电匙式智能电度表制造技术

本实用新型专利技术涉及一种智能电度表；其主要由电流、电压传感器、模数转换电路、单片机以及一个用于储存供电管理部门的指令及用户用电量的电匙组成。本实用新型专利技术的关键在于该电度表的模数转换电路是一个直接将模拟式电流、电压信号数字化的电路；单片机是一个由数字化的电流、电压信号直接计算出有功、无功功率及电度数的专用单片机；所配用的电匙采用体积小的封装结构。本电度表耗电量小、成本低、精度高、可靠耐用，适于工业部门及民用用户使用。（*该技术在2002年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及一种用于电度计量的电度表，特别是一种可与供电管理的计算机系统配接的电匙式智能电度表。目前，电力部门普遍采用的机械转盘式电度表存在的问题是需要人工抄表，电度表本身没有负荷控制功能，而且其精度低，维修工作量大，难以有效地控制负荷，难以实现计划用电及预收费制度。现有的智能卡式电度表，虽已基本克服了上述问题，但是还存在以下缺点，致使智能电度表未能更快地普及应用。(1).在电度计量方面，已有的智能电度表仍需依赖机械式电度表或要用电磁式有功功率变换器、模拟乘法器等模拟电路进行功率变换，这样就难以降低成本、功耗及误差；(2).在微机设计方面，已有的智能电度表均采用通用型微机和中小规模集成电路，因此，电路板的体积大，也造成功耗大，成本高的结果；(3).在可靠性方面，已有的智能电度表的电卡结构，数据加密及数据保护方面缺少可靠的措施。本技术的目的是提供一种成本低、功耗小、以及精度高的智能电度表。本技术的另一个目的是提高智能电度表的保密性及可靠性，以防止使用中对数据的篡改及伪造，保证用电量及收费的客观合理性，以便于推广应用。为达到上述目的，本技术采取以下措施为降低成本及功耗，本技术的单片机采用一个集成度高的专用半导体芯片，全部数字电路均集成在一块芯片上，以使此单片机配上不同型号的电流、电压传感器、模数转换器、负荷开关和显示单元，可构成不同精度和不同容量的单相或三相智能电度表。本技术的智能电度表的设计原理是采用直接功率运算法，单片机直接由数字化的电流、电压信号得出电功率及电度数值，公式如下Wp＝∑nI(Tn)·V(Tn)·△Tn(n＝1、2、3、4┉)其中I(Tn)、V(Tn)分别为第n次取样的电压、电流数值，△Tn为二次取样的时间间隔，上式可表示为积分式Wp＝∫ti(t).v(t)dt由于其中i(t)，v(t)为瞬时值，故此积分对于非正弦电流、电压值也是适用的，而电流与电压的相位差已经反映在瞬时值中，电压与电流波形的相位、幅度及频率的波动都不影响此算式的准确性。本技术的智能电度表的具体构成该电匙式智能电度表包括电表机壳、面板、电表机芯、用户使用的外存储器以及安装部件；电表机芯密封于机壳内，并与面板相连；电表机芯包括下列部件一用于电度计量、数据储存、负荷调控和数据通讯的单片机；一接在用户电路中的电压传感器及一电流传感器；一用于将模拟信号数字化的模数转换电路；一输入输出接口；一外存储器插口；一声光显示电路、一用于发出警示信号的蜂鸣器及一发光二极管；一用于实现用电控制的负荷开关；一为电表供电的直流电源；该电度表的模数转换电路是一个直接接收电流、电压传感器输出的模拟式电流、电压信号并将其数字化的模数转换电路；单片机是一个接收模数转换电路输出的数字化电流、电压信号，并直接由其计算出有功、无功功率及电度数、并具有误差校正功能的专用单片机；用户使用的外存储器是一个带有串行读写接口的EEPROM半导体芯片、并采取密封结构的“电匙”。本技术的电度表除采用外存储器进行离线式的数据通信外，还在电表内设置内置EEPROM存储器，其作用是a.在电网停电时保存电表内的记录数据、密钥及负荷调控指令，由于EEPROM存储器可在无任何电源供电情况下长期保存数据，这种方法优于用电池保存数据的方法；b.用于存储电表本身的刻度校正曲线，该曲线在电表出厂前已存入内置EEPROM中，单片机在进行电度运算时按此校正曲线对误差进行自动修正，从而提高电度表的精度，而且供电部门可随时修改该校正曲线，以消除由于器件老化引起的误差。为提高电度表的可靠性，在单片机中设有检测单片机硬件与软件工作状态的自诊断系统。