專利名稱：單相載波預付費電子式電能表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及計量技術領域，是一種單相載波預付費電子式電能表。
背景技術：
現(xiàn)有的接觸式IC卡電能表具有邏輯加密卡，邏輯加密卡具有防止對卡中信息隨 意改寫功能的存儲IC卡，當對加密卡進行操作時必須首先核對卡中密碼，只有核對正確， 卡中送出一串正確的應答信號時，才能對卡進行正確的操作，但由于只進行一次認證，且無 其它的安全保護措施，容易導致密碼的泄露和偽卡的產(chǎn)生，其安全性能很低。IC卡口存在著 諸如使用煤氣點火器高壓靜電攻擊、使用短路金屬片插入卡口短路攻擊、往VCC輸入高電 壓直流造成的高壓直流攻擊、任意兩引線間加入高壓交流等問題?，F(xiàn)有的電表的停電顯示 電路在市電掉電時單片機程序將進入STOP工作狀態(tài)，并打開外中斷等待外部喚醒進入停 電顯示程序，需要外部電池不間斷提供電流來保持其工作及內存中的重要數(shù)據(jù)，此時單片 機仍然處工作狀態(tài)，消耗電池的能量；單片機定時喚醒查詢外部中斷狀態(tài)，也需要外部電池 不間斷提供電流來保持單片機工作及內存中的重要數(shù)據(jù)，消耗電池的能量；眾所周知程序 的運行都有一定的條件，在特定的條件程序很有可能會出現(xiàn)跑飛或死機等狀況，停電顯示 程序也不例外，也存在程序跑飛或死機的可能性。
發(fā)明內容本實用新型的目的是，提供一種能夠自動抄表，抄收速度快，計算精度高，抄表同 時性好，可直接與營業(yè)計算機聯(lián)網(wǎng)的單相載波預付費電子式電能表。本實用新型的目的是由以下技術方案來實現(xiàn)的一種單相載波預付費電子式電能 表，其特征是它包括單片機電路分別與開蓋檢測電路，IC接口電路，時鐘和時鐘電池檢測 電路，載波模塊電路，紅外通訊電路，存儲器電路、液晶顯示模塊電路，按鍵、停電顯示控制 電路，ESAM模塊電路，繼電器控制電路和電能計量電路電連接。所述的單片機電路的單片機Ul型號為ST72F3MLJ6B6/44PIN芯片。所述的開蓋檢測電路包括檢開開關SBl、按鍵SB4，電阻R28、R59、R60，檢開開關 SBl輸入信號，電阻R28、R59、R60組成電路的分壓送入單片機Ul的A/D 口，按鍵SB4的一 端與單片機Ul的11腳連接。所述的IC接口電路包括與門U7B、與門U7C、與門U7D、電阻44、電阻45、電阻46、電 阻R47、電阻R48，與門U7C與單片機Ul的15腳連接，電阻R48與單片機Ul的17腳連接， 電阻R47與單片機Ul的19腳連接，與門U7D與單片機Ul的20腳連接，電阻45與單片機 Ul的沈腳連接。所述的時鐘和時鐘電池檢測電路包括型號為DS3231時鐘芯片U14，電阻DR14、電 阻DR13，時鐘芯片U14分別通過電阻DR14、電阻DR13與單片機Ul的9、10腳連接。所述的載波模塊電路的載波模塊ZD2型號為PLCI36-III，載波模塊ZD2的17、18 腳分別與單片機Ul的1、44腳連接。[0010]所述的按鍵、停電顯示控制電路包括按鍵SB3，三極管DT3、DT4。所述的ESAM模塊電路通過I2C接口與單片機Ul的15、24、25腳連接。所述的繼電器控制電路的繼電器驅動芯片型號為BL8023，型號為BL8023繼電器 驅動芯片與單片機Ul的31、34腳連接。所述的電能計量電路的電能計量芯片型號為ADE775，型號為ADE775電能計量芯 片與單片機Ul的3、12腳連接。本實用新型的單相載波預付費電子式電能表集自動抄表集計算機技術、通信技 術、用電及計量技術于一體，能夠實現(xiàn)自動抄表，具有抄收速度快，計算精度高，抄表同時性 好，可直接與營業(yè)計算機聯(lián)網(wǎng)的等優(yōu)點。

圖1為單相載波預付費電子式電能表原理框圖。圖2為載波模塊電路4的電路原理圖。圖3為單片機電路12的電路原理圖。圖4為電能計量電路13電路原理圖。圖5為電源供電電路11、ESAM模塊電路9和繼電器控制電路10電路原理圖。圖6為紅外通訊電路5、液晶顯示模塊電路7、存儲器電路6和按鍵、停電顯示控制 電路8電路原理圖。圖7為IC接口電路2和開蓋檢測電路1電路原理圖。圖8為時鐘和時鐘電池檢測電路3電路原理圖。
