专利名称：单相载波预付费电子式电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计量技术领域，是一种单相载波预付费电子式电能表。
背景技术：
现有的接触式IC卡电能表具有逻辑加密卡，逻辑加密卡具有防止对卡中信息随 意改写功能的存储IC卡，当对加密卡进行操作时必须首先核对卡中密码，只有核对正确， 卡中送出一串正确的应答信号时，才能对卡进行正确的操作，但由于只进行一次认证，且无 其它的安全保护措施，容易导致密码的泄露和伪卡的产生，其安全性能很低。IC卡口存在着 诸如使用煤气点火器高压静电攻击、使用短路金属片插入卡口短路攻击、往VCC输入高电 压直流造成的高压直流攻击、任意两引线间加入高压交流等问题。现有的电表的停电显示 电路在市电掉电时单片机程序将进入STOP工作状态，并打开外中断等待外部唤醒进入停 电显示程序，需要外部电池不间断提供电流来保持其工作及内存中的重要数据，此时单片 机仍然处工作状态，消耗电池的能量；单片机定时唤醒查询外部中断状态，也需要外部电池 不间断提供电流来保持单片机工作及内存中的重要数据，消耗电池的能量；众所周知程序 的运行都有一定的条件，在特定的条件程序很有可能会出现跑飞或死机等状况，停电显示 程序也不例外，也存在程序跑飞或死机的可能性。
发明内容本实用新型的目的是，提供一种能够自动抄表，抄收速度快，计算精度高，抄表同 时性好，可直接与营业计算机联网的单相载波预付费电子式电能表。本实用新型的目的是由以下技术方案来实现的一种单相载波预付费电子式电能 表，其特征是它包括单片机电路分别与开盖检测电路，IC接口电路，时钟和时钟电池检测 电路，载波模块电路，红外通讯电路，存储器电路、液晶显示模块电路，按键、停电显示控制 电路，ESAM模块电路，继电器控制电路和电能计量电路电连接。所述的单片机电路的单片机Ul型号为ST72F3MLJ6B6/44PIN芯片。所述的开盖检测电路包括检开开关SBl、按键SB4，电阻R28、R59、R60，检开开关 SBl输入信号，电阻R28、R59、R60组成电路的分压送入单片机Ul的A/D 口，按键SB4的一 端与单片机Ul的11脚连接。所述的IC接口电路包括与门U7B、与门U7C、与门U7D、电阻44、电阻45、电阻46、电 阻R47、电阻R48，与门U7C与单片机Ul的15脚连接，电阻R48与单片机Ul的17脚连接， 电阻R47与单片机Ul的19脚连接，与门U7D与单片机Ul的20脚连接，电阻45与单片机 Ul的沈脚连接。所述的时钟和时钟电池检测电路包括型号为DS3231时钟芯片U14，电阻DR14、电 阻DR13，时钟芯片U14分别通过电阻DR14、电阻DR13与单片机Ul的9、10脚连接。所述的载波模块电路的载波模块ZD2型号为PLCI36-III，载波模块ZD2的17、18 脚分别与单片机Ul的1、44脚连接。[0010]所述的按键、停电显示控制电路包括按键SB3，三极管DT3、DT4。所述的ESAM模块电路通过I2C接口与单片机Ul的15、24、25脚连接。所述的继电器控制电路的继电器驱动芯片型号为BL8023，型号为BL8023继电器 驱动芯片与单片机Ul的31、34脚连接。所述的电能计量电路的电能计量芯片型号为ADE775，型号为ADE775电能计量芯 片与单片机Ul的3、12脚连接。本实用新型的单相载波预付费电子式电能表集自动抄表集计算机技术、通信技 术、用电及计量技术于一体，能够实现自动抄表，具有抄收速度快，计算精度高，抄表同时性 好，可直接与营业计算机联网的等优点。

图1为单相载波预付费电子式电能表原理框图。图2为载波模块电路4的电路原理图。图3为单片机电路12的电路原理图。图4为电能计量电路13电路原理图。图5为电源供电电路11、ESAM模块电路9和继电器控制电路10电路原理图。图6为红外通讯电路5、液晶显示模块电路7、存储器电路6和按键、停电显示控制 电路8电路原理图。图7为IC接口电路2和开盖检测电路1电路原理图。图8为时钟和时钟电池检测电路3电路原理图。
具体实施方式
下面利用附图对本实用新型作进一步说明。参照图1，一种单相载波预付费电子式电能表包括单片机电路12分别与开盖检测 电路1、IC接口电路2、时钟和时钟电池检测电路3、载波模块电路4、红外通讯电路5、存储 器电路6、液晶显示模块电路7、按键、停电显示控制电路8、ESAM模块电路9、继电器控制电 路10和电能计量电路13电连接。参照图1和3，所述的单片机电路12的单片机型号为ST72F3MLJ6B6/44PIN芯片， 8位flash单片机，其主要资源如下3 flash、1024字节RAM、32个I/O 口、9/个外部中 断口、个高吸入的I/O 口，6路10位AD、同步串行口(SCI)、异步串行口(SPI)、2个16位定 时器，有三路输入捕获和三路输出比较，可产生PWM波、时基定时器、看门狗定时器、低电压 检测(LVD)复位功能、两倍频锁相环。停电监测电阻DR7、电阻DR9和一个A/D 口实现停 电监测功能。由于电表在停电之后，需要把数据保存在EEPROM中，为了有足够的时间把数 据保存在EEPROM中，需要及时地检测到电源掉电，通过电阻DR7、DR9分压，使分压电压处于 5V左右，直接接到单片机Ul的A/D 口，再根据A/D取样后的的值来判断是否停电。