专利名称：具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表ic卡预收费装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，属于电子控制计量仪器类。
随着社会的进步时代的发展，电作为人们生活必需品，已广泛使用于世界几乎每一个角落，在城市和较为发达的地区，电更是时刻不可缺少，电力生产业和电管行业也随用电量的迅猛增长日益发展。但是，多年以来，我国的电业管理延用的一直是用户先用电，电业管理部门定期到用户家中抄表、收费的管理模式，方法落后，手续繁杂，准确程度差，漏洞多，并且各种窃电现象严重。所以必须尽快改进现有的用电管理模式，利用更加科学的管理手段，更加完善的管理措施，适应我国经济的发展的步伐，理应成为电业管理部门必须面对的重大课题。而目前现有的由电子控制的电能表预收费装置均为必须完全取代并废弃已有的机械式电能表，这在我国要实现电子控制的电能表预收费的目的是十分困难的，需要大量的人财力投资，并造成大量的浪费，而不符和我国国情，所以在相当长的时期，在绝大多数地区利用这些产品实现电能表的预收费几乎是不可能的，或是产品的功能单一，通用性较差，线路复杂，制造成本过高，性能不够稳定等。
本实用新型的目的就是针对现有技术之不足而提供的一种具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其利用现有的电能表，并在其上采用先进的IC卡技术而实现的电能表的预收费功能，同时它还可实现杜绝任何形式(表前、表上、表后)的窃电行为、漏电安全保护、用户负载功率安全限制、负载最大功率捕捉、维护电网平衡、欠压功率限制、欠压加倍收费等功能，从而实现计划用电、合理用电、安全用电、杜绝窃电等目的，本实用新型可以与任何品牌、规格的电能表头配接，通用性强，并且还具有防水、防磁、防尘、防破坏等其他功能。
本实用新型的目的是这样实现的一种具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收装置，由电能表、IC卡卡座、脉冲计数器、主电路板、线路脱扣器和带有固定用螺丝孔的外壳组成，电能表的铝盘上带有色标；脉冲计数器由红外发光管L2和红外接收管L3、发射接收的管座以及相应的导线组成，其可以粘合在电能表头铝盘上下对准色标的位置；线路脱扣器包括开关和脱扣线圈及按钮全部安装在外壳的内部；主电路板由连接电源的电源电路提供各控制电路的工作电源，单片机的输入端接掉电检测电路、欠压检测电路、比较器电路、存储器电路，IC卡卡座连接存储器电路输入端，比较器电路连接可控硅电路和外部接口，单片机电路输出连接报警电路。
外壳为全封闭式，其内壁固贴有金属隔板。
所述的脱扣器线圈通过可控硅SCR连接比较器电路，再连接单片电路机。
所述的电能表的入户线可带有短路的防护线，防护线与比较器电路电阻R10并联。
所述的掉电检测电路由电阻R2连接电源电路，再与并联的电容C5与稳压管Z2的一端组成。
所述的欠压检测电路由电容C4与稳压管Z1串联再与电阻R1与稳压管Z2并联组成。
所述的IC卡卡座的触点直接焊接在电路板上，空脚位置为入卡检测开关。
所述的IC卡卡座可为独立的分离式，其上装有报警显示用数码管U8和报警扬声器Y及IC卡卡座，通过电缆与外壳内部电路连接的。
所述的外壳是通过螺丝与电能表的配电盘连接，在螺丝孔中一次性紧密注塞有带标记的塑料封帽由于本实用新型采用最先进的大规模集成电路为核心，电擦写存储器用来存取相关的数据，IC卡与供电部门进行脱机数据交换，其结构简单、功耗小(0.25W)、性能稳定、计量准确、运行安全、操作方便、通用性强、价格低廉、功能齐全、与同类产品相比，本实用新型具有最佳的性能价格比。
以下结合附图和具体实施方案对本实用新型做进一步的详细说明。
图1为本实用新型安装结构示意图；图2为控制电路方框图；图3为控制电路原理图；图4为与市电连接图；图5为IC卡卡座触点结构示意图；图6为报警显示电路结构示意图；图7为分离式IC卡座结构示意图。
参见图1-7，说明本实用新型的安装结构和控制原理。
本实用新型由电能表头、脉冲计数器、IC卡卡座、主电路板和线路脱扣器带有固定用螺丝孔的外壳组成。电源变压器1、主电路板2、数码显示器3、线路脱扣器4等装置全部安装在外壳5上，外壳5的螺丝孔15中塞有带标记的一次性塑料封帽9。脉冲计数器6将电能表头7与主电路板2电气连接。线路脱扣器4将入户线8与电能表头7连接。
线路脱扣器4采用“漏电保护器”的脱扣开关部分，手柄是由外壳5上的按钮10按动的。当出现漏电而需要切电时，执行线圈13被通电，脱扣开关脱扣，完成切电，如需送电，按动10即可。
