一種智能電能表集中充值終端及其控制方法
2023-06-01 16:51:16
專利名稱：一種智能電能表集中充值終端及其控制方法
技術領域：
本發明涉及電力設備與計算機結合技術領域，特別是涉及一種智能電能表集中充 值終端及其控制方法。
背景技術：
目前對智能電錶進行充值有兩種方式，一種是通過購電卡插入智能表中進行充 值，另一種是通過通訊進行遠程充值。前者通過購電卡插入的智能電錶叫本地費控電錶，安 全可靠，但是如果電錶安裝在暗處和不變操作的地方，尤其是在現代都市，在高層建築，電 表都安裝在強電機井裡，用戶要對電錶進行充值操作非常困難；後者遠程充值主要針對遠 程充值的智能電錶，電力公司後臺數據通過GPRS發送到集中器，集中器再通過低壓電力載 波將數據傳輸到採集器，最後採集器通過RS485傳輸到被操作的智能電錶中，這種方式由 於傳輸的路徑複雜，一旦某節點出現問題將會影響很多用戶電錶的充值管理操作，同時低 壓電力載波的可靠性和一次傳輸的成功率比較低，會造成用戶的電錶不能及時充值恢復供 電，給用戶帶來用電麻煩。為了用戶能夠方便、可靠安全地向自己的電能表充值和及時了解自己的用電信 息，我們集合上面兩種方式的優特點，設計了智能電能表集中充值終端包括控制智能電能 表充值終端的程序模塊。智能電能表集中充值終端通過RS485直接與多隻智能電錶相連 接，減少中間傳輸環節，大大降低了傳輸故障問題，提高了通訊的可靠性；就近安裝在小區 或者單元門口，解決了用戶對智能電錶充值操作不方便的問題；對連接的智能電錶進行刷 卡充值，同時智能電能表集中充值終端也能及時提醒用戶購電充值，避免欠費停電，用戶也 可以隨時通過按鍵或者插卡進行用電信息查詢。經文獻檢索發現，專利申請號為20101(^83843. 9的文件公開了 「一種電力設備控 制方法、裝置及其相關系統」其目的在於用於同時修改多種類型的電力設備的配置。包括 獲取用戶所選擇的智能電力設備類型；根據所述智能電力設備類型確定對應的設備配置模 板；根據所述設備配置模板生成第一配置文件；向用戶提供所述生成的第一配置文件，並 獲取用戶修改後的第二配置文件；根據所述第二配置文件調用通信協議組件，通過所述第 二配置文件對應的通信接口組件與對應的智能電力設備建立網絡連接，並向所述智能電力 設備發送所述第二配置文件。但是，本發明的目的、技術方案及其特徵與上述申請是有所不 同的。
發明內容
本發明的目的在於設計一種智能電能表集中充值終端包括控制智能充值終端的 控制方法，以期減少中間傳輸環節，降低傳輸故障，提高通訊的可靠性；克服本地費控電錶 與進行遠程充值的不足，解決用戶對智能電錶充值操作不方便的問題。實現本發明目的的 技術解決方案是這樣的
一種智能電能表集中充值終端，包括CPU、與CPU對應埠相連的IXD顯示器接口電路、按鍵電路、蜂鳴器接口電路、存儲器電路、以及為各電路供電的電源電路，還包括IC卡接口 電路、ESAM模塊電路和兩組RS485通訊模塊接口電路；IC卡接口電路通過ICREST、ICI0數 據、復位腳與CPU連接，ESAM模塊電路通過數據、復位腳SAMI0、SAMRST與CPU直接連接；兩 組RS485通訊模塊接口電路分別與CPU的兩組異步串行通信口相連接，CPU通過這兩組異 步串行通信口分別實現與智能電能表和採集器的通信。IC卡接口電路完成與用戶卡接口通 訊，並將數據信息送入CPU ；ESAM模塊電路完成數據交換和復位操作，加密、解密和運算各 種安全認證操作。上述智能電能表集中充值終端，還包括一復位控制電路；復位控制電路採用電源 檢測晶片IMP809R，且與CPU的MCLR引腳相連，當檢測到電源電壓低於2. 63V時進行控制 CPU復位。上述RS485通訊模塊接口電路包括RS485接口晶片，且在RS485接口晶片和CPU 上對應的異步串行通信口間設有光耦。上述CPU 的晶片採用 PIC18F6621 或 PIC18F6627。上述RS485接口晶片採用MAX1487。上述智能電能表集中充值終端，在與智能電能表通信的一組RS485通訊模塊接口 電路中，RS485接口晶片的A端、B端各串聯一熱敏電阻，在A端、B端間設有雙向瞬態二極體。智能電能表集中充值終端的按鍵電路包括三個按鍵，分別實現LCD顯示器接口電 路的上翻屏顯示、下翻屏顯示、數字輸入及充值確認。聲音接口電路包括一有源蜂鳴器，該 有源蜂鳴器與CPU的一個IO 口相連，且在蜂鳴器和CPU間還設有一個三極體。與現有技術相比，本發明的優點與有益效果在於
