專利名稱：全電子式電卡預付費單相有功電能表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種全電子式電卡預付費單相有功電能表，屬于電能計量領域。適用于市電計費用電的場合。
目前民用電的計量機構(gòu)仍然是傳統(tǒng)的感應式電度表，基本上是一戶一表，供電部門需定期查表收費，這樣既費時，又費力，且電能損耗大，精度低，從八十年代開始，開發(fā)了一些預付費電能表，有采用光卡、磁卡及電鑰匙作為信息載體的預付費電能表，電能信號的采集有采用通用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和專用電器兩種，輸出顯示是液晶和機械計度器，但由于國內(nèi)、外的功能要求及電網(wǎng)情況不同，價格水平不同，不適于國內(nèi)使用，近年來，國內(nèi)對這方面的研究多停留在感應式脈沖電能表和電子計度器配合使用的方式，存在成本高，改裝難，有的已研制出預付費電子式電能表，但終因功耗大、成本高，可靠性和穩(wěn)定性較低，阻礙了產(chǎn)品的推廣使用。
為了克服上述缺陷及不足，本實用新型提供一種可靠性、穩(wěn)定性好，功耗小，成本較低的全電子式電卡預付費單相有功電能表。
本實用新型的任務是這樣實現(xiàn)的采用大規(guī)模集成電路，將電卡和普通的固體電子式電能表有機地結(jié)合在一起。每一用戶配備一電卡，采用與信用卡大小相同的內(nèi)置EEPROM的存儲式通用IC卡。用戶先到供電部門付款購電，供電部門將電量信息存入電卡中，將此電卡插入電能表，電能表讀入電量，并清除電卡中的電量數(shù)據(jù)，實時檢測計算用戶的用電量，并實時地從電能表中的剩余電量中扣除，當剩余電量為零時，斷開用戶的供電電路。
本實用新型的電路是由取樣電路，電表電路，光電隔離電路U2、U3、U4，單片機，數(shù)據(jù)存儲電路，電卡接口，LED數(shù)碼管顯示電路，拉閘控制電路及電源電路組成。
取樣電路的電源為220V/50HZ市電，由電路中的錳銅片的B、C端進行電流取樣，由錳銅片的A端進行電壓取樣，取樣電流和電壓輸入電表電路，在專用電路中通過乘法器，V/F電壓頻率變換器及邏輯分頻后，輸出負脈沖電能信號，其頻率為1/1600KWH，經(jīng)限流電阻與光電隔離電路U3與單片微機相連；電卡接口的插卡檢測、時鐘、電源、數(shù)據(jù)入機端與微機相連，單片微機經(jīng)數(shù)據(jù)處理和累計等處理，得到用戶的累計購電電量及剩余電量，將其輸出至存儲器中存儲；送至LED數(shù)碼管顯示電路顯示；有竊電時，流過錳銅片的電流反相，電表電路輸出一個負脈沖經(jīng)限流電阻使發(fā)光二極管亮表示有人竊電，當剩余電量為零時，單片微機輸出一個低電平給拉閘控制電路，使三極管導通，光電隔離電路U4輸出低電平，繼電器J吸合，觸點斷開，對用戶斷電，當用戶重新購電的IC卡插入電表電卡插座時，單片微機輸出高電平，拉閘控制電路使繼電器釋放，電表對用戶恢復供電。
本實用新型電路的繼電器需±6V電源，其它電路需＋5V電源，由電源電路提供，市電220V/50HZ經(jīng)濾波后送入變壓器輸入端，其一個次極輸出經(jīng)整流濾波后得＋5V電源，另一次級和第三個次級經(jīng)整流、濾波后得＋6V和－6V電源。
圖1是本實用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的電路方塊圖。
圖3是本實用新型一個實施例電路原理圖(不含電源電路)。
