專利名稱：一種單相遠程費控智能電表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電能計量與信息采集技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種遠程費用控制的單相 智能電表。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有電能表產(chǎn)品中，在電能計量方便僅提供有功電能計量，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；每到電費結(jié)算日，工作人員就要上門查 表、計算費用、收費、非常繁瑣，且耗費大量的人力、物理；或者只能采用本地IC卡預(yù)付費功 能，無法提供多樣的費控功能，例如遠程費用控制功能；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防竊電的要求。

實用新型內(nèi)容本實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)計了一種支持遠程費用 控制、防竊電的電表。本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種單相遠程費控智能電表，包括單片機、通信芯片、時鐘芯片、電源芯片、電壓 /電流互感器、計量芯片、嵌入式安全控制模塊、負荷開關(guān)和顯示器，其中計量芯片差分 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 述電能計量芯片的電壓輸入端；單片機該單片機分別與通信芯片、時鐘芯片、電源芯片、 計量芯片、嵌入式安全控制模塊、負荷開關(guān)和顯示器連接。本實用新型的一種優(yōu)選方案所述通信芯片為紅外通信和遠程通信。本實用新型的另一種優(yōu)選方案所述計量芯片與電流采樣電路和電壓采樣電路連 接。本實用新型的又一種優(yōu)選方案所述負荷開關(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。本實用新型的再一優(yōu)選方案所述單片機內(nèi)置存儲器。本實用新型的再一優(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。本實用新型的優(yōu)點1、電能計量可以提供有功電能計量，同時提供電流、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)付費采用遠程通訊實現(xiàn)預(yù)付費功能，方便了公司對費控功能的需求；5、防竊電具備防竊電功能，滿足供電公司對防竊電的要求。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型遠程付費邏輯示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖1和2對本實用新型做進一步描述一種基于遠程智能費用控制的單相費控智能電表，包括單片機(簡稱MCU， PIC18F67J11型號)、通信芯片、時鐘芯片(RTC8025T型號)、電源芯片、電壓/電流互感 器、計量芯片(RN8209型號)、嵌入式安全控制模塊(簡稱ESAM，CEPESAM型號)、負荷開關(guān) (HFE19-90型號)和LCD驅(qū)動(BR2836型號)，其中(1)計量芯片計量芯片測量電壓和電流，并計算有功、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 量芯片的電壓輸入端。(3)單片機MCU內(nèi)置128K的FLASH程序存儲器，8K的RAM數(shù)據(jù)存儲 區(qū)，并與外置存儲器24LC64通過I/O 口按照I2C協(xié)議進行連接，24LC64為非易失性存儲器， 存儲智能電表的各種數(shù)據(jù)信息；MCU通過I/O 口實現(xiàn)外圍設(shè)備的控制；MCU通過I/O 口與IXD 驅(qū)動芯片、時鐘芯片、負荷開關(guān)、存儲器、ESAM連接；通過I/O 口按照SPI協(xié)議與計量芯片連 接。(4)通信芯片有兩種通信方式，紅外通信(HS0038B)和RS485遠程通信(MAX3085)； RS485接口實現(xiàn)智能電表遠程數(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)負荷開關(guān)用于配合費控功能進行用戶負荷控制；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)交換提供安全認證；且采用SCB2(即SMl)加密 算法。(7)時鐘芯片具備硬件溫補功能的時鐘芯片，為智能電表提供準確的時鐘。(8)電流 互感器將很大的一次電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏?；為測量裝置和繼電保護的線圈提供電流；對一 次設(shè)備和二次設(shè)備進行隔離。(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。單相遠程費控智能電表電源采用兩路5V電源來分別給計量電路、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行隔離，可提升整個電能表的抗干 擾能力。通過電流、電壓采樣電路，計量芯片采集電流、電壓數(shù)值，經(jīng)過積分運算得出電壓 有效值、電流、有功、功率等參數(shù)，并把參數(shù)存放在指定的計量芯片內(nèi)寄存器里，在接到MCU 讀取指令時通過SPI接口送出；MCU經(jīng)過SPI接口定時讀取計量芯片電能計量參數(shù)，并進行 運算、存儲、液晶顯示。