1、設計有IC卡接口電路、ESAM模塊電路，IC卡接口電路完成與用戶卡接口通訊，用戶 只需簡單的插卡操作，即可將卡內信息送入CPU進行操作；ESAM模塊電路完成數據交換和 復位操作，加密、解密和運算各種安全認證操作，各種安全運算在ESAM模塊電路中進行，與 CPU程序沒有任何關係，保證了系統數據的安全性。2、設計有兩組RS485通訊模塊接口電路，分別實現與智能電能表和採集器的通 信，減少中間傳輸環節，大大降低了傳輸故障問題，提高了通訊的可靠性。通過RS485通訊模塊接口電路與智能電能表連接，向上通過RS485通訊模塊接口 電路與採集器連接；能夠有效實時監聽採集器與電能表之間的通訊數據，安全地將採集器 與智能電能表的數據進行轉發，保證系統正常通訊，RS485通訊模塊接口電路與CPU間通過 光耦進行電氣隔離，運行穩定，CPU能實時讀取智能電能表數據並通過LCD顯示器接口電路 顯不。3、通過讀取用戶插入用戶卡，將卡中充值電費金額準確、安全地充入用戶自己的 智能電能表中；就近安裝在小區或者單元門口，解決了用戶對智能電能表充值操作不方便 的問題；對連接的智能電能表進行刷卡充值，用戶也可以隨時通過按鍵或者插卡進行用電 信息查詢，操作方便簡單，安全可靠。
圖1為本發明的硬體原理結構框圖示意圖。
圖2為本發明的安裝連接拓撲結構圖示意圖。圖3為本發明實施例的CPU電路圖。圖4為本發明實施例的復位控制電路圖。圖5為本發明實施例的IXD顯示器接口電路圖。圖6為本發明實施例的IXD電源轉換電路圖。圖7為本發明施例的按鍵接口電路圖。圖8為本發明實施例的蜂鳴器接口電路圖。圖9為本發明施例的RS485通訊模塊接口電路。圖10為本發明實施例的ESAM模塊電路及電源電路。圖11為本發明控制方法流程框圖示意圖。圖12為本發明充值操作流程框圖示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。實施例1
參見圖1至圖11，本發明包括CPU、與CPU對應埠相連的IXD顯示器接口電路、按鍵 電路、聲音接口電路、存儲器電路、以及為各電路供電的電源電路，還包括IC卡接口電路、 ESAM模塊電路和兩組RS485通訊模塊接口電路，IC卡接口電路完成與用戶卡接口通訊，並 將數據信息送入CPU，ESAM模塊電路完成數據交換和復位操作，加密、解密和運算各種安全 認證操作，兩組RS485通訊模塊接口電路分別與CPU的兩組異步串行通信口相連，CPU通 過這兩組異步串行通信口分別實現與智能電能表和採集器的通信，本發明與智能電能表和 採集器的連接參見圖2。CPU是系統工作的核心，選用抗幹擾能力好，程序空間容量大於 64Kbytes，便於C編程，接口豐富便於功能擴展高速運行的單片機。在本實施例中，CPU的 晶片採用PIC18F6621。如圖3所示，CPU工作頻率選擇11. 0592MHz，對IXD顯示器接口電路提供並口輸 出，使用CPU的的RDO RD7 口，同時提供顯示的控制和忙判斷信號引腳，完成顯示送數的 邏輯控制；對ESAM模塊電路和IC卡接口電路提供數據線、復位控制線電源控制線和時鐘 控制線，保證滿足CPU能與ESAM模塊電路和IC卡接口電路間滿足IS07816的物理連接標 準；兩路獨立的USART接口，通過RS485隔離轉換，分別與智能電錶通訊和遠程採集器通訊 使用；CPU與蜂鳴器連接為一根控制線，由於採用有源蜂鳴器，因此CPU就給出電平控制聲 音。數據存儲我們採用CPU內部的E2存儲空間。IC卡接口/ESAM電路IC卡接口完成與用戶卡接口通訊，由於我們採用的智慧卡， 因此設計要滿足IS07816相關要求，同時設有抗攻擊保護電路，ESAM模塊的接口與IC卡接 口是一致的。參見圖10，ESAM塊接口電路，其中ESAM模塊的數據復位腳SAMI0、SAMRST與CPU 直接連接，完成數據交換和復位操作；MCUCLK為ESAM或者CPU卡工作的時鐘，頻率為4MHz。 ESAM模塊完成加密、解密和運算各種安全認證操作，保存在裡面的密鑰是無法讀出，只能獲 得運算的結果，同時也具有保存數據的功能。參見圖4，本發明還包括一復位控制電路，所述復位控制電路採用電源檢測晶片IMP809R,且與CPU的MCLR引腳相連，當檢測到電源電壓低於2. 63V時進行控制CPU復位； 保證CPU正常啟動工作。參見圖5，按鍵電路包括設計三個按鍵，為KEY1、KEY2、KEY3,分別實現IXD顯示器 接口電路的上翻屏顯示、下翻屏顯示、數字輸入及充值確認；
