CN1357765A - 全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表 - Google Patents

Abstract

一种全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表,其特征为:由全电子电度表部分和用户型遥控器部分及专用型遥控器部分组成,电度表部分内由电路板和连接在电路板的显示器及在电路板上的红外发射接收管和脉冲发光灯;用户型及专用型遥控器部分有按键和红外发射接收管及显示屏和电路板。优点是稳定和可靠。数据的加密强度大,程序代码占用空间小,运行速度快。对预付费的非法充值和篡改数据等非法手段能进行有效的防范。

Description

全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表

本发明属于智能读写的计量电度表，具体地说涉及一种精确度极高的智能读写的计量电度表，即一种单多相全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表。

传统的单相和三相电度(能)表大多是机械式计量表，需靠消耗一定的电能，才能使其机械部件产生转动，然后带动字轮对电能进行计量。这类表性能落后，功耗大，一年自耗损失约在20-30度电。最近几年出现的“预付费”电度表，也是在原机械表的基础上，把机械转动换成“电脉冲”之后再进行电费的计算，但是机械电度表固有的计量精度低、功耗大、成本高、校表周期短等缺点并没有被克服掉。因此，只是解决了一般的收费问题。

本发明的目的在于克服传统机械电度表的所有缺点，提供了一种性能精良，功耗小，成本低，校表周期长，智能抄表读写的单相或多相全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表。

本发明的目的是这样实现的：

一种全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表，其特征为：由全电子电度表部分和用户型遥控器部分及专用型遥控器部分组成，全电子电度表部分有外壳，外壳上有接线仓盖，外壳内有接线仓，接线仓内有接线卡头，外壳内还有电路板和连接在电路板的显示器及在电路板上的红外发射接收管和脉冲发光灯；用户型遥控器部分的外壳上有按键和红外发射接收管，其内有电路板；及专用型遥控器部分的外壳上有按键和红外发射接收管及显示屏，其内有电路板。

全电子电度表部分电路板上有相电流传感器，相电压传感器和零电流传感器；相电流传感器连接连接比较器A1，比较器A1连接模数转换器A/D，模数转换器A/D连接高通滤波器HPF，高通滤波器HPF连接延时器DELAY，延时器DELAY连接乘法器，乘法器连接低通滤波器LPF，低通滤波器LPF连接数字频率转换器：相电压传感器连接比较器A2，比较器A2连接模数转换器A/D，模数转换器A/D连接乘法器；零电流传感器连接电压比较器：相电流传感器也还连接连接电压比较器和极性判别器，电压比较器连接跨线警报器，极性判别器连接反极性警报器，数字频率转换器、跨线警报器和反极性警报器连接微控制器，微控制器连接载波模块、电压监视器、运行程序监视器，E2存储器、红外双向通讯单元、LED显示器、实时时钟、控制开关及电源。

用户型遥控器部分及专用型遥控器部分的电路板由HZ301微控制器组成的电路。

本发明的优点和特点在于电路原理的强电部分和弱电部分之间完全采用了全隔离技术，这就极大的提高了其稳定性和可靠性。另外，由于采用全封闭的构造设计，在数据的存储和通讯使用中使用了加密技术算法。该技术对数据的加密强度大，程序代码占用空间小，运行速度快。因此，对预付费的非法充值和篡改数据等非法手段能进行有效的防范。本发明对防窃电设计，除了采用以载波传送的方式对总表和分表的用电情况进行检验外，在电路原理设计中增加了对相线和零线电流不平衡的判断及电流极性的判断，可有效防范因跨接线和反接线的窃电行为。本发明在电表的显示控制和红外(或无线)通讯的调制和解调部件上采用了全软件的处理技术，这样设计不但降低了硬件的造价，而且以后进行功能扩充时很简单，只要修改软件就可以了。

下面结合附图对本发明的析述并说明实施例：

图1是本发明的电表外形示意图。

图2是本发明的电表中“用户型”读写遥控器示意图。

图3是本发明的电表中“专用型”读写遥控器示意图。

图4是本发明的电表部分剖视图。

图5为本发明的电表功率计量部分原理框图。

图6为本发明的电表电脑控制部分原理框图。

图7是本发明的电表内数据传送接口的电路结构框图。

图8为本发明的电度表(智能)用户型遥控器部分原理框图。

图9为本发明的电度表(智能)专用型遥控器部分原理框图。

图10为本发明全电子表防止中途窃电载波数据校验***原理框图

图11为本发明的电表电脑控制功率计量部分电原理示图。

图12为本发明的电表电脑控制数据处理部分电原理示图。

图13为本发明的电度表(智能)用户及专用型遥控器部分原理图。

图中全电子电度表部分：外壳1，脉冲发光灯2，电路板3，显示器4，红外发射接收管5，接线卡头6，接线仓8，电线7，接线仓盖9

图1是本发明所示的电表原理图，其电表内电路原理设计见图5、图6，图2所示为电表功能中的用户型读写遥控器，所述原理见图8，图3为电表功能中的专用型读写遥控器。所述原理见图9。以下为本发明电度表工作过程叙述。

