专利名称：多用户集中控制的多功能购电控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制装置，具体涉及一种多用户集中控制的多功能购电控制装置。
背景技术：
近几年，随着市场经济的发展，有些国营企业不景气，流动人口不断增多，电费的拖欠和呆坏帐日益严重，已从根本上威胁到了电力企业的生存和发展。以湖南省电力公司为例，至2002年底，其累积应收欠费余额已达34亿元，而该公司每年的利润仅4亿元。要解决电费的拖欠问题，其中一个重要的办法就是改革交费方式，即变“先用后购”为“先购后用”。目前实现这种方式的技术方案主要是把原有的电表换成预付费电表，但这种方式存在较大弊端，主要是1、投资太大。全国仅运行的单相电表就大约有2亿块，单相预付费电表的市场价格为300元/块左右，若全部换成预付费电表，不仅电表购置费用高昂，同时要将原电表拆除，工作量太大。
2、资源浪费。原有运行的单相电表数量庞大，全国仅运行的单相电表资产总额就达150亿元左右，若全部拆除，造成资源的极大浪费。
3、安全性较低。目前预付费电表大多采用IC卡的方式进行预购电量，电表必然要留一个插口，而这个插口很容易受到攻击，使表内数据混乱，同时，电子表受环境影响(特别是电磁骚扰)较大，容易出现故障，从而使表计安全性较低，一旦出现故障，无法进行电量结算。
基于以上原因，虽然欠费不断高攀，但电力部门依然反对大量推广应用预付费电表。
为回避上述弊端，有人开始设计多用户预付费电表，即几个用户合用一块预付费表，这种方案一定程度上解决了投资较大的问题，但原有电表的资源浪费问题和安全性较低问题没有解决，特别是安全性问题尤其突出，当多用户表由于各种原因故障时，其多个用户的数据都丢失了，从而无法进行电量结算。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是解决原有电表先用电后交费，电费拖欠严重以及目前把原有电表更换成预付费电表投资大、资源浪费严重、易受攻击、安全性差、故障率高的问题；本实用新型之目的旨在提供一种多个用户共用一个控制装置、极大降低成本、节约资源、减少投资、计量和控制实现彻底分离、杜绝拖欠电费和计量纠纷、安全性能好、施工简单方便的多用户集中控制的多功能购电控制装置。
本实用新型采用的技术方案是这种多用户集中控制的多功能购电控制装置，以单片微处理器为核心，分别连接IC卡插口电路、并行/串行输入单元、串行/并行输出单元、存储器、显示装置、电源；多用户的原表计电能脉冲信号连接至并行/串行输入单元的并行输入口，并行/串行输入单元的串行输出口连接单片微处理器，原多个表计的多个电能脉冲信号转换为串行格式、逐位逐次送入单片微处理器，单片微处理器进行数据处理，单片微处理器的各种数据以串行方式送显示装置快速逐位扫描显示，存储器的数据线、时钟线与单片微处理器相连，交换数据、存储数据，IC卡插口电路的数据线、时钟线也与单片微处理器相连接，购电IC卡通过IC卡插口电路与单片微处理器进行数据交换，单片微处理器的输出控制信号连接至串行/并行输出单元的串行输入口，串行/并行输出单元的输出信号通过插座连接至断电机构。
主要技术指标1、额定工作电压220V；工作电压范围176V～264V，极限耐压415V，4小时2、工作环境温度-40℃～+65℃3、防尘、防水密封IP544、电磁兼容1)浪涌4KV；2)脉冲群4KV；3)空间电磁场10V/m；4)传导10V；5)无线电干扰B级；6)防静电8KV(接触放电)、15KV(空气放电)5、电能脉冲采样准确度E1-E2≤1％E1，其中E1为电度表的电量读数，E2为控制装置的电量读数，计算周期为30天(一个抄表周期)。
6、控制电流1)单相220V 5(20)A、10(40)A，断电装置漏电开关、空气开关、磁保持继电器；2)三相四线380V 10(40)，20(80)A，1500A，断电装置空气开关；3)三相三线10KV 630A，断电装置六氟化硫开关7、控制用户1)单相，6-16户；2)三相，1户8、显示8位LED(数码显示管)，其中2位标识码，5位整数数据位，1位小数数据位9、IC卡及卡座寿命10万次10、功耗单相，3W/12VA 三相，3W/12VA本装置的优点1、先购后用，彻底杜绝欠费日益巨额的欠费黑洞，不断扩大的坏帐风险，千辛万苦却收效甚微，经营风险日渐加大。改革电费结算方式无疑是解决问题的重要途径。本装置将配合台区管理和两电分离，变“先用后购”为“先购后用”彻底解决了长期困扰电力企业电费回收问题。
2、原表结算，避免计量纠纷本装置不改变原有计量表计，只做购电控制使用，结算仍按原表进行，避免了预付费电能表容易受到攻击而导致数据混乱的风险，同时避免了双表计量数据不一致的问题以及机电一体机械表码与电子表码不一致的问题。
