专利名称：Ic卡电表自动计费器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种供电电路的计费装置，具体地说是一种IC卡电表自动计费器。
目前电表的结构绝大部分是电磁式机械传动电表。因而用电的管理采用先用电后交费的办法，而存在电费拖欠、管理费工费时，而又容易与用户产生矛盾，针对此种矛盾，中国专利公开了一种公开号为CN2181039的技术方案，它主要包括采集电路、控制机构、断电执行机构和报警电路，此种技术方案通过控制电路和电度表的结合，改变了传统的用电收费方式，但此种结构对交流电网的强干扰如浪涌电压，大电流通断产生的高反电势及电磁场、强电火花的干扰能力差。
本实用新型的目的在于提供一种改进的高干扰的、适应电压范围宽、自身低耗能、可靠性高的与电度相结合的计费控制装置。
本实用新型的目的是这样实现的一种IC卡电表自动计费器，它包括单片机IC1、IC卡及其读写电路、电池充电及供电电路、数据记忆电路、断电保护电路、光电隔离电路、输出控制电路、电能检测电路、整形电路和复位脉冲电路，IC卡及其读写电路和数据记忆电路与单片机IC1电联接，断电保护电路的输出经光电隔离电路、整形电路接单片机IC1的输入端，单片机IC1的输出经光电隔离电路接输出控制电路的输入端，电能检测电路的输出经整形电路接单片机IC1的输入端，复位脉冲电路的输出与单片机IC1的输入端相联。
IC卡及其读写电路将IC卡上贮存的密码、用户编码、用户所购电量读入单片机，单片机校验确认，启动供电，由电能检测电路取出与耗电量成正比的脉冲信号输入单片机，由单片机加工处理，当所购电量将要用完，自动提示用户，若有新购电量输入，则可保持连续供电，否则待贮存电量用完，单片机发出信号经断电保护电路自动切断供电电路，即实现了由购电量来决定供电量的用电方式。
以下结合附图对本实用新型进一步的描述
图1为本实用新型的方框图。
图2为本实用新型的电原理图。
图3为本实用新型IC卡及其读写电路电原理图。
IC卡及其读写电路包括IC卡、引线插座CZ1、IC卡插座CZ2、移位寄存器IC5、数码显示器XS、按键开关K、电阻和指示灯LD，引线插座Z1分别与单片机IC1和IC卡插座CZ2电连接，CZ2的2脚和3脚分别与移位寄存器IC5的输入端1脚和8脚相连，移位寄存器IC5的输出经电阻接数码显示器XS的输入端，按键开关分别接引线插座CZ1的7脚、8脚及IC卡插座Z2的6脚。
电池充电及供电电路由电源变压器T、电压抑制器TVS1、TVS2、电容C1-C10、电阻R10、二极管D1-D8、D14、D15、三端稳压器WY1、WY2、电感L1-L3和可充电电池B组成，交流电源的输入并接电压抑制器TVS1后经由C1、L1、L2和C2组成的低通滤波器与电源变压器T的初级绕组相连，次级绕组L1接由二极管D1-D4组成整流电路的输入端，其输出端并接电容C3、C4和电压抑制器TVS2后接三端稳压器WY1的输入端，其输出经由电感L3和电容C5、C6组成的谐波抑制器后输出一个直流电压，次级绕组TL2接由二极管D5-D8组成的整流电路的输入端，其输出并接有三端稳压器WY2，其WY2输入、输出端分别并接电容C7、C8和C9、C10。
复位脉冲电路由三极管BG4、电阻R11-R13、电位器W1、电容C16、C20、二极管D12、D13和继电器J1组成，电容C20并接于三极管BG4的基极与发射极间，其C20的负端和三极管BG4发射极的节点接地，电位器W1和电阻R11串接后与二极管D13并接，其节点与电容C20正端、三极管BG4基极的节点相连，三极管BG4的集电极串接继电器J1，J1的常开接点J1-1的一端串接电容C16后与单片机IC1的1脚相连。
断电保护电路由二极管D9、D10、电阻R1、R2和三极管BG3组成，二极管D9、D10的正端分别接电源变压器T的次级绕组TL2的输出，其负端相连后经电阻R1接三极管BG3的基极，BG3的发射极接地，其集电极接光电隔器IC4的4脚。