本发明的整体组成分主体部件和附加部件，主体部件为电表本身，有封闭外壳包装，外壳上有安装孔。附加部件为“用户型”和“专用型”读写遥控器，分别使用不同的外壳设计。

本发明的电度表由功率计量和微控制器及非接触读写装置单元组成。所述功率计量是将电压电流等模拟信号转换成数字信号后，其计算和处理的过程中就不会再产生误差，能做到在标称量程的2％-400％的范围内误差小于0.2％。所述微控制器是与电表的其它控制和处理功能共用，在电路上进行了低功耗设计。静态下，微控制器只消耗几微安的电流并配有电压监视器和程序运行监视器，保证控制***长期可靠地运行。所述读写智能装置是本发明是表外附加的遥控器，通过非接触操作，将通讯信息包括抄表，预付费的充值、窃电锁定的解除、复费率时间单价的设定，及数据的读写或打印联接等能有效实现自动表外控制，既方便又安全可靠，防止人为对表的破坏。

本发明最大的特点是采用最新的电磁兼容设计技术，能有效抵抗静电放电，射频辐射和瞬间脉冲群的干扰。

本发明的电表功率计量原理，如图5所示，其中所述T1把负载电流成比例地转换成电压，经A1放大后，送入转换器A/D1，把模似信号转换成数字信号，经HPF处理和DELAY相位校正后，送入乘法器，T2把负载电压降压后，送入P1，P1在校表时对这个电压进行微调，此电压经A2放大后，送入A/D2，进行模拟到数字信号的转换，然后送入乘法器，乘法器把代表负载电流和负载电压的两个电压值相乘，得到代表有功功率的值，经LPF和DTF处理，把它变为与功率值成比例的脉冲群。

极性判别器电路，判断电流是从电源端流向负载端还是从负载端流向电流端，如果是后者，就发出报警信号。T1是相线的电流传感器，把相线电流转换成电压信号V1，T3是零线上的电流传感器，把零线上的电流转换成电压信号V2，在正常用电时，相线与零线的电流基本上应是相等的，即使不相等，差别也很小，当有人通过跨接线进行窃电时，相线与零线的电流将不一样，电压比较器对T1和T3产生的电压V1和V2随时进行比较，一旦它们的差值超出一定的范围后，将发出报警信号。

本发明的电表微电脑部分如图6所示，整个电表的全部逻辑控制工作由微控制器来完成，它是整个电表的智能核心，它由电源变换器供电，滤波器提高电表抗干扰的能力。电压监视器和程序运行监视器，是为保障微控制器长期可靠地工作，电压监视器监视微控制器的供电电压，一旦电压发生波动，为保障微控制器可靠工作，它将使微控制器进入复位状态，以免产生误操作，程序运行监视器，监视程序是否正常运行，一旦程序因干扰“飞掉”，它能使微控制器自动复位，重新正常运行，微控制器有三个输入信号：计量脉冲信号、跨线报警信号、反极性报警信号，它还配备了下列的外部装置：

●E2存贮器：它存贮用电量和预付费，复费率所需的各种参数，并能保证断电后，信息长时间不丢失。

●红外双向通讯单元：它提供电表与外界的信息双向通道，并可以做到非接触全封闭的传送信息。

●LED显示器：它负责显示电表的用电量及各种状态参数。

●实时时钟：用于复费率中准确地计时。

●控制开关：在预付费中，当预付费低于某一数值时，微控制器通过控制开关切断对负载的供电。

●载波模块：微控制器通过它可使用电力线以电力载波信号完成电表与外界信息传递。

如图7所示，本发明的电表端电表内数据传送接口的电路结构图。图7-1为微控制器，它与电表的其它控制和处理功能共用，它含有的软件负责对传送的数据进行加密和解密，对发送的数据进行软件调制，它可以发送电表的运行状态、预付费情况、复费率的时间、费率设定状态。防窃电及锁定状态，以及定期定时将所用电能数据通过外接电源线以载波的形式回向输送。它接收：预付费的充值信息，复费率时间段和费率的设定信息，。对电表显示器的控制命令，对窃电锁定的控制命令。它把要发送的信息首先送到红外(或无线)发射管的驱动电路图7-5，经功率放大后送给红外(或无线)发射管图7-2，通过红外线(或无线)把数据传送给手持遥控器图2或图3。手持遥控器图2或图3发送给电表的信息，也是通过红外线(或无线)首先传送到红外线(或无线)接收管图7-3，经过解调电路图7-4，把解调后的数字信息送给微控制器图7-1，微控制器图7-1根据接收的信息，对电表的参数进行修改。