參見圖6，聲音接口電路包括一有源蜂鳴器，該有源蜂鳴器與CPU的一個IO 口相連， 且在蜂鳴器和CPU間還設有一個三極體Ql ；由於採用有源蜂鳴器，因此CPU只用給出電平 便能控制聲音，當與蜂鳴器相連的IO 口為高電平時蜂鳴器不響，為低電平時蜂鳴器發出聲
H ；
參見圖7，RS485通訊模塊接口電路包括RS485接口晶片，且在RS485接口晶片和CPU 上對應的異步串行通信口間設計有光耦；所述RS485接口晶片採用MAX1487，在與智能電能 表通信的一組RS485通訊模塊接口電路中，RS485接口晶片的A端、B端各串聯一熱敏電阻， 分別為R46、R47，在A端、B端間設有雙向瞬態二極體D8 ；雙向瞬態二極體D8和電阻R46、 R47間組成保護電路，防止接口過壓和靜電衝擊損傷RS485接口晶片。系統工作電源設計有通訊工作電源DC12V和DC5V，主系統工作電源DC5V和顯示工 作電源DC3. 3V。其中通訊工作電源為隔離輸出；參見圖10。在電源輸入端我們設計了防雷 電路。通過壓敏電阻，防止浪湧電流進入系統，破壞系統穩定工作。參見圖11是所述的一種智能電能表集中充值終端的控制方法，包括如下步驟 (1)初始化；(2 )充值終端抄讀電錶數據；(3 )等待電錶返回數據(指串口 2 ) ； (4 )判斷
是否超時等待？如果是，超時提示；如果否，處理串口 2接收數據到進到下一步；(5)判斷抄 讀完成嗎？如果是，顯示電錶信息；如果否，返回到第3步驟；(6)判斷串口 1通信完畢標 志？如果是，進到下一步；如果否，進到第9步驟；(7)串口 2轉發；(8)判斷是否超時等待？ 如果是，返回到第2步驟；如果否，進入到下一步；(9)串口 1轉發串口 2接收數據；(10)判 斷中斷定時標誌或按鍵標誌嗎？如果是，返回到第2步驟；如果否，返回到第6步驟。其串口 1和串口 2收發數據均是通過中斷查詢方式進行處理的。充值終端與電 表通訊採用RS485通訊方式，通訊波特率MOObps，預留載波通訊接口，通訊協議滿足DT/ L645-2007標準；在沒有充值和查詢時，充值終端與電錶採用定時輪詢方式進行讀取數據， 每分鐘循環一次，循環讀取電錶數據內容。參見圖12是本發明充值操作流程框圖示意圖。其步驟如下(1)有卡插入，卡上 電；(2)對卡進行本地身份認證；(3)判斷身份認證合法嗎？如果是進入下一步；如果否， 顯示卡非法、或者表不存在；進入到充值操作完成，返回步驟；(4)讀取插入卡的相關信息； (5)判斷卡是否購電卡？如果是進入下一步；如果否，顯示卡非法、或者表不存在；進入到 充值操作完成，返回步驟；(6)讀取用戶卡中購電信息文；(7)向電錶發送遠程充值操作命 令；(8)判斷返回充值是否成功？如果是，發送讀返寫數據命令；如果否，顯示充值失敗；進 入到充值操作完成，返回步驟；(9)將讀取數據保持在ESAM模塊返寫文件中；(10)安全讀 取返寫文件；(11)將返寫數據寫入用戶購電卡；(12)顯示充值成功，顯示充值後電錶生意 金額；(13)充值操作完成，返回。實施例2
所述CPU的晶片採用PIC18F6627，其餘與實施例1相同。本發明充值操作工作程進程是智能充值終端正常空閒時循環顯示每個用戶的電能信息，也可通過按鍵進行快速翻屏查詢顯示，當智能充值終端檢測到有用戶電錶需要提 示充值時，顯示將進入提示顯示界面，直到沒有用戶被提示時再進入正常空閒循環顯示。用 戶插入購電卡智能充值終端在判斷卡滿足合法性要求後進入用戶卡查詢界面，如果按「充 值」鍵，智能集中充值終端將用戶購電卡中的充值金額、充值次數按照相關安全操作流程通 過RS485向智能電錶傳輸，智能電錶在接收到數據並判斷合法後，並將充值結果返回智能 集中充值終端，最後智能集中充值終端顯示充值結果，充值成功將顯示本次充值金額，電錶 累加總金額，充值不成功將顯示充值失敗，同時蜂鳴器聲音提示充值失敗。
權利要求