电能检测电路由传感器S、电阻R8、R9和三极管BG2组成，传感器S可为红外发射接收传感器、光电转换传感器的其中之一，三极管BG2的基极接传感器S的输出，BG2的发射极与电阻R9一端的节点输出接整形电路的输入端，R9的另一端接地，BG2的集电极按直流电源。
整形电路的由施密特触发器IC3和外围元件电容C12、C13组成，其IC3的输入端1脚和5脚分别接电能检测电路和光电隔离电路输出，IC3的输出端2脚和6脚分别接单片机IC1的输入端9脚和6脚。
光电隔离电路由光电隔离器IC4和外围元件电阻R3-R7组成，其IC4的输入端2脚接单片机IC1的输出端11脚，输入端4脚接断电保护电路的输出，IC4的6脚输出接整形电路的输入端，其7脚输出接输出控制电路的输入端。
输出控制电路由三极管BG1、二极管D11、电阻R6和继电器J2组成，三极管BG1的基极接隔离电路的输出端7脚，其发射极接地，继电器J2串接于BG1的集电极，J2的常开接点J2-1串接于电表的输出端。
数据记忆电路由E2PROM芯片IC2和外围元件电容C19、C20组成，IC2的1-4脚与单片机IC1的14-17相连，其IC2的5脚接地，6-8脚接直流电源。
下面分别描述各部分的工作原理交流电源如图2所示，输入的220V电源经瞬时电压抑制器TVS1(TVS可有效地抑制交流电网浪涌电压的峰值或因雷击时产生的外界高压)和由电容C1、C2和电感L1、L2组成的低通滤波器后，将叠加于交流电源中的干扰信号滤掉，接入电源变压器T的初级线圈，T的初次绕组和次级绕组及两次绕组间采用双层屏蔽，第一层接12V的地线(即模拟地)，另一层接5V电源地(数字地)。变压器的次级分两组输出，一路供5V电源。接D1-D4组成的桥路输入端，其输出经电容C3、C4的滤波，再经一级瞬时电抑制器TVS2后，接入三端稳压器WY1的输入端，WY1的输出经由电感L3和电容C5、C6组成的谐波抑制器为数字电路提供一个稳定可靠地5V电源。变压器T的另一次级绕组TL2经D5-D8桥式整流、电容C7、C8的滤波、三端稳压器WY2和电容C9、C10的再次滤波为继电器驱动电路和断电保护电路提供12V电源。
IC卡及其读写电路如图3所示，它包括与单片机串行口联接的引线插座CZ1、IC卡插座CZ2、三片164移位寄存器、三组共阳数码管、电阻R15-R37、R0、按键开关K和指示灯LD。为了使用方便，此部分与电度分别装配。当未插入IC卡按下K键时，由CZ1的8脚向单片机7脚输出一个低电位的中断信号，单片机将存贮器中存贮的信息经引线插座CZ1的3、4脚、IC卡插座CZ2的2、3脚输入给三片164移位寄存器的1、8脚输入端，经限亮电阻R15-R36由数码管显示当前所存贮的电量值。当插入IC卡按下K键时，由CZ1的8脚向单片机7脚输出一个低电位的中断信号，单片机将存贮在IC卡上的密码、用户编码及所购的电量读入内存，进行校验无误后，将剩余的电量与新读入的电量相加之和输出到数码管显示。报警显示，当单片机存贮的电量小于某一确定值如5时，单片机的8脚输出低电平，相应CZ1的1脚为低电平，5V电源经限流电阻R37、指示灯LD接通，LD发光提示用户需要购电。
电能检测电路如图2所示，传感器S采用红外发射接收传感器，将原电表的旋转铝盘上涂一宽3mm、长6mm的黑色标志，将红外发射接收器安装在距旋转铝盘5mm处，当旋转铝盘的黑色标志对应红外传感器时，接收器接收到的反射波最小，即接收器处于截止状态，BG2的基极无电流通过，BG2截止，无输出。当黑色标志转过，接收器接收到较强的反射波，使得BG2导通，BG2的发射极为高电位输出给施密特触发器(74LS14)的1脚输入端，经整形由2脚输出至单片机的计数端9脚，即旋转铝盘每转一圈就有一个脉冲输出到单片机计数端，由程序控制每输入一个脉冲，单片机内存贮的当前电量值就相应减少。
