專利名稱：電子卡預(yù)付費電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電子式電度表，特別是一種用于現(xiàn)場測量的，具有預(yù)收電費及管理功能的電子卡式預(yù)付費電度表。
電度表具有現(xiàn)場測量、預(yù)收電費及管理的功能是電業(yè)管理現(xiàn)代化的要求和需要，現(xiàn)有技術(shù)中的電子式電度表僅具上述個別的功能，經(jīng)過專利文獻檢索表明，目前的電子式電度表主要存在以下問題一.使用了模擬乘法器、頻率變換器及分頻器等線路進行電能轉(zhuǎn)換，由于這些線路是由許多分離元器件組成的，集成度低，抗干擾能力差，可靠性低，不能滿足現(xiàn)場測量的要求。
二.有不必要的多余線路，如有的用許多運放及相應(yīng)的觸發(fā)器去測量功率角，有的用了許多集成度低的芯片為電子卡加密，即降低了可靠性，更沒有發(fā)揮單片機應(yīng)有的作用。
三.使用的預(yù)收電費的技術(shù)易偽造，或是已淘汰的技術(shù)，如投幣、磁卡等。
四.缺少電能管理功能。
本實用新型的目的在于提供一種電路員件集成度改，可靠性好，能保證現(xiàn)場測量所需長壽命的，并具有多種間接管理功能的電子式電度表。
根據(jù)上述目的，本實用新型采用了這樣的結(jié)構(gòu)，即它由電壓、電流采樣預(yù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元、電子卡、顯示電路、鍵按及控制線路組成，其特征在于采樣預(yù)處理單元由電流、電壓采樣電路和放大緩沖器過成；數(shù)據(jù)處理單元由微控制器芯片、模擬開關(guān)、帶隨機存貯器的日歷時鐘芯片及編程接口器等構(gòu)成；采樣及預(yù)處理單元將六組模擬信號輸入數(shù)據(jù)處理單元，受微控制器芯片控制的模擬開關(guān)分時地將六組模擬信號接到A／D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入口上，由微控制器芯片將信號的模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，并由此計算出電能間接管理所需的各種量；微控制器芯片將計算機所得的各種量存入帶隨機存貯器的日歷時鐘芯片中，并由其讀出時間而計算出電費消耗量；所述數(shù)據(jù)處理單元通過編程接口器與電子卡及顯示電路和按鍵電路連接通訊，并通過串入并出器與控制線路連接，電子卡為一片E2PROM，它通過連接件與所述電路連接。
本實用新型的上述結(jié)構(gòu)可以通過附圖進一步說明。附圖所示的為一個三相四線電度表，其在互感器后面使用的額定電壓100V交流、電流5A交流。
本實用新型有如下附圖附

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；附圖2為采樣及預(yù)處理單元的線路圖；附圖3為數(shù)據(jù)處理單元的線路圖；附圖4為電子卡及顯示轉(zhuǎn)換線路圖。
參見圖1本實用新型主要由采樣及預(yù)處理單元U1、數(shù)據(jù)處理單元U2、電子卡U3、顯示器及鍵盤U4、控制線路U5等五個單元組成。
圖2為采樣及預(yù)處理單元U1。它由六個采樣器及六個放大緩沖器組成，圖中左側(cè)所列VA、VB及VC分別表示A相、B相及C相電壓輸入。VA輸入到R1與R2組成的厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)上，分壓后在a點采得交流電壓信號輸出到IC1(運放LM／224)。IC1起放大緩沖作用放大后的電壓信號經(jīng)過電平變換線路(R4及R5)由b點輸出，VB及VC的采樣線路與VA者相同，分別由e點及g點輸出。
IA、IB及IC分別表示A相、B相及C相電流輸入。IA輸入到檢測電路R3與分流電阻R8組成的分流線路上，在c點采得交流信號輸出到IC2(運放LM／224)。檢測電阻R3是錳銅電阻，0.01。IC2起放大緩沖作用，它將信號放大后，經(jīng)電平變換線路(R6及R7)由d點輸出，IB及IC的采樣線路與IA者相同，分別由f點及h點輸出。
圖3為單片機數(shù)據(jù)處理單元U2，它由模擬開關(guān)IC3(AD7503)，微控制器IC4(8398)，地址鎖存器IC5(74LS373)，日歷時鐘及RAMIC6(DS1216及RAM6116)，接口器件IC7(8255)，及串入并出寄存器IC8(74LS164)等組成。
