專利名稱：：灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種分別記錄多個(gè)用戶用電的灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表。
背景技術(shù)：
：已有電表不能自動(dòng)交費(fèi)，交電費(fèi)要到銀行帶電費(fèi)號(hào)交，非常麻煩。農(nóng)村一般由抄表員挨家挨戶，一村一鄉(xiāng)的進(jìn)行抄表收電費(fèi)。每戶用獨(dú)立電表，電表一旦損壞就無法記錄用電量，甚至于斷電。原始電表，電字用完表不會(huì)自動(dòng)斷電，如果用戶拒不交納電費(fèi)，電信局將受到損失。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能自動(dòng)交費(fèi)，多用戶共用一塊電表，電表分別記費(fèi)能儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并自動(dòng)斷電的新型電表。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，其組成包括單片機(jī)，其特征是由拉閘電路、3項(xiàng)供電的外部供電電路、電量計(jì)量芯片、IC卡電路、數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)電路相互連接，所述的供電電路與電量計(jì)算芯片連接，所述的電量計(jì)算芯片經(jīng)光電耦合器與所述的單片機(jī)連接；所述的單片機(jī)與數(shù)據(jù)顯示電路及其數(shù)碼管連接，并與存儲(chǔ)電路連接；所述的單片機(jī)與IC卡電路連接并讀取數(shù)據(jù)；所述的IC卡電路以電脈沖的形式傳送數(shù)據(jù)，所述的單片機(jī)與拉閘電路連接。所述的灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，其特征是所述的拉閘電路包括電阻、與所述的電阻連接的三級(jí)管、開關(guān)及電磁繼電器。本實(shí)用新型的有益效果1.灌溉時(shí)所用的表都是普通電表，在農(nóng)田灌溉比較忙的時(shí)期大家為了爭(zhēng)得水源，產(chǎn)生了很多的糾紛，這也是供電局比較頭痛的問題。近年來為了解決灌溉時(shí)電費(fèi)征交問題有一部分地區(qū)用上了預(yù)付費(fèi)卡表，但是一塊表只能用一張卡，還是解決不了問題，為此我們研發(fā)的灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表完全能解決這類問題。對(duì)照表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2.總體電路設(shè)計(jì):灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表在設(shè)計(jì)上采用的是軟件工程上的高內(nèi)聚低耦合的思想，把電能計(jì)量、數(shù)據(jù)顯示等各個(gè)方面都進(jìn)行了模塊化。這樣將來我們?cè)谘邪l(fā)其他的預(yù)付費(fèi)電能表例如有功無功三項(xiàng)預(yù)付費(fèi)，很多模塊不用更改即可拿來使用。灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表總體分為電能計(jì)量、電量數(shù)據(jù)顯示、電量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電量數(shù)據(jù)計(jì)算、ic卡讀寫、電源模塊幾大部分。下面對(duì)幾個(gè)部分做詳細(xì)的闡述。3.電能計(jì)量在電能計(jì)量芯片的選擇上為了能靈活選用不同大小的錳銅采樣電阻，能更好的為將來其他產(chǎn)品做準(zhǔn)備，我們選型電能計(jì)量芯片為美國(guó)ADI公司的電能芯片。原因是其產(chǎn)品有著如下的功能1、在50/60Hz輸入信號(hào)時(shí)都能滿足IEC687/1036標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試精度要求，在1000:1的輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，測(cè)試誤差小于0.1%。2、具有負(fù)功率或錯(cuò)線指示功能。3、能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。4、電流通道具有1/2/8/16四種增益選擇，以便靈活選用不同大小的錳銅采樣電阻。5、低閥值啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小于0.2Mb。6、片內(nèi)帶有抗混疊濾波器。7、lVpeak-peak的最大模擬信號(hào)輸入范圍。8、靈活的模擬信號(hào)輸入電路，既可單端輸入也可全差分輸入，并且輸入共模電壓可在OV和2V之傭選擇，由管腳SCOM控制。9、帶有電源電壓檢測(cè)功能，當(dāng)電源電壓降低到80XVDD時(shí)芯片自動(dòng)復(fù)位。10、2.5V片內(nèi)高精度參考電壓源，絕對(duì)偏差小于4%，溫漂小于20卯m/'C。11、5V單電源工作，正常工作時(shí)芯片功耗30mW。12、工作溫度范圍一4085'C。13、SSOP24管腳封裝。嚴(yán)格的質(zhì)量和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，保證電能表產(chǎn)品的低失效率和每個(gè)器件之間的性能一致。這樣可以充分滿足了我們的設(shè)計(jì)電路。