專利名稱：電力機車用電自動分段計量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型與用電計量裝置有關，尤其與分段計量用電量的計量裝置有關。
技術背景分段計量用電量可依據電力機車運行線路每個供電段所管轄的區(qū)域將用電量計入不同的供電段。因此電力機車運行位置的定位是十分重要的。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種結構簡單，使用方便、定位計量準確的電力機車用電自動分段計量裝置。
本實用新型采用GPS即全球衛(wèi)星定位系統來實現電力機車的分段計量，其實現方式如下本實用新型電力機車用電自動分段計量裝置，微處理器(U1)與電度表紅外脈沖檢測電路(1)或數字電度表、GPS板(2)、顯示器(3)、地址鎖存器(U2)、數據存儲器(U3)、地址譯碼電路(4)連接，GPS板(2)與GPS天線連接，地址鎖存器(U2)與數據存儲器(U3)連接，并串轉換器(5)的輸入端與地址譯碼電路(4)、微處理器(U1)、地址鎖存器(U2)、數據存儲器(U3)的輸出連接，并串轉換器(5)的輸出與顯示器(3)連接。
數據存儲器(U3)為集成塊(ZS256)，用于存儲各供電段的用電量、機車運行路線的位置信息，管腳由讀寫控制管腳(27、20、22)，地址管腳(10、9、8、7、6、5、4、3、25、24、21、23、2、26、1)和數據輸入輸出管腳(11、12、13、14、15、16、17、18、19)組成，讀寫控制管腳分別與微處理器(U1)的(16、28、17)腳連接，地址管腳的低位地址腳(10、9、8、7、6、5、4、3)與地址鎖存器(U2)的(19、18、17、16、15、14、13、12)腳連接，地址管腳的高位地址腳(25、24、21、23、2、26、1)與微處理器(U1)的(21、22、23、24、25、26、27)腳連接，數據輸入輸出管腳分別與微控制器(U1)的數據地址復用管腳(39、38、37、36、35、34、33、32)相連接，(U1)為集成塊(AT89C55)，(U2)為集成塊(74HC573)。
地址譯碼電路(4)由譯碼器(U6)和與門(U8A)構成，(U8A)的(1、2)腳接微處理器(U1)的(17、16)腳，(U8A)的(3)腳接譯碼器(U6)的(4、5)腳，譯碼器(U6)的(1，2，3)腳分別接微處理器(U1)的(26、27、28)腳，(U6)的(10)腳接并串轉換器(5)的集成塊(U5)和集成塊(U7)的(1)腳，(U6)的(9)腳接電度表紅外脈沖檢測電路的集成塊(U10)的(19)腳，集成塊(U6)為(74HC138)，集成塊(U5)為(74HC165)，集成塊(U7)為(74HC161)，集成塊(U10)為(74HC245)。
地址鎖存器(U2)為(74HC573)，用于鎖存低位地址，其(2、3、4、5、6、7、8、9)腳接微處理器(U1)的數據地址復用總線管腳(39、38、37、36、35、34、33、32)，(U2)的(11)腳是地址鎖存信號，接到微處理器(U1)的(30)腳和并串轉換器(5)的集成塊(U9)的(1)腳，集成塊(U9)為(SN74AHC1G32)。
