专利名称：公寓安全用电控制型多用户电能表的制作方法
技术领域：
本申请属于电量计量及安全用电保护装置。
背景技术：
当今学校学生公寓的用电状况发生了很大的变化，电脑、闭路电视、电热水器等电器逐步进入宿舍，长期以来学校比较头痛的电炉、电热毯、床头灯等容易引发火灾的用电器也同时存在，学校迫切需要一种能够集中智能管理学生用电、能识别电炉、电热毯、床头灯等恶性负载，具有限流(限功率)并自动停电以防止发生事故的控制装置。
发明内容
本实用新型的目的是根据当今学校公寓的用电状况，提供一种公寓安全用电智能管理计量装置。
本实用新型由机壳和电源电路和由中央控制器CPU所连接的计量脉冲采集电路、功能键盘电路、地址选择电路、储存器、显示电路、控制电路以及由控制电路中译码驱动器所控制的继电器组成。其中1)计量脉冲采集电路用于采集用户电量、电压、电流、功率等信息。它由采集元件和信息处理元件连接而成。信息处理元件的脉冲输出口连接中央处理器CPU输入引脚，将电量信息传送给中央处理器CPU；信息处理元件的串行输入/输出口连接中央处理器CPU的串行输入/输出口，将电压、电流信息传送给中央处理器CPU；2)功能键盘电路由功能键盘连接一个移位寄存器，再通过地址选择电路的移位寄存器连接在中央控制器CPU的输入引脚，通过按键来控制显示用户当前电压、电流和功率值。
3)地址选择电路由拔码器连接移位寄存器，再连接在中央控制器CPU的输入引脚，通过拔码器确定电能表的地址；4)储存器以I2C总线方式连接中央控制器CPU的输入/输出引脚，用于用户用电量、用户信息及电能表信息的存储；5)显示电路由数码管连接一个移位寄存器，再连接在中央控制器CPU的输出引脚，由移位寄存器进行显示数据的传送，并驱动数码管显示用户用电量、用户信息及电能表信息；6)控制电路由锁存器连接译码器和译码驱动器，锁存器的输入口与中央控制器CPU的输出引脚相连，锁存器的部分输出口与译码器的输入口相连，锁存器的另外输出口同译码器的输出口一同与驱动器相连，从而将中央控制器CPU的传送信号锁存输出到译码器和译码驱动器，共同完成译码、驱动功能；7)译码驱动器输出线连接到控制继电器上，由译码驱动器实现控制继电器的闭合与断开，从而自动控制连接在继电器上的负载的供电与停电；本申请还可通过RS485通讯电路实现远程管理，其方案是中央控制器CPU的串行输入/输出口经光电隔离芯片连接到通讯芯片，通过通讯芯片的端口与上位系统管理PC机实现通讯。
本申请还可通过红外通讯电路实现电费的预付费管理，其方案是中央控制器CPU的串行输入/输出口经光电隔离芯片连接到电能表面板上的红外发射、接收器上。用户通过红外售电机预置电量，当予置电量用完后，实现自动断电控制。
本申请所述的计量脉冲采集方式可采用分流器方式或互感器方式，具体电路元件组成将在实施例中详细说明。
本实用新型的积极效果是，它不仅能对用户用电量进行计量和预付费管理，同时具有对恶性负载(电炉、电热毯、床头灯等阻性负载)进行识别、保护、控制的功能，并且还可对用户负载进行限电流(限功率)的保护控制。当用户使用了恶性负载或负载电流(电功率)超限时，能断电保护，防止事故的发生，同时，当恶性负载消除且电流(电功率)在设定值以内时，能及时供电保证正常使用。另外，可根据用户实际情况对断送电次数进行设定，在断送电设定次数以内，断电保护后可恢复送电并再次识别，直至达到断送电设定次数后，如用户仍使用恶性负载或负载电流(电功率)仍超限，则停止供电。本实用新型既可通过上位系统管理PC机进行用电管理、控制(预付费、抄表、设置参数及断送电控制等)功能，也可通过红外售电器进行预付费、断送电控制功能，或在参数设定后独立进行用电计量及安全控制功能。
以下根据附图1、附图2说明两个用于24个用户的实例。
图1是采用分流器方式采集电能信号的电能表电路原理图；图2是采用互感器采集方式采集电能信号的电能表电路原理图；图3时电能表显示窗的外观示意图；图4时电能表通风系统示意图图中[1]为计量脉冲采集电路部分。其中图1中[1-1]为计量芯片；[1-2]为驱动器；[1-3]为锁存器；[1-4]为功率检测CPU；[1-5]为光电隔离芯片；[1-6]为片选电路。图2中[1-2a]为电压互感器，[1-1a]为电流互感器，[1-3a]为电压信号模拟开关，[1-4a]为电流信号模拟开关，[1-5a]为译码器，[1-6a]为计量芯片。
