單相預(yù)付費(fèi)分時(shí)電能表的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　一、引言

　　分時(shí)表和預(yù)付費(fèi)電能表由于各自的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地被用戶接受.

　　預(yù)付費(fèi)電能表采用先購(gòu)電再用電，到零斷電的模式，解決了以往收電費(fèi)難的問(wèn)題.并且，由于電能表帶有斷電裝置，可以實(shí)現(xiàn)一些輔助功能，如負(fù)荷控制、過(guò)流保護(hù)等等.并且使用預(yù)付費(fèi)電能表后，可以方便地實(shí)現(xiàn)增容.

　　現(xiàn)有的預(yù)付費(fèi)電表一般采用存貯媒介來(lái)傳遞信息，用戶將購(gòu)電信息輸入電表的同時(shí)可以將電表內(nèi)的用電信息讀入存貯媒介傳回售電部門，供電部門可以對(duì)傳回的用電信息及時(shí)進(jìn)出口行分析和統(tǒng)計(jì).

　　分時(shí)電能表優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)施了峰谷電價(jià)，對(duì)于消費(fèi)者而言能夠享受到電價(jià)優(yōu)惠政策，得到實(shí)實(shí)在在的實(shí)惠.對(duì)于供電部門來(lái)說(shuō)，分時(shí)表能夠起到一定的削峰填谷的作用，起到優(yōu)化電網(wǎng)的效果，對(duì)于目前電力緊張的現(xiàn)狀而言，其意義不言而喻.而且一定程度上，實(shí)施峰谷電價(jià)以后，鼓勵(lì)谷段用電，增加了谷段的用電量，也增加了電力部門的營(yíng)業(yè)收入.另外，分時(shí)表一般均有帶有rs485接口或紅外通訊接口，便于組網(wǎng)，適合集中抄表.

　　目前，預(yù)付費(fèi)電能表在北方一些地區(qū)使用較為廣泛，而分時(shí)表在華東地區(qū)及一些南方地區(qū)使用得較多.特別是上海市、江蘇省等地區(qū)已經(jīng)大規(guī)模使用，在去年電力緊張的時(shí)刻已經(jīng)發(fā)揮了一定的作用.

　　二、預(yù)付費(fèi)分時(shí)表的可行性

　　分時(shí)表和預(yù)付費(fèi)電能表均是適應(yīng)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，并且在相應(yīng)的時(shí)期起到了其應(yīng)有作用.

　　當(dāng)前，市場(chǎng)有對(duì)預(yù)付費(fèi)分時(shí)表的需求.目前，全國(guó)上下普遍存在電力緊張的局面，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)和大中城市情況更是嚴(yán)重，特別是在去年的用電高峰期，電力部門不得不頻繁拉閘限電.現(xiàn)在的一般做法是要求企業(yè)避峰，保證居民用電.對(duì)企業(yè)均實(shí)行分時(shí)計(jì)費(fèi)的方式，并且強(qiáng)制要求企業(yè)加裝負(fù)荷控制設(shè)備，控制其高峰負(fù)荷，保證電網(wǎng)安全.但對(duì)于居民用電目前還無(wú)法控制到戶，但另一方面，居民用電量正逐年增加成上升之勢(shì).如果采用預(yù)付費(fèi)分時(shí)電表則可以解決上述問(wèn)題.預(yù)付費(fèi)分時(shí)電表一方面利用分時(shí)電價(jià)鼓勵(lì)用戶讓峰，另一方面可以給電表設(shè)定負(fù)荷上限值，強(qiáng)制限定其用電高峰時(shí)的負(fù)荷，達(dá)到控制電網(wǎng)負(fù)荷的目的，保證整個(gè)電網(wǎng)的良好運(yùn)行.

　　對(duì)于已經(jīng)使用預(yù)付費(fèi)電表的地區(qū)，現(xiàn)在要推廣使用分時(shí)計(jì)價(jià)方案，只有選擇預(yù)付費(fèi)分時(shí)電能表.預(yù)付費(fèi)分時(shí)電表在繼承了以往預(yù)付費(fèi)電表的使用方式和優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，又增加了分時(shí)計(jì)費(fèi)的功能，將預(yù)付費(fèi)和分時(shí)計(jì)費(fèi)合二為一.用戶從自身的利益出發(fā)還是愿意接受的.從以往推廣分時(shí)電表的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，主動(dòng)要求實(shí)施分時(shí)計(jì)費(fèi)的用戶非常多.

　　此外，從技術(shù)角度出發(fā)，預(yù)付費(fèi)分時(shí)計(jì)費(fèi)功能并不難實(shí)現(xiàn).目前，分時(shí)電能表和預(yù)付費(fèi)電能表均有比較成熟的技術(shù)方案.將兩者進(jìn)行有選擇性的整合，就可實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)分時(shí)電能表的方案.一些兩者共有的部分可原樣保留下來(lái)，如cpu、計(jì)量部分、存貯器等;另外一些部分需要加以改進(jìn)，如顯示器部分，電源部分等等;還有一部分各自均需保留，如ic卡的讀寫卡座、繼電器控制、時(shí)鐘部分以及溫度補(bǔ)償部分等等.從硬件成本上考慮，預(yù)付費(fèi)分時(shí)電能表要比單純的預(yù)付費(fèi)加分時(shí)表的成本低得多，因?yàn)橛性S多共用部分.在軟件處理上，預(yù)付費(fèi)分時(shí)表會(huì)復(fù)雜一些.需要實(shí)現(xiàn)兩種電能表的功能，并且增加了數(shù)據(jù)量，對(duì)于數(shù)據(jù)的存貯和保護(hù)難度相應(yīng)增加.但是，只要經(jīng)過(guò)仔細(xì)的編排，就完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)分時(shí)電能表的功能.