電度表紅外脈沖檢測電路(1)由與門(U8D)，集成塊(U11E，U10)和電度表紅外探頭板組成，微處理器(U1)發(fā)出的紅外探頭驅動信號從(6)腳輸出，連接到(U8D)的(12，13)腳和(U11E)的(11)腳，分兩路相位相反信號，一路從(U8D)的(11)腳輸出，連接到(J7)的(4)腳，一路從(U11E)的(10)腳輸出，接到(J7)的(5)腳，(J7)通過信號線一一對應連接到(J1)上，(J1)的(4)腳連接紅外探頭(T1)的(2)腳，(J1)的(5)腳連接到紅外探頭(T2)的(2)腳上，(T1)的(3)腳輸出信號接(J1)的(2)腳，(T2)的(3)腳輸出信號到(J1)的(3)腳，(J7)的(2、3)腳接(U10)的(16、15)腳，(U10)的(19)腳接(U6)的(9)腳，(U10)的(2、3、4、5、6、7、8、9)腳接微處理器(U1)的數據地址復用總線管腳(39、38、37、36、35、34、33、32)，(J1、J7)為2001-6。
微處理器(U1)與看門狗電路(U12)連接，(U12)為集成塊(1MP813)。
本實用新型采用GPS全球衛(wèi)星定位系統來實現電力機車分段計量，通過GPS接收器，接收其視野內的任意4顆衛(wèi)星播放的導航信息，經計算得到機車的位置，速度及時間，輸入微處理器并通過與位置數據庫比較得到機車當前所處的計費段位置信息，微處理器通過與其連接的脈沖電度表，把該時段的用電量輸入數據庫的相應計費段，而計費段與供電段對應，從而準確地將該時段的用電量計入相應的的供電段的賬上。本實用新型使用方便，計量快捷、準確。機車可使用脈沖電度表，也可將機械電度表進行數字化改裝。接口簡單，功能多樣，使用成本低。
圖1為本實用新型的框圖。
圖2為電度表紅外探頭板原理圖。
圖3為機械電度表的渦流轉盤結構圖。
圖4為控制板原理圖。
圖5為顯示板驅動部分原理圖。
圖6為顯示板顯示部分原理圖。
圖7為顯示板列驅動部分原理圖。
圖8為火車運行區(qū)間計費段與供電段對應圖。
具體實施方式
1.本實用新型組成(1)控制板如圖4所示。
主要器件及功能U1AT89C558位單片機
U274HC573地址鎖存器U574HC165串并轉換器U674HC138地址譯碼器U9SN74AHC1G32單或門U1074HC245雙向總線緩沖器U1174HC14六倒相門U874HC08四與門U9SN74AHC1G32單或門U3ZS256非易失存儲器U12IMP813看門狗(2)顯示板如圖5、6、7所示主要器件及功能U1～U5TPIC6B595并串轉換器U650462紅外線遙控鍵盤接收頭(3)電度表紅外探頭板如圖3所示2.連接關系(1)控制板J5連接GPS板，通過串口輸入時間，當前的經度，緯度值。
J6連接顯示板的J1，輸出顯示批描，控制信號。輸入紅外遙控鍵盤信號。
J7連接電度表紅外探頭板的J1，輸出紅外掃描信號、輸入紅外接收信號。
J8電度表類型選擇控制端，J9密碼清除控制端(2)顯示板J1連接控制板J6，輸入顯示掃描，控制信號；輸出紅外遙控鍵盤信號。
(3)電度表紅外探頭板J1連接控制板J7，輸入紅外掃描信號，輸出紅外接收信號。
本實用新型采用GPS即全球衛(wèi)星定位系統來實現電力機車分段計量；GPS是導航衛(wèi)星定時測距全球衛(wèi)星定位系統的簡稱，實時全天侯為全球范圍內任一物體提供七維導航信息的系統。它由空間部分、地面部分、和用戶部分組成。
空間部分由運行在距地面20，183Km軌道空間六層面的21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，11h58min繞地球一周，核心是每顆衛(wèi)星上的鐘頻為10.23MHZ原子鐘產生并與地面發(fā)送高穩(wěn)定度的載頻為偽碼調制頻率。
地面部分由設在美國本土的范登堡空軍基地的主控站和大西洋的阿松森、太平洋的卡瓦加蘭、印度洋的迪戈加西亞島注人站及若干衛(wèi)星監(jiān)測站組成，對衛(wèi)星實施跟蹤、監(jiān)視、控制，實時修改衛(wèi)星軌道和時間誤差。