为中央控制器CPU。
为功能键盘电路部分；[3-1]为功能键盘；[3-2]为移位寄存器。
为地址选择电路部分；[4-1]为拨码器；[4-2]为移位寄存器。
为储存器。
为显示电路部分；[6-1]为移位寄存器；[6-2]为数码管。
为控制电路部分；[7-1]为锁存器；[7-2]为译码器；[7-3]为译码驱动器。
为控制继电器。
为RS485通讯电路[9-1]为通讯芯片，[9-2]为光电隔离芯片。
为红外通讯电路[10-1]为CPU，[10-2]为红外接收器，[10-3]为红外发射器。
具体实施方式
参照图1对实例1进行描述，由二十四个计量芯片[1-1]和四个驱动器74HC04[1-2]以及三个锁存器74HC244[1-3]，CPU[1-4]、光电隔离芯片6N137[1-5]以及片选电路[1-6](由译码驱动器74HC145芯片及6N137光电隔离芯片组成)共同构成计量脉冲采集电路[1]，每个计量芯片板采集的用户用电脉冲信号由CS5460A的21脚输出，经驱动器至锁存器，供中央控制器的CPU[2]的P0.0~P0.7输入口读�。没У牡缌鳌⒌缪埂⒐β实刃藕庞蒀S5460A的23脚、6脚及时钟控制5脚，经[1-5]的6N137芯片光电隔离后，连接到功率检测的CPU[1-4]的P1.3~P1.5脚，由CPU[1-3-1]读取后进行处理；并且检测CPU[1-4]的P3.3~P3.5脚与中央控制器的CPU[2]的P1.3~P3.3连接，以串口通讯方式进行数据通讯。上述的24个计量芯片是采用美国CIRRUS LOGIC公司的最新一代单相全电子智能电能表芯片CS5460A。其主要特点是精确度可高于0.5级以上；稳定性好，温度系数(典型值为25PPm/最大不超过60PPm/)；抗干扰性强；功耗�。扛鲂酒�12.0mW；启动电流�。�0.001Ib；工作温度宽，工作温度范围为-35~+75℃；功能强，可检测用户电压、电流、功率等信息。
存储器[5]主要由24LC16B芯片构成，其24LC16B的5、6脚与CPU[2]的P1.3、P1.4脚相连，以I2C总线方式进行数据通讯，用于用户用电量、用户信息及电表信息的存储；显示电路[6]主要由10个移位寄存器芯片74HC164[6-1]及10个数码管[6-2]组成，74HC164的A、B脚接至CPU[2]的P1.1脚，74HC164的Qh脚，接至相邻的另一个74HC164的A、B脚及其所驱动的数码管的DP脚，用于进行显示数据的传送；显示电路[6]的10个74HC164的QA~QG分别接到10个数码管的A~G，用于驱动数码管显示用户用电量、用户信息及电表信息；地址选择电路[4]由8位拨码盘[4-2]及移位寄存器74HC165组成，8位拨码盘用于确定电表地址，由移位寄存器74HC165[4-1]的Q7输出脚接至中央处理器CPU[2]的P3.6，将拨码地址传送给CPU[2]
功能键盘电路[3]由按键[3-2]及移位寄存器74HC165[3-1]组成，操作按键状态通过按键由移位寄存器74HC165[3-1]的Q7脚，接至另一个移位寄存器74HC165[4-1]的SER脚，再由移位寄存器74HC165[4-1]的Q7输出脚接至中央处理器CPU[2]的P3.6，将按键信息传送给CPU[2]，控制显示电路显示用户当前的电压、电流和功率等信息；控制电路[7]由锁存器74HC373[7-1]、译码器74HC138[7-2]及译码驱动器74HC145[7-3]构成，74HC373[7-1]的D3~D5脚与CPU[2]的P04~P06脚相连，其D0、D6、D7脚与CPU[2]的P00~P02相连，将CPU传送的信号锁存输出到译码器74HC138的输入口及74HC145的输入口，而74HC138译码后，其输出脚也接至74HC145的输入口上，共同完成译码驱动功能，控制驱动24个继电器[8]的闭合与断开。