具體實施方式
下面利用附圖對本實用新型作進一步說明。參照圖1，一種單相載波預付費電子式電能表包括單片機電路12分別與開蓋檢測 電路1、IC接口電路2、時鐘和時鐘電池檢測電路3、載波模塊電路4、紅外通訊電路5、存儲 器電路6、液晶顯示模塊電路7、按鍵、停電顯示控制電路8、ESAM模塊電路9、繼電器控制電 路10和電能計量電路13電連接。參照圖1和3，所述的單片機電路12的單片機型號為ST72F3MLJ6B6/44PIN芯片， 8位flash單片機，其主要資源如下3 flash、1024字節(jié)RAM、32個I/O 口、9/個外部中 斷口、個高吸入的I/O 口，6路10位AD、同步串行口(SCI)、異步串行口(SPI)、2個16位定 時器，有三路輸入捕獲和三路輸出比較，可產(chǎn)生PWM波、時基定時器、看門狗定時器、低電壓 檢測(LVD)復位功能、兩倍頻鎖相環(huán)。停電監(jiān)測電阻DR7、電阻DR9和一個A/D 口實現(xiàn)停 電監(jiān)測功能。由于電表在停電之后，需要把數(shù)據(jù)保存在EEPROM中，為了有足夠的時間把數(shù) 據(jù)保存在EEPROM中，需要及時地檢測到電源掉電，通過電阻DR7、DR9分壓，使分壓電壓處于 5V左右，直接接到單片機Ul的A/D 口，再根據(jù)A/D取樣后的的值來判斷是否停電。軟件初 始化在電源剛上電的時候，單片機會首先進行初始化的操作，包括初始化變量、周邊設備 配置。若是第一次上電，則把初始化后的運行變量和參數(shù)變量，分別存在不同的EEPROM區(qū) 域，以方便在掉電時僅需保存運行變量。參照圖1和7，所述的開蓋檢測電路1包括檢開開關SB1、按鍵SB4，電阻R28、R59、R60，檢開開關SBl輸入信號，電阻R28、R59、R60組成電路的分壓送入單片機Ul的A/D 口， 按鍵SB4的一端與單片機Ul的11腳連接。參照圖1和7，所述的IC接口電路2包括與門U7B、與門U7C、與門U7D、電阻44、電 阻45、電阻46、電阻R47、電阻R48，與門U7C與單片機Ul的15腳連接，電阻R48與單片機 Ul的17腳連接，電阻R47與單片機Ul的19腳連接，與門U7D與單片機Ul的20腳連接，電 阻45與單片機Ul的沈腳連接。按照識別卡-帶觸點的集成電路卡IS0/IEC7816設計在 卡座無卡時不給IC接口電路提供電壓，其接口符合IS07816的相關要求。參照圖1和8，所述的時鐘和時鐘電池檢測電路3包括型號為DS3231時鐘芯片 U14，電阻DR14、電阻DR13，型號DS3231時鐘芯片U14為美國生產(chǎn)，市售產(chǎn)品。其特點為高精 度，-40°C至+85°C范圍內精度為士3. 5ppm，具有集成的溫補晶振TCXO和晶體。該器件包含 電池輸入端，斷開主電源時由一次性鋰電池供電仍可保持精確的計時。集成晶振提高了器 件的長期精確度，并減少了生產(chǎn)線的元件數(shù)量，時鐘芯片U14分別通過電阻DR14、電阻DR13 和單片機Ul的9、10腳連接；時鐘和時鐘電池檢測電路3的實現(xiàn)是單片機Ul的PDO 口輸出 高電平持續(xù)IOOms給電容DC23充電，然后再轉換成A/D接口單片機Ul的AINO 口對電容電 壓進行檢測。從而判斷電池是否欠壓，因為單片機的工作電壓為3. 3V，其輸出的高電平最大 也為3. 3V，如果電池電壓沒有達到檢測門限，因為不是直接檢測電池電壓值程序按照一定 方法折算處電池欠壓值，則可判定該電池有電，通常鋰電池的電壓為3. 6V，二極管Dll可以 防止電池在停電時向單片機Ul接口端放電從而延長電池的使用壽命，比直接用單片機A/ D轉換口直接測量電池電壓的方法更省電有利于時鐘更穩(wěn)定的工作；如果檢測到電容DC23 上的電壓達到檢測門限，則程序做相應處理，并在液晶顯示器上用電池欠壓符號提示。參照圖1和2，所述的載波模塊電路4的載波模塊ZD2型號為PLCI36-III，載波模 塊ZD2的17、18腳分別與單片機Ul的1、44腳連接。