专利名称：自校正多功能电子电能表及其网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电能表(电度表)，特别是一种具有多种功能的电子电能表及其网络。
目前家用和小单位使用的电能表存在以下几方面缺点一、无法集中显示各用户用电量，电力管理人员每日都要到各家各户抄表，计算用电量后再向用户收款，工作劳累而繁锁；二、用电量无法控制，特别是超负荷用电和欠费用电，很难对某个用户采取停电措施；三、很难发现偷用电现象，有的人在通过电表前的线路接线偷用电，或私自拆装电能表使读数偏低，给电力部门带来了损失；四、电能表生产厂出厂校检工作繁锁，因为目前电子电能表的检验校正(标定)，大多靠调整电阻值确定，所以每个电能表检验校正到出厂，需要经过许多次反复调整校验，才能得到准确值。这不仅费时、费力、还影响产品的产量和质量。由于存在以上原因，人们对电表提出了一些新的改进，如公开的中国专利912204354公开了一种智能化电子电度表，它由可检测电流、电压、频率、相位的传感器，接收并处理传感器输入信号的控制处理装置，与控制处理装置相连接的数据通讯器，执行电路、磁卡机、液晶显示器等部件构成，其控制处理装置包括单片机，EEPROM、EPROM、A/D、D/A转换器，串行接口等等，数据通信器用无线调频装置传输，这种电度表可进行集中控制；中国专利94230702、95209425、9546566等也公开了一些在电表内装传感器，然后，设立电流变换电路、电源监测电路、漏电监测电路，过压检测电路等，将信号通过传输线传到计算机进行集中管理、控制、计算、显示，以对小区或整个供电住宅进行中央控制管理，遥控收费、计量、限电保护。上述的公开文献报道的电能表功能比现有普通电能表有所增加，解决了集中抄表和用电控制等问题，但有的只是单纯解决远程显示和抄表作用，有的虽然也有控制功能，但结构较复杂，要对现有电能表结构作较大改进，采用磁卡机或液晶显示器的电能表一旦计量电路零件损坏，用户无法知道实际用电量，所以要达到电力部门真正实现计算机控制管理，与实用还有较大距离，更主要的是公开文献中报道的电能表不能进行自校正和标定，即生产电能表的厂家生产标定校正电能表时存在复杂繁锁的修正电阻值的工作，影响产品质量和数量。总的来说，目前的电能表的文献记载的电能表还不能同时做到兼备检测、监控、远程管理、欠费停电、集中调整并具备自校正电表的多功能作用。
本发明的目的是提供一种能克服现有电能表的不足之处，对电力供应部门而言，该表具有远程抄表、远程控制网络、可24小时分时段计费及欠费自行停电的功能；对用户而言该表具有过压保护、过流保护、低压保护、漏电保护等多种保护功能，它可以保证用户的生命财产安全，减少电火灾的发生；对生产企业，该表的智能自校正功能可大大提高生产效率。
本发明解决的技术方案如下在电力管理部门设立一个电脑远程抄表控制中心，在每居民小区安装一个智能管理中继器，在每一个用户安装本多功能电子电能表。小区的智能管理中继器以有线或无线的形式将各用户用电数量及用电费用传给电力管理部门电脑中心，其中有线传输可通过电话线，电视信号线或专线传送，无线可采用调频发射信号形式将电能表的数据发射出去，电力部门按收后需监控时再将信号发送到各用户的电能表上。
本发明的自校正多功能电子电能表包括现有电能表的外壳、电源输入端子、输出端子、计数器、控制芯片、执行机构以及远程信号输出电路等部件，其特点是电表内设有电能计量电路，漏电检测电路、电压检测电路、继电器控制电路、声光报警电路、自校正检测电路、电能检测主控电路、信号传输接口电路等部件。电源输入端串电阻传感器，并接到电能计量电路，然后连到主控电路脚；电源变压器接在电阻传感器后，并经整流，滤波和电压检测电路后接主控电路引脚；漏电检测电路也接在电阻传感器后，另一端接主控前电路引脚，主控电路的其它引脚分别接继电器控制电路，计数器、声光报警电路，复位开关，以及信号传输接口，自校正电路由开关及分压电阻组成。