U1輸出的六路模擬信號b、d、e、f、g及h分別連接到IC3的輸入引腳上，IC3的控制引腳分別連接到IC4的三個高速輸出口HSO.0、HSO.1及HSO.2上、IC3接受由IC4高速輸出口輸出的控制信號，分時地將六路模擬信號一個個接通到IC4的A／D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入口ACH4上。
固化在IC4的ROM中的指令，它控制A／D實時地將六路模擬信號轉(zhuǎn)換成VA、IA、VB、IB、VC及IC的數(shù)字量，并由此計算出電能間接管理所需的各種量(有功功率、無功功率、視在功率、有功電能、無功電能及視在電能消耗等)。
IC4的地址／數(shù)據(jù)總線P3口(8位)及P4口的P4.0～P4.2分別連接到IC5、IC6及IC7上，讀及寫引腳(RD及WR)連接到IC6及IC7、ALE地址鎖存允許連接到地址鎖存器IC5上，P4.6及P4.7分別接到IC6及IC7的片選CE端，通過這些連線IC4將計算所得上述各種量輸出存入IC6的6116中(DS1216有鋰電池可保存數(shù)據(jù))，IC4還從DS1216讀出時間，并由此計算出電費消耗量，也輸出到6116中保存。
IC4還根據(jù)以上各種量與各種電能管理指標對照的結(jié)果，必要時輸出各種控制信號。
U2與U3、U4的連接、通訊是通過IC7實現(xiàn)的，IC7的輸入／輸出口PA、PB及PC分別直接與U3及U4相連接，而IC4通過其P3、P4口及
、
引腳控制IC7的讀／寫，另外IC4的高速輸入引腳HS1.0及外中斷引腳EXTINT還直接分別與U3及U4相連接以接受它們的中斷請求信號。
U2及U5的連接是通過串入并出器件IC8實現(xiàn)的，IC4的串行口RXD及TXD分別接到IC8的輸入引腳A及時鐘腳CLK。IC4通過RXD及TXD輸出控制信號給IC8，而IC8則將此信號由其輸出口的D0～D7引腳輸出到U5。
圖4中的IC9是電子卡，它只包含一片E2PROM2186，它通過連接件D與電表相連，當電子卡插入D時，D上端的兩組接點接通，使IC4的HS1.0引腳電平變低，就向IC4輸入了一個中斷請求信號，據(jù)此，IC4就輸出一個控制信號，經(jīng)過IC8到U5將電子卡的電源(IC9的VCC腳)接通。
IC9的地址口A0～7及A8～10分別與IC7的PA口及C0～2相連，數(shù)據(jù)口D0～7與IC7的PB口連接，IC9的讀(
即
)、寫(
)及片選(
)腳分別受IC7的C4、C5及C6引腳的輸出所控制。
當需從電子卡中讀出數(shù)據(jù)，如用戶預(yù)付款數(shù)額或供電單位的管理參數(shù)時，IC4輸出控制信號給IC7，IC7通過C4、C5、C6輸出讀的命令并通過PA口輸出地址給IC9，IC9中的數(shù)據(jù)即通過D0～7輸出到IC7的PB口，并由IC7再輸出給IC4，IC4即將數(shù)據(jù)輸出、存入IC6(6116)中。
當需向電子卡寫數(shù)據(jù)(如用戶用電情況，包括各種功率、耗電量及電費節(jié)余等)時，IC4輸出控制信號給IC7，IC7由C4、C5、C6、輸出寫的命令并通過PA口輸出地址給IC9，IC4即從IC6的6116中逐個讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，輸出到IC4中，再通過IC4的PB口輸出到IC9的D0～7，從而存到IC9中，至于何時需要讀／寫則由U4中的按鍵來控制。
總之電子卡起到在供電單位與電表之間傳遞數(shù)據(jù)的作用，所以不需要另外的通訊設(shè)備。
圖4中除IC9外，其他都屬于顯示電路及按鍵單元U4，其中IC10為顯示／鍵盤轉(zhuǎn)換接口8279，IC11為地址鎖存器74LS373，IC12為八選一器件74LS138，IC10的讀(
或
)、寫(
)及片選(
)引腳分別與IC7的C4、C5及C7相連并受其輸出的控制，IC10的數(shù)據(jù)選擇引腳A0與IC7的PA.O腳相連并受其控制，其數(shù)據(jù)輸出／輸入口D0～7則與IC7的PB口相連接。IC10的段碼輸出口OutA及OutB通過地址鎖存器IC11接到每個數(shù)碼管上(八個)，掃描輸出線SL0～2通過八選一器件接到各個數(shù)碼及按健上(列選)，它的按鍵行選信號RL0接到三個按鍵上。
當有顯示需求時，IC4即將顯示命令及數(shù)據(jù)輸出到IC7，IC7即通過C4、C5、C7及A0腳將命令輸出到IC10，并將數(shù)據(jù)由PB口輸出到IC10的D0～7，IC10即會自動地通過OutA及OutB及SL0～2輸出相應(yīng)的信號并在數(shù)碼管上顯示出來。
