專利名稱：全電子式預(yù)付費ic卡電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用電量記錄收費技術(shù)，具體地說是全電子式預(yù)付費IC卡電能表。
目前，我國絕大多數(shù)地區(qū)，包括工業(yè)用電的民用照明用電都是利用普通的感應(yīng)電能表計量。用戶先用電，供電部門定期到用戶抄表，核算，再收取電費，工作量大，管理被動。因此電費回收是長期以來困擾電力能源工業(yè)的一大難題，嚴(yán)重地制約著電力商品的再生產(chǎn)，阻礙著電力資源的商品化進(jìn)程。
雖然現(xiàn)已有用計算機進(jìn)行電量電費的統(tǒng)計和計算，但一般只能依靠手工輸入數(shù)據(jù)。有些部門研制了抄表機及相應(yīng)的電能表，能解決抄表后信息輸入計算機的問題，但收費仍需要人工操作，對營業(yè)工作改革不大。
而采用感應(yīng)式電能表，避免不了接觸和磨損，使其計量不準(zhǔn)確，容易被竊電，不具有防止逆功能。
本實用新型的目的是提供一種不需人工抄表、收費，用購卡方式預(yù)付電費，并將此卡插入電表時，購電量指標(biāo)便被送入表內(nèi)的全電子式預(yù)付費IC卡電能表。
本實用新型的技術(shù)方案為電氣系統(tǒng)由電源，電源變換電路，電流采樣和電壓采樣電路，模擬乘法器、V/F變換器、多級計數(shù)器、累加計度顯示器，電能表校驗裝置，單片微機計算機、余電顯示及報警、IC卡輸入、數(shù)據(jù)存取、拉閘控制電路構(gòu)成，電源電路連至電源變換電路及電流采樣、電壓采樣電路，經(jīng)模擬乘法器與V/F變換器連接，V/F變換器再經(jīng)各級計數(shù)器分別連接至累加計度顯示器、電能表校驗裝置，單片微計算機，單片微計算機又分別與余電顯示及報警、IC卡輸入、數(shù)據(jù)存取、拉閘控制電路相連接。
電壓、電流信號采用錳銅分流片直接取樣，通過厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)得到取樣信號，并可通過改變厚膜電阻中的阻值來調(diào)整電能表的計量誤差；取樣信號通過集成電路BL0931或BL0932進(jìn)行模擬剩法，V/F轉(zhuǎn)換及多級計數(shù)器產(chǎn)生的兩路脈沖信號分別驅(qū)動步進(jìn)機電計數(shù)器M和供給單片機D1；單片機處理電路采用AT89C51、AT89C2051、8751單片機；控制用電指標(biāo)及負(fù)荷限制的拉閘控制電路采用場效應(yīng)管V9、過零型PC板繼電器；進(jìn)行數(shù)據(jù)保護的數(shù)據(jù)存取電路采用串行E2PROM存儲器，包括2401A、2402A的I2C協(xié)議存儲器或93C46、93C56的I3協(xié)議存儲器；采用雙計數(shù)器計數(shù)，步進(jìn)電機計數(shù)器作為累計量計數(shù)，剩余輸入電量及報警顯示用四位數(shù)碼顯示器；IC卡采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的串行E2PROM的24XX系列和93XX系列的存儲器卡及帶CPU的88XX系列加密卡，IC卡座采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通用型卡座。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳述，但不限于附圖所示。


圖1為本實用新型的電氣系統(tǒng)圖圖2為本實用新型的電路原理圖圖3為本實用新型的實施例中電源電路原理圖圖4為本實用新型的實施例中信號采樣及預(yù)處理電路原理圖圖5為本實用新型的實施例中數(shù)據(jù)處理電路原理圖如圖3、4、5所示，將電路分為三部份電源電路(圖3所示)，信號采樣及預(yù)處理電路(圖4所示)，數(shù)據(jù)處理電路(圖5所示)。
如圖3所示，220V交流電經(jīng)變壓器T1后，產(chǎn)生的兩路輸出，一路輸出6.3V，最終產(chǎn)生-5V直流電壓，一路輸出10V，最終產(chǎn)生+5V、+10V直流電壓。