上述电能检测主控电路(简称主控电路)是本电子电能表的核心，它是具有A/D转换器，EEPROM功能的单片机，一方面对电表的电能计量、电压检测、漏电检测等电路进行比较、分析、控制计数器运转、控制报警电路及喇叭工作，还提供脉冲信号，使继电器线圈工作，控制通往用户供电的继电器触点开或关，还可进行控制自校正电路的检验校正。此外，主控电路除了将数据通过传输接口传送或接收电脑中心的信息外，也能将电力部门传来的数据经处理后使本电能表报警电路工作进行报警、切断电源或接通电源等。
其余各电路的作用及原理为电能计量及计数器是准确计量用户用电的部件，它是在电源输入端接入一个电阻传感器，将用户负载单位时间的用电量经电阻传感器传给电能计量单元处理后送到主控电路进行计数和处理，再控制计数器工作，计数器可采用步进电机式计数器；漏电检测电路是由一个双回路传感器和两个分压电阻构成，它一头与主控电路连接，另一头与负载前的电源串联，当用户负载出现不正常的漏电时，双回路传感器产生电压值，当该电压大于与主控电路设定的电压时，主控电路控制继电器负端工作，切断负载电路；电源提供及过压检测电路包括变压器、整流、滤波器及电压检测电阻，电源变压器初级接电源220V交流电，次级接整流、滤波器后得到5V直流电源，供各电路的工作电源，从滤波器出口，经两个检测电阻与主控电路的一个引脚相连，当电压检测电阻的电压值与主控电路的引脚相比较超出或低于电压保护值时，主控电路也控制继电器负端工作，切断负载电路；继电器控制电路由两个三极管和继电器线圈构成，继电器线圈触点接到电户负载之前；声光报警电路是当用户电路电压不正常、过流、漏电等故障，或用户未按时向电力部门缴纳电费时，由主控电路发出信号，使其报警，该报警电路可采用发光二极管、喇叭或其它电声装置；当用户电压正常或不欠费后，主控电路控制继电器正端工作，触点闭合，恢复供电，或当确认不漏电后，可人工用手指按复位开关，主控电路控制继电器正端工作，触点闭合，恢复供电。数据传输接口是主控制电路将电能计量数据和其他有关的数据，通过RS485接口或CAN接口，将数据送往小区智能管理中继站，它同时也能接收中继站发送来的交费、停电等数据。
自校正电路是本发明的一个重要部件，它包括开关K1，出厂前，当本电能表装配完后，首先需进行标定。标定过程为将K1闭合，然后将本电表接到标准电压源和标准电流源，则该表将自动进行标定。标定的内容为(1)、根据标准电压源和标准电流源，得到标准的功率。在一定时间范围内，计算出瓦特秒误差值，并将此误差值，存入EEPROM中，作为今后修正的依据；(2)、AN0测到的电压值，将一个过压保护的设定值存入EEPROM。今后当AN0引脚电压超过该值的10％或低于该值的70％时，发出保护信号自动断电。(3)、以流过R12串联电阻的电流为最小的漏电保护值先行存入EEPROM中。当今后主控制电路AN1引脚的电压值大于等于此值时，就发出保护信号，自动断电；整个标定过程大约若干秒，本表的标定结束后，将K1打开，本表便可直接出厂。显然，这一自动标定方式，不仅大大提高了劳动生产率，降低成本。提高质量，同时，计量精度和保护的值都能精确的控制，对生产厂、用户、供电部门都能产生积极作用，不会有多收或少收电费的现象。
