專利名稱：一種單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電能計(jì)量與信息采集技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種遠(yuǎn)程費(fèi)用控制的單相 智能電表。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有電能表產(chǎn)品中，在電能計(jì)量方便僅提供有功電能計(jì)量，沒有提供電流、 電壓等電能參數(shù)，無法滿足智能電網(wǎng)建設(shè)的需求；每到電費(fèi)結(jié)算日，工作人員就要上門查 表、計(jì)算費(fèi)用、收費(fèi)、非常繁瑣，且耗費(fèi)大量的人力、物理；或者只能采用本地IC卡預(yù)付費(fèi)功 能，無法提供多樣的費(fèi)控功能，例如遠(yuǎn)程費(fèi)用控制功能；在數(shù)據(jù)安全方面，大多采用安全性 較差的普通邏輯加密算法或者DES加密算法，無法滿足電力部門技術(shù)規(guī)范建議采用的某種 算法；在通訊規(guī)約上，只能滿足DL/T645-1997通訊規(guī)約，無法滿足國家新的用電政策；不具 備防竊電功能，無法滿足供電公司對(duì)防竊電的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)了一種支持遠(yuǎn)程費(fèi)用 控制、防竊電的電表。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表，包括單片機(jī)、通信芯片、時(shí)鐘芯片、電源芯片、電壓 /電流互感器、計(jì)量芯片、嵌入式安全控制模塊、負(fù)荷開關(guān)和顯示器，其中計(jì)量芯片差分 電壓/電流輸入管腳連接所述電壓/電流互感器的輸出端；電源芯片電源輸出端連接所 述電能計(jì)量芯片的電壓輸入端；單片機(jī)該單片機(jī)分別與通信芯片、時(shí)鐘芯片、電源芯片、 計(jì)量芯片、嵌入式安全控制模塊、負(fù)荷開關(guān)和顯示器連接。本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案所述通信芯片為紅外通信和遠(yuǎn)程通信。本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選方案所述計(jì)量芯片與電流采樣電路和電壓采樣電路連 接。本實(shí)用新型的又一種優(yōu)選方案所述負(fù)荷開關(guān)設(shè)有兩種模式，內(nèi)置磁保持繼電器 模式和外置空氣開關(guān)模式。本實(shí)用新型的再一優(yōu)選方案所述單片機(jī)內(nèi)置存儲(chǔ)器。本實(shí)用新型的再一優(yōu)選方案所述嵌入式安全控制模塊采用SMl加密算法。本實(shí)用新型的再一優(yōu)選方案所述通信芯片與抄收終端通信采用DL/T645-2007 通信規(guī)約。本實(shí)用新型的再一優(yōu)選方案所述電壓采樣電路采用分壓電阻方式，所述電流采 樣電路采用錳銅分流器方式。本實(shí)用新型的再一優(yōu)選方案所述磁保持繼電器為60A或80A。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、電能計(jì)量可以提供有功電能計(jì)量，同時(shí)提供電流、電壓等電能參數(shù)；[0016]2、數(shù)據(jù)安全采用SMl (即SCB2)算法，提高數(shù)據(jù)的安全性，也符合電力部門的安全 要求；3、通訊規(guī)約采用最新DL/T645-2007通訊規(guī)約，適合電力公司近期需求；4、預(yù)付費(fèi)采用遠(yuǎn)程通訊實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能，方便了公司對(duì)費(fèi)控功能的需求；5、防竊電具備防竊電功能，滿足供電公司對(duì)防竊電的要求。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型遠(yuǎn)程付費(fèi)邏輯示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1和2對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述一種基于遠(yuǎn)程智能費(fèi)用控制的單相費(fèi)控智能電表，包括單片機(jī)(簡稱MCU， PIC18F67J11型號(hào))、通信芯片、時(shí)鐘芯片(RTC8025T型號(hào))、電源芯片、電壓/電流互感 器、計(jì)量芯片(RN8209型號(hào))、嵌入式安全控制模塊(簡稱ESAM，CEPESAM型號(hào))、負(fù)荷開關(guān) (HFE19-90型號(hào))和LCD驅(qū)動(dòng)(BR2836型號(hào))，其中(1)計(jì)量芯片計(jì)量芯片測(cè)量電壓和電流，并計(jì)算有功、視在功率、功率因數(shù)和電 壓、電流的有效值；差分電壓/電流輸入管腳連接電壓、電流采樣電路，電壓采樣電路采用 分壓電阻方式，電流采樣電路采用錳銅分流器方式。(2)電源芯片電源輸出端連接電能計(jì) 量芯片的電壓輸入端。(3)單片機(jī)MCU內(nèi)置128K的FLASH程序存儲(chǔ)器，8K的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 區(qū)，并與外置存儲(chǔ)器24LC64通過I/O 口按照I2C協(xié)議進(jìn)行連接，24LC64為非易失性存儲(chǔ)器， 存儲(chǔ)智能電表的各種數(shù)據(jù)信息；MCU通過I/O 口實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的控制；MCU通過I/O 口與IXD 驅(qū)動(dòng)芯片、時(shí)鐘芯片、負(fù)荷開關(guān)、存儲(chǔ)器、ESAM連接；通過I/O 口按照SPI協(xié)議與計(jì)量芯片連 接。