[实用新型]民用型卡式用电控制器

说明书

本实用新型是一种用于记录用电量，并能实现用电量控制的装置，属于电力控制设备技术领域。

目前，居民用电通常采用光用电后结算费用的管理办法，它不利于用电管理和计划用电，供电部门需经常性地派大批工作人员到用户抄表和收电费，造成人力和财力上的很大浪费。

本实用新型的目的在于针对当前用电管理的不足，提供一种有利于用电管理和计划用电的用电控制装置，为避免供电部门大批抄表收费工作人员的重复劳动提供一条途径。

本实用新型由用电卡和用电控制装置构成，用电控制装置由单片机、用电信号拾取装置、输出控制器、掉电保护装置、自动复位装置和电源组成；输出控制器由电源控制器和声光报警器构成，并受单片机控制；掉电保护装置由电压监视器，掉电信息保护器和读写卡接口构成，它们均与单片机相连接；用电卡通过读写卡接口与单片机连接；用电信号拾取装置、自动复位装置和电源均直接与单片机相连接。用电卡主要用于传递用户购买电量的信息。用电前，用户需先持用户卡到供电部门购买电量，由供电部门通过专用设备将用户所购买的电量输入到用电卡内，用户再将用电卡插到用电控制装置的用电卡插口上，用电控制装置将用电卡内存放的电量取出后，接通用户电源，用户即可开始用电。同时，用电控制装置还可以发出信号，提示用户拔出用电卡，以备下次再用。用电卡可以采用E²PROM方式，用户购买电量的信息由供电部门的专用写入装置固化到E²PROM中去，用电卡插到用电控制装置后，将电量数据从用电卡中读出，然后再将用电卡清零。在用电控制装置中，单片机是核心部件，对整个用电控制装置起管理和控制作用，控制程序固化在单片机的ROM中。单片机可采用80C51单片机，也可以采用不带内部ROM的80C31单片机，但此时需外接EPROM和地址锁存器。用电信号拾取装置采用红外发光管和红外接收管作为传感器，以非接触反射方式从电度表的转盘上获得用电信号，用此方式采集用电信号不损坏或改变电度表原有结构，且不引入附加磁场，不影响电度表的计量精度。用电信号拾取装置也可以采用电磁线圈作为传感器，即在电度表转轴上安装针形软磁材料，并在其下部加设一个磁芯线圈，当转盘转动时，软磁体切割线圈磁力线，在线圈上产生信号。数据掉电保护器在外部停电时，保护用户的用电量信息，可采用80C51掉电工作方式和移位寄存器两种方法进行掉电保护。80C51在外部停电触发中断后，立即将需保护的数据通过接口输入到移位寄存器中，同时利用80C51具有掉电保护功能，把数据存放在80C51内部RAM中，并使80C51进入掉电工作方式。掉电信号保护器也可以采用外接RAM方式，当检测到外部掉电时，把数据存入到外接的RAM中，用电池对RAM供电以维持数据不变；还可以采用外接E²PROM的方式，掉电时将数据固化到E²PROM中去。

本实用新型具有结构简单、成本低和使用方便等优点，用电控制装置的所有元器件都安装在一块电路板上，可以与电度表构成一个整体；采用非接触反射式获取用电信号，在电度表出线端处串入控制电源的可控硅，不改变电度表原有结构，不影响电度表的计量精度；用电控制装置采取保密措施，与用电卡配套使用，可识别伪用电卡或不配套用电卡，便于用电管理；用电卡的专用写入装置备有与微型计算机的接口，配上专用软件后，可以自动整理、统计用电情况，并可打印报表。由于用户需先持用电卡到供电部门购买用电量后才能用电，故可以杜绝拖欠电费的现象，对于电能紧缺地区，还可以实现计划用电和控制用电，用户用电实行计划内和计划外分开，还可以免去供电部门上门抄表和收费环节。当用户的用电量达到所购电量的95％时，用电控制装置发出第一次报警，提醒用户去购买电量；当用电量达到所购电量的98％时，发出第二次报警，当用电量达到所购电量时，将切断电源。

图1是本实用新型的结构框图；图2是本实用新型的左半部分电路原理图；图3是本实用新型的右半部分电路原理图。

本实用新型可采取附图所示的方案实现。图1中的单片机（1）采用U₁（80C51），C₇、C₈和C₁₄为电容。电源（2）将220V交流电降压后经整流、滤波和稳压等环节，得到5.3～5.5V直流电压，由变压器B₁＝极管D₁～D₇、电容C₁～C₅和电路U₆（7806）等组成，V₁为提供电压监视器（3）的电压，V₂为输出到用电卡（10）的电压，V₃为提供单片机（1）的电压。电压监视器（3）由比较器U₂（LM339）、U₅（LM317）、电阻R₁～R₄、电位器R_W等组成，U₅为U₂提供一个3V的基准电压，V₁经R_W分压后输入U₂，当外部电源停电时，V₁的电压降至5.1V时，U₂输出低电平，触发U₁中断，进行掉电保护操作。用电信号拾取装置（4）由红外发光管LED₃、红外接收管T₅、二极管D₁₁，晶体管T₆、电阻R₁₇～R₂₂、电容C₁₂、C₁₃、U₂（LM339）和U₇（LM555）等组成，用电信号经U₂处理后送到80C51的To端，由80C51内部计数器计数，U₇作为振荡器，以脉冲方式驱动红外发光管，有利于提高发光管的使用寿命和发光效率，确保电路的可靠性和稳定性。掉电信息保护器（5）由移位寄存器U₄（CD4031）和备用电池E₁组成，在外部停电，V₁降到5V以下时，由E₁向U₄和U₁提供电源，以维持存放的信息数据不变，E₁选用长寿命高效电池，停电时可使用7000小时以上。自动复位装置（6）由二极管D₁₀、电阻R₅～R₇、电容C₉～C₁₁和双单稳电路U₃（CD4538）组成，接通电源时，C₁₁充电产生下降沿，可以触发1Q端产生一个复位脉冲，使80C51开始工作。工作过程中，80C51通过P_1.4定时地触发2A，使2Q维持高电平，一旦由于外部干扰，80C51工作失步，P_1.4不再给出脉冲，2Q的下降沿触发1Q产生复位脉冲，强迫系统恢复正常工作状态，恢复时间小于1ms。声光报警器（7）由晶体管T₁～T₃、发光二极管LED₁、LED₂、电阻R₈～R₁₀、R₁₂、R₁₃和蜂鸣器Be组成，80C51可通过P_1.0～P_1.2输出高电平，使指示灯LED₁或LED₂点亮，或者使蜂鸣器Be发出报警声。电源控制器（8）由可控硅T_R、隔离驱动电路U₁₁（MOC3041）、晶体管T₄、电阻R₁₁和R₁₄～R₁₆组成，T_R可用RCA10P，80C51的P_1.3的输出电平控制T₄的通断，从而实现控制可控硅的通断。读写卡接口（9）由U₉、U₁₀（74HC125）组成，80C51通过P_1.5、P_1.6、P_3.6、P_3.7控制对串行口信号T_XD和R_XD的切换，以实现串行口分别对用电卡和U₄进行读出和写入操作。用电卡（10）由二极管D8和D₉、电阻R₂₃和R₂₄、电容C₆、电池E₂移位寄存器U₁₂（CD4031）组成，所有元器件要装在一块电路板上，其信号通过七芯插头与用电控制装置上的七芯插座相连接，便于接插。