專利名稱：多用戶集中計量自動抄表式智能電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種民用電能計量和抄表領(lǐng)域，更具體地說，本實用新型是一種多用戶集中計量、自動抄表方式的智能電度表。
目前民用電能的計量方式主要有兩種一種為單用戶計量方式；一種為多用戶集中計量方式。前者為傳統(tǒng)的計量方式，所用的電能計量儀表有基于電磁系機械轉(zhuǎn)盤輸出的電度表，基于純電子部件電信號輸出的電度表和混合式機械／電子輸出的電度表等三類。單用戶計量方式增加了用電管理部門的抄表工作量和丟表、竊電現(xiàn)象的發(fā)生。因此，近年來發(fā)展了多用戶集中計量方式，所用的電能計量儀表有基于集中安裝的單用戶電度表柜和以純電子或單片機為核心的多路分時采樣方式的多用戶電度表。由于純電子部件和單片機的可靠性和高精度的信號處理能力，寬廣的工作環(huán)境和溫度范圍。因而受到人們越來越多的關(guān)注。
作為對比文件，中國實用新型CN2083755U公開了一種多用戶的“數(shù)字電度表”采用了一種多路分時采樣電路，由電流傳感器陣列、電壓傳感器、模擬開關(guān)、MC1596乘法器和CC14433 A／D轉(zhuǎn)換器組成，數(shù)字電路部分采用計數(shù)器、寄存器以及加法器等邏輯組合電路實現(xiàn)對采樣電路的控制、計算、存儲和數(shù)顯等。其主要缺點是(1)電流傳感器采用電抗變壓器式電流電壓變換器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以保證傳感器性能的一致性，而且無過壓、過流保護功能。當過載時容易被燒毀。(2)模擬乘法器MC1596因VY輸入的動態(tài)范圍和線性范圍均較小，溫度特性差，達不到普通電度表要求的精度。(3)數(shù)字電路部分采用的邏輯組合電路，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且可靠性也較差。(4)無數(shù)據(jù)輸出和自動抄表功能。
中國實用新型專利CN2130266Y公開了一種“多用戶集控智能電度表”，該表是對CN2083755U的一種改進，主要增加了漏電保護的檢測和執(zhí)行控制機構(gòu)，其不足之處是(1)漏電和超載保護的控制執(zhí)行機構(gòu)由單片機開關(guān)量輸出端控制，使檢測和控制的引線增加了兩倍，使整機布線復(fù)雜，影響儀表的可靠性和管理戶數(shù)的擴大。(2)電壓互感器無過壓保護，當過壓時易被擊穿和燒毀。(3)沒有給出抄表的具體技術(shù)方案。
本實用新型的目的，就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種多用戶集中計量、自動抄表方式的智能電度表。該方案的特征是儀表由電流傳感器組、電壓傳感器、巡回檢測顯示儀表和抄表器四部分組成。電流傳感器內(nèi)包括電流互感器和過流、過壓保護及自動恢復(fù)控制電路。其兩根電源輸入線分別接在三相四線制電網(wǎng)的一根火線(A、B、C)和零線(0)上，兩根電源輸出線(火線和零線)接在用戶接線端子上，兩根電流信號線(信號線和信號零線)通過雙絞線與巡回檢測顯示儀表相接。電壓傳感器內(nèi)包括三支電壓互感器和三相過壓保護及自動恢復(fù)控制電路，其四根電源輸入線分別接在電網(wǎng)三相火線(A、B、C)和零線(0)上，其中三組電壓信號線(信號線和信號零線)通過雙絞線與巡回檢測顯示儀表相接。一組具有過壓保護及自動恢復(fù)功能的交流220V電源線送給巡回檢測顯示儀表作為其交流電源。巡回檢測顯示儀表用一片高精度模擬乘法器MC1594和一片8098單片機，一個帶有實時時鐘的掉電自動保護SRAM插座DS1216D和一片RS232－C專用驅(qū)動芯片TC232，模擬乘法器將每戶瞬時電流、電壓相乘后，送單片機內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器的輸入端進行A／D轉(zhuǎn)換，20MS內(nèi)采集32個數(shù)據(jù)進行平均送內(nèi)存，根據(jù)電費率的不同，按設(shè)定的時間進行累加，求得每戶電能量，在8098的控制下逐戶巡回檢測，巡回檢測周期為20MS乘以戶數(shù)。