1)+10V交流電經(jīng)V2(SIWB)全橋整流，電容C15、C16濾波后，得12伏直流電壓，經(jīng)三端穩(wěn)壓器N2及電容C17后得+5V直流電壓；+12V電壓供給繼電器使用，+5V電壓供給微處理器D1、存儲器D2、光電隔離U2及IC卡插座X1及電能表專用芯片U1使用；2)6.3V交流電經(jīng)V1(SIWB)全橋整流，電容C13、C14濾波后，得到-7.5V的負(fù)直流電壓，經(jīng)電阻R21、R22限流，二極管D4穩(wěn)壓后，產(chǎn)生-5V直流電壓，該電壓反供給專用芯片U1使用。
如圖4所示，信號采樣及預(yù)處理電路由分流器R23，繼電器K1-1、電阻R4、R5，芯片U1，厚膜電阻N1，可變電阻U(R6)，電容C1、C2、C3、C4，計度器M1及晶振G1組成，進(jìn)入電表的火線與分流器和繼電器聯(lián)接，分流器、繼電器分別與平衡電阻R4、R5聯(lián)接，R4的另一端接入N1的第7腳，U1的第2腳、R5接N1的第6腳、U1的1腳，U1的第18、19、20腳接電容C1、C2組成的積分電路，U1的第15、14腳接晶振G1，U1的12、13腳接計度器M1，N1的4、8、9、10腳分別與U1的4、5、6、7腳相接。
火線進(jìn)入電表后，經(jīng)過分流器、繼電器后，流出電表，當(dāng)用戶用電時，就有負(fù)載電流通過分流器，并在其上產(chǎn)生微小壓降，該微小壓降就作為電流取樣信號Vi，通過平衡電阻R4、R5送到專用芯片U1的電流信號輸入端1、2腳及厚膜電阻的5、6腳。
零線進(jìn)入電表后，接到厚膜電阻N1的1腳，火線進(jìn)入后，接到厚膜電阻N1的7腳及專用芯片的3腳。220V交流電通過厚膜電阻后，從4、7腳輸出與220V交流電成比例的電壓取樣信號，并輸給專用芯片的電壓信號輸入端3、4腳。
至此，電壓信號都已產(chǎn)生。
電流采樣及電壓采樣信號經(jīng)輸入緩沖放大后，送到模擬乘法器，并通過V/F轉(zhuǎn)換電路將電能信號變成頻率信號，該頻率信號與所消耗的電能成比例。
頻率信號經(jīng)過計數(shù)電路、驅(qū)動電路后，產(chǎn)生兩路輸出，一路用以直接驅(qū)動步進(jìn)電機計度器計數(shù)，另一路用于數(shù)據(jù)處理，它們的頻率比值為1∶16。
U1的9腳為反向功率指示，當(dāng)用戶將相線進(jìn)出反接時，9腳會輸出負(fù)脈沖信號，驅(qū)動綠色發(fā)光二極管發(fā)光，反向用電報警，電能表仍能正向累加電量。
U1的8腳輸出的脈沖信號驅(qū)動紅色發(fā)光二極管發(fā)光，用于用電功率指示，并通過光電隔離，輸出兩路脈沖信號，一路輸給微機處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，另一路作測試信號，輸出到IC卡插座X1，供校表用。
如圖5所示，數(shù)據(jù)處理電路由光電隔離U2，微處理器D1、存儲器D2，數(shù)碼顯示器H1，IC卡插座X1，繼電器K1，電阻R1、R2、R3、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13，電容C8、C9、C10、C12、，二極管V4、發(fā)光二極管H2、H3，三極管V5、V6、V7、V8、埸效應(yīng)管V9及晶振G2構(gòu)成，電能計量脈沖經(jīng)U2的6腳送至D1的9腳，D1的19-14、11腳分別聯(lián)至H1的數(shù)據(jù)端a、b、c、d、e、f、g，D1的第2、3、6、7腳分別通過V5-V8接至H1的位選端，D1的第9腳通過V9輸出至繼電器K1，D1的12、13腳分別接至IC卡插座X1的7、3腳及存儲器D2的5、6腳。
從專用芯片輸出的脈沖信號經(jīng)光電隔離U2后，輸?shù)轿⑻幚砥?，微處理器對用電脈沖信號進(jìn)行中斷計數(shù)，每1600個脈沖為一度電。微處理器將內(nèi)存剩余電量減去一度。在此過程中，微處理器隨時檢查剩余電量是否為10度，3度，0度及功率限額，若為其中某一個值，將作出報警或斷電等處理措施。
當(dāng)IC卡插入插座，產(chǎn)生中斷信號，微處理器就將IC卡中的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部RAM進(jìn)行處理，把其中重要的信息，如購電量，功率限額等數(shù)寫入內(nèi)部存儲器D2中保存，以免掉電后丟失數(shù)據(jù)，另外還將一些信息寫入IC卡中，這些信息通過IC卡又傳遞給供電部門，及時掌握用戶的用電情況。