图2和图3为手持遥控器，分两种类型。图2是用户使用的“用户型”遥控器，图3为管理人员使用的“专用型”遥控器。图2“用户型”遥控器为用电户自己使用的遥控器，主要是用来向电表传送预付费的信息及对电表的显示器进行控制，以获取电表的运行状态。它的电路结构如图8所示。其中所述图8-1为微控制器，它负责数据的发射和接收。它发送预付费充值信息，发送对电表显示器的控制命令，接收电表在得到充值信息后的确认信息。这部分的电路与电表端图7数据接口是一样的。微控制器通过预付费卡接口图8-3对预付费卡进行读和写。微控制器通过键盘图8-2来接收用户的控制命令。当

键按下时，它把从预付费卡中读出的充值数据发送给电表，当

键按下时它接收电表充值正确与否的状态信息，如充值正确，它把预付费卡中的数据清零。然后把此状态传送给电表，充值信息才有效，当

按下时，电表显示器循环显示电表运行的各个参数。另外，根据需要也可将预付费卡充值数据的形式变换成***程序直接对其遥控器充值数据进行输入。

图3“专用型遥控器”是供电部门管理人员使用的遥控器，它可以对用户电表进行稽查，对电表工作参数进行修改及对窃电锁定的解除。其电路结构如图9所示。图9-5为红外线(或无线)数据传送电路，这部分与电表内的电路一样。图9-1为微控制器，它控制液晶显示器图9-2，与PC进行数据传送的接口图9-3和打印机的接口图9-4，通过键盘图9-6接受使用者的控制。液晶显示器图9-2显示遥控器各种操作的信息，PC机接口图9-3可从PC机把对电表参数的修改信息，事先下载到遥控器中，同时也可把遥控器现场采集到的数据传送到PC机中，提供给管理软件，进一步的进行处理。打印机接口图9-4可在现场接上微型打印机，进行各种催费单、通知单的打印。微控制器通过键盘图9-6接受使用者的控制，完成各种操作，当

键按下时，可把某用户电表的表号，付费情况，电表各种工作参数抄到遥控器的存贮器中并可现场稽查，进行处理。当

键按下时，可把事先存贮在遥控器中的复费率的各个时段及每个时段费率的信息发送给电表，以修改电表的复费率参数。当

键按下时，把遥控器在现场采集到的各种数据传送给PC机。当

键按下时，可把现场要用到的各种数据事先从PC机中下载到遥控器中，当 键按下时，可通过微型打印机现场打印各种催费单和通知单。如果需要对因窃电而锁定的电表进行解锁，需先按

键，看清电表当前的各种状态，如需解锁时，再按 键，即可解锁。

图10为本发明的电表所述上源线即外输线路中途窃电的差额数据载波回向提示，也就是说每块总表下的诸用户分表在一定时间段内所耗用的电能之和恰好与总表耗用数据相吻合，属于用电数据反馈正常，否则，数据载波回向显示的数字信息相差甚远，则意味着窃电行为的可能。

总之，本发明所述的全电子表，既可以用作单相多相总表，也可用作单相多相的分表。彼此的联接安装使用，可以避免上线中途和下线各种跨线、反极性等盗窃偷电行为。由于采用全封闭设计，使电表的整体性更具时代特点，实现了非接触型预付费及其它功能的智能操作，在其技术性能和综合功能上都远远超越了传统电度表。

Claims (3)

1、一种全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表，其特征为：由全电子电度表部分和用户型遥控器部分及专用型遥控器部分组成，全电子电度表部分有外壳，外壳上有接线仓盖，外壳内有接线仓，接线仓内有接线卡头，外壳内还有电路板和连接在电路板的显示器及在电路板上的红外发射接收管和脉冲发光灯；用户型遥控器部分的外壳上有按键和红外发射接收管，其内有电路板；及专用型遥控器部分的外壳上有按键和红外发射接收管及显示屏，其内有电路板。

2、根据权利要求1所述的全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表，其特征为：全电子电度表部分电路板上有相电流传感器，相电压传感器和零电流传感器；相电流传感器连接连接比较器A1，比较器A1连接模数转换器A/D，模数转换器A/D连接高通滤波器HPF，高通滤波器HPF连接延时器DELAY，延时器DELAY连接乘法器，乘法器连接低通滤波器LPF，低通滤波器LPF连接数字频率转换器；相电压传感器连接比较器A2，比较器A2连接模数转换器A/D，模数转换器A/D连接乘法器；零电流传感器连接电压比较器；相电流传感器也还连接连接电压比较器和极性判别器，电压比较器连接跨线警报器，极性判别器连接反极性警报器，数字频率转换器、跨线警报器和反极性警报器连接微控制器，微控制器连接载波模块、电压监视器、运行程序监视器，E2存储器、红外双向通讯单元、LED显示器、实时时钟、控制开关及电源。

3、根据权利要求1所述的全封闭全电子防窃电预付费(复费率)智能读写电度表，其特征为：用户型遥控器部分及专用型遥控器部分的电路板由HZ301微控制器组成的电路。

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