各項數(shù)據(jù)。
8.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述工作電源模塊由三個5V直流開關電源組成，分別向各功能模塊提供工作電源。
9.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述工作過程中的集成電表初始化、電能取樣計數(shù)、用電數(shù)據(jù)存貯、超功率處理、報錯處理、對外通訊、遠程拉、合閘處理、顯示和校表具體為9.1 集成電表初始化是指對串行存儲器進行初始化上電前，將供電局管理中心計算機中的“管理軟件”所設置的各種參數(shù)寫入集成電表的串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊的串行存儲器中；“系統(tǒng)參數(shù)”包括集成電表的地址編碼、峰、平、谷時段參數(shù)、零點抄表日期、報錯時間間隔、報錯最小用電量閥值、各回路報錯數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址編碼寫入系統(tǒng)參數(shù)存儲器；“用電參數(shù)”包括每千瓦-小時的脈沖個數(shù)(n/kw.h)、用戶地址編碼、允許使用的最大功率閥值、供電模式如“預付費”或“先用電”等寫入用電參數(shù)存儲器；用電參數(shù)存儲器為每個用戶回路開辟一個專用數(shù)據(jù)存儲區(qū)，保存每一用戶回路需要長期保存的各項數(shù)據(jù)；集成電表通電后，首先調入串行EEPROM內預先設置好的“用電參數(shù)”和“系統(tǒng)參數(shù)”，讀入的各參數(shù)暫存入中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存儲器RAM中；9.2 電能取樣計數(shù)是指對多個用戶的用電情況同時采樣若要對N個用戶的用電情況進行計量與控制，則電能取樣計數(shù)模塊中設置N個回路，每個回路均由電能模數(shù)轉換電路、光電隔離電路、計數(shù)器、三態(tài)門緩沖器、緩沖器地址譯碼器電路組成；計數(shù)器的輸出端連至數(shù)據(jù)緩沖器的輸入端，緩沖器的輸出端接到CPU的一組I/O端口；用戶負載電流、電壓的模擬信號經模數(shù)轉換電路轉換成千瓦小時的脈沖個數(shù)(n/kw.h)的數(shù)字量，由光電隔離電路整形后輸入計數(shù)器進行脈沖計數(shù)，同時CPU向緩沖器地址譯碼器發(fā)出極短間隔的緩沖器選通地址訊號，逐一選通緩沖器，被選通的緩沖器傳輸計數(shù)器的數(shù)據(jù)，未被選通的緩沖器均呈高阻狀態(tài)，與緩沖器相連的CPU的I/O端口逐一讀入緩沖器的數(shù)據(jù)；9.3 用電數(shù)據(jù)存貯是指讀入的用電數(shù)據(jù)暫存中心微處理器(CPU)模塊的讀寫存貯器RAM中，然后每隔一秒鐘讀入日歷時鐘的當前時間，判斷當前時間屬峰、平、谷哪一類，分區(qū)存入RAM中；同時根據(jù)所采集的電量，CPU每三十秒鐘計算一次用戶的平均功率，計算公式為M/n/kw.h，即三十秒采集的脈沖總數(shù)M除以每千瓦小時的脈沖個數(shù)，乘上120(120等于一小時6400秒除以30秒)，所得的結果即為功率，單位為千瓦(KW)；CPU的I/O端口發(fā)出存儲器片選地址信號，經串行EEPROM存儲器地址譯碼電路譯碼，選中需要寫入的EEPROM，串行存儲器同步脈沖端口發(fā)出串行數(shù)據(jù)同步時鐘脈沖，計算出來的用電功率寫入用電參數(shù)EEPROM，同時該數(shù)據(jù)備份到備份串行程序存儲器EEPROM；若用電功率超過用電參數(shù)中的允許功率閥值，讀入當前時間，保存到RAM中，并轉存至用電參數(shù)串行EEPROM中該用戶回路專用數(shù)據(jù)區(qū)。同時CPU每隔十秒鐘掃描一次IC卡讀寫端口(5)，當檢測到有IC卡插入時，讀出該用戶的地址碼和供電模式標識，并判斷其用電屬性；“先用電”用戶則向卡內寫入本次用電量和抄表日期、時間，預付費用戶讀入其本次購電量，并與表內剩余電量相加，同時在顯示窗(2)顯示；9.4 超功率處理是指保存數(shù)據(jù)后，若用電功率大于用電參數(shù)中的允許功率閥值，CPU I/O端口通過數(shù)據(jù)總線發(fā)出拉閘指令，經拉合閘控制模塊的緩沖器輸入到數(shù)據(jù)鎖存器鎖存，數(shù)據(jù)鎖存器驅動光電隔離電路，光電隔離電路驅動拉合閘執(zhí)行電路，對用戶開關實施跳閘處理；30秒后，CPU發(fā)合閘指令，用戶處理好故障后，可自行手動合閘，電表運行正常；若用戶未檢修線路使功率超過允許值，則電表仍將跳閘，迫使用戶合理調整負荷安全用電；9.5 