本實用新型徹底克服了感應(yīng)式機械表的缺陷，與機械表相比具有以下特點1、采用全電子式電路技術(shù)和智能軟件技術(shù)，高可靠性、高性價比；2、可預(yù)置限定功率，超負(fù)荷延時拉閘限電；3、具有購電警告提示，當(dāng)用戶購電指標(biāo)快用完時，提醒用戶重新購電；4、防竊電、防潛動；5、掉電數(shù)據(jù)保護長達(dá)10年之久；6、無機械阻尼和磨損，使用壽命長。
權(quán)利要求1.一種全電子式預(yù)付費IC卡電能表，其特征在干電氣系統(tǒng)由電源，電源變換電路，電流采樣和電壓采樣電路，模擬乘法器、V/F變換器、多級計數(shù)器、累加計度顯示器，電能表校驗裝置，單片微機計算機，余電顯示及報警、IC卡輸入、數(shù)據(jù)存取、拉閘控制電路構(gòu)成，電源電路連至電源變換電路及電流采樣、電壓采樣電路，經(jīng)模擬乘法器與V/F變換器連接，V/F變換器再經(jīng)各級計數(shù)器分別連接至累加計度顯示器、電能表校驗裝置，單片微計算機，單片微計算機又分別與余電顯示及報警、IC卡輸入、數(shù)據(jù)存取、拉閘控制電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表，其特征在于電壓、電流信號采樣電路由錳銅分流片R23的第2、3、4、1腳通過電阻R4、R5、R6、電容C5、C6分別與厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)N1的第7、8、1、6連接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表，其特征在于V/F轉(zhuǎn)器電路由厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)N1的第5、6、7、4、8、9、10腳分別與集成電路BL0931或BL0932的第1、2、3、4、5、6、7腳連接而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表，其特征在于單片機處理電路采用AT89C51、AT89C2051、8751單片機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表，其特征在于控制用電指標(biāo)及負(fù)荷限制的拉閘控制電路采用場效應(yīng)管V9、過零型PC板繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表，其特征在于進(jìn)行數(shù)據(jù)保護的數(shù)據(jù)存取電路采用串行E2PROM存儲器，包括2401A、2402A的I2C協(xié)議存儲器或93C46、93C56的I3C協(xié)議存儲器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表，其特征在于采用雙計數(shù)器計數(shù)，步進(jìn)電機計數(shù)器作為累計量計數(shù)，剩余輸入電量及報警顯示用四位數(shù)碼顯示器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表，其特征在于IC卡采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的串行E2PROM的24XX系列和93XX系列的存儲器卡及帶CPU的88XX系列加密卡，IC卡座采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通用型卡座。
專利摘要本實用新型是一種全電子式預(yù)付費IC卡電能表,其特征在于電氣系統(tǒng)由電源,電源變換電路,電流采樣和電壓采樣電路,模擬乘法器、V/F變換器、多級計數(shù)器、累加計度顯示器,電能表校驗裝置,單片微機計算機、余電顯示及報警、IC卡輸入、數(shù)據(jù)存取、拉閘控制電路。它徹底克服了感應(yīng)式機械表的缺陷,并具有高可靠性、高性價比,可預(yù)置限定功率,超負(fù)荷延時拉閘限電,有購電警告提示,防竊電、防潛動,掉電數(shù)據(jù)保護長達(dá)10年之久,無機械阻尼和磨損,使用壽命長。
文檔編號G01R22/00GK2289247SQ9621286
公開日1998年8月26日 申請日期1996年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月28日
發(fā)明者閻忠, 汪傳福, 魯建民, 楊旭, 周頡, 趙飚, 王碧江, 尉洪 申請人:國營西南電子設(shè)備廠