本发明与已有技术相比，具有的突出的实质性特点和显著的进步为远程抄表和控制中心通过电话线路或无线电与居民小区的智能管理中继器相联接，而智能管理中继器则通过RS485接口或CAN接口与各家各户的本多功能电子电能表相联接。于是，各家各户的各时段的用电量及费用可通过这一远程网络传送到电力部门，电力部门便可实时地掌握各用户的用电情况，可以进行分析、对照和统计，以至最后的计费。当某一用户欠费用电并超出设定的信用额度时，则控制中心可以发出指令对其单独断电或由本电表根据原设定值自动进行断电，不影响其它正常用户用电，避免不必要的纠纷。本电子电能表除具有数据的远程发送、接收以及自动控制断电外，其最大特点是本电子表具有自标定功能；为保护用户的利益，还设有过压保护、漏电保护、过流保护、欠费提示等功能，本电子表按低功耗设计，表耗由用户承担，符合国家有关标准。
以下结合附图描述
具体实施例方式
图1是用户电能表与小区管理中继器连接，及传输到电力系统计算机中心的网络连接图；图2是电能表的电路结构图。
从图1中看到，若干个电能表从用户的RS485接上或CAN接口接点总成通到小区的智能管理中继点中，然后以有线或无线形式传输或发射出去，有线采用电话线，电视传输线或专门的信号线，无线为普通无线发射信号形式，而电力管理部门则用modem与小区的modem连接，天线电接收装置也与发射信号相对应。
电子电表结构图2IC1是具有A/D转换器、EEPROM功能的单片机，为主控制电脑，可采用PIC16C87X系列，或还带有CAN控制的单片机，如MOTOROLA的MC68HC05X4/16/32系列；IC2则是具有RS485接口或CAN接口功能的芯片，如MAX1487或MCP2510、PCA82C251等；IC3为电能电能计量集成电路如AD7751、AD7756等器件。
B1为电源变压器，经整流滤波，为电子电能表供应5V的工作电源；J为磁保持磁继电器。
R1、R2为过压检测电阻，AN0为A/D转换器的输入端等。该引脚的电压超出原设定保护值的10％时，IC1将从RB0端输出一个高脉冲信号，引起继电器J断开，用户电路断电，从而保护用户的用电器具不被损坏。当电压正常后，则IC1的RB1输出高脉冲信号引起继电器J闭合，恢复供电。
B2为漏电检测互感器。R3、R4为分压电阻，AN1为A/D转换器的另一引脚，同样当AN1的引脚电压超过标定值时，RB0输出一个高脉冲信号，引起继电器J断开。起到漏电保护作用，当须复位时，用手指漏电复位开关K2时，则IC1的RB1输出高脉冲信号引起继电器J闭合，恢复供电。
R12、K3作漏电测试用。
LED1为用户用电指示灯。LED2为欠费、催费、标定开始指示灯。LED3为过压、低压、漏电、标定结束指示灯。
K1为校正开关，K2为漏电复位开关，K3为漏电测试开头。
RT为电阻传感器，将信号传给IC3，进行电能计量。
IC1的RA2为接收电能计量IC3输出的未经准确校验的脉冲信号，经过IC1软件校验后从RC4、RC5输出准确的电能计量信号，驱动由步进电机构成的数字码盘BJ，而RC1则输出该表的标准电能脉冲检测信号，用户可在BJ盘看到准确的用电量。
IC4是作为485或CAN接口中继部件。由于每个485或CAN器件仅能连接100个左右的电表，超过该数，则需中继器进行级联。将中继器安置在某个表内，可以减少安装和维护的工作量。本发明电路的连接方式为IC1的数字I/O脚RA2连接到光隔离器IC5的集电极，发射极接地IC5的内部发光管的正极连接到IC3的脉冲输出端。
IC1的A/D转换器引脚AN0连接到由R1、R2的分压电路的分压端，R2的另一端接地，R1的另一端的B1降压整流滤波后的输出端。