當有按鍵被按動時(這表示用戶的一種指令)，IC10會自動將按鍵的位置保存下來并通過它的中斷請求引腳IRQ輸出一個中斷信號到IC4的外中斷EXTINI引腳。IC4接到此請求后會輸出讀IC10的命令給IC7，IC7即通過C4、C5、C7及A0引腳向IC10發(fā)出讀的命令，并從D0～7將用戶指令讀入PB口，然后再輸出到IC4(P3口)，IC4即按照收到的指令的執(zhí)行如讀／寫電子卡，或顯示用電情況等操作。
IC10的電源(引腳VCC)也是由IC4通過IC7控制的(IC7的引腳C3)，必要時才接通，以減少電表本身的能耗。
圖5是控制線路單元U5，它主要是一些驅(qū)動電路，其中IC13為緩沖／驅(qū)動器件74LS07，它的輸入口與U2中IC8的D4、D5、D7輸出引腳相連，它的輸出口控制三個固體繼電器SSR、而三個SSR的輸出又分別與負載的電源開關(guān)SWA、SWB及SWC相連接。所以在必要時IC4可以通過控制IC8的D5、D6及D7來切斷負載的電源。
U5中其他四個三極管驅(qū)動線路，從上到下分別受U2中IC8的D1、D0、D2即
以及IC7的C3腳即
的控制，它們是正常工作指示(發(fā)光二極管)、聲報警、IC9電源及IC10電源的控制線路。
除上述用于高壓的三相四線電表外，如用于一般380V交流的三相四線電表，則在圖2的U1單元中的采樣器部分(分壓及分流器)改為電量傳感器－WBGII－JG型電壓傳感器及WBHL－TG型電流傳感器即可，其他單元的線路完全相同。
由上所述可知，這樣的電表本身就可實現(xiàn)全部電能間接管理功能而不需要另加其他設(shè)備。另外，每個電表都有專用的號碼寫在電子卡上，預(yù)付費數(shù)據(jù)讀完后即自動擦除，卡上的數(shù)據(jù)采取雙重加密，所以有可靠的防止仿造、假冒的功能，再者電表表殼用有屏蔽作用的鋼板，加以有功率反向的監(jiān)督功能，也可有效地防止竊電，總之，本實用新型有如下特點一.由電表本身實現(xiàn)全部電能間接管理功能，不需外接其它設(shè)備；二.用電子卡在電表與管理部門間傳遞數(shù)據(jù)不需要通訊設(shè)備。
三.結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，能滿足現(xiàn)場測量的長壽命需要。
四.保密性好，可防止偽造、假冒、可防竊電。
權(quán)利要求1.一種電子卡預(yù)付費電度表，包括電流、電壓采樣及預(yù)處理單元U1、數(shù)據(jù)處理電元U2、電子卡U3、顯示電路及按鍵U4、控制線路單元U5，其特征在于(1)、U1的電壓采樣器由電壓傳感器或由厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，電流采樣器由電流傳感器或由錳銅電阻分流線路構(gòu)成；(2)、U2包括集成有模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)及只讀存儲器的微控制器IC4，地址鎖存器IC5，日歷時鐘及隨機存儲器IC6及接口器件IC7，U1中電壓采樣器輸出的六組模擬信號VA、VB、VCIA、IB、IC中的電壓模擬信號接放大緩沖器IC1，電流模擬信號接IC2，然后分別接至模擬開關(guān)IC3的b～h輸入端，IC3的控制腳分別連接到IC4的三個高速輸出口HSOO、HSO.1及HSO.2上，IC4的地址/數(shù)據(jù)總線P3口及P4口分別接在IC5、IC6、IC7上，讀及寫引腳(RD及WR)連接到IC6及IC7、ALE接IC5，P4.6及P4.7分別接到IC6及IC7的片選CE端；(3)、所述U2通過編程接口IC7與U3及U4連接、通訊，并通過一串入并出器IC8與U5連接，U3為一片E2PROM，通過連接件D與所述電路連接。
專利摘要本實用新型涉及一種用于現(xiàn)場測量的具有預(yù)收電費及管理功能的帶電子卡的電子式電度表，其中采用了電壓傳感器或厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)及電流傳感器或錳銅電阻分流電路構(gòu)成的電壓和電流采樣器，集成有A/D轉(zhuǎn)換器及ROM的微控制器，及日歷時鐘芯片，電子卡為一片E
文檔編號G01R22/00GK2179589SQ9323898
公開日1994年10月12日 申請日期1993年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月7日
發(fā)明者苑錫光 申請人:苑錫光