抄表器由一片80C31單片機、一片PSD301可編程單片機通用外圍接口芯片，點陣式液晶顯示器和一組鍵盤組成，在PSD301內(nèi)的EPROM中固化16×16點陣漢字庫和抄表管理程序。抄表器與巡回檢測顯示儀表的數(shù)據(jù)通訊由RS232－C串口來完成?？蛇M行抄表、打印票據(jù)和向電業(yè)管理計算機轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)。所有傳感器和巡回檢測顯示儀表均裝在一個全封閉節(jié)能表箱內(nèi)。巡回檢測顯示儀表的顯示器部分的直流供電由全封閉節(jié)能表箱門上的行程開關(guān)控制，當防盜門關(guān)閉時，顯示器部分不工作，可以實現(xiàn)節(jié)能、防偷電竊表。
附

圖1為本實用新型總體結(jié)構(gòu)和接線圖附圖2為本實用新型電流傳感器的電路原理圖附圖3為本實用新型電壓傳感器的電路原理圖附圖4為本實用新型巡回檢測顯示儀表的電路原理圖附圖5為本實用新型抄表器的電路原理圖現(xiàn)結(jié)合附圖詳細說明如下附圖1為本實用新型總體結(jié)構(gòu)和接線圖，圖中O、A、B、C分別表示三相四線制電網(wǎng)的零線和A、B、C三根相線。電流傳感器共有N個，分三組，每個傳感器監(jiān)測一個用戶，每組共用一根相線(A或B或C)，以保證三相電網(wǎng)負載的平衡。VIl…VIi…VIn和VA、VB、VC分別表示巡回檢測顯示儀表電流信號的輸入端和三相電壓信號的輸入端，RS232－C接口的TXD表示數(shù)據(jù)輸出端，RXD表示數(shù)據(jù)輸入端，GND表示信號公共端。電流傳感器、電壓傳感器、巡回檢測顯示儀表以及電網(wǎng)配線和用戶接線端子均裝在一個全封閉的表箱內(nèi)，安裝在居民樓的樓道內(nèi)或配電室內(nèi)，抄表器由電業(yè)局抄表員隨身攜帶，定期抄表、打印票據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過RS232－C接口轉(zhuǎn)送到電業(yè)局營業(yè)室的管理計算機。
附圖2為本實用新型電流傳感器的電路原理圖。由電流互感器CT(共有三個線圈N1、N2、N3)、過壓檢測電路(包括壓敏電阻RY、分壓電阻RV和電壓互感器PT)、雙比較器或門電路(包括IC1、IC2、D1、D2、R1、C1、W1、W2)、觸發(fā)延時驅(qū)動電路(包括IC3、R、C、R2和雙向可控硅T)、限電繼電器J(包括限流電阻R3及常閉觸點J1、J2)和整流穩(wěn)壓電路(包括C2、C3、R4、D3、D4、WD)等六部分組成。電網(wǎng)零線經(jīng)常閉觸點J1直接送用戶端子，電網(wǎng)火線A(或B、C)經(jīng)電流互感器初級線圈N1，常閉觸點J2送用戶端子，當用戶端電壓或電流在整定值范圍內(nèi)時，由電網(wǎng)正常送電，當端電壓或電流超出整定值時，則J1、J2斷開，延時3－5分鐘后自動恢復(fù)，在正常使用范圍內(nèi)，用戶端電流的精確計量由電流互感器的一個初級線圈N2與負載電阻RL變成電壓信號VI，送巡檢儀表。CL是為了校正電流互感器的相角差。電流互感器的另一次級線圈N3的一端接線路地，一端接比較器IC1的正向輸入端，用于過流檢測，IC1的負輸入端接限流整定電位器W2，當過流信號超過整定值后，IC1翻轉(zhuǎn)；電壓互感器PT的初級線圈的一端接整流穩(wěn)壓電路的正端另一端串接壓敏電阻RY和分壓電阻RV后接在電流互感器初級線圈的一端上，PT的次級線圈一端接在線路地上，另一端接在IC2的(＋)輸入端。IC2的(－)輸入端接在過壓整定電位器W1的中心抽頭上，當電網(wǎng)過壓時壓敏電阻RY阻值突然下降，PT的次級信號增大，當超過整定電壓時，IC2翻轉(zhuǎn)，IC3由NE555接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形式。延時時間由RC時間常數(shù)決定，其輸入端2接或門電路(由D1、D2、R1、C1組成)的輸出端，其輸出端3通過電阻R2接雙向可控硅T的A1端。