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路上也進(jìn)行了優(yōu)化改良。灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表電路設(shè)計(jì)其他普通付費(fèi)電于式電能表電路設(shè)計(jì)電路的設(shè)計(jì)加快了調(diào)表工作，使調(diào)表工作達(dá)到了最優(yōu)化的程度，我們的技工可以在1分鐘調(diào)完一塊表調(diào)表一般都在2分鐘左右才能調(diào)整完一塊表4.電量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)芯片采用的是93C46。容量為lK(Bit)的EEPROM，可以設(shè)置成128X8位或64X16位來使用，采用SPI通信模式，通信時(shí)鐘最快可到2MHz，！復(fù)擦寫的次數(shù)至少可達(dá)到一百萬次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間百年以上。因?yàn)殡姳硎请姷挠?jì)量工具，因此當(dāng)斷電時(shí)有可能數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)不到芯片中。我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)時(shí)使用了電解電容放電原理，可以在停電的瞬間把數(shù)據(jù)寫回到芯片中。灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表電路設(shè)計(jì)其他普通付費(fèi)電子式電能表電路設(shè)計(jì)由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)，電表的放電時(shí)間達(dá)到了2毫秒，所有的數(shù)據(jù)完全有時(shí)間寫到芯片中。由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)電表的數(shù)據(jù)有可能沒有時(shí)間能寫到芯片中。造成數(shù)據(jù)丟失，這樣的tf況很普遍。5.控制電源單元為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，避免電網(wǎng)的不穩(wěn)定因素對(duì)電表的傷害，我們?cè)陔娫床糠质褂昧穗p電源，即計(jì)量芯片供電部分、單片機(jī)供電部分。確保如果有一部分損壞，其他部分可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，避免損失。6.IC卡讀寫電路設(shè)計(jì)預(yù)付費(fèi)表的主要數(shù)據(jù)傳輸是通過IC卡，而灌溉表需要經(jīng)常性的使用IC卡。因此IC卡電路設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到灌溉電表的質(zhì)量。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)IC卡讀寫電路的時(shí)候采用的是企業(yè)內(nèi)部成熟的延時(shí)分段讀取數(shù)據(jù)技術(shù)。本技術(shù)的原理是2次讀取IC卡數(shù)據(jù)，如果校驗(yàn)正確，并且兩次讀取的數(shù)據(jù)保持一致，則把IC卡中的數(shù)據(jù)保存到電表中。否則不做處理。這種方法在其他的企業(yè)中是沒有這么做的。7.IC卡選擇在IC卡的選擇上使用的是SLE4442邏輯加密卡。SLE4442邏輯加密卡選擇的主要好處是安全性能好。下面對(duì)照了SLE4442邏輯加密卡與24C16對(duì)比條件SLE4442邏輯加密卡24C16卡。安全性能密碼核對(duì)3次不正確不能使用。沒有密碼核對(duì)選項(xiàng)。讀寫卡速度很快較快容量普通大為了使本實(shí)用新型部件的優(yōu)點(diǎn)和相應(yīng)部件密切對(duì)應(yīng)，具體的效果在實(shí)施例中敘述的，在此不再復(fù)述。附圖1是本產(chǎn)品的硬件結(jié)構(gòu)圖，圖中1為外'殼，后面是MCU主控單元，2為L(zhǎng)ED顯示，3計(jì)量芯片，4為IC卡的插口，5為電源模塊，6為計(jì)量器口，7電能芯片，8為PCB電路板。附圖2電表管理流程原理圖。附i3為電源及繼電器驅(qū)動(dòng)部分的原理圖。附圖4為本產(chǎn)品的電路原理圖。附圖5為單片機(jī)控制部分電路原理圖。本產(chǎn)品的具體實(shí)施方式實(shí)施例l:灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，由拉閘電路、外部電路供電、電量計(jì)量芯片、單片機(jī)控制、IC卡電路、數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)，計(jì)量安全性考慮表的外殼等幾大部分組成；灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表的供電裝置設(shè)計(jì)十分優(yōu)秀，采用的是3項(xiàng)供電，只要表任何一項(xiàng)有電，電表就能繼續(xù)工作，保證數(shù)據(jù)不丟失；外部電流、電壓進(jìn)入電表首先進(jìn)行變壓，其主要目的給電表供電，然后電流、電壓經(jīng)過電能計(jì)量單元，計(jì)量芯片進(jìn)行釆樣、計(jì)算，通過光電耦合器傳給單片機(jī)；單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，減少購電量(購電金額)數(shù)值；單片機(jī)是整個(gè)電表核心部分；單片機(jī)把計(jì)算后的數(shù)據(jù)在通過程序代碼在顯示電路中的數(shù)碼管中顯示出來；當(dāng)然單片機(jī)也要通過IC卡電路來讀取數(shù)據(jù)；lC卡電jT主要以電脈沖的形式來傳送數(shù)據(jù)，單片機(jī)中只有有了數(shù)據(jù)之后才能采取相應(yīng)的措施，進(jìn)行計(jì)算，直到剩余電量為0之后，電表拉閘，用戶停電，當(dāng)然也包括拉閘電路的設(shè)計(jì)。