圖4是本實用新型一個實施例電源電路原理圖。
結(jié)合附圖對本實用新型及實施例說明如下如圖1所示本實用新型是由電卡及電能表組成，電卡3插入電能表的電卡插槽4內(nèi)，電能表外殼1的上部設置有四位數(shù)碼管2，全部電路安裝于一塊電路板上，電路板固連于電能表外殼1內(nèi)，L1與L2接電網(wǎng)市電，L3與L4接用戶負載。
如圖2所示，本實用新型的電路是由取樣電路5，電表電路U1，光電隔離電路U2，U3，U4，單片微機U5，數(shù)據(jù)存儲電路U6，電卡接口K，LED數(shù)碼管顯示電路6，拉閘控制電路7及電源電路8組成。
如圖3所示取樣電路的電源為220V交流電，取樣電路中的錳銅片B、C端經(jīng)電阻R1、R2分別與電表電路U1的1、2腳相連接，進行電流取樣，A端經(jīng)電阻R3與電表電路U1的3、4腳相連接，進行電壓取樣，電表專用電路包括CH1025型摸擬乘法器，U/F變換器及邏輯分頻，電表電路U1的輸出端8腳經(jīng)限流電阻R4與光電隔離電路U2的1、2腳及發(fā)光二極管LD11至220V的零線相連接，電表電路U1的9腳經(jīng)電阻R5與LD12至220V的零線相連接，光電隔離電路U2的4、5腳輸出一個供校驗測試用的脈沖，8腳有電能信號輸出時，紅發(fā)光二極管LD11亮，表示對電能在計數(shù)，有竊電時，9腳輸出負脈沖，綠發(fā)光二極管LD12亮，電表電路U1的13、14腳經(jīng)C1、R6、R7與光電隔離電路U3的輸入端1、2腳相連接，其輸出端4、5腳與單片機U5的36腳相連接，一個頻率為1/1600KWH負脈沖信號輸入至單片機U5，單片機的26、44、2、28腳分別與電卡接口的插卡檢測、時鐘、電源、數(shù)據(jù)入熱端連接。
單片機的27腳經(jīng)R32與三極管T2基極相連，T2的集電極輸出片選信號與EEPROM存儲器U6的1腳相連，U5的25腳與U6的2腳相連傳輸時鐘信號，U5的24腳與U6的3腳相連構(gòu)成串聯(lián)存儲數(shù)據(jù)接口，U5的23腳與U6的4腳相連構(gòu)成讀出數(shù)據(jù)接口。
單片機U5的42腳經(jīng)電阻R15與三極管T5的基極相連，其發(fā)射極與光電隔離電路U4的1、2腳相連，U4的4、5腳經(jīng)電阻R12與三極管T1相連，T1的發(fā)射極通過二極管與繼電器J相連，其觸點Jo與用戶電路相連，單片機的4—7，8—15腳與LED數(shù)碼管的位、段信號輸入端相連。
單片微機U5選用UPD75004型單片機，單片機的43腳經(jīng)C2、R23微分電路與4060型計數(shù)器U7的12腳相連，計數(shù)器的輸出端2腳經(jīng)電阻R25與三極管T4基極相連，發(fā)射極經(jīng)C3與單片機的20腳相連，Vcc經(jīng)R29、R28與三極管T3基極相連，集電極經(jīng)電阻R26與單片機的20腳相連構(gòu)成電源檢測電路。
電源電路220V/50HZ的市電經(jīng)濾波器1R1、TR2、3Co與變壓器TR1的輸入端相連，TR1的一個次級經(jīng)D1—D4整流接7805型三端穩(wěn)壓管4U1及濾波電容4C1，4C2，4C3，4C4輸出＋5V電壓Vcc，TR1的第一個次級經(jīng)3D1整流接濾波器3C1，3C3，3R1，3R3，3C5，3C7輸出＋6V電源，TR1的第三個次級經(jīng)3D2整流接濾波器3C2，3C4，3R2，3R4，3C6，3C8，輸出－6V電壓，穩(wěn)壓二級管3DZ1和3DZ2分別接于＋6V與220V零線和－6V與220V零線之間。