所述的載波模塊電路4，載波采用模塊 化設計可以和多種載波方案，載波模塊ZD2通過串口和單片機Ul進行通訊，其電源由電源 供電電路11提供。型號為PLCI36-III為青島東軟電腦技術有限公司提供的市售產(chǎn)品。參照圖1和6，所述的紅外通訊電路5包括紅外線發(fā)射管D9、電阻R41、R53，紅外 線接收管U17通串口與單片機Ul的16、18腳連接。38K雙向調制信號其通訊規(guī)約完全符合 多功能電能表通信協(xié)議DL/T645-1997。參照圖1和6，所述的存儲器電路6的存儲器U6型號為ATMELMC08，通過1 接 口與單片機Ul的9、10腳連接。1 接口是計算機的一種控制技術，屬于兩線式串行總線， 它由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。參照圖1和6，所述的液晶顯示模塊電路7的IXD通過SPI接口與單片機Ul的5、 35、36、37腳連接。SPI接口為串行外圍接口，SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進行 同步串行數(shù)據(jù)傳輸，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，地位在后，為全雙工
ififn。參照圖1和6，所述的按鍵、停電顯示控制電路8，在市電掉電時，單片機Ul處于斷 電工作狀態(tài)，不損耗電池的電能。只有按鍵SB3上有電池維持高電平，當需要進行停電顯示 時按下此按鍵，按鍵后三極管DT3的集極處于高電平此時三極管DT3導通，導通后三極管 DT4的集極和射極滿足導通條件三極管DT4導通電池給所有的3. 3V電路施加電壓，此后單 片機Ul初始化程序，當判斷此時為停電下顯示時單片機Ul的14腳會立即由輸入轉為輸出狀態(tài)，輸出高電平來維持三極管DT3、DT4的導通狀態(tài)，從而完成停顯功能，當程序執(zhí)行完畢 后，只要在單片機Ul的14腳輸出低電平三極管DT3、DT4會立即截止單片機Ul下電。下電 后外部電池不需要提供電流來保持單片機Ul工作及內存中的重要數(shù)據(jù)，所以沒有電能消 耗。停電時單片機Ul不工作也就不存在程序出現(xiàn)跑飛或死機等狀況，大大加強了系統(tǒng)的穩(wěn) 定性。參照圖1和5，所述的ESAM模塊電路9通過I2C接口與單片機Ul的15、24、25腳 連接。ESAM模塊采用北京握奇智能科技有限公司為天津市電力公司定制的專用芯片。參照圖1和5，所述的繼電器控制電路10的繼電器驅動芯片型號為BL8023，型號 為BL8023繼電器驅動芯片與單片機Ul的31、34腳連接。單片機Ul通過普通I/O控制型 號為BL8023繼電器驅動芯片從而實現(xiàn)對磁保持繼電器的控制，型號為BL8023繼電器驅動 芯片是雙向繼電器驅動集成電路，用于控制磁保持繼電器的工作，具有輸出電流大，靜態(tài)功 耗小的特點。參照圖1和5，所述的電源供電電路11為開蓋檢測電路1、IC接口電路2、時鐘和 時鐘電池檢測電路3、載波模塊電路4、紅外通訊電路5、存儲器電路6、液晶顯示模塊電路7、 按鍵、停電顯示控制電路8、ESAM模塊電路9、繼電器控制電路10和電能計量電路13提供 電源，為保證用電安全，其中電能計量電路13的電源與主供電電路的通訊方式采用光耦隔 離。電源接口電路設計有抗浪涌和過壓過流保護電路。參照圖1和4，所述的電能計量電路13采用美國進口的型號為ADE775計量專用芯 片，是一款適用于單相配電系統(tǒng)的高精度電能計量IC?？梢蕴峁┗谳旊娋€電壓和電流計 算的瞬時有功功率和平均有功功率。該器件規(guī)范超過IEC61036標準規(guī)定的精度要求。型 號為ADE775計量專用芯片中使用的唯一模擬電路是ADC和參考電壓電路。所有其它信號 處理都是在數(shù)字域實現(xiàn)的。這種信號處理方法可在隨環(huán)境條件和時間變化的很大范圍內提 供優(yōu)異的穩(wěn)定性和精度。內部的空載閾值特性保證ADE7755在空載時沒有潛動。電能計量 電路13與單片機電路12之間采用光電耦合器隔離，使兩部分電路在電氣上完全獨立，以保 護單片機電路12和其他電路工作的可靠性。電能計量電路13的ADE775芯片與單片機Ul 的3、12腳連接。