　　從上面的分析可以看出.預(yù)付費(fèi)分時(shí)電能表正是時(shí)下供電部分的需求，而且用戶又能夠主觀接受，并且在技術(shù)上也是可以實(shí)現(xiàn)，因此，研制和推廣這種電能表完全是可行的，并且必將受到各方的青睞.

　　三、預(yù)付費(fèi)分時(shí)表的設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)預(yù)付費(fèi)分時(shí)電能表時(shí)，既要考慮到分時(shí)表的特點(diǎn)，又要考慮到預(yù)付費(fèi)表的特點(diǎn).在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要注重整機(jī)功能的可靠實(shí)現(xiàn)，更要將電磁兼容性能設(shè)計(jì)放在首位.

　　這里給出一種預(yù)付費(fèi)分時(shí)電能表的方案，并給出關(guān)鍵元器件的選擇.其主要由計(jì)量單元部分、顯示部分、通訊部分、主處理單元部分和接口部分以及電源部分等單元組成.

　　計(jì)量單元采用傳統(tǒng)的專用計(jì)量芯片ade7755，采用獨(dú)立的電源供電.ade7755是美國(guó)ad公司比較成熟的單相計(jì)量專用芯片.目前已在單相電子表內(nèi)廣泛應(yīng)用，而且評(píng)價(jià)不錯(cuò).由ade775向cpu提供電量脈沖信號(hào)和電流方向信號(hào)

　　顯示單元采用led專用屏顯示.一方面考慮到目前使用預(yù)付費(fèi)電能表的用戶集中在北方地區(qū)，冬天氣溫較低，如采用lcd顯示屏，工作溫度范圍較難達(dá)到要求;另一方面，led顯示不需要特別的驅(qū)動(dòng)電路，成本上占有一定優(yōu)勢(shì).而且，一般單相電能表的安裝使環(huán)境亮度較暗，lcd屏在沒(méi)有背光的情況下，亮度不夠，而led屏則沒(méi)有這些問(wèn)題.如在lcd屏加裝背光，則成本受限制.

　　通訊部分主要包括rs485和紅外兩個(gè)部分.rs485部分采用隔離電源獨(dú)立供電.485芯片采用美國(guó)ti公司的3082芯片.紅外通訊部分采用美國(guó)德律風(fēng)根的紅外收發(fā)管組件.

　　主處理單元是電表的核心，所有的工作都是由它來(lái)完成的.本方案中，cpu采用美國(guó)motorla公司的最新mc68hc908系列單片機(jī)作為主處理芯片.它功能強(qiáng)大、指令靈活，最重要的是它的電磁兼容性優(yōu)越，令整機(jī)的性能大大提高.時(shí)鐘芯片采用日本epson公司的r8025，此款芯片帶有溫度補(bǔ)償很難達(dá)到要求.最近，浙江省電力工業(yè)局于2004年02月25日印發(fā)了一份《關(guān)于公布居民分時(shí)電能表鐘溫度特性抽測(cè)結(jié)果的通知》，《通知》中明確指出11種采用溫度補(bǔ)償?shù)碾姳硗ㄟ^(guò)測(cè)試，而3種未采用溫度補(bǔ)償?shù)碾姳砣�部超出要求范圍，并建議居民分時(shí)電表加裝溫度補(bǔ)償電路.存貯電路采用鐵電存貯器，此種eeprom存取速度快，功耗低，適用于大數(shù)據(jù)量的存取場(chǎng)合.而且可縮短數(shù)據(jù)由電卡到存貯器的讀寫時(shí)間，一定程序上起到防止插拔卡過(guò)快的作用.

　　接口部分主要包括ic卡接口、計(jì)量脈沖輸出接口、秒信號(hào)輸出接口、rs485通訊接口等.接口部分一般均可直接接觸，最容易受到攻擊，因此應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加保護(hù)路，并與處理單元隔離.

　　電源部分采用線性電源，分三組輸出并互相隔離，分別供給計(jì)量單元、主處理單元和rs485通訊單元使用.電源輸入回路除了加一般的磁珠、電容等保護(hù)措施外，串接熱敏電阻以保證高壓時(shí)電表達(dá)式不被損壞.

　　電表的工作原理是這樣的：計(jì)量芯片ade7755根據(jù)電壓、電流輸入信號(hào)生產(chǎn)電能量脈沖信號(hào)和電流方向信號(hào)送給cpu進(jìn)行處理.cpu對(duì)電量脈沖進(jìn)