限流繼電器J的一端通過限流電阻R3與電網(wǎng)的火線相接，另一端與雙向可控硅的A2極相接，T的G端接線路正并與電網(wǎng)零線相接。在正常工作條件下，T關(guān)斷，當電網(wǎng)電壓或用戶負載電流超過整定值后，在IC1、IC2控制下，IC3的3端輸出一負脈沖(脈寬由RC決定)，控制T、J導(dǎo)通，J1、J2動作，切斷用戶電源，延時3－5分鐘后自動恢復(fù)。
附圖3為本實用新型電壓傳感器的電路原理圖。電壓傳感器由三支電壓互感器PTA、PTB、PTC及過壓保護控制電路組成。三支電壓互感器PTA、PTB、PTC初級線圈的一端接到電網(wǎng)零線上，另外三端分別經(jīng)過壓保護繼電器J的常閉觸點J1、J2、J3與電網(wǎng)的三根相線A、B、C相接，電壓互感器的次級線圈分別并以相角差補償電容CA、CB、CC后，通過雙絞線送到巡回檢測顯示儀表的VA、VB、VC端，巡回檢測顯示儀表的交流電源亦通過過壓保護繼電器觸點J2后提供，當任何一相電網(wǎng)電壓超過整定值時，繼電器J導(dǎo)通，其常閉觸點J1、J2、J3斷開，用來保護電壓互感器和巡回檢測顯示儀表不被損壞，過壓保護控制電路原理與電流傳感器內(nèi)的過壓保護控制電路相同。
附圖4為本實用新型巡回檢測顯示儀表電路原理圖，主要由一片高精度模擬乘法器MC1594L、一片高精度運放OP07、一片單片微機8098、一個帶有實時時鐘的掉電自動保護SRAM插座DS1216D、一片EPROM2764、一片RS232－C專用驅(qū)動芯片TC232、顯示器、鍵盤接口8279及其電源控制開關(guān)k所組成。MC1594L可達到±0.5％的精度，為本實用新型的實用性提供了保證。其輸入端9和10分別通過模擬開關(guān)與三相電壓信號VA、VB、VC和用戶電流信號VI1…VIi…VIN信號端相接，其輸出端14為電功率瞬時值，經(jīng)反向放大器OP07放大后接8098中A／D轉(zhuǎn)換器的一個信號輸入端ACH7。靜態(tài)RAM6264插在插座DS1216D上(DS1216D是一個256／1M位32腳插座，它帶有一個內(nèi)部CMOS實時時鐘，一個非易失性SRAM控制電路和一個嵌入式鋰電池，解決數(shù)據(jù)的掉電保護和多費率計價的時間控制)，與EPROM2764一起由8098的AD0～AD15和ALE線控制，模擬乘法器將每戶瞬時電流、電壓相乘后，送單片機內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器的輸入端進行A／D轉(zhuǎn)換，20MS內(nèi)采集32個數(shù)據(jù)進行平均送內(nèi)存，根據(jù)電費率的不同，按設(shè)定的時間進行累加，求得每戶電能量，在8098的控制下逐戶巡回檢測，巡回檢測周期為20MS乘以戶數(shù)。RC232－C串口驅(qū)動器TC232的10腳和9腳分別接8098的TXD和RXD端，7和6腳與標準RS232－C插座相接，與抄表器的R232－C口進行通訊。顯示器與鍵盤由專用接口芯片8279驅(qū)動，接受8098 AD0～AD7、 、 和HSTO的控制，8279、顯示器和鍵盤的＋5V供電由行程開關(guān)K來控制，當全封閉表箱的防盜門關(guān)閉時，開關(guān)K被撞開，停止供電，8279和顯示器不工作，當需進行抄表時，防盜門打開，K自動合上，供電，8279和顯示器進行工作，以便延長顯示器的使用壽命和節(jié)省能耗。
