专利名称：电度表分时记录和负荷控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电功率测量装置和数据处理设备，尤其是利用CMOS单片机对电度表的运行数据进行处理的装置。
我们使用的电能绝大多数是取自电网的交流电，而交流电只能现发现用，不能贮存，所以在用电高峰时，既使发电机处于满负荷运行也满足不了电网的用电需求，反之，在用电低谷时，发电机只能欠负荷运转，从而导致发电效率的降低。为此，供电部门拟采用高峰用电高价计费，低谷用电低价计费这一经济调控手段，促使工业用电大户为降低生产成本，而多用低价电，以期达到供电网络的平衡，从而充分发挥发电机效能，在不增加装机容量的情况下多发电，发好电。
专利技术88200233提出用石英时钟计时电路控制三个电度表轮换投入的方式分别计量高峰。低谷和常规用电的装置;该装置虽能达到分时计量之目的，但是往往需要更换大配电盘才能同时装得下三块电度表和一个时控装置，存有装配不便之虞;抄表时，需对三块电度表的度数进行换算才得到实际用电量，给抄表员增加了工作量;电度表的投入和切出都是靠相应带有一定负荷接点的接通或断开来实现的，所以还容易产生接触不良和影响计量精度，工作噪声大，功耗大等不足。因此该装置的运行可靠性和计量准确性均是比较低的。
目前，供电部门还广泛采用按装电力定量器和限电器等手段，以控制工业用电大户在高峰用电时域内的负荷和总申请计划用电量，以期使用电网络趋于平衡和达到计划用电之目的;但是同时采用这些分立设备才能达到上述目的，无异为用户造成按装和维修不便，且功能单一，可靠性差，造价高。
本发明的目的是为推行分时计价机制，用经济手段调控用电网络的平衡和限定用户按计划用电，提供一种同时具有分时记录用电量，限定瞬时负荷和累计负荷三种功能于一体的功能强，可靠性高.体积小.装配和使用方便的用电量分时记录和负荷控制装置。
为实现上述任务，本发明采取的解决方案是用铁板材料制做成可以实现电磁屏蔽的长方形壳体，这种结构与电度表协调一致且便于在配电盘上按装，面板的上部是六只数码管，可由它读出分时用电数据，面板中部有二只键用于抄表和清零，同时还有报警指示灯和为接打印机而设置的打印接口，面板下部为一接线合，内有交流电源接线，光电开关接线，浮充电池开关，调时，进位，置位，复位键。正常运行时，用铅封封签。壳体左侧有电池合，外接电源接线柱和报警/断电接线柱。
电路的核心部分是单片机主机系统，本发明采用的是工作电流仅十几毫安的CMOS单片机，在它的供电回路，并联有浮充电源，当交流电源断电时，由它为CMOS单片机供电。
光电开关装在电度表铝盘旁，用以采集铝盘的旋转信息，铝盘每转一周，光电开关向单片机发出一电脉冲，单片机对光电开关发来的脉冲个数和间隔进行运算处理，即可得到各种用电数据。
本发明的程序有初始化和并行的二个工态模块，第一工态是时间设置和为第二工态提供时域信息，第二工态是用电信息处理，能给出总用电.高峰.低谷和常规用电四组数据及用户是否超负荷或超计划用电，必要时，可送出声光报警和切断供电。
采用上述措施后，本发明具有如下特点抄表方便直观，不用换算就可读到总用电.高峰.低谷和常规四组用电数据，并兼具电力定量器和限电器功能，有利于计划用电的实施。
功耗低.寿命长.体积小.按装方便，易于推广;
无机械和电气转换触点，运行可靠，噪音小。备有打印接口，便于实现抄表自动化。
下面结合附图和实施例做进一步详细说明。
图1是整体结构外形图。
图2是电路功能框图。
图3是光电开关按装示意图。
图4是程序功能框图。
本发明整体结构如(图1);壳体(19)用铁板制做以屏蔽配电室内强电磁信号的干扰，面板上部为六位数码显示器(4)，中部有抄表和清零两键(2)，瞬超和累超报警灯(3-1)和打印接口(0)，下部为接线合(24)，合内有光电开关接线柱(5-4).调时.进位.置位.复位四键(2)，交流电源接线孔(23);浮充电池开关(22);系统正常运行时，用铅封(25)封签;壳体左侧下部有浮充电池合(20)，外接电源接线柱(21)和外引报警/断电接线柱(3-2)。
电路功能框图如(图2)，单片机(1)与键盘(2)，显示器(4)和供电系统(11)组成单片机通用系统;本发明采用CMOS型87C51单片机或其它类似功能CMOS单片机;若采用80C31或类似外接EPROM的单片机及CMOS程序存贮器和地址锁存器时，虽然体积稍大，但可降低造价和增大编程自由度。