其中乘法器輸出瞬時功率通過數(shù)字低通濾波器進行積分處理進入“數(shù)字/頻率”轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過分頻電路輸出的脈沖經(jīng)過隔離后送入費率單元進行處理，記錄 總電量及各費率電量，電表通過NEC2501輸出脈寬為80ms的無源脈沖，作為精度校準應(yīng)用。 電表采用液晶顯示，先由MCU把現(xiàn)實內(nèi)容送給液晶驅(qū)動芯片BR2836，再由液晶驅(qū)動芯片驅(qū) 動液晶進行顯示；電表MCU采用了 MICROSOFT公司的PIC18F67J11，具備128K的程序存儲 區(qū)、8K的RAM存儲區(qū)、2個UART接口 ；電表采用帶硬件溫補功能的時鐘芯片RTC8025T，MCU 通過I2C接口讀取時鐘信息、對時鐘進行校時。智能電表采用了 24LC64存儲芯片作為數(shù)據(jù)存儲，MCU通過I2C接口進行數(shù)據(jù)存儲、 讀取。該存儲芯片主要用于存儲計算出來的電壓、電流、有功等實時值以及每個時段的有功 電能值，還有掉電時間記錄、電壓電流越上下 限報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，主要作為遠程通信手段，實現(xiàn) 智能電表的遠程參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)讀取、遠程費控等功能。在通信時，由MCU來判斷使用哪個 方式通信。數(shù)據(jù)安全主要采用ESAM模塊進行，ESAM通過時鐘(CLK)管腳、數(shù)據(jù)I/O 口與MCU 進行數(shù)據(jù)交換，智能電表的費控信息、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置等信息要通過ESAM安全模塊認證才能 進行。不僅具有防檢測、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 機制、標準的加密運算功能，完成數(shù)據(jù)的加密解密、雙向身份認證、訪問權(quán)限控制、通信線路 保護和數(shù)據(jù)文件存儲等操作。遠程付費功能是主站/售電系統(tǒng)借助網(wǎng)絡(luò)等虛擬介質(zhì)進行 充值及參數(shù)設(shè)置，在智能電能表內(nèi)部實現(xiàn)費控功能的電能表。主站/售電系統(tǒng)的加解密設(shè) 備為密碼機。MCU通過控制電路控制負荷開關(guān)；當用戶剩余金額達到報警金額或剩余金額 為零時，MCU發(fā)出負荷開關(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用戶進行充值、參數(shù)修改操作時，首先要通過ESAM進行安全認證，用來確認雙方 身份的合法性，只有確認雙方身份后，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 方式進行傳輸，電能表接到密文后送入ESAM進行解密，然后再以明文的方式返回MCU，MCU 再解讀報文。 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，算法安全保密強度及相關(guān)軟硬件實現(xiàn)性能與AES相當，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)濟的各個應(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)當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限 制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當 理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新 型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求一種單相遠程費控智能電表，其特征在于，包括單片機、通信芯片、時鐘芯片、電源芯片、電壓/電流互感器、計量芯片、嵌入式安全控制模塊、負荷開關(guān)和顯示器，其中計量芯片差分電壓/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量芯片的電壓輸入端；單片機該單片機分別與通信芯片、時鐘芯片、電源芯片、計量芯片、嵌入式安全控制模塊、負荷開關(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內(nèi)置存儲器。
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程費控智能電表，包括單片機、通信芯片、時鐘芯片、電源芯片、電壓/電流互感器、計量芯片、嵌入式安全控制模塊、負荷開關(guān)和顯示器，其中計量芯片差分電壓/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量芯片的電壓輸入端；單片機該單片機分別與通信芯片、時鐘芯片、電源芯片、計量芯片、嵌入式安全控制模塊、負荷開關(guān)和顯示器連接。本實用新型采用遠程通訊實現(xiàn)預(yù)付費功能，方便了公司對費控功能的需求；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G01R11/24GK201569701SQ200920350669
公開日2010年9月1日 申請日期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 申請人:中國電力科學(xué)研究院