脉冲计数器6是由红外发光管L2和红外接收管L3及聚光罩组成的，当电能表头7的铝盘11每转一周，在铝盘11下面的黑色标记12就要经过L3和L3的上端一次，由于色标12对L2红外光线的吸收，使L3暂时不能接收铝盘11对L2的反射光，从而产生一个负脉冲，该脉冲送到主电路板2上。
外壳5上，有玻璃窗14和若干固定用螺丝孔15，当固定螺丝安装后，将塑料封帽9塞进螺丝孔15中，如果再次打开外壳5，则需要将专用的一次性塑料封帽9破坏掉，对于用户来说无法替换已破坏的带有标记的塑料封帽9，因此就克服了目前电能表采用铅封所存在的弊端。由于采取这种安装方式，就从根本上杜绝了表上窃电，如果是墙上暗装线路，也杜绝了表前窃电。
当用户需要用电时，应先将预先记录了在供电部门购买的电量的IC卡叉入本实用新型的IC卡卡座内，这时主电路板上的存储器电路读入IC卡上的数据，输入给单片机，单片机的内部程序判断正确后，用户方可用电。同时报警显示用的数码管显示所用电量数，当电量将使用完毕时，报警扬声器发出报警，提醒用户及时到供电部门购买电量。否则在使用许可范围超过后，将切断用户的电源。
在图3的电路原理图中，包括电源电路、掉电检测电路、欠压检测电路、比较器电路、报警显示电路、存储器电路和IC卡座电路。
电源电路由桥Q、隔离二极管D1、虑波电容C1、三端稳压器U5、再虑波电容C2、高频干扰消除电容C3组成，其工作原理与一般电源电路相同。
掉电检测电路由隔离二极管D1、D2、限流电阻R2、滤波电容C5、稳压管Z4组成，其工作原理是一当市电掉电后，R2一侧线路立刻失去电压，单片机U1的中断口P3.2接收中断信号，单片机运行中断程序，运行掉电程序所需电源时由于电源电路中大电容C1和C2的存在，直流电源不会立即消失，仍然供给单片机工作，而C1和C2和C4的放电被二极管D1、D2隔离，因此不会影响掉电检测。
欠压检测电路由D2、C4、Z1、R1、Z2组成，其工作原理是—当市电大于220V时，Z1导通，经Z2限压，给单片机U1的P3.0口施加高电平；当市电掉到某一设定值时，Z1截止，P3.0口得到低电平，U1程序运行监测到变化后，执行欠压处理程序。
比较器电路由U4、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11组成。其中U4a用于脉冲计数电路的整形；U4b用于漏电检测。U4a工作目的是一当红外接收管L2接收到铝盘反射信号后，L2内阻迅速减小，与R11组成的分压器分压比例变化，U4a输出高电平；当L2在铝盘黑色标致下面时，内阻迅速增大，U4a输出低电平，单片机U1的中断口P3.3接收中断，对脉冲计数，从而得到与铝盘转数一致的脉冲数。U4b的工作目的是一当接收到图4中B3的信号后，经D5整流，C7消除干扰和虑波，Z3限位，将电压叠加在R9上，从而使比较器U4b反转输出高电平，经D3输出给光电耦合器U6的发光管端，触发可控硅SCR，使脱扣线圈13得电，将电路切断。如果程序要求按规定需要切电时，单片机U1的P3.1口输出一高电平脉冲，通过R16、D4和U6触发可控硅给脱扣线圈13供电，切断电路。
报警显示电路由译码器U3、驱动管T2、T3、T4、图6中的数码管U8组成数码显示电路；由T1和图5中的扬声器Y组成报警电路。其中单片机U1的P1.1、P1.2、P1.3、P1.4口作为BCD译码输出，P1.5、P1.6、P1.7为数码管驱动及消隐扫描口；P1.0口通过三极管T1驱动扬声器Y工作。
存储器电路和IC卡卡座U2为数据存储器，与内外IC卡座并联，公用时钟线和数据线，采用特殊IC卡座检测IC卡进入(参见图5，图7)，其中卡座出点23直接焊在电路板上，从而大大降低了成本。当有卡进入卡座时，空脚24触动而使使P3.7口电平跳变。
图7为分离式IC卡卡座装置。为了适应室内安装于高处电能表插卡方便之需要，可根据用户需要安装插卡遥控器，其将报警显示用数码管U8和报警扬声器Y以及IC卡卡座安装在一个小盒子16内，通过电缆线17与安装于高处的电能表连接。
图4中，当入户线8为外露式时，应采用专用的用户线，其中央为绝缘的地线和火线，外层为带有封闭的专用防护线层，其中紧密缠绕一短路的闭环防护线18，导线X1和X2端与图3中的X1和X2相连接。当有人表前窃电时，窃电者必然需拔开用户线，这样必然造成闭环防护线18被切断，因而图3中被闭环防护线18的X1和X2端短路的电阻R10这时介入比较器电路，U4b输出反转，脱扣器4将用户线切断。虽然窃电者此时可以在被切开的线路上窃电使用，但IC卡系统已经不能工作运行，IC卡预收费值不能定期消耗也不能定期向电管部门反馈信息，这种状态在购电系统会有所反映，因而发现这种表前窃电的现象。
在图4中，脱扣线圈13通过图3中的可控硅SCR与入户线切电脱扣开关4后面线路相连接。图4中，发光二极管LED和电阻R并接在切电脱扣开关4的两侧，通过家用电器回路使LED发光，指示被切电，开关4合上后，LED熄灭。