用戶部分基本成員為關GPS接收器，采用被動工作方式，通過接收其視野內的任意4顆衛(wèi)星播放的導航信息，經計算得到自身的位置、速度及時間、并完成與應用系統的接口。
(2)分段計量功能塊組成分段計量功能塊由GPS，微處理器，位置數據庫，脈沖電度表(4)分段功能實現過程在該裝置安裝時，先要分析電力機車的線路，把它人為的分成許多不同的計費段，并測出每個計費段的起始經度、緯度值，結束經度、緯度值；再根據供電段的多少設定供電段號，依據每個供電段所管轄的區(qū)域將計費段歸入不同的供電段，再將上述參數作為數據庫通過遙控器輸入系統并存入存儲器，例子如圖8所示。
圖8是某鐵路分局火車運行的區(qū)間圖，運行的區(qū)間內共有兩個供電段。由于鐵路多數情況下是彎曲的，為了方便定位，需人為把火車運行的線路分割成許多小段，稱為計費段，此段鐵路分為3個計費段，每個計費段兩端的經度，緯度值如上圖，其中A～B為0號計費段，B～C為1號計費段，C～D為2號計費段；其中0號計費段和1號計費段屬于0供電段，2號計費段屬于1號供電段，在存儲器U3中，建立如下的數據結構，<pre listing-type="program-listing">計費段{ SLAT ∥計費段起點經度值<!-- SIPO <DP n="5"> --><dp n="d5"/> SLON ∥計費段起點緯度值 ELAT ∥計費段終點經度值 ELON ∥計費段終點緯度值}供電段{ SJFD ∥供電段的起始計費段號 EJFD ∥供電段的結束計費段號 PV ∥供電段的電量}</pre>根據該區(qū)段的分段情況，需定義3個計費段結構，兩個供電段結構，并把每個段的信息通過遙控器輸入系統并存入存儲器U3中。系統工作時，微處理器U1通過串口從連接在控制板J5的GPS接收板獲得當前位置的經度，緯度值，再通過總線發(fā)出計費段0號的地址，經U2鎖存，U9和U6組成的譯碼電路譯碼，選中存儲器U3，從U3中取出計費段0號起始經度、緯度值，結束經度、緯度值；再由微處理器U1比較計算，若當前位置不在此計費段中，計費段號加1，再重復上面的操作，直到找到當前電力機車所在的計費段；若當前位置在此計費段中，微處理器U1保留此計費段號，并再通過總線發(fā)出供電段0號的地址，經U2鎖存，U9和U6組成的譯碼電路譯碼，選中存儲器U3，從存儲器U3中取出0號供電段存儲的起始計費段號，再由微處理器U1比較計算上面搜索到的計費段號是否在0號供電段存儲的起始計費段號之間，若此計費段號不在0號供電段存儲起始號之間，供電段號加1，再重復上面的操作，直到找到當前電力機車所在的供電段，并把此段設為當前供電段；若此計費段號在0號供電段存儲起始號之間，則說明當前電力機車運行在0號供電段所管轄的區(qū)域內，當前供電段號設為0。電力機車所消耗的電量都記錄在當前供電段的數據結構中。
(5)計量功能實現過程本實用新型既可接電力機車機械電度表，也可接電力機車數字電度表，具體操作如下
采用電力機車數字電度表，請將數字電度表的脈沖輸出頭接在控制板的J8上，J7不連任何接頭，注意管腳定義，兩邊是電源，中間才是脈沖信號輸入端。電度表常數由紅外遙控鍵盤設定。
采用電力機車機械電度表，為了把電量數字化，需加裝了一塊電度表紅外探頭板，電度表紅外探頭板的信號連接在控制板的J7上，J8不連任何接頭，電度表常數由紅外遙控鍵盤設定。實際使用中，把機械電度表的渦流轉盤涂成黑白相間形狀，如圖3所示。
