專利名稱：集成電路卡式預(yù)收費家用電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種家用電度表，特別是一種投卡式預(yù)收費家用電度表。
目前，為解決人工抄表困難，實現(xiàn)控制用電，已產(chǎn)生投幣式、投籌碼式、紙卡式等自動控制的電度表，以上技術(shù)雖然解決了預(yù)收費問題，但存在電費籌碼易仿造，通用性大，無法實現(xiàn)計劃用電，不便于統(tǒng)計和機械部件數(shù)量多等不足，另有CN89214315.0號專利申請的智能卡式數(shù)字電度表，其中使用的是單片微機和EEPROM電路，使得該電度表成本提高。
本實用新型的目的是提供一種成本低廉的，使用集成電路卡做為卡片插入的定量供電的家用電表，它采用編碼、譯碼方式來識別投入的集成電路卡的真?zhèn)?，可以有效地防止他人偽造、用戶所持有的卡，?jīng)供電部門收費并預(yù)置好用電數(shù)額，插入電表后，電表會自動接通電源向用戶供電，電表并同時進行減法計數(shù)，直到為零，電表關(guān)斷電源，用戶須重新交費寫入用電數(shù)額。由于電表和卡之間采用時序碼編碼譯碼，其編碼組合共有三百萬個之多，一般人很難偽造，并保證了一表一卡，不會出現(xiàn)互相轉(zhuǎn)用集成電路卡的現(xiàn)象，并可以進行計算機用電管理。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的設(shè)置一預(yù)收費電表外殼，由工程塑料或金屬制成，長100毫米～300毫米，最佳180毫米，寬80毫米～200毫米，最佳120毫米，高50～200毫米，最佳100毫米，背后設(shè)置有安裝于墻上的螺栓。
在正面面板上的一側(cè)，設(shè)置一傳統(tǒng)的感應(yīng)式電度表，其轉(zhuǎn)盤和數(shù)顯部分露在外殼外面或設(shè)置在一塊透光材料后面，透光材料與外殼為一體，在感應(yīng)式電度表的轉(zhuǎn)盤上打一孔，在孔的上下方對應(yīng)安裝發(fā)光二極管和光敏管，這樣在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一周時，光電開關(guān)便有一脈沖信號輸出。
在外殼正面的面板上開有一個長方形孔，在孔的一側(cè)設(shè)置一導(dǎo)軌，在孔的底部設(shè)置一插座，插座為雙排觸點，共36針。
在外殼上還設(shè)置有五只LED發(fā)光二極管、置零按鈕、斷電按鈕和恢復(fù)按鈕，在電表外殼內(nèi)設(shè)置有一電路板，電路板上安裝CD40106六施密特觸發(fā)器集成電數(shù)字電路一只，CD4048一只，CD4040一只，CD4011一只，CD4522三只，CD4081三只，單向可控硅一只，繼電器一只，干簧繼電器一只，變壓器一只，7812集成穩(wěn)壓器一只。
光電開關(guān)輸出的脈沖信號經(jīng)施密特電路整形后，輸入到12級二進制計數(shù)器CD4040，其12個輸出端在這里使用8個，接入8輸入端可擴展三態(tài)門CD4048的A、B、C、D、E、F、G、H輸入端，構(gòu)成為8輸入與門，當(dāng)8輸入端全都為高電平時，輸出為高電平，此高電平維持一個轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)周期后消失，形成一個新的脈沖信號，輸入到可預(yù)置BCD1／N計數(shù)器CD4522，CD4522共有三只，分別計個、拾、百位數(shù)，其中拾、百位是可預(yù)置的減法計數(shù)器，個位不預(yù)置。