通讯电路包括中央处理器CPU[2]与上位系统管理PC机通讯的RS485通讯电路[9]和中央处理器CPU[2]与抄表器间的红外通讯电路[9]，完成电能表与上位系统管理PC机的通讯及电能表与红外售电器间的通讯功能。RS485通讯电路[9]主要由光电隔离芯片[9-1]6N137及通讯芯片[9-2]75LBC184构成，CPU[2]的RXD经光电隔离芯片[9-2]6N137的3脚输入，光电隔离后由6N137的6脚输出，接至通讯芯片[9-1]75LBC184的4脚；75LBC184的1脚经另一个光电隔离芯片6N137的3脚输入，光电隔离后由6N137的6脚输出接至中央控制器CPU[2]的TXD脚。红外通讯电路由CPU[10-1]AT89C2051、红外接收器[10-2]及红外发射器[10-3]组成，CPU AT89C251[10-1]的RST、RXD、TXD脚分别与CPU[2]的RST、TXD、RXD脚相连，CPU AT89C2521[10-1]的P3.3脚与红外接收器[01-2]的1脚相连，CPU AT89C251[10-1]的P3.5脚与红外发射器[10-3]的2脚相连接。
参照附图2对实施例2进行描述计量脉冲采集电路[1]由一个电压互器[1-2a]和24个电流互感器[1-a]以及和电压互感器[1-2a]相配合的电压信号模拟开关MC14051B[1-3a]、和电流互感器[1-a]]相配合的6个电流信号模拟开关MC14051B[1-4a]与电能计量芯片CS5460A[1-6a]共同构成；由电压互感器[1-2a]产生的互感电压经MC14051B[1-3a]选通、由24个电流互感器[1-a]产生的电流信号经模拟电路开关MC14051B[1-4a]选通，将选通的电压信号传至计量芯片CS5460A[1-6a]的9脚，将选通的电流信号传至计量芯片CS5460A[1-6a]的15脚，CS5460A[1-6a]将电压、电流信号处理后以电量计量脉冲信号方式由CS5460A[1-6a]的21脚传到CPU[2]的P2.4脚，并将电流、电压、功率信号经CS5460A[1-6a]的SCLK、SDO、SDI脚以串口通讯方式送入CPU[2]的P2.0、P2.1、P2.2脚。CPU[2]的P1.0~P1.2与译码器74HC138[1-5a]的A、B、C脚相连，74HC138[1-5a]的Y0~Y5脚与6个电流信号模拟开关MC14051B[1-4-1]~[1-4-6]的INH相连，CPU[2]的P1.3~P1.5与模拟开关MC14051B[1-4a]的A、B、C脚相连，共同构成译码模拟开关选通电路，CPU[2]选择读取各用户电流、电压、及电量信息。
其它电路(包括功能键盘电路[3]、地址选择电路[4]、储存电路[5]、显示电路[6]、控制电路[7]、控制继电器[8])等与实施例1完全相同在此不再详述。
图3所示，本实用新型的面板上有10个LED数码管和一个用于计量脉冲指示的红色发光二极管以及一个红外收发二极管(上述器件全部安装在主板上，主板固定在面板内侧)；所述的红色发光二极管闪烁表示有脉冲输出，即代表当前显示的用户的电表计量正常；所述的数码管发生闪烁时，提醒当前显示的用户购电。
本实用新型应用时，亦可配置上位系统管理PC机及红外售电器；上位系统管理机与本实用新型连接时，需配置通讯装置；上位系统管理PC机可实现参数设置、售电管理、抄表、断送电控制等功能；红外售电器可实现售电及断送电控制等功能。电能表在参数设定后，可独立进行计量及安全控制。
需要配置的上位系统管理PC机要求如下CPU要求奔腾166MHz或以上，操作系统要求MS-windows98/2000/NT/XP，内存不低于32MB，硬盘可用空间不低于30MB，显示器分辨率不低于800×600。
本实用新型应用时的通讯系统如图4所示首先将每一片区如图1、图2所示的所有多用户电能表通过485总线汇总，然后根据某一片区与系统管理机房的距离远近，接通到系统管理微机上。当系统管理PC机与电能表属于近距离通讯时，电能表可通过RS-232/485适配器直接与系统管理PC机联接，必要时可加信号中继器；属于远距离通讯时，可通过通讯控制器和调制解调器利用电话网进行拨号通讯，实现与系统管理PC机的联系。