具體工和過程如下電度表紅外探頭板的紅外探頭是T1，T2；它們將紅外發(fā)射管、紅外接收管集成在一體，構成反射式紅外探頭，電度表紅外探頭板原理圖2的T1對應于圖3的紅外探頭1，圖2的T2對應于圖3的紅外探頭2。實際工作時，控制板的微處理器U1拉低管腳6，再經過U8D驅動，打開紅外探頭T1的發(fā)射管，發(fā)射紅外光，若照在渦流轉盤黑色面上，紅外光被吸收，紅外探頭T1的接收管檢測不到反射的紅外光，輸出高電平；若照在渦流轉盤白色面上，紅外光被渦流轉盤白色面反射，紅外探頭T1的接收管檢測到反射的紅外光，輸出低電平，T1輸出的信號輸入到控制板U10的16腳，被讀入到處理器中，控制板的處理器U1抬高管腳6，并閉T1，打開T2，再重復上述操作，讀入紅外探頭T2的輸出的信號，以此進一步確定渦流轉盤的位置，在每個由白到黑的轉換認為是一個脈沖，一轉兩個脈沖，根據電度表常數的不同，微處理器U1計算出每個脈沖的電度數，再對當前供電段的電量進行累加。
電力機車分段計量裝置顯示功能的實現。
(1)顯示器功能塊簡介及組成該裝置的顯示采用串并轉換器件作為驅動器，接口簡單；顯示器采用四位一體化高亮LED顯示器，由并串轉換電路，行驅動電路，列驅動電路，顯示器幾部分組成，具體如下并串轉換電路由控制板的U7，U9，U5組成行驅動電路由顯示板的U1，U2，U3，R1～R24組成列驅動電路由顯示板的U4，U4，Q1～Q12，排阻RB1，RB2組成
(2)顯示器功能的實現過程在系統工作時，微處理U1在存儲器U3中定義一個[3][12]的二維數組作為顯示緩沖區(qū)，行列關系與顯示器一一對應，顯示為動態(tài)掃描，每1ms顯示一列，整屏顯示需12ms。每1ms定時中斷到來時，微處理器U1發(fā)出顯示緩沖區(qū)[0][0]單元的地址，經U2鎖存，U6譯碼，從存儲器U3中讀出[0][0]顯示數據，重復上述工作，繼續(xù)讀出[1][0]，[2][0]，也就是讀出第一列的三個顯示數據，微處理器U1經過計算，得到驅動第零列的兩個列數據，再發(fā)出訪問并串轉換器U5的地址，經U6譯碼后，把第一個列數據鎖存在并串轉換器，同時復位定時器U7，并串轉換器在定時器U7的控制下，將數據移入顯示驅動電路，短暫延時后，微處理器U1繼續(xù)上面的工作，在三個顯示數據和兩個列數據都移入顯示驅動電路后微控制器U1抬高管腳T1，將所有的顯示數據鎖存入顯示驅動電路鎖存器中，微處理器U1拉低管腳T0，使顯示驅動電路同時輸出行列顯示數據，這樣，第一列的內容就顯示在顯示器上，微處理器U1拉低管腳T1，抬高管腳T0，等待下一次中斷的到來，再重復上述操作，顯示第一列，第二…一直到第十一列，這樣一屏的內容都顯示出來，雖然內容是一列列分開顯示出來，但由于人眼的視角暫留，感覺仍是一屏的內容同時顯示出來的。為了防止顯示閃爍，微處理器U1在中斷的控制下繼續(xù)重復上面的操作。周而復始進行下去。
權利要求1.電力機車用電自動分段計量裝置，其特征在于微處理器(U1)與電度表紅外脈沖檢測電路(1)或數字電度表、GPS板(2)、顯示器(3)、地址鎖存器(U2)、數據存儲器(U3)、地址譯碼電路(4)連接，GPS(2)與GPS天線連接，地址鎖存器(U2)與數據存儲器(U3)連接，并串轉換器(5)的輸入端與地址譯碼電路(4)、微處理器(U1)、地址鎖存器(U2)、數據存儲器(U3)的輸出連接，并串轉換器(5)的輸出與顯示器(3)連接。