可充电电源、数据记忆电路和复位脉冲电路的作用，主要用于在220V电源停电后，及时可靠地将单片机的现场信息如电表旋转铝盘转动的圈数及当前的电量值等信息保存起来，以备来电后重新启用，以及在复电后为单片机提供高质量的复位脉冲。下面对其工作原理分别进行描述可充电电源和数据记忆电路为了提高系统能连续可靠的运行，本实用新型对停电时的现场数据采用双重存贮的保护措施。一方面由数据记忆电路将现场数据保存起来，数据记忆电路由可读写的E2PROM芯片和外围元件电容C10、C20组成。当停电时，单片机的6脚首先得到停电中断信号，即启动数据记忆电路，将单片机内的现场数据存贮到E2PROM中。另一方面由可充电电源在出现停电中断信号时，自动切换到由镉镍电池供电方式，及时给单片机提供电源，保存单片机内的现场数据。可充电电源由可充电电池B、二极管D14、D15、电阻R10和电容C17、C18组成。当停电时，断电器J1-1的常开接点断开，可充电电池B经二极管D15和电容C17、18滤波直接给单片机20脚供电。以保证单片机ROM中的数据不丢失。此时单片机的耗能只有约50μA的电流，即使数十天不来电，可充电电池也可维持单片机的正常工作。当在正常供电时，+5V电源通过二极管D14和电容C17、C18滤波给单片机20脚供电，同时经二极管D14和电阻R10向可充电电池B充电。
复位脉冲电路它由三极管BG4、二极管D12、D13、继电器J1、电阻R11-R13、电位器W1和电容C20、C16组成。主要是在重新来电后为单片机提供一个延时的上电复位脉冲。当复电后，由于电容C20两端的电压不能突变，使得三极管B4不能立即导通，相应继电器J1不能吸合，即不能为单片机供电。当C20两端的电压充到足使BG4导通时，BG4导通，继电器J1-1常开接点吸合，为单片机提供+5V电源，同时在电容C16上产生一个幅度足够大的复位脉冲，送入单片机的1脚，使单片机复位，进入正常工作。电位器W1、电阻R11和C20组成一个延时电路，调节W1可调整C20的充电时间常数，即可实现不论停电时间多长或多短的情况下，都可为单片机提供一个稳定可靠地复位脉冲，保证单片机的正常运行。D13和C20构成放电回路。
输出控制电路、光电隔离电路和断电保护电路的作用，断电保护电路可迅速采集停电信号，经光电隔离电路、整形电路为单片机提供一个停电中断信号。另外当用户所购电量用完，而又无新的电量输入时，输出控制电路自动切断用户供电电源。停电信号是在电源变压器T的次级绕组TL2上采集，经二极管D9、D10和电阻R1接入三极管BG3的基极，在BG3的集电极上得到一个与电源频率相同的50Hz标准脉冲信号。当停电的瞬间，BG3截止，相应光电隔离器的4脚无电流流过，其6脚输出一个掉电保护脉冲，此信号经施密特触发器74LS14整形为单片机的6脚提供一个停电中断信号。当用户所购电量用完，而又无新购电量输入时，单片机的11脚输出一个低电平，与此相联的光电隔离器的2脚就无电流流过，相应的输出端7脚为低电位，三极管BG1截止，继电器J2无电流流过，其串接在电表内控制用户负载的常开触点J2-1断开，即停止了为用户供电。
本实用新型取得的技术进步从高抗干扰电源引入两级瞬间电压抑制器件及采用双层屏蔽电源变压器，使数据地和模拟地分开，可有效地提高防干扰能力，也可有效地抑制流涌电压，大电流的能断产生的电动势，以及外界是电磁场、强火花、雷击的干扰等。在停电后采用双重手段保存现场数据及在复位电路中采用延时电路，保证系统接续工作时准确无误。单片机采用中断控制方式，降低了自身的功耗。将显示和电度分别安装，实用方便。
权利要求1.一种IC卡电表自动计费器，其特征在于它包括单片机IC1、IC卡及其读写电路、电池充电及供电电路、数据记忆电路、断电保护电路、光电隔离电路、输出控制电路、电能检测电路、整形电路和复位脉冲电路，IC卡及其读写电路和数据记忆电路与单片机IC1电联接，断电保护电路的输出经光电隔离电路、整形电路接单片机IC1的输入端，单片机IC1的输出经光电隔离电路接输出控制电路的输入端，电能检测电路的输出经整形电路接单片机IC1的输入端，复位脉冲电路的输出与单片机IC1的输入端相联。
2.根据权利要求1所述的电表自动计费器，其特征在于IC卡及其读写电路包括IC卡、引线插座CZ1、IC卡插座CZ2、移位寄存器IC5、数码显示器XS、按键开关K、电阻和指示灯LD，引线插座CZ1分别与单片机IC1和IC卡插座CZ2电连接，CZ2的2脚和3脚分别与移位寄存器IC5的输入端1脚和8脚相连，移位寄存器IC5的输出经电阻接数码显示器XS的输入端，按键开关分别接引线插座CZ1的7脚、8脚及IC卡插座CZ2的6脚。