本发明的电源系统(11)包括进线滤波器(10).变压器(9).稳压器(7)及外接电源接口(12)和浮充电池(13);变压器(9)容量为2-5W输出电压8-12V，进线滤波器(10)串接于变压器(9)和供电电源之间，用1A电流容量的任何型号皆可，用于滤除电网系统的一些干扰信号，以净化电源;经变压整流后的输出，一路直接供数码显示器(4)，一路供稳压器(7)，稳压器(7)输出分为三路，一路5.7V经隔离二极管(6)为CMOS单片机(1)和浮充电池(13)供电，第二路5.7V为光电开关(5)供电，第三路5V为除单片机(1)以外的其它电路供电;浮充电池(13)采用密封式可充电电池组成4.8V电池组装入壳体(19)侧面的电池合(20)内，电源正常供电时的浮充电压高于电池组的端电压，使它处于浮充状态，以补充和维持电池容量，电源停电时，它又为CMOS单片机供电以维持单片机的运行，由于在稳压器(7)和浮充电池(13)之间接有隔离二极管(6)，就使得浮充电源电流不倒灌而只能为单片机(1)供电，从而可使浮充电池(13)的容量和体积大大减小和延长供电时间，外接电源接口(12)是为需长时间停电时外接9-12V大容量蓄电池时使用。
在上述通用单片机系统的基础上，本装置还有数据采集单元(光电开关(5))和报警输出系统(3)。图3是光电开关结构及按装示意图，它按装于电度表铝盘(16)旁边，以接收电度表(15)的运行信息，并通过屏蔽引线(14)，将信号传递给单片机，引线(14)首端是光电开关(5)，终端接于接线合(24)内的光电开关接线柱(5-4)上。当采用透射式光电开关(图3-a)时，它的光轴要正好落在铝盘校表小孔(18)运行轨迹的园周上，以使小孔(18)在横切光轴时，使光电开关(5)的光电管(5-2)能接收到红外发光管(5-1)发来的红外光，并转变成一个正向电脉冲发送给主机系统(1);当用反射式光电开关(3-b)时，需调整反射式光电开关(图3-b)的前端面(5-3)与键盘(16)园周端面的相对距离，使红外光电管(5-2)处于最佳接收灵敏点上，当铝盘(16)园周端面上的漆标(17)转到光电开关(5)的位置时，它阻断了发光管(5-1)射往光电管(5-2)的光，从而产生一个负向电脉冲信号。单片机(1)对采集到的脉冲个数进行累积，当达到一度电的进位值时，便对总用电记录区加一，同时将对应时域的记录区也相应加一(当采用互感器时，而是加互感器的倍数);当单片机(1)检测到用户的用电量已接近计划用电度数时，则送出声光报警(3)，用户若不及时停止用电，而达到计划用电数时，则切断用户供电;单片机(1)若检测到脉冲间隔时间短于标准负荷时间时，用户已处于超负荷用电状态，也及时送出声光报警信号(3);若此时用户及时压了负荷，则报警消除，否则超过一定时间，则切断用户供电;一旦发生切断用户供电的情况，只能报请供电部门予以复位送电。单片机(1)检测到瞬时超负荷或累积超负荷时，将发出报警信号，驱动装在面板上的发光二极管报警灯(3-1)，同时，该信号通过光电隔离或继电器隔离后，由位于机壳左侧的外接报警/断电接线柱(3-2)引出，以便控制值班室的报警装置和切断供电。
本发明程序功能框图如(图4)。上电时，先执行初始化设置好各种初始工作状态，并送显年月日，按调时键或延时30秒均可转入第一工作状态，该工态承担设置和校准时间，按调时键时，年位闪动，按进位键则年进位，将年调在所需年份上;再按调时键，月位闪动，依次调好月.日.时.分，调分时除分进位外，并停止时间运行和将秒值清零，直至调好分值再按调时键时才启动走时。在第一工态正常显示时.分.秒时，按进位键可使秒清零，若清零时的秒值大于或等于30秒时，分位加1;小于时，分位不变，可以用此功能校准走时误差。调完时间后，按置位键转入第二工作状态，该工态承担用电信息处理和抄表.复位.清零及电表计数.报警值.互感倍数的设置。初次转入该工态时，显示器全显零，按置位键高字位闪动，按进位键闪动位进位。依次将六位显示设置成与电度表同步运行的数值上，再用同样方式设置好，小数值.报警值和互感倍数。抄表时，按抄表键即得到总用电.高峰.低谷和常规用电四组数据，抄完表时，按两次清零键将用电数据区清零。为防止按其它键时错按清零键而丢失数据，第一次按清零键只是将小数点送显以提示是否真要清零;第二次按清零键才执行清零功能，并清小数点位。若错按清零键，则30秒后将自动清除记忆位和熄灭小数点。复位键设置在接线合内，一旦发生超负荷或超计划用电而断电时，只能报请供电部门开封复位送电，以此起到促使用户按计划用电之目的。