软件初 始化在电源刚上电的时候，单片机会首先进行初始化的操作，包括初始化变量、周边设备 配置。若是第一次上电，则把初始化后的运行变量和参数变量，分别存在不同的EEPROM区 域，以方便在掉电时仅需保存运行变量。参照图1和7，所述的开盖检测电路1包括检开开关SB1、按键SB4，电阻R28、R59、R60，检开开关SBl输入信号，电阻R28、R59、R60组成电路的分压送入单片机Ul的A/D 口， 按键SB4的一端与单片机Ul的11脚连接。参照图1和7，所述的IC接口电路2包括与门U7B、与门U7C、与门U7D、电阻44、电 阻45、电阻46、电阻R47、电阻R48，与门U7C与单片机Ul的15脚连接，电阻R48与单片机 Ul的17脚连接，电阻R47与单片机Ul的19脚连接，与门U7D与单片机Ul的20脚连接，电 阻45与单片机Ul的沈脚连接。按照识别卡-带触点的集成电路卡IS0/IEC7816设计在 卡座无卡时不给IC接口电路提供电压，其接口符合IS07816的相关要求。参照图1和8，所述的时钟和时钟电池检测电路3包括型号为DS3231时钟芯片 U14，电阻DR14、电阻DR13，型号DS3231时钟芯片U14为美国生产，市售产品。其特点为高精 度，-40°C至+85°C范围内精度为士3. 5ppm，具有集成的温补晶振TCXO和晶体。该器件包含 电池输入端，断开主电源时由一次性锂电池供电仍可保持精确的计时。集成晶振提高了器 件的长期精确度，并减少了生产线的元件数量，时钟芯片U14分别通过电阻DR14、电阻DR13 和单片机Ul的9、10脚连接；时钟和时钟电池检测电路3的实现是单片机Ul的PDO 口输出 高电平持续IOOms给电容DC23充电，然后再转换成A/D接口单片机Ul的AINO 口对电容电 压进行检测。从而判断电池是否欠压，因为单片机的工作电压为3. 3V，其输出的高电平最大 也为3. 3V，如果电池电压没有达到检测门限，因为不是直接检测电池电压值程序按照一定 方法折算处电池欠压值，则可判定该电池有电，通常锂电池的电压为3. 6V，二极管Dll可以 防止电池在停电时向单片机Ul接口端放电从而延长电池的使用寿命，比直接用单片机A/ D转换口直接测量电池电压的方法更省电有利于时钟更稳定的工作；如果检测到电容DC23 上的电压达到检测门限，则程序做相应处理，并在液晶显示器上用电池欠压符号提示。参照图1和2，所述的载波模块电路4的载波模块ZD2型号为PLCI36-III，载波模 块ZD2的17、18脚分别与单片机Ul的1、44脚连接。所述的载波模块电路4，载波采用模块 化设计可以和多种载波方案，载波模块ZD2通过串口和单片机Ul进行通讯，其电源由电源 供电电路11提供。型号为PLCI36-III为青岛东软电脑技术有限公司提供的市售产品。参照图1和6，所述的红外通讯电路5包括红外线发射管D9、电阻R41、R53，红外 线接收管U17通串口与单片机Ul的16、18脚连接。38K双向调制信号其通讯规约完全符合 多功能电能表通信协议DL/T645-1997。参照图1和6，所述的存储器电路6的存储器U6型号为ATMELMC08，通过1 接 口与单片机Ul的9、10脚连接。1 接口是计算机的一种控制技术，属于两线式串行总线， 它由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。参照图1和6，所述的液晶显示模块电路7的IXD通过SPI接口与单片机Ul的5、 35、36、37脚连接。SPI接口为串行外围接口，SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行 同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，地位在后，为全双工
ififn。参照图1和6，所述的按键、停电显示控制电路8，在市电掉电时，单片机Ul处于断 电工作状态，不损耗电池的电能。只有按键SB3上有电池维持高电平，当需要进行停电显示 时按下此按键，按键后三极管DT3的集极处于高电平此时三极管DT3导通，导通后三极管 DT4的集极和射极满足导通条件三极管DT4导通电池给所有的3. 3V电路施加电压，此后单 片机Ul初始化程序，当判断此时为停电下显示时单片机Ul的14脚会立即由输入转为输出状态，输出高电平来维持三极管DT3、DT4的导通状态，从而完成停显功能，当程序执行完毕 后，只要在单片机Ul的14脚输出低电平三极管DT3、DT4会立即截止单片机Ul下电。下电 后外部电池不需要提供电流来保持单片机Ul工作及内存中的重要数据，所以没有电能消 耗。停电时单片机Ul不工作也就不存在程序出现跑飞或死机等状况，大大加强了系统的稳 定性。参照图1和5，所述的ESAM模块电路9通过I2C接口与单片机Ul的15、24、25脚 连接。ESAM模块采用北京握奇智能科技有限公司为天津市电力公司定制的专用芯片。参照图1和5，所述的继电器控制电路10的继电器驱动芯片型号为BL8023，型号 为BL8023继电器驱动芯片与单片机Ul的31、34脚连接。单片机Ul通过普通I/O控制型 号为BL8023继电器驱动芯片从而实现对磁保持继电器的控制，型号为BL8023继电器驱动 芯片是双向继电器驱动集成电路，用于控制磁保持继电器的工作，具有输出电流大，静态功 耗小的特点。