當(dāng)“用電卡”插入電表后，由IC7－CD4011構(gòu)成的脈沖發(fā)生器由CPK輸出脈沖串，傳輸?shù)接秒娍?，此脈沖串使用電卡內(nèi)的CD4017在其輸出的0～9腳間依次輸出高電平，這十個管腳與用電卡的輸出插頭相連，具體按什么順序連接，需人為去編碼，即構(gòu)成所謂時序式編碼。
CD4017的十個輸出端Y0～Y9與輸出插頭S0～S9有3628800種排列組合。一旦“用電卡”內(nèi)的編碼排列組合確定之后，電表內(nèi)的譯碼器的排列組合也與之相對應(yīng)確定下來，電表內(nèi)插座上的引線S’0～S’9引到譯碼器Y’0～Y’9。譯碼器由十只兩輸入端與門電路逐級串接組成，選用CD4081，共用三只，在電路上的排號為IC8、IC9、IC10，因為是兩輸入與門電路，必須滿足兩輸入都為高電平時，輸出才會成為高電平，在第一個脈沖輸入到IC8－1之后，輸出為高電平，電容C1充有電壓，根據(jù)電容量的大、小，此電壓會維持一段時間，保持高電位。又由于C1接在IC8－2的一個輸入端，此輸入端也為高電位，若此時第二個脈沖輸入到IC8－2的另一個輸入端，則IC8－2輸出為高電平，使C2充有電壓。依此類推，直到IC10－2輸出高電平，C10上充有電壓，這一個譯碼過程便準(zhǔn)確無誤地結(jié)束，計數(shù)器IC5、IC6的預(yù)置控制端PE為高電平，“用電卡”內(nèi)的數(shù)據(jù)由D1～D8插接頭輸入到計數(shù)器。當(dāng)電容C10放電后，PE端為低電位，預(yù)置結(jié)束。由于表內(nèi)脈沖發(fā)生器起振有兩個條件，一是計數(shù)為0，二是卡必須插入，現(xiàn)在計數(shù)器已經(jīng)不為0，于是停振，不再有脈沖串送出，若表內(nèi)譯碼器與卡內(nèi)編碼器排到有一級不同，在譯碼過程中就會有一個中斷過程，該級電容器充得的電壓會釋放掉，使得隨后的各級兩輸入與門均不會滿足條件，最終的IC10－2不會有高電位輸出，PE端得不到高電位，IC5、IC6也得不到預(yù)置。
IC4、IC5、IC6三級計數(shù)器被預(yù)置一個數(shù)據(jù)后，電表內(nèi)繼電器J由吸合變?yōu)獒尫?，其常閉觸點J1接通，用戶得電。
當(dāng)三級計數(shù)器減法計數(shù)到全零時，IC7－1輸出變?yōu)榈碗娢?，IC7－2輸出為高電位，可控硅SCR觸發(fā)導(dǎo)通，繼電器J吸合，其常閉觸點J1斷開，中斷用戶供電。
本實用新型在可控硅SCR的觸發(fā)回路中還設(shè)置了一干簧繼電器，設(shè)置在一個線圈之中，線圈中流過用戶的供電電流，當(dāng)用戶用電在超負(fù)荷時(例如使用電爐)，干簧繼電器吸合接通，可控硅SCR導(dǎo)通，繼電器J吸合，用戶供電中斷。
置零按鈕安裝在外殼上，其兩個接頭一個接三只4522的Cr端，另一個端接頭接VDD1。
斷電按鈕也安裝在外殼上，其兩個接頭一個接在單向可控硅的觸發(fā)極上，另一個通過電阻R11接VDD1。
恢復(fù)按鈕也安裝在外殼面板上，其兩個接頭一個接控制電路的地線，另一個接單向可控硅的陰極。
為預(yù)防住宅區(qū)大面積停電造成表內(nèi)數(shù)據(jù)丟失，本實用新型在表內(nèi)設(shè)置有備用電源E。在正常供電工作時，系統(tǒng)使用表內(nèi)的穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓電源由變壓器B，整流橋D11～D14、電解電容器C13、集成穩(wěn)壓電路7812構(gòu)成。
用電卡的外殼用工程塑料或有機玻璃材料制成，為一長方形的盒子，有一般常見的香煙盒大小，在其一個端面設(shè)置有插頭，與電度表內(nèi)的插座相配套，為了避免插反，在一側(cè)開有一個槽，相應(yīng)在電度表卡孔上設(shè)置的導(dǎo)軌與之配合，使用電卡反插時，無法插入。
用電卡由電池，CD4017、CD4015、CD4081和四只電容構(gòu)成主電路。