附圖5為本實用新型抄表器的電路原理圖。由一片80C31單片機；一片PSD301可編程單片機通用外圍接口芯片；一片RS232－C串口驅(qū)動器TC232；點陣式液晶顯示器和鍵盤組成。PSD301內(nèi)有兩個可編程邏輯列陣PADA和PADB、256K位的高速EPROM、16K的高速SRAM、輸出鎖存器和輸出端口，其口線PA0～PA7、PB0～PB7用于控制鍵盤；地址線A16～A18用于控制液晶顯示器；其數(shù)據(jù)線AD0～AD7、AD8～AD15分別與80C31的P0.0～P0.7和P2.0～P2.7相接；其控制線 、 、PSEN、ALE分別與80C31的同名線相接；80C31的串口線TXD和RXD通過串口驅(qū)動器TC232與RS232－C標準接口插座相接；PSD301的EPROM中固化有16×16點陣的漢字庫和數(shù)據(jù)通訊、顯示、鍵盤控制和打印程序，SRAM中用于存放抄表數(shù)據(jù)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要優(yōu)點有1.采用具有過流、過壓保護和自動恢復(fù)功能的電流互感器作為電流傳感器，直接串接在每個用戶的火線和零線回路上，不需要單片機控制，每戶送給單片機的信號線只有一對，使儀表系統(tǒng)布線簡單，可靠性增強，并可防止電流互感器和用戶家用電器的意外燒毀。
2.電壓傳感器采用了具有過壓自動保護和自動恢復(fù)功能的電壓互感器，有效地避免了電網(wǎng)過壓時電壓互感器的損壞。
3.電功率測量采用高精度MC1594單片模擬乘法器，其線性誤差<0.5％，溫度對其基本無影響，保證了電功率測量精度和數(shù)據(jù)的快速采集。
4.數(shù)字電路部分采用先進的8098單片機為核心的最小系統(tǒng)。并直接使用其片內(nèi)的四通道A／D轉(zhuǎn)換器，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，資源利用率和可靠性均較高。
5內(nèi)部存儲器SRAM，采用先進的帶有實時時鐘的掉電自動保護插座DS1216D，可同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的掉電自動保護和多費率計價功能，具有高的集成度和可靠性。
6巡回檢測顯示儀表與抄表器的RS232－C接口采用先進的單塊專用驅(qū)動芯片TC232，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，亦可與管理計算機聯(lián)網(wǎng)。
7抄表器采用以80C31單片機和PSD301可編程單片機通用外圍接口芯片為核心的掌上電腦方式，即可快速抄表、打印票據(jù)，又可轉(zhuǎn)儲信息，實現(xiàn)了自動抄表，提高了抄表效率。
8全封閉表箱既是一個防盜、防竊電安全保險柜，又是一個節(jié)能控制器，當防盜門關(guān)閉時，耗電最大的顯示器電源被切斷，整個儀表耗電只相當于一塊普通電磁系電度表的耗電量，其節(jié)能效果明顯。
權(quán)利要求1.多用戶集中計量自動抄表式智能電度表，由電流傳感器組、電壓傳感器、巡回檢測儀表、抄表器組成。其特征是(1)電流傳感器內(nèi)包括電流互感器和過流、過壓保護及自動恢復(fù)控制電路，其兩根電源輸入線分別接在三相四線制電網(wǎng)的一根火線(A、B、C)和零線(0)上，兩根電源輸出線，火線和零線，接在用戶接線端子上，兩根電流信號線(信號線和信號零線)通過雙絞線與巡回檢測顯示儀表相接；(2)電壓傳感器內(nèi)包括三支電壓互感器和三相過壓保護及自動恢復(fù)控制電路，其四根電源輸入線分別接在電網(wǎng)的三相火線(A、B、C)和零線(0)上，其中三組電壓信號線，信號線和信號零線，通過雙絞線與巡回檢測顯示儀表相接，一組交流220V電源線送給巡回檢測顯示儀表作為其交流電源；(3)巡回檢測顯示儀表用一片模擬乘法器MC1594，一片8098單片機，一個SRAM插座DS1216D和一片RS232-C專用驅(qū)動芯片TC232，模擬乘法器將每戶瞬時電流、電壓相乘后，送單片機內(nèi