3、施工简单，只需导线对接本装置施工非常简单，只需要将原有机械表或电子表计的脉冲输出线，接入本装置。若原有机械表没有脉冲输出，可在机械表上加装一个光电转换器。
4、以一托多，投入产出比高多个用户(单相为6-16户，三相1户1个)共用1个控制装置。分摊了设备的购置成本，减少了固定资产投入，一块单相预付费电表为300元人民币左右，现在若以10户共用一台控制装置，只需每户分摊60元，成本下降了80％。
5、降低抄表成本，加强现场监管抄表周期加长(如每年一次)，抄表成本降低，又规避了装用预付费电能表长期无人到现场监管的问题，因此抄表工作又可交给用电检查人员进行。
图1为本实用新型电原理框图图2为本实用新型实施电路图具体实施方式
参见图1，本实用新型以单片微处理器为核心，分别连接IC卡插口电路、并行/串行输入单元、串行/并行输出单元、存储器、显示装置、电源；多用户的原表计电能脉冲信号连接至并行/串行输入单元的并行输入口，并行/串行输入单元的串行输出口连接单片微处理器，原多个表计的多个电能脉冲信号转换为串行格式、逐位逐次送入单片微处理器，单片微处理器进行数据处理，单片微处理器的各种数据以串行方式送显示装置快速逐位扫描显示，存储器的数据线、时钟线与单片微处理器相连，交换数据、存储数据，IC卡插口电路的数据线、时钟线也与单片微处理器相连接，购电IC卡通过IC卡插口电路与单片微处理器进行数据交换，单片微处理器的输出控制信号连接至串行/并行输出单元的串行输入口，串行/并行输出单元的输出信号通过插座连接至断电机构。
装置工作时，只需将原运行的多个(最多可达16个，为画图方便，以3个为例)电能表的电能脉冲输出信号接至本装置。装置的并行/串行输入单元接收从原运行的多个电能表发出的多个并行电能脉冲信号，经抗干扰滤波后，通过并行/串行转换，将多个并行脉冲信号转换成串行信号，送MCU，MCU根据串行信号自动识别各个特定电能表发出的脉冲，并分别累计电能脉冲数，并将累计电能脉冲数转换为累计用电量。
用户购买电量后，将购电卡插入控制装置的IC卡插口电路，卡中购电量等数据由MCU“读入”。MCU根据IC卡中的密码自动识别不同的用户，并将购电量累加到相应的剩余电量中。
MCU每检测到一个基本用电量单位即一个电能脉冲，就从剩余电量中减去一个基本用电单位，当某块电表的剩余电量不足时，MCU驱动报警装置(声光告警、LED光告警、电铃声告警)报警，提醒对应电表用户及时购电，剩余电量用完后，MCU通过串行/并行输出单元发出指令驱动对应断电装置断电。
MCU会及时存储累计用电量和剩余电量等相关重要和必要数据至存储器中保存，以便停电时这些数据得以保存。
MCU可根据需要将有关数据通过快速逐位扫描方式进行显示，位选择信息由MCU输出信号送入译码器，再由译码器送出LED的位选择信号，每位LED的数据由MCU通过串行/并行寄存器输入，并由LED进行显示。
本“一托多”购电控制装置，充分利用原有电表资源，从原多个(最多可至16个)电表取脉冲信号进行计量，用户到电力部门购电，电用完后断电，用户的最终结算电量以原有电表为准。该购电控制装置只做购电控制用，实现了计量和控制的彻底分离，从根本上解决了投资太大，浪费资源，安全性较低的问题。
参见图2，来自八户(最多可扩展到16户)原表的电能脉冲信号送至PP0-PP7，经过由4片(U102A、102B、U103A、U103B、U104A、U104B、U101A、U101B)运算放大器(每片有两个运算放大器，型号LM2903)构成的抗干扰滤波电路，再送至并行/串行转换位移寄存器(代号U108，型号74LS165)，该寄存器的串行输出口(代号QH，管脚号9)将已转换为8位串行格式的、经抗干扰处理后的原表电能脉冲信号逐位、逐次地送入单片微处理器(代号U105，型号W78E52B)。
该单片微处理器中的各种数据(如累计用电量、剩余电量、报警电量和报警指示等)以串行方式送至LED显示器(共4只，每只2个7段显示管)，其代号分别为D101、D102、D103、D104，共8个带小数点的7段LED显示管，显示方式为快速逐位扫描，位选择信号由单片微处理器(代号U105，型号W78E52B)的代号分别为P1.2、P1.1、P1.0，管脚号为3、2、1的I/O口送入3入8出译码器(代号U109，型号74LS138)，再由该译码器送出LED的位选择信号，译码器的代号为Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7，管脚号为15、14、13、12、11、10、9、7，其共有8个输出口。这8个输出口送位选择信号至四组(共8个)LED的位选脚(代号DG1、DG2，管脚10、5)每位LED的数据以串行方式由代号为P1.4、管脚号为5的单片微处理器(代号U105，型号W78E52B)的I/O口送至串行入并行的位移寄存器(代号U107，型号74LS164)的串行输入口(代号为A、B，管脚号1、2)，再由该位移寄存器的并行输出口(代号Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7)以并行方式送至被选中的LED数据线(代号分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，管脚号分别为7、6、4、1、3、8、9、2)。