以下結(jié)合附圖做進一步詳細(xì)的說明。


圖1為本實用新型實施例的外殼形狀示意圖。
圖2為本實用新型實施例的用電卡的外形示意圖。
圖3本實用新型工作原理方框圖。
圖4為本實用新型電度表的電原理圖。
圖5為本實用新型用電卡的電原理圖。
參照圖1。(1)為電度表的外殼，用工程塑料或有機玻璃材料制成。(2)為傳統(tǒng)的感應(yīng)式電度表。(3)為用電卡的卡孔。(4)為卡孔上設(shè)置的導(dǎo)軌。(5)為置零按鈕。(6)為斷電按鈕。(7)為恢復(fù)按鈕。(8)為顯示預(yù)置電度數(shù)個位工作狀態(tài)的發(fā)光二極管。(9)為顯示預(yù)置電度數(shù)拾位工作狀態(tài)的發(fā)光二極管。(10)為百位的發(fā)光二極管。(11)為過流指示發(fā)光二極管。(12)為電源指示發(fā)光二極管。(13)為安裝結(jié)束后的鎖。
參照圖2。(14)為用電卡的外殼，用工程塑料或有面玻璃材料制成。尺寸與電度表上設(shè)置的卡孔滑動配合。(15)為電氣插頭。(16)為限位槽，與電度表上卡孔中設(shè)置的導(dǎo)軌滑動配合。
參照圖3。電表脈沖輸入到分頻器，設(shè)置分頻器的比例，使得分頻器的輸出的一個脈沖信號代表一度電。
可預(yù)置計數(shù)器在預(yù)置過數(shù)據(jù)后，由分頻器來的脈沖進行減法計數(shù)，由LED發(fā)光管指示計數(shù)器的工作情況，譯碼器將用電卡送來的一串脈沖譯碼，正確無誤后，開通預(yù)置計數(shù)器進行數(shù)據(jù)預(yù)置，之后，關(guān)閉脈沖發(fā)生器，電表進入正常減數(shù)電度供電。
參照圖4。本實施例的十位編碼定為1987654320，因此，S′1－Y′0相接，S′2－Y′1相接，S′3－Y′2相接，S′4－Y′3相接，S′5－Y′4，S′6－S′5相連，S′7－Y′6相連，S′8－S′7相連，S′9－Y′8相連，S′0－Y′9相連。
由于CD4522的QC端同時滿足兩個條件才能為1。第一，所有輸出端都為0，第二，CF為1。由IC4、IC5、IC6的接法可知，只有IC6的輸出都為0，QC2才會為1，隨后，IC5的輸出又都為0，QC1才會為1，隨后IC4的輸出又都為0，QC0才會為1。如若上述情況出現(xiàn)，則IC7－1的兩個輸入端都為1，則IC7－2的輸出為1?？煽毓鑃CR受觸發(fā)導(dǎo)通，電表中斷向用戶的供電。
當(dāng)IC4、IC5、IC6全部為0后，QC0為1、C11和R13的相接處為1，由IC1－5反相后，其輸出CrK為0，用戶將用電卡插入，IC4、IC5、IC6預(yù)置數(shù)據(jù)完畢QC0變?yōu)?，C11和R13的相處瞬間變?yōu)?，IC1－5反相后，輸出一高電位，此高電位輸入到用電卡內(nèi)將CD4015清零。
電路板上繼電器J的常閉觸點一端接220伏交流電火線，另一端接用戶端火線，IC8－1～IC10－2兩輸入端與門電路的一個輸入端接電容C1～C9和二極管D1～D9的陰極，另一端輸入端接輸入插座的S’1～S’9，而第一級與門電路的兩個輸入端并接后直接接插座，這10級與門電路的輸出端接二極管的陽極，最后一級二極管的陰極接電容C10和兩只計數(shù)器，IC5、IC6的PE端。1／6施密特觸發(fā)器IC1－1的輸入端接在光敏管GM的陰極和電阻R2的相接處，IC1－1的輸出端接在IC2、CD4040脈沖輸入端。
R13一端接電源VDD1，另一端接C11和IC1－5的輸入端，C11的另一端與QC0線相接，IC1－5的輸出接CrK。