權利要求1.一種單相載波預付費電子式電能表，其特征是它包括單片機電路分別與開蓋檢測 電路、IC接口電路、時鐘和時鐘電池檢測電路、載波模塊電路、紅外通訊電路、存儲器電路、 液晶顯示模塊電路、按鍵、停電顯示控制電路、ESAM模塊電路、繼電器控制電路和電能計量 電路電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的單片機電 路的單片機Ul型號為ST72F3MLJ6B6/44PIN芯片。
3.根據(jù)權利要求2所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的開蓋檢測 電路包括檢開開關SB1、按鍵SB4，電阻R28、R59、R60，檢開開關SBl輸入信號，電阻R28、 R59、R60組成電路的分壓送入單片機Ul的A/D 口，按鍵SB4的一端與單片機Ul的11腳連 接。
4.根據(jù)權利要求2所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的IC接口電 路包括與門U7B、與門U7C、與門U7D、電阻44、電阻45、電阻46、電阻R47、電阻R48，與門U7C 與單片機Ul的15腳連接，電阻R48與單片機Ul的17腳連接，電阻R47與單片機Ul的19 腳連接，與門U7D與單片機Ul的20腳連接，電阻45與單片機Ul的沈腳連接。
5.根據(jù)權利要求2所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的時鐘和時 鐘電池檢測電路包括型號為DS3231時鐘芯片U14，電阻DR14、電阻DR13，時鐘芯片U14分別 通過電阻DR14、電阻DR13與單片機Ul的9、10腳連接。
6.根據(jù)權利要求2所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的載波模塊 電路的載波模塊ZD2型號為PLCI36-III，載波模塊ZD2的17、18腳分別與單片機Ul的1、 44腳連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的按鍵、停 電顯示控制電路包括按鍵SB3，三極管DT3、DT4。
8.根據(jù)權利要求2所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的ESAM模塊 電路通過1 接口與單片機Ul的15、24、25腳連接。
9.根據(jù)權利要求2所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的繼電器控 制電路的繼電器驅動芯片型號為BL8023，型號為BL8023繼電器驅動芯片與單片機Ul的 31、；34腳連接。
10.根據(jù)權利要求2所述的單相載波預付費電子式電能表，其特征是所述的電能計量 電路的電能計量芯片型號為ADE775，型號為ADE775電能計量芯片與單片機Ul的3、12腳連接。
專利摘要本實用新型涉及計量技術領域，是一種單相載波預付費電子式電能表，其特點是它包括單片機電路分別與開蓋檢測電路，IC接口電路，時鐘和時鐘電池檢測電路，載波模塊電路，紅外通訊電路，存儲器電路，液晶顯示模塊電路，按鍵、停電顯示控制電路，ESAM模塊電路，繼電器控制電路和電能計量電路電連接。具有自動抄表，抄收速度快，計算精度高，抄表同時性好，可直接與營業(yè)計算機聯(lián)網(wǎng)等待優(yōu)點。
文檔編號G01R22/10GK201819953SQ20102021625
公開日2011年5月4日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權日2010年6月1日
發(fā)明者于安源, 關鳳霞, 孫世杰, 朱有, 李金錄, 楊顯志, 楊西霞, 甄威旭, 閻勁光 申請人:深圳市江機實業(yè)有限公司