專利名稱：光電式分時(shí)多費(fèi)率電度表的機(jī)械結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電度表，具體涉及一種分時(shí)計(jì)量的電度表的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的機(jī)械式電度表只能給出用戶當(dāng)前的用電總量，沒有分時(shí)計(jì)量的功能。隨著我國(guó)分時(shí)電價(jià)的逐步改革，要求電能表不僅給出用戶當(dāng)前的用電總量，而且要具有分時(shí)計(jì)量、時(shí)段設(shè)置、指定時(shí)段電量?jī)鼋Y(jié)等功能，因此現(xiàn)有的機(jī)械式電度表已經(jīng)不能滿足計(jì)量要求。但是由于我國(guó)人口眾多，貧富不均，如果全部更換新的電子電度表，勢(shì)必給人們帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)，從而不利于分時(shí)電價(jià)政策的執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服機(jī)械式電度表不能分時(shí)計(jì)量及如果全面更換電子電度表勢(shì)必會(huì)給經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的人們帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)的問題，本實(shí)用新型提供一種光電式分時(shí)多費(fèi)率電度表的機(jī)械結(jié)構(gòu)，此表在原有機(jī)械式電表基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，結(jié)合設(shè)計(jì)相關(guān)的電路，使之具有分時(shí)計(jì)量功能，這樣只要花費(fèi)很少的經(jīng)費(fèi)對(duì)原有的電表進(jìn)行改造就能滿足分時(shí)電價(jià)計(jì)量的需要。
本實(shí)用新型技術(shù)方案為光電式分時(shí)多費(fèi)率電度表的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括感應(yīng)機(jī)械電度表，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝有四葉計(jì)數(shù)輪，二個(gè)光電耦合器并列安裝在暗盒內(nèi)，暗盒安裝在四葉計(jì)數(shù)輪的上方，四葉計(jì)數(shù)輪部分伸入暗盒內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能切割光電耦合器的通光路徑，電度表殼體內(nèi)有電源橫塊和電路主板的安裝空間，電度表的視窗采用LCD顯示器。四葉計(jì)數(shù)輪為四片水平葉輪。暗盒、電源橫塊和電路主板均安裝電度表的殼體上。
電源模塊由變壓器、整流和穩(wěn)壓電路構(gòu)成，安裝在電度表主體的左前方殼體上。，功能是將交流220V變換成所需的直流+5V，供光電耦合器和電路主板。
電路主板包括微控制器電路(MPU)、時(shí)鐘電路、系統(tǒng)信息存儲(chǔ)器、正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖鑒別電路、紅外發(fā)射和接收電路和RS485串行電路。電路主板安裝在電度表蓋上，其功能是脈沖計(jì)數(shù)、時(shí)間鑒別、分時(shí)存儲(chǔ)、時(shí)段設(shè)置及LCD顯示控制。
本實(shí)用新型安裝電路部分后，即成電度表。其工作原理是四葉計(jì)數(shù)輪安裝在感應(yīng)機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，隨著機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，四葉計(jì)數(shù)輪旋轉(zhuǎn)，不斷切割二個(gè)光電耦合器的通光路徑；因此光電耦合器的輸出端高低電平交替變化，機(jī)械軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，輸出端電平變化8次，即產(chǎn)生四個(gè)脈沖，兩個(gè)光電耦合器的信號(hào)送入正反轉(zhuǎn)脈沖判別電路，并通過分時(shí)計(jì)量的信號(hào)拾取模塊，獲得分時(shí)計(jì)量所需的用電量信號(hào)，再通過電路主板的其它電路實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)量。
本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型可以由機(jī)械電度表改裝而來(lái)，也可以直接生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，計(jì)量準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了分時(shí)計(jì)量，滿足了分時(shí)電價(jià)實(shí)施過程中，改造現(xiàn)有的機(jī)械式電表為分時(shí)多費(fèi)率電度表的需求。


圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)示意框圖。
圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、電源模塊，2、電路主板，3、LCD顯示器，4、計(jì)數(shù)輪，5、二個(gè)光耦及暗罩，6、機(jī)械式電表轉(zhuǎn)軸，7、機(jī)械電度表的主體。
具體實(shí)施方式
參見圖1、2，電源模塊1由變壓器，整流和穩(wěn)壓電路構(gòu)成，安裝在原機(jī)械式電表左前方殼體上，其功能是將交流220V變換成所需的直流+5V。電路主板2包括微控制器電路11(MCU)、時(shí)鐘電路10、系統(tǒng)信息存儲(chǔ)器9，正反轉(zhuǎn)脈沖鑒別電路8、紅外發(fā)射和接收接口13和RS485串行電路接口12。電路主板2安裝在改造后的表蓋上，其功能是脈沖計(jì)數(shù)、時(shí)間鑒別、分時(shí)存儲(chǔ)、時(shí)段設(shè)置及LCD顯示控制。
轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝有四葉計(jì)數(shù)輪，二個(gè)光電耦合器并列安裝在暗盒內(nèi)，暗盒安裝在四葉計(jì)數(shù)輪的上方，固定在殼體上，四葉計(jì)數(shù)輪為四片水平葉輪，部分伸入暗盒內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能切割光電耦合器的通光路徑，電度表主體上有電源橫塊和電路主板的安裝孔，電度表的視窗采用LCD顯示器。
LCD顯示器3，其功能是顯示時(shí)間、消耗的電能量。時(shí)段、表號(hào)等內(nèi)容，工作受電路主板控制。計(jì)數(shù)葉輪4安裝在原機(jī)械電表的旋轉(zhuǎn)軸6上，其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與用電量成正比。葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)切割兩個(gè)光耦，產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。光耦及暗罩5由兩個(gè)光耦和一個(gè)暗盒構(gòu)成，光耦的功能是當(dāng)計(jì)數(shù)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，切割其光路，產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，暗盒包住光耦，避免光耦受到其他光源的影響。
計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生器7由雙光電耦合器、四葉計(jì)數(shù)輪和安裝殼體組成，可直接裝于表上，不影響電表的校驗(yàn)和清洗。其利用直射式雙光束光電傳感器進(jìn)行采樣，整形后分別輸出正方向矩形脈沖信號(hào)和反方向矩形脈沖信號(hào)。主要有以下功能能有效消除抖動(dòng)誤差，在采集脈沖時(shí)不會(huì)因轉(zhuǎn)盤抖動(dòng)和上下電多計(jì)或少計(jì)脈沖數(shù)，能自動(dòng)判別轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，分別輸出正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)和反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。塑料制成的四葉計(jì)數(shù)輪安裝在原電度表的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，隨著機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，雙光電耦合器固定在安裝殼體中，固定在四葉計(jì)數(shù)輪的上方，位置上保證四葉計(jì)數(shù)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割光電耦合器的通光路徑。當(dāng)用電時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，裝在其上的四葉計(jì)數(shù)輪隨著機(jī)械軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中不斷地切割兩個(gè)光電耦合器的光路，因此光電耦合器輸出端高低電平交替變化，機(jī)械軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，輸出端電平變化8次，即產(chǎn)生四個(gè)脈沖。兩個(gè)光電耦合器輸出的信號(hào)送入正反轉(zhuǎn)脈沖鑒別電路。本實(shí)用新型不改變機(jī)械式電表的原來(lái)的結(jié)構(gòu)和計(jì)量方法，只是在其上增加了一個(gè)用于分時(shí)計(jì)量的信號(hào)拾取模塊，獲得了分時(shí)計(jì)量所需的用電量信號(hào)。峰谷時(shí)段的判斷功能由模塊的定時(shí)器通過中斷程序完成。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，定時(shí)器產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序；中斷服務(wù)程序在完成相應(yīng)的入棧操作后，根據(jù)當(dāng)前的時(shí)間狀態(tài)位判斷當(dāng)前時(shí)段、并對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行加1操作，如果時(shí)間狀態(tài)位出錯(cuò)就認(rèn)為是時(shí)平時(shí)段。中斷程序流程如圖3所示。
正反轉(zhuǎn)脈沖鑒別電路8采用雙光電耦合器產(chǎn)生脈沖，兩個(gè)光電耦合器在空間位置上很接近，利用四葉計(jì)數(shù)輪斬波時(shí)，兩個(gè)光電耦合器輸出脈沖信號(hào)的相位(時(shí)間先后)關(guān)系判斷轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，形成加脈沖或者是減脈沖。假設(shè)用U1和U2分別表示兩個(gè)光耦的輸出電壓，在正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一個(gè)光耦輸出的信號(hào)U1超前于第二個(gè)光耦輸出的信號(hào)U2；在反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第二個(gè)光耦的信號(hào)U2超前于第一個(gè)光耦輸出的信號(hào)U1，兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過施密特觸發(fā)器整形，并取信號(hào)的下降沿，因此正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，U1的下降沿超前于U2的下降沿；反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，U2的下降沿超前于U1的下降沿。利用兩個(gè)光耦信號(hào)有相互重疊的特點(diǎn)，用U1和U2信號(hào)和兩個(gè)下降沿的信號(hào)就可以獲得正向計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)和反向脈沖信號(hào)。