實(shí)施例2:灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，實(shí)施例1所述的拉閘電路，根據(jù)客戶需求，我們使用了人性化的設(shè)計(jì)方案即欠費(fèi)斷電方式；主要針對(duì)的是灌溉時(shí)如果用戶不想澆地，則使用的一種立即斷電方式拉閘；拉閘控制部分的電路元件主要由電阻、2個(gè)三級(jí)管、2個(gè)開關(guān)及2個(gè)電磁繼電器組成，連接關(guān)系參見附圖；電路圖簡(jiǎn)單易讀，減少以后工作人員的維護(hù)量，是我們突出的重點(diǎn)。實(shí)施例3:灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，實(shí)施例l所述的外部電路供電，外部電路供電部分主要是針對(duì)電壓進(jìn)行變壓，作為電表的供電部分；電路主要由3個(gè)變壓器，經(jīng)過三端穩(wěn)壓器的處理，使之電流達(dá)到內(nèi)部使用要求。實(shí)施例4:灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，實(shí)施例l所述的電量計(jì)量芯片，電量計(jì)量部分的電路占整個(gè)電表電路的1/3,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，從成本上核算，我們采用了盡量少使用電表元器件，來完成電量計(jì)量功能；其中主要的厲理就皿—過電量計(jì)量芯片來計(jì)算電量。實(shí)施例5:灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，實(shí)施例1所述的單片機(jī)控制，電表的核心部分當(dāng)然是單片機(jī)的控制，是灌溉表的核心部分；單片機(jī)2、3、4、5、6、7腳。單片機(jī)ll、12、13、14、15、16、17、18腳用于電表數(shù)據(jù)的顯示等部分功能；其他的管腳主要用于電量計(jì)量脈沖的采集，IC卡數(shù)據(jù)得讀取、數(shù)據(jù)的保存等。圖2清晰的描述了一個(gè)電表售電的流程，整個(gè)過程是灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表通過讀取ic卡中的信息來得到數(shù)據(jù)，確認(rèn)電表是否拉閘或者是否繼續(xù)使用。而IC卡中的數(shù)據(jù)是通過電業(yè)局的售電系統(tǒng)來管理。這樣可以通過IC卡這個(gè)小小的介質(zhì)來管理灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，不但方便了電業(yè)局，同時(shí)也讓使用電表的農(nóng)民們減少糾紛的發(fā)生。實(shí)施例6:灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，實(shí)施例1所述的IC卡電路，IC卡電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)電表設(shè)計(jì)的一個(gè)重中之重部分，因?yàn)閿?shù)據(jù)的交換是離不開ic卡的讀寫；Ic卡電路設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到表的質(zhì)量，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候采用的是下壓式IC卡座，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性；預(yù)付費(fèi)電能表大規(guī)模的使用經(jīng)驗(yàn)證明預(yù)付費(fèi)電能表故障率的60%以上為插卡故障；因此，為保證大幅度減少插卡故障，要求用戶卡工作過程分段進(jìn)行，ic卡工作過程中完成一段，作段完成標(biāo)記，各段未完成的，結(jié)果不生效，下次插入后均可從中斷處進(jìn)行；數(shù)據(jù)成組傳入IC卡，事后由電表完成，以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)交換；實(shí)際運(yùn)用證實(shí)公司所研制時(shí)間小于0.3秒，即可大幅度降低插卡故障率。實(shí)施例7:灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，實(shí)施例1所述的數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的顯示主要用的是5位數(shù)碼管，通過PIC16F73單片機(jī)來控制來^^態(tài)的顯^i使—用的數(shù)據(jù)，包括自動(dòng)休眠功能，小數(shù)顯示功能；數(shù)碼晶體管采用了自動(dòng)休眠模式(IC卡插入電表中之后顯示一段時(shí)間，然后自動(dòng)熄滅)；灌溉表是春天常用的電能表，在使用過程中都消耗電能，特別是在晶體管上；我們?cè)谑褂镁w管時(shí)只要在一段時(shí)間內(nèi)沒有IC卡的插入，電表就會(huì)自動(dòng)節(jié)能；設(shè)計(jì)上采用貼片電阻限流，控制晶體管發(fā)光強(qiáng)度；使電表的功率消耗最低；經(jīng)過大量的測