)10位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端進行A/D轉(zhuǎn)換，20MS內(nèi)采集32個數(shù)據(jù)進行平均送內(nèi)存，根據(jù)電費率的不同，按設(shè)定的時間進行累加，求得每戶電能量，在8098的控制下逐戶巡回檢測，巡回檢測周期為20MS乘以戶數(shù)；(4)抄表器由一片80C31單片機；一片PSD301可編程單片機通用外圍接口芯片；一片RS232-C驅(qū)動芯片TC232；點陣式液晶顯示器和一組鍵盤組成，在PSD301內(nèi)的EPROM中固化16×16點陣漢字庫；(5)所有傳感器和巡回檢測顯示儀表均裝在一個全封閉節(jié)能表箱內(nèi)，巡回檢測顯示儀表的顯示器部分的直流供電由全封閉表箱門上的行程開關(guān)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用戶集中計量自動抄表式智能電度表，其特征在于電流傳感器由電流互感器、過壓檢測電路、雙比較器或門電路、觸發(fā)延時驅(qū)動電路、限電繼電器和整流穩(wěn)壓電路組成。電網(wǎng)零線經(jīng)常閉觸點J1直接送用戶端子，電網(wǎng)火線A(或B、C)經(jīng)電流互感器初級線圈N1，常閉觸點J2送用戶端子，電流互感器的一個次級線圈N2與負載電阻RL和相角差補償電容CL并聯(lián)后送巡回檢測顯示儀表。電流互感器的另一次級線圈N3的一端接線路地，一端接比較器IC1的正向輸入端，IC1的負輸入端接限流整定電位器W2，電壓互感器PT的初級線圈的一端接整流穩(wěn)壓電路的正端另一端串接壓敏電阻RY和分壓電阻RV后接在電流互感器初級線圈的一端上，PT的次級線圈一端接在線路地上，另一端接在IC2的(＋)輸入端。IC2的(－)輸入端接在過壓整定電位器W1的中心抽頭上，IC3由NE555接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形式。延時時間由RC時間常數(shù)決定，其輸入端2接或門電路(由D1、D2、R1、C1組成)的輸出端，其輸出端3 通過電阻R2接雙向可控硅T的A1端。限流繼電器J的一端通過限流電阻R3與電網(wǎng)的火線相接，另一端與雙向可控硅的A2極相接，T的G端接線路正并與電網(wǎng)零線相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用戶集中計量自動抄表式智能電度表，其特征在于電壓傳感器由三支電壓互感器、限壓繼電器J及其常閉觸點J1、J2、J3及其過壓檢測和控制電路所組成。三支電壓互感器的初級線圈的一端統(tǒng)一接到電網(wǎng)的零線上，另外三端分別經(jīng)常閉觸點J1、J2、J3與電網(wǎng)的火線A、B、C相接，觸點J2和零線組成的～220V電源去巡回檢測顯示儀表供電。三支電壓互感器的次級線圈與相角差補償電容CA、CB、CC并聯(lián)后送巡回檢測顯示儀表。
專利摘要本實用新型是一種多用戶集中計量、自動抄表式的智能電度表，由具有過流、過壓保護和自動恢復(fù)功能的電流傳感器、具有過壓保護和自動恢復(fù)功能的電壓傳感器、巡回檢測顯示儀表、抄表器組成。所有傳感器和巡回檢測顯示儀表裝在一個全封閉節(jié)能表箱內(nèi)。抄表器通過RS232-C串口抄錄巡回檢測顯示儀表的用電信息并轉(zhuǎn)儲給電業(yè)部門管理計算機。支持居民買電制和多費率計價制的實施。主要用于新建改建和擴建居民住宅樓的電能計量、抄表和管理。
文檔編號G08C19/00GK2192889SQ94212680
公開日1995年3月22日 申請日期1994年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月27日
發(fā)明者車仁生, 寧培元, 劉潤璞, 黃慶成, 劉精石, 王鶴令, 劉志琦, 羅永波, 李俊峰, 郭一通, 黨九彪 申請人:車仁生, 寧培元, 劉潤璞