時(shí)鐘電路10是分時(shí)多費(fèi)率電度表的一個(gè)關(guān)健，其要保證所計(jì)量的用電量按照分時(shí)時(shí)間段存儲(chǔ)，因此必須要保證電度表時(shí)間的準(zhǔn)確。在時(shí)鐘電路中采用了低功耗的時(shí)間芯片DS1302實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。DS1302是高性能低功耗時(shí)鐘芯片，包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/時(shí)歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。可實(shí)時(shí)的對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及閏年進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。內(nèi)部有31個(gè)字節(jié)的高速RAM，可通過外部可充電池加電長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，并能慢速為電池充電。通過簡(jiǎn)單的3線串行方式接口，能在2.5-5.5V電源下可靠工作，在2.5V時(shí)耗電小于300mA。在主要電源關(guān)閉的情況下，能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。
微控制器電路11是電路主板的核心控制器件，完成系統(tǒng)各功能電路的控制和協(xié)調(diào)工作。本實(shí)用新型中應(yīng)用Microchip公司PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)信息存儲(chǔ)器9用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)的各種信息。包括時(shí)段設(shè)置信息、表號(hào)信息、各時(shí)段用電量信息、密碼信息等。要求是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠，具有掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能、低功耗，操作簡(jiǎn)便、體積小等。選用I2c操作總線的24LCO2E2prom芯片，該芯片是電可擦除的串行256字節(jié)程控只讀存儲(chǔ)器。具有兩線串行接口、雙向數(shù)據(jù)傳輸握手、硬件數(shù)據(jù)寫保護(hù)、8字節(jié)頁(yè)寫方式和獨(dú)立定時(shí)的寫周期(最大10ms)等特點(diǎn)，可在1.8-5.5V寬電源范圍內(nèi)可靠工作，可保證100,000次擦寫周期和10年內(nèi)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。
本實(shí)用新型只要在主板上增加紅外發(fā)射和接收接口和RS485串行接口便可實(shí)現(xiàn)紅外線遙控和數(shù)據(jù)的讀取的遠(yuǎn)程抄表。紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。
權(quán)利要求1.光電式分時(shí)多費(fèi)率電度表的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括感應(yīng)機(jī)械電度表，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝有四葉計(jì)數(shù)輪，二個(gè)光電耦合器并列安裝在暗盒內(nèi)，暗盒安裝在四葉計(jì)數(shù)輪的上方，四葉計(jì)數(shù)輪部分伸入暗盒內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能切割光電耦合器的通光路徑，電度表殼體內(nèi)有電源橫塊和電路主板的安裝空間，電度表的視窗采用LCD顯示器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電式分時(shí)多費(fèi)率電度表的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的四葉計(jì)數(shù)輪為四片水平葉輪。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光電式分時(shí)多費(fèi)率電度表的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括感應(yīng)機(jī)械電度表，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝有四葉計(jì)數(shù)輪，二個(gè)光電耦合器并列安裝在暗盒內(nèi)，暗盒安裝在四葉計(jì)數(shù)輪的上方，四葉計(jì)數(shù)輪部分伸入暗盒內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能切割光電耦合器的通光路徑，電度表殼體內(nèi)有電源橫塊和電路主板的安裝空間，電度表的視窗采用LCD顯示器。所述的四葉計(jì)數(shù)輪為四片水平葉輪。本實(shí)用新型可以由機(jī)械電度表改裝而來(lái)，也可以直接生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，計(jì)量準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了分時(shí)計(jì)量，滿足了分時(shí)電價(jià)實(shí)施過程中，改造現(xiàn)有的機(jī)械式電表為分時(shí)多費(fèi)率電度表的需求。
文檔編號(hào)G01R11/00GK2709988SQ0327795
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者劉文清, 張玉鈞, 司福祺, 劉建國(guó), 楊東華, 李峰, 馮軍 申請(qǐng)人:安徽天坤科技有限公司