3.根据权利要求2所述的电表自动计费器，其特征在于电池充电及供电电路由电源变压器T、电压抑制器TVS1、TVS2、电容C1-C10、电阻R10、二极管D1-D8、D14、D15、三端稳压器WY1、WY2、电感L1-L3和可充电电池B组成，交流电源的输入并接电压抑制器TVS1后经由C1、L1、L2和C2组成的低通滤波器与电源变压器T的初级绕组相连，次级绕组TL1接由二极管D1-D4组成整流电路的输入端，其输出端并接电容C3、C4和电压抑制器TVS2后接三端稳压器WY1的输入端，其输出经由电感L3和电容C5、C6组成的谐波抑制器后输出一个直流电压，次级绕组TL2接由二极管D5-D8组成的整流电路的输入端，其输出并接有三端稳压器WY2，其WY2输入、输出端分别并接电容C7、C8和C9、C10。
4.根据权利要求3所述的电表自动计费器，其特征在于复位脉冲电路由三极管BG4、电阻R11-R13、电位器W1、电容C16、C20、二极管D12、D13和继电器J1组成，电容C20并接于三极管BG4的基极与发射极间，其C20的负端和三极管BG4发射极的节点接地，电位器W1和电阻R11串接后与二极管D13并接，其节点与电容C20正端、三极管BG4基极的节点相连，三极管BG4的集电极串接继电器J1，J1的常开接点J1-1的一端串接电容C16后与单片机IC1的1脚相连。
5.根据权利要求4所述的电表自动计费器，其特征在于断电保护电路由二极管D9、D10、电阻R1、R2和三极管BG3组成，二极管D9、D10的正端分别接电源变压器T的次级绕组TL2的输出，其负端相连后经电阻R1接三极管BG3的基极，BG3的发射极接地，其集电极接光电隔器IC4的4脚。
6.根据权利要求5所述的电表自动计费器，其特征在于所说的电能检测电路由传感器S、电阻R8、R9和三极管BG2组成，传感器S可为红外发射接收传感器、光电转换传感器的其中之一，三极管BG2的基极接传感器S的输出，BG2的发射极与电阻R9一端的节点输出接整形电路的输入端，R9的另一端接地，BG2的集电极接直流电源。
7.根据权利要求6所述的电表自动计费器，其特征在于所说的整形电路的由施密特触发器IC3和外围元件电容C12、C13组成，其IC3的输入端1脚和5脚分别接电能检测电路和光电隔离电路输出，IC3的输出端2脚和6脚分别接单片机IC1的输入端9脚和6脚。
8.根据权利要求7所述的电表自动计费器，其特征在于所说的光电隔离电路由光电隔离器IC4和外围元件电阻R3-R7组成，其IC4的输入端2脚接单片机IC1的输出端11脚，输入端4脚接断电保护电路的输出，IC4的6脚输出接整形电路的输入端，其7脚输出接输出控制电路的输入端。
9.根据权利要求8所述的电表自动计费器，其特征在于所说的输出控制电路由三极管BG1、二极管D11、电阻R6和继电器J2组成，三极管BG1的基极接隔离电路的输出端7脚，其发射极接地，继电器J2串接于BG1的集电极，J2的常开接点J2-1串接于电表的输出端。
10.根据权利要求9所述的电表自动计费器，其特征在于所说的数据记忆电路由E2PROM芯片IC2和外围元件电容C19、C20组成，IC2的1-4脚与单片机IC1的14-17相连，其IC2的5脚接地，6-8脚接直流电源。
专利摘要本实用新型涉及一种IC卡电表自动计费器，它包括核心控制部件单片机和与之连接的IC卡及其读写电路、数据记忆电路，及断电保护电路、光电隔离电路、输出控制电路、电能检测电路、整形电路和复位脉冲电路。其断电保护电路的输出经光电隔离电路、整形电路接单片机的输入端，单片机的输出经光电隔离电路接输出控制电路的输入端，电能检测电路的输出经整形电路接单片机的输入端，复位脉冲电路的输出与单片机的输入端相连。本实用新型抗干扰能力强、工作稳定可靠、自身功耗低、实用方便。
文档编号G07F15/06GK2250547SQ9620904
公开日1997年3月26日 申请日期1996年4月26日 优先权日1996年4月26日
发明者崔振永, 田年宏 申请人:崔振永, 田年宏, 程福祥