图4中，零序互感器19的次极B3、B4一端接地，一端接图3中的D5，用来检测漏电发生。按钮AN和Rs跨接在零序互感器的两侧异线端，用来试验漏电保护性能。采用机械电能表头7可以确保在电子部分出现故障时而不影响正常计数和读数，从而克服了全电子式电能表所存在的致命弱点。
本实用新型的具有漏电保护和杜绝窃电功能的IC卡预收费电能表的收费功能、用户负载功率安全限制、负载最大功率捕捉、维护电网平衡、欠压功率限制、欠压加倍收费等功能，是由单片机U1的软件控制实现的，从而确保电管部门根据需要由IC卡发行机变更具体功能，并通过IC卡指挥电能表工作。
本实用新型的防水、防磁、防尘、防破坏、安装环境要求低等功能是由全封闭式外壳5和其内壁固贴的金属隔板22实现的。
权利要求1.一种具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收装置，由电能表、IC卡卡座、脉冲计数器、电路控制器、线路脱扣器和带有固定用螺丝孔的外壳组成，其特征在于所述的电能表的铝盘上带有色标；所述的脉冲计数器由红外发光管(L2)和红外接收管(L3)、发射接收的管座(6)以及相应的导线组成，其可以粘合在电能表头铝盘上下对准色标的位置，铝盘上的黑色标致(12)构成信号读取装置；所述的线路脱扣器包括开关(4)和脱扣线圈(13)及按钮(10)全部安装在外壳(5)的内部，外壳(5)是通过螺丝与电能表的配电盘连接，在螺丝孔(15)中一次性紧密注塞带有标记的塑料封帽(9)；所述的主电路板(2)由连接电源的电源电路提供各控制电路的工作电源，单片机的输入端接掉电检测电路、欠压检测电路、比较器电路、存储器电路，IC卡卡座连接存储器电路输入端，比较器电路连接可控硅电路和外部接口，单片机电路输出连接报警电路。
2.根据权利要求1所述的具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其特征在于所述的外壳(5)为全封闭式，其内壁固贴有金属隔板(22)。
3.根据权利要求1所述的具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其特征在于所述的脱扣器线圈(13)通过可控硅SCR连接比较器电路，再连接单片电路机。
4.根据权利要求1所述的具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其特征在于所述的电能表的入户线可带有短路的防护线(18)，防护线(I8)与比较器电路电阻R10并联。
5.根据权利要求1所述的具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其特征在于所述的掉电检测电路由电阻R2连接电源电路，再与并联的电容C5与稳压管Z2的一端组成。
6.根据权利要求1所述的具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其特征在于所述的欠压检测电路由电容C4与稳压管Z1串联再与电阻R1与稳压管Z2并联组成。
7.根据权利要求1所述的具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其特征在于所述的IC卡卡座的触点直接焊接在电路板上，空脚位置为入卡检测开关。
8.根据权利要求1所述的具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其特征在于所述的IC卡卡座可为独立的分离式，其上装有报警显示用数码管U8和报警扬声器Y及IC卡卡座，通过电缆(17)与外壳(5)内部电路连接的。
9.根据权利要求1所述的具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收费装置，其特征在于所述的外壳是通过螺丝与电能表的配电盘连接，在螺丝孔中一次性紧密注塞有带标记的塑料封帽。
专利摘要一种具有漏电保护和杜绝窃电功能的电能表IC卡预收装置，由电能表、IC卡卡座、脉冲计数器、主电路板、线路脱扣器和带有固定用螺丝孔的外壳组成，电能表的铝盘上带有色标；脉冲计数器由红外发光管L2和红外接收管L3组成，对准色标的位置；主电路板由连接电源的电源电路提供各控制电路的工作电源，单片机的输入端接掉电检测电路、欠压检测电路、比较器电路、存储器电路，IC卡卡座连接存储器电路输入端，报警电路，其结构简单、操作方便、通用性强、价格低廉、功能齐全。
文档编号G07F15/00GK2239637SQ9620747
公开日1996年11月6日 申请日期1996年4月5日 优先权日1996年4月5日
发明者邢伟华, 刘彦奇 申请人:邢伟华, 刘彦奇