权利要求1.一种公寓安全用电控制型多用户电能表，它包括外壳、电源、电路、中央控制器CPU(2)，其特征还包括，中央控制器CPU(2)还与计量脉冲采集电路(1)、功能键盘电路(3)、地址选择电路(4)、储存器(5)、显示电路(6)、控制电路(7)互相通讯连接，其中1)计量脉冲采集电路(1)由采集元件和信息处理元件连接而成，信息处理元件的脉冲输出口连接中央控制器CPU(2)脉冲输入引脚，将用户用电量信息传送给中央控制器CPU(2)；信息处理元件的串行输入/输出口连接中央控制器CPU(2)的串行输入/输出口，将用户电压、电流信息传送给中央处理器CPU(2)；2)功能键盘电路(3)，由功能键盘(3-1)通过移位寄存器(3-2)，再通过地址选择电路(4)的移位寄存器(4-2)，连接在中央控制器CPU(2)的输入引脚，通过按键来控制显示用户当前电压、电路和功率值；3)地址选择电路(4)由拨码器(4-1)连接移位寄存器(4-2)，连接在中央控制器CPU(2)的输入引脚，通过拨码器(4-1)确定电能表的地址；4)储存器(5)以I2C总线方式连接中央控制器CPU(2)的输入/输出引脚，用于用户用电量、用户信息及电能表信息的存储；5)显示电路(6)由数码管(6-2)连接移位寄存器(6-1)，再连接在中央控制器CPU(2)的输出引脚，由移位寄存器(6-1)进行显示数据的传送，并驱动数码管(6-2)显示用户用电量、用户信息及电能表信息；6)控制电路(7)由锁存器(7-1)连接译码器(7-2)和译码驱动器(7-3)，锁存器(7-1)的输入口与中央控制器CPU(2)的输出引脚相连，锁存器(7-1)的部分输出口与译码器(7-2)的输入口相连，锁存器(7-1)的另外输出口同译码器(7-2)的输出口一同与驱动器(7-3)相连，从而将中央控制器CPU(2)的传送信号锁存输出到译码器(7-2)和译码驱动器(7-3)，共同完成译码、驱动功能；7)译码驱动器(7-3)输出线连接在控制继电器(8)上，由译码驱动器(7-3)实现控制继电器(8)的闭合与断开，从而自动控制连接在继电器上的负载的供电与停电。
2.如权利要求1所述的电能表，其特征是计量脉冲采集电路(1)采用分流器方式，其电路中采集元件计量芯片(1-1)脉冲输出口经驱动器(1-2)连接锁存器(1-3)至中央控制器CPU(2)的脉冲输入口；计量芯片(1-1)串行输入/输出口经光电隔离器(1-5)和片选电路(1-6)连接功率检测CPU(1-4)至中央控制器CPU(2)的串行输入/输出口。
3.如权利要求1所述的电能表，其特征是计量脉冲采集电路(1)采用互感器方式，其电路中采集元件电压互感器(1-2a)连接电压信号模拟开关(1-3a)，再经计量芯片(1-6a)连接在中央控制器CPU(2)的脉冲输入口；电流互感器(1-1a)连接电流信号模拟开关(1-4a)，再经计量芯片(1-6a)连接至中央处理器CPU(2)的串行输出口。
4.如权利要求2或3所述的电能表，其特征是它还包括RS485通讯电路(9)，中央控制器CPU(2)的串行输入/输出口经光电隔离芯片(9-2)连接到一个通讯芯片(9-1)，作为与上位系统管理PC机的连接端口。
5.如权利要求4所述的电能表，其特征是它还包括红外通讯电路(10)，中央控制器CPU(2)的串行输入/输出口经CPU芯片(10-1)连接到机壳面板上的红外发射器(10-3)和红外接收器(10-2)，实现预置用电量功能。
专利摘要一种公寓安全用电控制型多用户电能表，包括外壳、电源电路和由中央控制器CPU所连接的计量脉冲采集电路、功能键盘电路、地址选择电路、储存器、显示电路、控制电路以及由控制电路中译码驱动器所控制的继电器组成。还可通过通讯电路与上位系统管理PC机连接实现远程管理，通过红外通讯电路实现电费预付费管理。当用户超额用电或发生恶性负载时，自动切断电源，防止事故发生。
文档编号G01R11/25GK2704848SQ20042003903
公开日2005年6月15日 申请日期2004年3月7日 优先权日2004年3月7日
发明者汤元信, 公茂法, 汤建泉, 王学永, 黄鹤松, 张至海, 李永飞, 常国昕 申请人:汤元信
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