参照图1和5，所述的电源供电电路11为开盖检测电路1、IC接口电路2、时钟和 时钟电池检测电路3、载波模块电路4、红外通讯电路5、存储器电路6、液晶显示模块电路7、 按键、停电显示控制电路8、ESAM模块电路9、继电器控制电路10和电能计量电路13提供 电源，为保证用电安全，其中电能计量电路13的电源与主供电电路的通讯方式采用光耦隔 离。电源接口电路设计有抗浪涌和过压过流保护电路。参照图1和4，所述的电能计量电路13采用美国进口的型号为ADE775计量专用芯 片，是一款适用于单相配电系统的高精度电能计量IC。可以提供基于输电线电压和电流计 算的瞬时有功功率和平均有功功率。该器件规范超过IEC61036标准规定的精度要求。型 号为ADE775计量专用芯片中使用的唯一模拟电路是ADC和参考电压电路。所有其它信号 处理都是在数字域实现的。这种信号处理方法可在随环境条件和时间变化的很大范围内提 供优异的稳定性和精度。内部的空载阈值特性保证ADE7755在空载时没有潜动。电能计量 电路13与单片机电路12之间采用光电耦合器隔离，使两部分电路在电气上完全独立，以保 护单片机电路12和其他电路工作的可靠性。电能计量电路13的ADE775芯片与单片机Ul 的3、12脚连接。
权利要求1.一种单相载波预付费电子式电能表，其特征是它包括单片机电路分别与开盖检测 电路、IC接口电路、时钟和时钟电池检测电路、载波模块电路、红外通讯电路、存储器电路、 液晶显示模块电路、按键、停电显示控制电路、ESAM模块电路、继电器控制电路和电能计量 电路电连接。
2.根据权利要求1所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的单片机电 路的单片机Ul型号为ST72F3MLJ6B6/44PIN芯片。
3.根据权利要求2所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的开盖检测 电路包括检开开关SB1、按键SB4，电阻R28、R59、R60，检开开关SBl输入信号，电阻R28、 R59、R60组成电路的分压送入单片机Ul的A/D 口，按键SB4的一端与单片机Ul的11脚连 接。
4.根据权利要求2所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的IC接口电 路包括与门U7B、与门U7C、与门U7D、电阻44、电阻45、电阻46、电阻R47、电阻R48，与门U7C 与单片机Ul的15脚连接，电阻R48与单片机Ul的17脚连接，电阻R47与单片机Ul的19 脚连接，与门U7D与单片机Ul的20脚连接，电阻45与单片机Ul的沈脚连接。
5.根据权利要求2所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的时钟和时 钟电池检测电路包括型号为DS3231时钟芯片U14，电阻DR14、电阻DR13，时钟芯片U14分别 通过电阻DR14、电阻DR13与单片机Ul的9、10脚连接。
6.根据权利要求2所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的载波模块 电路的载波模块ZD2型号为PLCI36-III，载波模块ZD2的17、18脚分别与单片机Ul的1、 44脚连接。
7.根据权利要求1所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的按键、停 电显示控制电路包括按键SB3，三极管DT3、DT4。
8.根据权利要求2所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的ESAM模块 电路通过1 接口与单片机Ul的15、24、25脚连接。
9.根据权利要求2所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的继电器控 制电路的继电器驱动芯片型号为BL8023，型号为BL8023继电器驱动芯片与单片机Ul的 31、；34脚连接。
10.根据权利要求2所述的单相载波预付费电子式电能表，其特征是所述的电能计量 电路的电能计量芯片型号为ADE775，型号为ADE775电能计量芯片与单片机Ul的3、12脚连接。
专利摘要本实用新型涉及计量技术领域，是一种单相载波预付费电子式电能表，其特点是它包括单片机电路分别与开盖检测电路，IC接口电路，时钟和时钟电池检测电路，载波模块电路，红外通讯电路，存储器电路，液晶显示模块电路，按键、停电显示控制电路，ESAM模块电路，继电器控制电路和电能计量电路电连接。具有自动抄表，抄收速度快，计算精度高，抄表同时性好，可直接与营业计算机联网等待优点。
文档编号G01R22/10GK201819953SQ20102021625
公开日2011年5月4日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者于安源, 关凤霞, 孙世杰, 朱有, 李金录, 杨显志, 杨西霞, 甄威旭, 阎劲光 申请人:深圳市江机实业有限公司