參照圖5。IC12為CD4017，其脈沖端接受來自電流度表內(nèi)的CPK脈沖信號，其十個輸出端為Y1－Y9與輸出插頭S0－S9的接法同電度表內(nèi)譯碼器的接法一樣，為1987654320。IC13為串入并出移位寄存器CD4015。其上預(yù)置的數(shù)據(jù)在插入電度表后會寫進電表內(nèi)的IC4、IC5、IC6、CrK為IC13的清零信號，當(dāng)IC4、IC5、IC6預(yù)置結(jié)束后，會發(fā)出此信號將IC13清零。
IC14為CD4081，它與四只電容器，四只二極管級成一譯碼器，由為用電卡寫入數(shù)據(jù)的寫卡器所辨認(rèn)，并設(shè)置CPJ信號進行給CD4015寫入數(shù)據(jù)。
寫卡器與微型計算機配合，可以識別用電卡，為用電卡寫入數(shù)據(jù)，由微機進行用電綜合管理。
本實用新型每次持卡購電數(shù)量可在10～990度電之間任意選擇，實現(xiàn)了計算機用電綜合管理，電管部門可根據(jù)用電檔案，采取定量供電，一戶一卡，用戶之間不能互相轉(zhuǎn)用，本實用新型成本低廉，保密性強，易于普及推廣。
權(quán)利要求1.一種集成電路卡式預(yù)收費家用電度表，由光電開關(guān)、外殼、感應(yīng)式電度表、LED發(fā)光二極管、置零按鈕、斷電按鈕、恢復(fù)按鈕、插座、電路板、卡孔組成，其特征在于a.在感應(yīng)式電度表的轉(zhuǎn)盤上打一孔，在孔的上下方對應(yīng)安裝發(fā)光二極管和光敏管，b.外殼長100～300毫米，最佳180毫米，寬80～200毫米，最佳120毫米，高50～200毫米，最佳100毫米，背后設(shè)有安裝于墻上的螺栓，c.在外殼正面板上開有一長方形的孔，在孔的一側(cè)設(shè)置一導(dǎo)軌，d.電路板上安裝CD40106六施密特觸發(fā)器集成電路一只、CD4048一只、CD4040一只、CD4011一只、CD4522三只、CD4081三只，單向可控硅一只，繼電器一只，干簧繼電器一只，變壓器一只，7812集成穩(wěn)壓器一只，e.置零按鈕安裝在外殼上，其兩個接頭一個接在單向可控硅的觸發(fā)極上，另一個通過電阻R11接VDD1，g.恢復(fù)按鈕安裝在外殼面板上，其兩個接頭一個接控制電路的地線，另一個接單向可控硅的陰極，h.插座安裝在卡孔的底部，為雙排，共36針。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電路卡式預(yù)收費家用電度表，其特征在于a.電路板上繼電器J的常閉觸點一端接220伏交流電火線，另一端接用戶端的火線，IC8－1IC10－2兩輸入端與門電路的一個輸入端接電容C1～C9和二極管D1～D9的陰極，一個輸入端接輸入插座的S′1～S′9，而第一級與門電路的兩個輸入端并接后直接接插座，這10級與門電路的輸出端接二極管的陽極，最后一級二極管的陰級接電容C10和二只計數(shù)器IC5，IC6的PE端，b.1／6施密特觸發(fā)器IC1－1的輸入端接在光敏管GM的陰極和電阻R2的相接處，IC1－1的輸出端接IC2CD4040的脈沖輸入端，c.R13一端接電源VDD1，另一端接C11和IC1－5的輸入端，C11的另一端與QC零線相接，IC1－5的輸出接CrK。
專利摘要本實用新型公開了一種集成電路卡式預(yù)收費家用電度表，它由傳統(tǒng)的感應(yīng)式電度表，一個新的外殼，工作狀態(tài)顯示LED發(fā)光二極管、電路板、用電卡卡孔、光電開關(guān)和按鈕組成。電路中設(shè)計了時序式編碼譯碼電路來識別用電卡的真?zhèn)危考呻娐肪鶠閮r格低廉的數(shù)字集成電路，成本低廉。本實用新型在用戶購得的電量用盡后，會自行關(guān)斷用戶的供電回路，用戶須持卡重新去購電。
文檔編號G01R11/56GK2164051SQ9322142
公開日1994年5月4日 申請日期1993年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月14日
發(fā)明者孟育 申請人:孟育