为确保电匙上的数据不被伪造，本技术采用一种″全码动态加密模块″给电匙数据软件加密，该加密模块的主要特点是1、在电度表和供电管理系统的数据库内分别存储对应的加密和解密算法密钥；每只电度表的密钥互不相同；2、算法密钥用过一次以后自动改变(电表与数据库中的对应算法同步改变)；供电管理部门根据需要而改变电表内的算法密钥；3、电匙上经过加密处理的数据(及输入输出、记录数据)含有一系列相互校核验算的信息，具有自鉴别性；4、电匙中的有用数据、校验数据、认密口令及一些随机性的数据整体混合在一起，进行全码加密处理。整个加密系统置于数据库的管理、控制之下，采用各表不同，一次有效的动态算法密钥，加密文本有自鉴别性，及全码加密是本技术的电匙数据加密系统四个技术特点，使整个加密系统非常安全可靠。本技术采用电匙式外部存储器，作为在供电管理系统与智能电度表之间双向传送调控指令和用电记录的载体。电匙内有一串行读写的EEPROM存储器芯片。电匙的封装结构与接插部分的设计比普通的半导体存储卡(指PCMCIA标准的半导体存储卡)，更经久耐用。为确保电匙与所述外存储器插口之间电联接的可靠性，采取如下结构外存储器插口是一可在电匙驱动下转动的插口，其内部装有能与所述电匙的导电端子电接触、并与内部电路相联接的导电触针，导电触针与插口的方位相差90度，当电匙插进插口时，需旋转90度，才能使其导电端子与机内的导电触针接通；这可使导电触针不暴露在外，不易因空气中的灰尘和烟雾造成其表面污浊及氧化，而影响导电效果。本技术的效果本技术由于在电路中省去一般电路中的功率变送器、模拟乘法器、电压脉冲频率变换器等功率转换电路，降低了电度表的成本及功耗，并提高了精度，该电度表的功耗可减小到同等容量的机械电度表功耗的一半以下，明显低于已有的智能电度表；另外，电匙体积小、采用封装结构，又因外存储器插口采取特殊结构，比普通标准半导体存储卡经久耐用；又由于单片机设有内置存储器，在停电时，表内数据可长期保存。表内的长寿命再充电电池仅用于在电网停电时维持实时时钟的运行，电池多年不用更换。现以一单相电度表为例，就本技术各部分的组成及各部分的关系说明如下附图说明图1本技术电匙式智能电度表结构图；图2本技术电匙式智能电度表电路总图；图3本技术专用单片机电路框图；图4本技术双通道模数转换电路图；图5本技术电匙结构剖视示意图图6本技术单片机的程序模块示意图；图7本技术数据读写流程图。如图1所示，本技术主要包括电表机壳501、面板502、密封于机壳501内的电表机芯、用于插接电匙105的插座106，以及安装部件503，铅封线装504，电表机芯与面板相连；位于面板上的数字显示屏110，发光二极管113，蜂鸣器112，负荷开关107，数字显示内容切换按钮111，位于机壳501下面的电源底座108；垂直放置的插座106的插口，机内导电触针的方位为水平方向(如图中的虚线所示)。如图2所示，本实施例的表芯包括下列电路装在用户电路中的电压与电流传感器103、104，其输出端信号输至双通道模数转换电路102，该模数转换电路将此信号转换为数字信号并输入到单片机101，该单片机将所收到的数字信号经运算得出有功功率、无功功率及电度值，存入电匙105及内置的存储器中，并经声光显示电路处理成为能在显示屏110上显示的信号，利用切换按钮111可选择所需显示的数字，如电度数值等。本技术省去以往电度表中的功率变送器、模拟乘法器、电压一脉冲频率变换器等功率转换电路；单片机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电匙式智能电度表，包括电表机壳、面板、电表机芯、用户使用的外存储器以及安装部件；电表机芯与面板相连；电表机芯包括下列部件：一用于电度计量、数据储存、负荷调控和数据通讯的单片机；一接在用户电路中的电压传感器及一电流传感器；一用于将模拟信号数字化的模数转换电路；一输入输出接口；一外存储器插口；一声光显示电路、一用于发出警示信号的蜂鸣器及一发光二极管；一用于实现用电控制的负荷开关；一为电表供电的直流电源；其特征在于：ａ．所述模数转换电路是一个直接接收电流、电压传感器输出的模拟式电流、电压信号并将其数字化的模数转换电路；ｂ．所述单片机是一个接收模数转换电路输出的数字化电流、电压信号，并直接由其计算出有功、无功功率及电度数、并具有误差校正功能的数据处理部件，尤其是采用ＳＭＡＲＴ３６０２０型号的数据处理部件；ｃ．所述外存储器是一个带有串行读写接口的ＥＥＰＲＯＭ半导体芯片、并采取密封结构的“电匙”。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴立凡，
申请(专利权)人：裴立凡，
类型：实用新型
国别省市：HK[中国|香港]