1.一種智能電能表集中充值終端，包括CPU、與CPU對應埠相連的IXD顯示器接口電 路、按鍵電路、聲音接口電路、存儲器電路、以及為各電路供電的電源電路，其特徵是還包 括IC卡接口電路、ESAM模塊電路和兩組RS485通訊模塊接口電路；所述IC卡接口電路通 過ICREST、ICIO數據腳、復位腳與CPU連接，ESAM模塊電路通過數據復位腳SAMIO、SAMRST 與CPU直接連接；所述兩組RS485通訊模塊接口電路分別與CPU的兩組異步串行通信口相 連接，CPU通過這兩組異步串行通信口分別實現與智能電能表和採集器的通信。
2.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特徵是還包括一復位控制電 路；所述復位控制電路採用電源檢測晶片IMP809R，且與CPU的MCLR引腳相連，當檢測到電 源電壓低於2. 63V時進行控制CPU復位。
3.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特徵是所述RS485通訊模塊 接口電路包括RS485接口晶片，且在RS485接口晶片和CPU上對應的異步串行通信口間設 有光耦。
4.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特徵是所述CPU的晶片採用 PIC18F6621 或PIC18F6627。
5.根據權利要求4所述的智能電能表集中充值終端，其特徵是所述RS485接口晶片 採用 MAX1487。
6.根據權利要求6所述的智能電能表集中充值終端，其特徵是在與智能電能表通信 的一組RS485通訊模塊接口電路中，RS485接口晶片的A端、B端各串聯一熱敏電阻，在A 端、B端間設有雙向瞬態二極體。
7.根據權利要求1所述的一種智能電能表集中充值終端的控制方法，其特徵在於包括 如下步驟(1)初始化；(2 )充值終端抄讀電錶數據；(3 )等待電錶返回數據(指串口 2 ) ； (4 )判斷 是否超時等待？如果是，超時提示；如果否，處理串口 2接收數據到進到下一步；(5)判斷抄 讀完成嗎？如果是，顯示電錶信息；如果否，返回到第3步驟；(6)判斷串口 1通信完畢標 志？如果是，進到下一步；如果否，進到第9步驟；(7)串口 2轉發；(8)判斷是否超時等待？ 如果是，返回到第2步驟；如果否，進入到下一步；(9)串口 1轉發串口 2接收數據；(10)判 斷中斷定時標誌或按鍵標誌嗎？如果是，返回到第2步驟；如果否，返回到第6步驟。
8.根據權利要求1所述的一種智能電能表集中充值終端的控制方法，其特徵在於包括 如下步驟(1)有卡插入，卡上電；(2)對卡進行本地身份認證；(3)判斷身份認證合法嗎？如果是 進入下一步；如果否，顯示卡非法、或者表不存在；進入到充值操作完成，返回步驟；(4)讀 取插入卡的相關信息；(5)判斷卡是否購電卡？如果是進入下一步；如果否，顯示卡非法、 或者表不存在；進入到充值操作完成，返回步驟；(6)讀取用戶卡中購電信息文；(7)向電 表發送遠程充值操作命令；(8)判斷返回充值是否成功？如果是，發送讀返寫數據命令；如 果否，顯示充值失敗；進入到充值操作完成，返回步驟；(9)將讀取數據保持在ESAM模塊返 寫文件中；(10)安全讀取返寫文件；(11)將返寫數據寫入用戶購電卡；(12)顯示充值成 功，顯示充值後電錶生意金額；(13)充值操作完成，返回。
全文摘要
一種智能電能表集中充值終端及其控制方法，涉及電力設備與計算機結合技術領域。本發明有IC卡接口電路、ESAM模塊電路和兩組通訊模塊接口電路；IC卡接口電路通過ICREST、ICIO腳與CPU連接，ESAM模塊電路通過數據腳、復位腳SAMIO、SAMRST與CPU連接，兩組通訊模塊接口電路分別與CPU連接，實現了與智能電能表和採集器的通信，能夠實時監聽採集器與電能表之間的通訊數據並對數據進行轉發；IC卡接口電路完成與用戶卡接口通訊，ESAM模塊電路完成數據交換和復位操作，加密、解密和運算各種安全認證操作。還設計了智能電能表集中充值終端的程序模塊，保證系統正常通訊，操作方便簡單，安全可靠。
文檔編號G07F15/06GK102074076SQ20111002207
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月19日 優先權日2011年1月19日
發明者劉鵾, 唐勇, 張嘉岷, 殷善鋒, 王姝, 白泰 申請人:四川電力科學研究院