(4)通信芯片有兩種通信方式，紅外通信(HS0038B)和RS485遠(yuǎn)程通信(MAX3085)； RS485接口實(shí)現(xiàn)智能電表遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取、參數(shù)設(shè)置等功能；通信芯片與抄收終端通信采用 DL/T645-2007通信規(guī)約。(5)負(fù)荷開關(guān)用于配合費(fèi)控功能進(jìn)行用戶負(fù)荷控制；設(shè)有兩種模 式內(nèi)置磁保持繼電器模式和外置空氣開關(guān)模式，磁保持繼電器按照負(fù)荷容量分為60A或 80Ao (6)ESAM安全芯片為智能電表的數(shù)據(jù)交換提供安全認(rèn)證；且采用SCB2(即SMl)加密 算法。(7)時(shí)鐘芯片具備硬件溫補(bǔ)功能的時(shí)鐘芯片，為智能電表提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘。(8)電流 互感器將很大的一次電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏?；為測(cè)量裝置和繼電保護(hù)的線圈提供電流；對(duì)一 次設(shè)備和二次設(shè)備進(jìn)行隔離。(9)LCD顯示模塊顯示信息及數(shù)據(jù)，其具有功耗低、壽命長、 顯示方式靈活等優(yōu)點(diǎn)。單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表電源采用兩路5V電源來分別給計(jì)量電路、MCU、RS485通訊 電路供電，RS485通信芯片和MCU之間的通信采用光耦進(jìn)行隔離，可提升整個(gè)電能表的抗干 擾能力。通過電流、電壓采樣電路，計(jì)量芯片采集電流、電壓數(shù)值，經(jīng)過積分運(yùn)算得出電壓 有效值、電流、有功、功率等參數(shù)，并把參數(shù)存放在指定的計(jì)量芯片內(nèi)寄存器里，在接到MCU 讀取指令時(shí)通過SPI接口送出；MCU經(jīng)過SPI接口定時(shí)讀取計(jì)量芯片電能計(jì)量參數(shù)，并進(jìn)行 運(yùn)算、存儲(chǔ)、液晶顯示。其中乘法器輸出瞬時(shí)功率通過數(shù)字低通濾波器進(jìn)行積分處理進(jìn)入“數(shù)字/頻率”轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過分頻電路輸出的脈沖經(jīng)過隔離后送入費(fèi)率單元進(jìn)行處理，記錄 總電量及各費(fèi)率電量，電表通過NEC2501輸出脈寬為80ms的無源脈沖，作為精度校準(zhǔn)應(yīng)用。 電表采用液晶顯示，先由MCU把現(xiàn)實(shí)內(nèi)容送給液晶驅(qū)動(dòng)芯片BR2836，再由液晶驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū) 動(dòng)液晶進(jìn)行顯示；電表MCU采用了 MICROSOFT公司的PIC18F67J11，具備128K的程序存儲(chǔ) 區(qū)、8K的RAM存儲(chǔ)區(qū)、2個(gè)UART接口 ；電表采用帶硬件溫補(bǔ)功能的時(shí)鐘芯片RTC8025T，MCU 通過I2C接口讀取時(shí)鐘信息、對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行校時(shí)。智能電表采用了 24LC64存儲(chǔ)芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，MCU通過I2C接口進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、 讀取。該存儲(chǔ)芯片主要用于存儲(chǔ)計(jì)算出來的電壓、電流、有功等實(shí)時(shí)值以及每個(gè)時(shí)段的有功 電能值，還有掉電時(shí)間記錄、電壓電流越上下 限報(bào)警記錄和歷史記錄等等。智能電表具備紅外、RS485兩種通信方式，紅外通信通過手持設(shè)備解決智能電表本 地的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)讀取等功能；MAX3085為RS485接口芯片，主要作為遠(yuǎn)程通信手段，實(shí)現(xiàn) 智能電表的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)讀取、遠(yuǎn)程費(fèi)控等功能。在通信時(shí)，由MCU來判斷使用哪個(gè) 方式通信。數(shù)據(jù)安全主要采用ESAM模塊進(jìn)行，ESAM通過時(shí)鐘(CLK)管腳、數(shù)據(jù)I/O 口與MCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，智能電表的費(fèi)控信息、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置等信息要通過ESAM安全模塊認(rèn)證才能 進(jìn)行。不僅具有防檢測(cè)、抗攻擊、自毀等硬件特性，還具有安全的文件密鑰管理，完善的安全 機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)的加密運(yùn)算功能，完成數(shù)據(jù)的加密解密、雙向身份認(rèn)證、訪問權(quán)限控制、通信線路 保護(hù)和數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)等操作。