2.根據權利要求1所述的計量裝置，其特征在于數據存儲器(U3)為集成塊(ZS256)，用于存儲各供電段的用電量、機車運行路線的位置信息，管腳由讀寫控制管腳(27、20、22)，地址管腳(10、9、8、7、6、5、4、3、25、24、21、23、2、26、1)和數據輸入輸出管腳(11、12、13、14、15、16、17、18、19)組成，讀寫控制管腳分別與微處理器(U1)的(16、28、17)腳連接，地址管腳的低位地址腳(10、9、8、7、6、5、4、3)與地址鎖存器(U2)的(19、18、17、16、15、14、13、12)腳連接，地址管腳的高位地址腳(25、24、21、23、2、26、1)與微處理器(U1)的(21、22、23、24、25、26、27)腳連接，數據輸入輸出管腳分別與微控制器(U1)的數據地址復用管腳(39、38、37、36、35、34、33、32)相連接，(U1)為集成塊(AT89C55)，(U2)為集成塊(74HC573)。
3.根據權利要求1所述的計量裝置，其特征在于地址譯碼電路(4)由譯碼器(U6)和與門(U8A)構成，(U8A)的(1、2)腳接微處理器(U1)的(17、16)腳，(U8A)的(3)腳接譯碼器(U6)的(4、5)腳，譯碼器(U6)的(1，2，3)腳分別接微處理器(U1)的(26、27、28)腳，(U6)的(10)腳接并串轉換器(5)的集成塊(U5)和集成塊(U7)的(1)腳，(U6)的(9)腳接電度表紅外脈沖檢測電路的集成塊(U10)的(19)腳，集成塊(U6)為(74HC138)，集成塊(U5)為(74HC165)，集成塊(U7)為(74HC161)，集成塊(U10)為(74HC245)。
4.根據權利要求1所述的計量裝置，其特征在于地址鎖存器(U2)為(74HC573)，用于鎖存低位地址，其(2、3、4、5、6、7、8、9)腳接微處理器(U1)的數據地址復用總線管腳(39、38、37、36、35、34、33、32)，(U2)的(11)腳是地址鎖存信號，接到微處理器(U1)的(30)腳和并串轉換器(5)的集成塊(U9)的(1)腳，集成塊(U9)為(SN74AHC1G32)。
5.根據權利要求1所述的計量裝置，其特征在于電度表紅外脈沖檢測電路(1)由與門(U8D)，集成塊(U11E，U10)和電度表紅外探頭板組成，微處理器(U1)發(fā)出的紅外探頭驅動信號從(6)腳輸出，連接到(U8D)的(12，13)腳和(U11E)的(11)腳，分兩路相位相反信號，一路從(U8D)的(11)腳輸出，連接到(J7)的(4)腳，一路從(U11E)的(10)腳輸出，接到(J7)的(5)腳，(J7)通過信號線一一對應連接到電度表紅外探頭板的(J1)上，(J1)的(4)腳連接紅外探頭(T1)的(2)腳，(J1)的(5)腳連接到紅外探頭(T2)的(2)腳上，(T1)的(3)腳輸出信號接(J1)的(2)腳，(T2)的(3)腳輸出信號到(J1)的(3)腳，(J7)的(2、3)腳接(U10)的(16、15)腳，(U10)的(19)腳接(U6)的(9)腳，(U10)的(2、3、4、5、6、7、8、9)腳接微處理器(U1)的數據地址復用總線管腳(39、38、37、36、35、34、33、32)，(J1、J7)為2001-6。
6.根據權利要求1所述的計量裝置，其特征在于微處理器(U1)與看門狗電路(U12)連接，(U12)為集成塊(IMP813)。
專利摘要本實用新型為電力機車用電自動分段計量裝置。采用GPS全球衛(wèi)星定位系統來定位分段計量。微處理器(U
文檔編號G01R11/00GK2497315SQ0124717
公開日2002年6月26日 申請日期2001年8月6日 優(yōu)先權日2001年8月6日
發(fā)明者孟志強, 韓先杰, 彭加兵, 張忠林, 汪永寧 申請人:四川匯友自動化系統工程有限責任公司