两种状态可通过调时键和置位键互相转换。第一工态的时间基准来自定时器中断，它能支持50年的日历自动走时，自动识别大小月和润年;第二工态的数据采集使用外部中断，亦可用口线扫描，其效果一样。
权利要求
1.一种电度表分时记录和用电控制装置，它包括由铁板制做的类似电度表形状的长方壳体(19)，在面板上装有数码管(4)，键盘(2)，报警灯(3-1)和打印接口(0)，面板下部是由铅封(25)封起来的接线合(24)；电路主机系统(1)采用CMOS单片机，或用CMOS程序存贮器，地址锁存器和EPROM外接式单片机；键盘(2)包括调时.进位.置位.复位.清零.抄表六键，用于抄表.清零.复位和设置日历时间.电表计数及其它设定值；其中抄表和清零二键在面板上，其余四键在接线合(24)内；数码显示器(4)用于显示时间和用电信息；供电系统(11)包括进线滤波器，(10).变压器(9).整流器(8).稳压器(7)和外接电源接口(12)；其特征在于它还包括光电开关(5)，按装于电度表铝盘(16)旁，用于采集电度表(15)的运行信息，通过接线合内的光电开关接线柱(5-1)送至单片机的外部中断或其它口线上；浮充电池(13)与单片机(1)并联接在稳压器(7)的5.7V输出端上，停电时，浮充电池(13)为单片机(1)供电，正常供电时处于浮充状态以补充和维持能量，串接于稳压器(7)和浮充电池(13)之间的隔离二极管(6)用于防止电源停电时浮充电池(13)的电量倒灌，隔离二极管(6)的正极接于稳压器(7)一端；报警系统(3)用于超负荷或超计划用电时的报警和断电，由单片机(1)报警线推动的发光二极管报警灯(3-1)，装于面板上，报警线由位于电池合(20)上边的经光电隔离或继电器隔离后的外接报警/断电接线柱(3-2)引出；主程序(图4)由并联的第一和第二工态模块及初始化段组成，第一工态是日历走时，为第二工态提供时间基准，第二工态为用电信息处理；抄表时按动装在面板上的抄表键(2)即可在显示器(4)上读到总用电，高峰用电，低谷用电和常规用电四组数据。
2.如权力要求1所述的电度表分时记录装置，其特征在于采用透射式光电开关(图3-a)时，要使光电开关(5)切口部位的光轴正处电度表铝盘校表小孔(18)运动轨迹所处的园周上，以使铝盘，(16)每转动一周，保证光电开关(5)通光一次;采用反射式光电开关(图3-b)时，要使其工作端面(5-3)与铝盘园周端面平行并位于接受灵敏度最高的位置上。
3.根据权力要求1所述的电度表分时记录装置其特征在于浮充电池(13)采用全密封式4.8V可充电电池，并装入机壳左侧的电池合(20)中，外接电源接口(12)可联接9-12V蓄电池。
4.根据权力要求1所述的电度表分时记录装置其特征在于本发明的程序(图4)包括第一工态，第二工态二个模块和初始化段。第一工态为日历走时系统，它由调时和进位二键支持，具有定时器中断，日历走时，时间设置和调整功能;第二工态为用电信息处理模块，由置位、进位、复位、清零和抄表五键支持，具有外部中断，用电信息处理，抄表、清零、复位和设置电表读数及其它设定值。互感器倍数等。上电后执行初始化程序，设置好系统所需各种初始状态，通过按调时键或延时30秒，转入第一工态，用于设置日历时间，按置位键转入第二工态设置电表读数，每度电所需铝盘转数。互感器倍数和其它设定值，尔后转入用电信息处理，接收由光电开关(5)送来的电脉冲信号，单片机根据铝盘的转数及每转一圈所需的时间，经计算后可得到总用电量。高峰，低谷和常规用电四组数据以及用户是否处于超负荷或超计划用电状态，当达到报警值时，单片机送出报警信号，达到断电设定值时，将送出断电信号切断用户的供电，运行在第二工态时，按调时键即可转入第一工态，运行在第一工态时，按置位键即转入第二工态。
全文摘要
本发明公开了一种电度表分时记录和用电控制装置。本装置采用CMOS单片机及浮充备用电源系统，它具有日历走时和用电信息处理两并行的工作状态。本发明利用光电开关采集电度表的运行信息，经计算后得出各种用电数据，按抄表键可在显示器上分别读到总用电量，高峰，低谷和常规用电四组数据，同时还备有打印接口，当用户处于超负荷或超计划用电时能及时报警和断电。由于采用了CMOS高性能单片机，所以本发明同时具有电度表分时记录，电力定量和限电器三种功能，且体积小，功耗低，可靠性高。
文档编号G01R11/56GK1091833SQ9310217
公开日1994年9月7日 申请日期1993年3月2日 优先权日1993年3月2日
发明者刘锡 申请人:潍坊电子器材组装厂, 刘锡