(cè)試與驗(yàn)證可以看出此款電能表比同期產(chǎn)品節(jié)能0.009%;由此可見在國(guó)家大力提倡節(jié)省能源的條件下，用此產(chǎn)品可以大大提高能源的使用率；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)主要是通過PIC16F73管腳控制存儲(chǔ)到93C46單片機(jī)中；EEPROM-93C46是一個(gè)容量為lK(Bit)的EEPROM,可以設(shè)置成128X8位或64X16位來使甩，采用SPI通信模式，通信時(shí)鐘最快可到2MHz，重復(fù)擦寫的次數(shù)至少可達(dá)到一百萬次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間百年以上；這樣避免了單片機(jī)壞掉后所在變量數(shù)據(jù)的丟失；返回廠家后依然可以查看相關(guān)數(shù)據(jù)。實(shí)施例8:灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，實(shí)施例1所述的計(jì)量安全性考慮，用來顯示用戶的總用電量，在設(shè)計(jì)上采用了機(jī)械式與5位數(shù)碼會(huì)并行顯示；讀取方便、直觀；單方面人為損壞情況下依然可以有數(shù)據(jù)査看。權(quán)利要求1.一種灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，其組成包括單片機(jī)，其特征是由拉閘電路、3項(xiàng)供電的外部供電電路、電量計(jì)量芯片、IC卡電路、數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)電路相互連接，所述的供電電路與電量計(jì)算芯片連接，所述的電量計(jì)算芯片經(jīng)光電耦合器與所述的單片機(jī)連接；所述的單片機(jī)與數(shù)據(jù)顯示電路及其數(shù)碼管連接，并與存儲(chǔ)電路連接；所述的單片機(jī)與IC卡電路連接并讀取數(shù)據(jù)；所述的IC卡電路以電脈沖的形式傳送數(shù)據(jù)，所述的單片機(jī)與拉閘電路連接。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，其特征是所述的拉閘電路包括電阻、與所述的電阻連接的三級(jí)管、開關(guān)及電磁繼電器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，其特征是所述的電量計(jì)量芯片的電路占整個(gè)電表電路的1/3，其中包括計(jì)算電量的電量計(jì)量芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，其特征是所述的單片機(jī)的2、3、4、5、6、7腳，11、12、13、14、15、16、17、18腳用于電表數(shù)據(jù)的顯示部分功能；其他的管腳用于電量計(jì)量脈沖的采集，IC卡數(shù)據(jù)得讀取、數(shù)據(jù)的保存。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，其特征是所述的IC卡電路中采用確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性的下壓式IC卡座。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表，其特征是所述的數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)電路包括起到數(shù)據(jù)的顯示用的數(shù)碼管，通過PIC16F73單片機(jī)來控制來動(dòng)態(tài)的顯示使用的數(shù)據(jù)，包括自動(dòng)休眠功能，小數(shù)顯示功能；數(shù)碼晶體管采用了自動(dòng)休眠模式，IC卡插入電表中之后顯示一段時(shí)間，然后自動(dòng)熄滅；設(shè)計(jì)上采用貼片電阻限流，控制晶體管發(fā)光強(qiáng)度；使電表的功率消耗最低；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)主要是通過PICI6F73管腳控制存儲(chǔ)到93C46單片機(jī)中;EEP醒一93C46是一個(gè)容量為lKBit的EEPR0M，設(shè)置成128X8位或64X16位來使用，數(shù)據(jù)保存時(shí)間百年以上；避免了變量數(shù)據(jù)的丟失；返回廠家后依然能査看相關(guān)數(shù)據(jù)。專利摘要灌溉型三相預(yù)付費(fèi)電子式電能表。已有電表不能自動(dòng)交費(fèi)，電字用完表不會(huì)自動(dòng)斷電。本產(chǎn)品包括單片機(jī)，由拉閘電路、3項(xiàng)供電的外部供電電路、電量計(jì)量芯片、IC卡電路、數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)電路相互連接，所述的供電電路與電量計(jì)算芯片連接，所述的電量計(jì)算芯片經(jīng)光電耦合器與所述的單片機(jī)連接；所述的單片機(jī)與數(shù)據(jù)顯示電路及其數(shù)碼管連接，并與存儲(chǔ)電路連接；所述的單片機(jī)與IC卡電路連接并讀取數(shù)據(jù)；所述的IC卡電路以電脈沖的形式傳送數(shù)據(jù)，所述的單片機(jī)與拉閘電路連接。本產(chǎn)品用于用電計(jì)量管理。文檔編號(hào)G07F15/00GK201004248SQ20062002147公開日2008年1月9日申請(qǐng)日期2006年8月17日優(yōu)先權(quán)日2006年8月17日發(fā)明者江劉,李小明,羽黃申請(qǐng)人:哈爾濱智通科技有限公司