数据被保存在E2PROM(代号为U106，型号为24LC16)的存贮器中。该存贮器中数据和单片微处理器中的数据以串行方式交换。存贮器的数据线(代号为SDA，引脚号为5)和单片微处理器的代号为P2.3、引脚为24的I/O相连接，存贮器的时钟(这里指时序)线(代号SCL，引脚号6)和单片微处理器的代号为P2.4、引脚号为25的I/O相连接。
购电卡、其他管理卡和单片微处理器的数据交换方式也为串行方式。IC卡插卡(代号U111)中的、代号为I/O、引脚号为6的引脚为串行数据线，该数据线和单片微处理器的代号为P3.6、引脚号为16的I/O相连接，两者以并行数据交换。IC卡插卡(代号U111)中的代号为CLK、引脚号为4的引脚为时钟(这里指时序)输入引脚，它和微处理器的代号为P3.5、引脚号为15的I/O相连，以接收由微处理器送来的用以读写IC卡数据的逻辑时序信号(即时钟)。
断电机构的跳闸断电信号由微处理器中代号分别为P0.0、P0.1、P0.2、P0.3的I/O口送至4→16译码器(代码为U110，型号74LS154)，该译码器产生最多16路跳闸信号(一般使用8路，扩展时可多至16路)，该译码器的引脚为17、16……、1的输出线送跳闸信号至代号为J103的插座上。
单片微处理器对各用户的购电、用电数据进行数据处理，对于剩余电量为0的用户，单片微处理器输出断电控制信号，连接至串行/并行输出单元的串行输入口，串行/并行输出单元的并行输出口输出的断电信号，连接并驱动对应的断电机构断电。
权利要求1.一种多用户集中控制的多功能购电控制装置，其特征在于以单片微处理器为核心，分别连接IC卡插口电路、并行/串行输入单元、串行/并行输出单元、存储器、显示装置、电源；多用户的原表计电能脉冲信号连接至并行/串行输入单元的并行输入口，并行/串行输入单元的串行输出口连接单片微处理器，原多个表计的多个电能脉冲信号转换为串行格式、逐位逐次送入单片微处理器，单片微处理器进行数据处理，单片微处理器的各种数据以串行方式送显示装置快速逐位扫描显示，存储器的数据线、时钟线与单片微处理器相连，交换数据、存储数据，IC卡插口电路的数据线、时钟线也与单片微处理器相连接，购电IC卡通过IC卡插口电路与单片微处理器进行数据交换，单片微处理器的输出控制信号连接至串行/并行输出单元的串行输入口，串行/并行输出单元的输出信号通过插座连接至断电机构。
2.根据权利要求1所述的多用户集中控制的多功能购电控制装置，其特征在于并行/串行输入单元为多用户的原表计电能脉冲信号经过由运算放大器构成的抗干扰滤波电路后，再连接至并行/串行转换位移寄存器，该寄存器的串行输出口将脉冲信号送入单片微处理器。
3.根据权利要求1所述的多用户集中控制的多功能购电控制装置，其特征在于显示装置的位选择信号由单片微处理器I/O口输出信号送入译码器，再由译码器送出LED的位选择信号，每位LED的数据由单片微处理器通过串行/并行寄存器输入，并由LED进行显示。
4.根据权利要求1所述的多用户集中控制的多功能购电控制装置，其特征在于单片微处理器对各用户的购电、用电数据进行数据处理，对剩余电量为0的用户，单片微处理器输出断电控制信号，连接至串行/并行输出单元的串行输入口，串行/并行输出单元的并行输出口输出断电信号，连接并驱动对应的断电机构断电。
专利摘要一种多用户集中控制的多功能购电控制装置，以单片微处理器为核心，多用户的原表计电能脉冲信号经并行/串行输入单元转换后送入单片微处理器进行数据处理，单片微处理器将各种数据送显示装置显示、存储器存储，用户购电IC卡通过IC卡插口电路与单片微处理器进行数据交换，单片微处理器输出控制信号经串行/并行输出单元转换后连接控制断电机构。本实用新型充分利用原有电表资源，多用户集中控制，实现计量和控制的分离，从根本上解决了电表改造投资大、浪费资源、安全性低的问题。
文档编号G01R22/00GK2641662SQ03248368
公开日2004年9月15日 申请日期2003年7月29日 优先权日2003年7月29日
发明者陈向群, 杨宗纲 申请人:陈向群, 杨宗纲