IC1的A/D转换器引脚AN1连接由R3、R4组成的分压电路的中心点，R4另一端接地，R3另一端接整流二极管负端，二极管的正端接B2电流互感器的输出端，互感器的输出另一端接地。
继电器触点J(常闭)接在K3、B2之前，用户负载前。
IC1的数字I/O脚RA3、RA3、RA4、RA6、RA7、分别接至IC2-485接口芯片的RO、RE、DE、DI引脚，IC2的A、B引脚分别接到485接口总线上。
IC1的数字I/O脚RC7、RC6、RC2、RB2、分别接至IC4-485接口芯片的RO、RE、DE、DI引脚，IC4的A、B引脚分别接到485接口总线上。该部分是用于扩展485或CAN接点用，起中继器作用。
IC1的数字I/O脚RB5接R11一端，R11另一端接LED3的正端，LED3的负端接地。
IC1的数字I/O脚RB4接电阻R10和K2一端，R10的另一端接正电源5V，K2另一端接地。
IC1的RB3接R9一端，R9另一端接LED2，LED2另一端接蜂鸣器，蜂鸣器另一端接地。
IC1的RB1接R8一端，R8另一端接三极管Q2基极，Q2的发射极接地，集电极接步进马达计数器一端(正端)，步进马达的第三端(电源端)接电源。
IC1的数字I/O脚RB0接RB7，RB7另一端接三极管Q1的基极，Q1发射极接地，Q1集电极接继电器J另一端(负端)。
IC1的I/O脚RC0接R5和K1，K1的另一端接地，R5的另一端接电源。
R12一端接电流互感器的输入端的入口线L线，而另一端接K2一端，K2的另一端，接互感器输入端出口线的N线，继电器J开关一端连在火线(L线)的入线上，另一端连在火线的用户线上。
权利要求
1.一种自校正多功能电子电能表，包括电能表外壳、电源输入端子、输出端子、计数器、控制芯片、执行机构以及远程信号输出电路等部件。其特征在于电表内设有电能检测主控电路IC1、电能计量电路，漏电检测电路，电压检测电路，声光报警电路，自校正检测电路，继电器控制电路、信号传输接口电路，电源输入端串电阻传感器RT，并接到电能计量电路，然后连到主控电路IC1脚；电源变压器B1接在电阻传感器RT后，并经整流，滤波和电压检测电路后接主控电路IC1引脚；漏电检测电路也接在电阻传感器RT后，另一端接主控前IC1电路引脚，主控电路IC1的其它引脚分别接继电器控制电路，计数器BJ、声光报警电路，复位开关，以及信号传输接口。
2.根据权利要求1所述的自校正多功能电子电能表，其特征在于继电器控制电路由三极管Q1、Q2、继电器线圈J构成，继电器线圈触点接到用户负载之前。
3.根据权利要求1所述的自校正多功能电子电能表，其特征在于自校正电路包括开关K1及主控电路IC1。
4.根据权利要求1所述的自校正多功能电子电能表，其特征在于信号传输接口采用RS485接口或CAN接口节点，并且自带中继器。
5.根据权利要求1所述的自校正多功能电子电能表，其特征在于计数器采用步进电机字码计数器。
6.一种如权利要求1所述的自校正多功能电子电能表网络，其特征在于若干个电能表输出的信号线先接到小区的智能管理中继站，再通过有线或无线形式传输到电力管理部门的计算机中心。
全文摘要
本发明提供了一种自校正多功能电子电能表,它由主控电路、电能计量电路、漏电检测电路、过压检测电路、声光报警器、计数器、自校正电路等部件构成,这种电能表可将用户用电量通过小区智能管理中继站,再用无线或有线方式传输到电力管理部门,进行远程统计、计算及控制。本电能表性能可靠,生产厂家校正调整方便,使电力管理部门提高了工作效率。
文档编号G08C17/00GK1280300SQ0012243
公开日2001年1月17日 申请日期2000年8月15日 优先权日2000年8月15日
发明者黄华, 刘漱清 申请人:黄华