電量計算單片機U5輸入的電能信號經(jīng)累加等處理后得到用電電量；數(shù)據(jù)存儲存儲時，是由單片機27腳送出片選信號，經(jīng)T2反相送入存儲器U6的1腳，將數(shù)據(jù)存入U6中，當U5從存儲器U6讀取的數(shù)據(jù)中，剩余電量為零時，單片機U5的42腳輸出一個低電平，使T5導通，U4的4、5腳輸出低電平，使T1導通，繼電器J吸合，觸點斷開，即電表對用戶斷電，當重新購電后，集成電路存儲芯片IC卡，插入電表電卡IC卡卡座時，按動開關S1，電卡內(nèi)的電能信號經(jīng)IC卡座到CUP單片機的26腳，U5的42腳輸出高電平，經(jīng)R15，T5，U4，T1使繼電器J釋放，電表對用戶供電；LED顯示當IC卡從插座撥出，按動S1時，單片機U5的3腳輸入低電平，單片機的4—7腳，8—15腳與LED數(shù)碼管的位、段信號輸入端相連，控制數(shù)碼管分別顯示累計購電電量和剩余電量。
抗電源干擾當單片微機未受外界干擾，工作正常時，它的43腳輸出脈沖經(jīng)C2、R23組成的微分電路到計數(shù)器U7的12腳清零，計數(shù)器2腳無脈沖輸出，不復位單片機。
當單片微機U5受到外界干擾時，可能出現(xiàn)死機，U5的43腳無脈沖輸出，U7的12腳輸出低電平，U7的2腳輸出高電平，脈沖，經(jīng)R25、T4反相輸出復位脈沖，到U5的20腳，使單片機復位后重新啟動。
電源檢測電源有大的波動時，當Vcc≤3.9V時，T3不導通，U5的20腳為低電平，U5處于復位狀態(tài)，不工作，當Vcc＞4.5V時，T3導通，U5的20腳為高電平，CPU開始工作。
電源電路輸出的＋6V電壓與－6V電壓是供給繼電器工作的，電源電路輸出的＋5V電壓是供給電能表的其它電路工作的。
本實用新型的優(yōu)點是1.預付費，由電能表自動計算剩余電量及累計購電電量，并實時顯示，收費省力、省時，2.耗電小，經(jīng)試用效果很好，有推廣使用的價值。
權利要求1.一種全電子式電卡預付費單相有功電能表，其特征是，該電能表是由電卡及電能表組成，電卡(3)插入電能表的電卡插槽(4)內(nèi)，電能表外殼(1)的上部設置有四位數(shù)碼管(2)，全部電路安裝于一塊電路板上，電路板固連于電能表外殼(1)內(nèi)，L1與L2接電網(wǎng)市電，L3與L4接用戶負載，該電能表的電路是由取樣電路(5)，電表電路(U1)，光電隔離電路(U2)、(U3)、(U4)，單片微機(U5)，數(shù)據(jù)存儲電路(U6)，電卡接口(K)，LED數(shù)碼管顯示電路(6)，拉閘控制電路(7)及電源電路(8)組成，取樣電路(5)的電源為220V/50HZ交流電，取樣電路中的錳銅片(B)(C)端分別經(jīng)電阻R1、R2與電表電路(U1)的(1、2)腳相連，(A)端及220V零線分別與電表電路(U1)的(3、4)腳相連；電表電路(U1)包括CH1025型模擬乘法器，U/F變換器及邏輯分頻，電表電路(U1)的輸出端(8)腳經(jīng)限流電阻R4與光電隔離電路(U2)的(1、2)腳及發(fā)光二極管(LD11)至220V零線相連，電表電路的(9)腳經(jīng)電阻R5與LD12至220V零線相連接，光電隔離(U2)的輸出端(4、5)腳輸出一個供校驗測試用的脈沖，電表電路(U1)的(13、14)腳經(jīng)C1、R6、R7與光電隔離電路(U3)的輸入端(1、2)腳相連，其輸出端(4、5)腳與單片微機(U5)的(36)腳相連，一個頻率為1/1600KWH負脈沖信號輸入至單片微機(U5)；單片微機(U5)的輸入端(26、44、2、28)腳分別與電卡接口(K)的插卡檢測、時鐘、電源、數(shù)據(jù)入機端相連，單片微機(U5)對上述輸入信號進行數(shù)據(jù)處理和累計等得到剩余電量和累計購電電量，將其輸出至EEP-ROM存儲器(U6)中，單片微機的(27)腳經(jīng)電阻R32與三極管(T2)基極相連，(T2)的集電極輸出片選信號與EEPROM存儲器(U6)的(1)腳相連，單片機的(25)腳與存儲器(U6)的2腳相連傳輸時鐘信號，單片機的(24)腳與存儲器(3)腳相連構(gòu)成串聯(lián)存儲數(shù)據(jù)接口，單片機的(23)腳與存儲器(U6)的4腳相連構(gòu)成讀出數(shù)據(jù)接口，單片機的(42)腳經(jīng)電阻R15與三極管(T5)的基極相連，其發(fā)射極與光電隔離電路(U4)的(1、2)腳相連，光電隔離電路(U4)的(4、5)腳經(jīng)電阻R12與三極管(T1)的基極相連，(T1)的發(fā)射極通過二極管與繼電器(J)相連，其觸點(J0)與用戶電路相連，單片機(U5)的(4—7)腳，(8—15)腳與LED數(shù)碼管的位、段信號輸入端相連，單片機的(43)腳經(jīng)(C2、R23)微分電路與計數(shù)器(U7)的(12)腳相連，計數(shù)器(U7)的輸出端(2)腳經(jīng)電阻(R25)與三極管(T4)基極相連，發(fā)射極經(jīng)(C3)與單片機的(20)腳相連；電壓(Vcc)經(jīng)電阻(R29)、(R28)與三極管(T3)的基極相連，集電極經(jīng)(R26)與單片機的(20)腳構(gòu)成電源檢測電路；電源電路220V/50HZ市電經(jīng)濾波器(1R1、TR2、3C0)與變壓器(TR1)的輸入端相連，變壓器的一個次級經(jīng)(D1、D2、D3、D4)整流接三端穩(wěn)壓器(4U1)及濾波電容(4C1、4C2、4C3、4C4)輸出＋5V電壓(Vcc)，變壓器的另一個次級經(jīng)(3D1)整流接濾波器(3C1、3C3、3R1、3R3、3C5、3C7)輸出＋6V電壓，變壓器的第三個次級經(jīng)(3D2)整流接濾波器(3C2、3C4、3R2、3R4、3C6、3C8)，輸出－6V電壓，穩(wěn)壓二極管(3DZ1)和(3DZ2)分別接于＋6V與220V零線，220V零線與－6V之間。
2.按權利要求1所述的預付費單相有功電能表，其特征是，單片微機選用UPD75004型單片機。
3.按權利要求1或2所述的預付費單相有功電能表，其特征是，電卡(3)選用與信用卡大小相同的內(nèi)置EEPROM的存儲式通用IC卡。
4.按權利要求1所述的預付費單相有功電能表，其特征是，(U6)選用EEPROM存儲器。
專利摘要本實用新型屬于電能計量領域，適用于市電計費用電的場合。由電卡及電能表組成，電卡插入電能表的插槽內(nèi)，本實用新型的電路由取樣電路、電表電路、光電隔離電路、單片微機、數(shù)據(jù)儲存電路、電卡接口、LED數(shù)碼管，顯示電路、拉閘控制電路及電源電路組成。具有用電計算、顯示功能，抗電源干擾、竊電顯示功能，剩余電量為零時切斷用戶用電電路及電源檢測等功能。具有耗電小，收費省力省時等優(yōu)點。
文檔編號G01R22/00GK2235123SQ9522119
公開日1996年9月11日 申請日期1995年8月8日 優(yōu)先權日1995年8月8日
發(fā)明者王東林 申請人:珠海經(jīng)濟特區(qū)恒通電能儀表公司