遠(yuǎn)程付費(fèi)功能是主站/售電系統(tǒng)借助網(wǎng)絡(luò)等虛擬介質(zhì)進(jìn)行 充值及參數(shù)設(shè)置，在智能電能表內(nèi)部實(shí)現(xiàn)費(fèi)控功能的電能表。主站/售電系統(tǒng)的加解密設(shè) 備為密碼機(jī)。MCU通過控制電路控制負(fù)荷開關(guān)；當(dāng)用戶剩余金額達(dá)到報(bào)警金額或剩余金額 為零時(shí)，MCU發(fā)出負(fù)荷開關(guān)控制指令，使用戶跳閘；用戶充值后，MCU發(fā)出合閘指令給用戶送 H1^ ο用戶進(jìn)行充值、參數(shù)修改操作時(shí)，首先要通過ESAM進(jìn)行安全認(rèn)證，用來確認(rèn)雙方 身份的合法性，只有確認(rèn)雙方身份后，才能建立相互之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。重要數(shù)據(jù)以密文 方式進(jìn)行傳輸，電能表接到密文后送入ESAM進(jìn)行解密，然后再以明文的方式返回MCU，MCU 再解讀報(bào)文。 防竊電模塊主要是通過電流互感器采集零線電流，通過軟件計(jì)算發(fā)現(xiàn)用戶用電異常SMI算法是國家密碼管理部門審批的SMl分組密碼算法，分組長度和密鑰長度都 為128比特，算法安全保密強(qiáng)度及相關(guān)軟硬件實(shí)現(xiàn)性能與AES相當(dāng)，該算法不公開，僅以IP 核的形式存在于芯片中。采用該算法已經(jīng)研制了系列芯片、智能IC卡、智能密碼鑰匙、加密 卡、加密機(jī)等安全產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于電子政務(wù)、電子商務(wù)及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域(包括 國家政務(wù)通、警務(wù)通等重要領(lǐng)域)。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限 制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新 型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求一種單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表，其特征在于，包括單片機(jī)、通信芯片、時(shí)鐘芯片、電源芯片、電壓/電流互感器、計(jì)量芯片、嵌入式安全控制模塊、負(fù)荷開關(guān)和顯示器，其中計(jì)量芯片差分電壓/電流輸入管腳連接所述電壓/電流互感器的輸出端；電源芯片電源輸出端連接所述電能計(jì)量芯片的電壓輸入端；單片機(jī)該單片機(jī)分別與通信芯片、時(shí)鐘芯片、電源芯片、計(jì)量芯片、嵌入式安全控制模塊、負(fù)荷開關(guān)和顯示器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述通信芯片為紅外通信和遠(yuǎn)程通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述計(jì)量芯片與電流采樣電路和電壓采 樣電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述負(fù)荷開關(guān)設(shè)有兩種模式，內(nèi)置磁保持 繼電器模式和外置空氣開關(guān)模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述單片機(jī)內(nèi)置存儲(chǔ)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述嵌入式安全控制模塊采用SMl加密算法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電表，其特征在于所述通信芯片與抄收終端通信采用DL/ T645-2007通信規(guī)約。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電表，其特征在于所述電壓采樣電路采用分壓電阻方式，所 述電流采樣電路采用錳銅分流器方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電表，其特征在于所述磁保持繼電器為60A或80A。
專利摘要一種單相遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電表，包括單片機(jī)、通信芯片、時(shí)鐘芯片、電源芯片、電壓/電流互感器、計(jì)量芯片、嵌入式安全控制模塊、負(fù)荷開關(guān)和顯示器，其中計(jì)量芯片差分電壓/電流輸入管腳連接所述電壓/電流互感器的輸出端；電源芯片電源輸出端連接所述電能計(jì)量芯片的電壓輸入端；單片機(jī)該單片機(jī)分別與通信芯片、時(shí)鐘芯片、電源芯片、計(jì)量芯片、嵌入式安全控制模塊、負(fù)荷開關(guān)和顯示器連接。本實(shí)用新型采用遠(yuǎn)程通訊實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能，方便了公司對(duì)費(fèi)控功能的需求；具備防竊電功能；數(shù)據(jù)安全采用SM1算法，提高數(shù)據(jù)的安全性。
文檔編號(hào)G01R11/24GK201569701SQ200920350669
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者左高, 龐臘成, 張東忱, 王月欣, 陳晨, 馬宗超 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院