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智能分时计费电度表的单片机实现

来源:一卡通世界      作者:江从俊 陈家松 徐济仁      2012-3-9 11:14:37

    摘要:简要介绍了利用单片机芯片解决分时计费电度表的收费问题的系统方案,给出了智能分时计费电度表系统的电路原理结构方框图,同时给出了通过单片机系统来实现分时计费的系统设计要点。

    0 引言

    在电力资源费用的收取方面,电力部门希望采取分时计费的用电制度,即在高峰期用电,将电费单价提高;低峰期用电,将电费单价降低,这是一种采用经济杠杆方式来引导人们尽量避开高峰期用电的一种有效的办法。

    该方法对于解决用电负荷量不平衡问题,充分发挥现有的发电能力,可以起到相当重要的作用。分时计费智能电度表正是适应分时计费用电制度的一种新颖的单片机化智能电能计量产品。它既保留了原有三相/单相电度表的主要功能,又增加了分时计算用电量和电费的功能。因此,它既适用于当前,更适用于未来。

    1 智能分时计费电度表的结构原理

    本智能电度表在保持现行三相/单相电度表作为电量计量标准的基础上,仅仅通过在表盘上打一个很小的光电检测孔,从而使表盘每转一圈都给出一个脉冲信号,然后经过放大和整形后,将此脉冲信号作为单片机外部计数脉冲的输入信号。

    一般情况下,该智能分时计费电度表可以由两部分组成。第一部分是原有的三相/单相电度表,该部分仍可单独作为电量计量系统使用,也就是说,表盘每转一圈,经过齿轮传动,由机械式计数器显示出用电度数,这一原有的功能保持不变;第二部分是新增加的单片机系统,主要是将表盘所转圈数这一信号,以计数脉冲的形式由T0输入,然后根据定时计费用电制度的规定,对这一信号进行适当的处理,从而给出用户各用量计费期的用电度数,再按分时计费价格标准直接算出用户的电费。分时计费智能电度表的设计原理结构如图1所示。

图1 分时计费智能电度表原理框图

图1 分时计费智能电度表原理框图

    2 分时计费的实现

    利用这种智能电度表对用电度数进行记录是很容易实现的,它的技术难点在于将用电度数按不同的计费期(高、中、低峰期)分开,以便分别乘上不同的单价后求出用户总的电费。解决这一难题的关键在于,要有一个绝对的时间标准。

    本设计使用一片可编程定时器来作为智能电度表的时间基准。所谓"绝对的时间标准",指的是,即使在停电的情况下,电度表不转,无脉冲信号给出,定时器也必须照常运转。否则,如果停上几小时的电,定时器也跟着停止几小时不工作的话,将可能把低峰期误认为高峰期……,从而打乱整个分时计费系统。由于停电是经常发生的,所以实用的分时计费智能电度表必须带有备用电源。 停电期间,智能电度表的处理过程是这样的:当检测到即将发生断电信号时,可通过INT1中断单片机,在其中断服务子程序中置位PCON的IDL位,使单片机进入空闲操作状态,同时接入备用电源。再将备用电源切换到外部定时器上,使定时器不停止工作。而在停电期间,如果设定的定时时间已到,即某个计费期到,定时器INT0将发出中断请求信号,由于INT0编程为高优先级中断,INT1为低优先级中断,因此,并在INT1的中断期间,仍能响应INT0的中断请求,使单片机结束空闲操作状态,在INT0的中断服务子程序中结算某个计费期的电费。所以,利用单片机的空闲操作状态,一方面可在停电期间减少备用电源的消耗;另方面,结算电费的工作也可以照常进行,而不受丝毫的影响。计算结束后,仍可使单片机回到空闲操作状态,并等待电网电压的恢复。

    为了区分高、中、低峰3段不同的计费期,可在INT0的中断服务子程序中设置一个可移位的标志,每次中断移位一次,3次为一循环,即移位3次后返回初值位置。这样,由标志所在的位置,就可判断出系统处于哪段计费期,从而转入相应的电费结算子程序。

    3 新型智能电度表的主要功能

    一天中的高、中、低峰3段不同计费期的起止时间以及各段的电费单价,可由供电部门在安装并启用智能电度表时,通过键盘输入,然后加封。在智能电度表工作期间,该表应具有如下主要功能:

    (1)可由原有三相/单相电度表显示用户累计用电度数;
    (2)通过单片机系统的LED显示器,可按需要显示各段累计用电量、总的累计用电量、各段累计电费、总的累计电费;
    (3)可按需要打印各种数据;
    (4)可以查询当天各段时间内的用电量和电费;
    (5)带有备用电源,可以自动切换。
    (6)可按需要将上述各种数据从串行口发送出去,然后通过有线/无线数传机传送到供电部门的中心控制室,使供电部门能随时了解各有关单位的用电和电费结算情况;
    (7)供电部门按月收取电费后,可通过清零按钮将上述量清除,并重新开始累计;
    (8)对于限额用电单位,供电部门可预置用电限量,并有超额报警和超额部分加倍计费功能。

    4 结束语

    本文根据分时用电计费制度,并通过单片机系统和绝对时间标准,提出了一种基于单片机的分时计费智能电度表的设计方法。重点分析了系统中分时计费的实现方案。

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