報錯處理是指當CPU在某一時間間隔內所采集的某一用戶回路累計電量小于系統(tǒng)參數(shù)中設置的最小用電量閥值時，設置標識，并將出錯起始時間、間隔時間內所采集的電量、該用戶回路地址碼轉存于串行EEPROM該用戶回路的專用數(shù)據(jù)區(qū)；對外通訊時CPU將存于串行EEPROM數(shù)據(jù)取出，通過CPU的串行通訊口把數(shù)據(jù)同時傳送給總線調制解調器和紅外線調制解調器的輸入端，通過總線網絡向供電局傳報錯回路的數(shù)據(jù)，或者通過紅外線收發(fā)窗口(4)將數(shù)據(jù)直接傳送給紅外線抄表機；9.6 對外通訊是指CPU串行端口對外通訊有兩條通道，一條是經總線調制解調器和隔離變壓器連至總線網；一條是經紅外線調制解調器與光電收發(fā)電路相連，與外界進行紅外線通訊；集成電表平時處于等待被叫狀態(tài)，當收到呼叫本集成電表的地址碼時開始通訊，根據(jù)CPU通訊命令進行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的操作；通過總線通訊，串行存貯器模塊可接收供電局中心計算機發(fā)來的系統(tǒng)當前實時時間及修改后的“系統(tǒng)參數(shù)”和“用電參數(shù)”、拉、合閘命令，并向供電局傳送用戶分時計量的電量、零點抄表的電量、事故拉閘數(shù)據(jù)、報錯數(shù)據(jù)、集成電表的停電時間數(shù)據(jù)；紅外線通訊輸出的數(shù)據(jù)與總線通訊輸出的數(shù)據(jù)相同，當有些用戶不便總線通訊時，抄表員可用紅外線抄表機進行抄表；9.7 遠程拉、合閘處理是指若供電局發(fā)來拉閘或合閘命令，通過CPU數(shù)據(jù)總線輸出，經緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、光電隔離電路、拉合閘執(zhí)行電路驅動用戶開關；供電局拉閘后的用戶開關自動鎖定，用戶無法自行合閘，必須經供電局發(fā)來合閘命令后方可合閘用電；9.8 顯示和校表過程是面板(12)上設置四個按鍵K1、K2、K3、K4，每個按鍵通過按鍵電路與CPU I/O端口相連，按下某一按鍵時與其相連的CPU I/O端口會由高電平信號變成低電平信號；當CPU檢測到規(guī)定端口的信號后，執(zhí)行顯示或者調校時鐘的操作；K1、K2作顯示按鍵用，按動K1可依序選擇用戶(1~k號)，選擇好用戶后，按動K2逐項顯示該用戶的各項參數(shù)；K3、K4用于現(xiàn)場調校日歷時鐘和現(xiàn)場校表，按動K3可選擇要調整年、月、日、時、分、秒，按動K4在選項上增加數(shù)值，若同時按下K3、K4則可現(xiàn)場校表，長時間按下K4則結束校表。
10.如權利要求1所述的一種智能電能計量控制集成電表，其特征在于所述塑料外殼(11)是用防火阻燃工程塑料制做的方框外殼，計數(shù)器板(21)、CPU板(20)、拉閘電路板(19)、開關電源板(18)都插在插座板(22)上，插座板(22)、顯示板(14)、紅外線電路板(15)及用戶回路、用戶開關(26)等全裝在塑料方框外殼(11)中；所述面板(12)上設置總開關(1)、顯示窗(2)、脈沖信號燈(3)、紅外線收發(fā)窗(4)、IC卡讀寫端口(5)、用戶編號欄及電費單據(jù)信箱(6)、用戶開關箱活動透明外罩(8)、宣傳廣告欄(10)，總開關(1)在校表和維護時，切斷供電電網進線電源，確保檢修人員的人身安全和設備安全，同時用戶發(fā)生短路事故時，若用戶開關保護失效，總開關切斷電源，起速斷保護作用；宣傳廣告欄(10)既可用于用電安全宣傳，又可用作商業(yè)廣告宣傳；用戶編號欄(6)可將用戶的編號、開關位置及集成電表的使用說明框于“編號欄”內，便于用戶隨時查閱，用戶編號欄(6)的后半部用作存放用戶電費收據(jù)的信箱，用戶能隨時取到自己電費收據(jù)，解決以前電費單據(jù)無人保管丟失問題。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能電能計量控制集成電表，其目的是解決目前電表功能單一、精確度低、管理困難、價格昂貴等問題。技術方案是將多個用戶回路的計量、控制器件高度集成，構成電能取樣計數(shù)模塊、中心微處理器(CPU)模塊、串行數(shù)據(jù)讀寫存儲器模塊、串行通訊模塊、拉合閘控制模塊、工作電源模塊、顯示模塊和按鍵電路模塊；完成集成電表初始化、電能取樣計數(shù)、用電數(shù)據(jù)存貯、超功率處理、報錯處理、對外通訊、遠程拉、合閘處理、顯示和校表，實現(xiàn)供電局對用戶的遙信、遙控、遙調及分時計費、自檢報錯、短路保護、過流保護、數(shù)據(jù)記錄等功能。它集電能計量、智能控制、雙工通訊、結構緊合于一身，實現(xiàn)了供電部門對于多家用戶用電情況的智能化管理。
文檔編號G01R22/00GK1403825SQ0213969
公開日2003年3月19日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權日2002年10月16日
發(fā)明者陳立珉 申請人:陳立珉