專利名稱：三相預(yù)付費(fèi)電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電能計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種應(yīng)用CPU卡預(yù)付費(fèi)
使用的三相電子式電能表。
背景技術(shù)：
供電部門通過(guò)電能表計(jì)量各用戶用電量。最早使用的機(jī)械式電表，需人工上門抄表，電力部門的人員及管理成本都很大。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以利用電力線載波等技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表或者預(yù)付費(fèi)電表來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于預(yù)付費(fèi)電表這一新興技術(shù)，用戶對(duì)其使用的便利性與安全性均有較高的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)用于三相供電線路，采用卡預(yù)付費(fèi)使用、性能穩(wěn)定、安全可靠的電能計(jì)量表。
根據(jù)以上需解決的問(wèn)題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是 一種三相預(yù)付費(fèi)電能表，包括主控芯片及與主控芯片連接的計(jì)量模塊、負(fù)荷控制模塊、
顯示模塊，還包括CPU卡讀寫(xiě)模塊，所述CPU卡讀寫(xiě)模塊中設(shè)有第二微處
理器，第二微處理器與射頻模塊連接，通過(guò)射頻模塊與預(yù)設(shè)CPU卡通信；所述第二微處理器與主控芯片信號(hào)連接。
所述三相預(yù)付費(fèi)電能表進(jìn)一步包括與主控芯片連接的RS485通訊接
口、紅外通訊接口及報(bào)警提示模塊。
所述RS485通訊接口采用工業(yè)級(jí)RS485芯片并配有保護(hù)電路。所述三相預(yù)付費(fèi)電能表還包括與三相供電線路直接連接的電源轉(zhuǎn)換
模塊，該模塊與備用電池模塊均與用于協(xié)調(diào)二者工作為其它功能電路模塊
直接提供工作電源的電源管理模塊連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于
1)采用專門的微處理器完成智能CPU卡的認(rèn)證和讀寫(xiě)工作，這樣根據(jù)不同供電管理部門的不同要求，只需更改讀寫(xiě)部分的微處理器軟件，而不需要對(duì)核心微處理器的軟件進(jìn)行修改或者只做少量修改，即可完成，整表的適應(yīng)性強(qiáng)，使用方便靈活；
2) 帶有多種通訊接口電路，數(shù)據(jù)采集方便，操作靈活；
3) 對(duì)RS485通訊接口設(shè)置保護(hù)電路，并采用軟件配合，使該模塊對(duì)
高壓、靜電具有超強(qiáng)的耐受力，保證通訊性能穩(wěn)定可靠。
4) 完整的電源模塊設(shè)計(jì)， 一般采用三相供電，缺相情況下電源仍可
持續(xù)供電，保證電表工作穩(wěn)定。

圖1是本實(shí)用新型原理組成示意框圖2是所述CPU卡讀寫(xiě)模塊的工作原理示意圖3是RS485通訊接口保護(hù)電路原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明-
如圖1，本實(shí)用新型包括主控芯片及與主控芯片連接的計(jì)量模塊、負(fù)荷控制模塊、顯示模塊、報(bào)警提示模塊、RS485通訊接口和紅外通訊接口模塊，還包括CPU卡讀寫(xiě)模塊。其中，CPU卡讀寫(xiě)模塊包括微處理器及與微處理器連接的射頻模塊，微處理器通過(guò)射頻模塊與預(yù)設(shè)CPU卡通信；該微處理器與主控芯片通過(guò)地址及數(shù)據(jù)總線信號(hào)連接。所述報(bào)警提示模塊包括LED指示等及蜂鳴器；RS485通訊接口和紅外通訊接口模塊用于對(duì)所述電能表現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程控制。
本實(shí)用新型所述電能表使用時(shí)，需一套完整的售電管理系統(tǒng)配合。如圖2，售電管理系統(tǒng)通過(guò)電腦對(duì)讀寫(xiě)器進(jìn)行操作，讀寫(xiě)器與用戶CPU卡進(jìn)行相互認(rèn)證，如認(rèn)證成功即進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)；所述預(yù)付費(fèi)電能表在對(duì)用戶CPU卡進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，將經(jīng)過(guò)電表內(nèi)部讀寫(xiě)模塊對(duì)CPU卡進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證成
功后將數(shù)據(jù)讀寫(xiě)入主控芯片，否則將讀寫(xiě)失敗。
所述CPU卡經(jīng)過(guò)軟件加密，實(shí)現(xiàn)一表配一卡，即每個(gè)用戶的電能卡只能在其配套的電能表上使用，在其它電能表上不能作用。所述加密方法采用DES算法。
DES算法的入口參數(shù)有三個(gè)Key、 Data、 Mode。其中Key是DES算法的工作密鑰；Data是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式，有兩種加密或解密。
DES算法是這樣工作的如Mode為加密，則用Key去把數(shù)據(jù)Data進(jìn)行加密，生成Data的密碼形式作為DES的輸出結(jié)果；如Mode為解密，則用Key去把密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還原為Data的明碼形式作為DES
的輸出結(jié)果。實(shí)際使用中，對(duì)于cra卡和所述電能表的讀寫(xiě)模塊，雙方約
定一致的Key，在通信的源點(diǎn)用Key對(duì)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行DES加密，然后數(shù)據(jù)以密碼形式在二者之間通過(guò)射頻信號(hào)傳送，數(shù)據(jù)從一方到達(dá)另一方后，另一方用同樣的Key對(duì)密碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，該方便得到核心數(shù)據(jù)。這樣，保證了核心數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全性和可靠性。通過(guò)定期改變CPU卡及所述電能表中讀寫(xiě)卡模塊的工作密鑰Key，便能更進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的保密性。
用戶用CPU卡從供電部門購(gòu)買電量后，將電能卡靠近電能表接收的有效范圍，即可將所購(gòu)買的電量輸入到所述電能表內(nèi)。刷卡成功時(shí)或刷卡出錯(cuò)時(shí)，蜂鳴器采用不同的方式鳴叫示意。當(dāng)用戶購(gòu)電量加表內(nèi)剩余電量大于表內(nèi)囤積電量值時(shí)，電能表拒絕接受用戶卡內(nèi)的購(gòu)電量，只有當(dāng)本次購(gòu)電量與表內(nèi)剩余電量的和小于囤積電量時(shí)，電能表才能接受購(gòu)電輸入。
當(dāng)所述電表中用戶所能用的剩余電量小于預(yù)設(shè)的報(bào)警電量時(shí)，電能表顯示模塊常顯當(dāng)前剩余電量，面板上的LED紅色報(bào)警燈亮，提醒用戶盡快購(gòu)電，但不對(duì)用戶跳閘。
預(yù)設(shè)的預(yù)跳電量值為對(duì)用戶購(gòu)電的最后一次提醒臨界值。當(dāng)電能表中剩余電量小于預(yù)跳閘電量時(shí)，蜂鳴器鳴叫報(bào)警，用戶必須寫(xiě)卡后才可恢復(fù)用電。
當(dāng)用戶剩余電量為OkW.h時(shí)，電能表的負(fù)荷控制模塊自動(dòng)拉閘斷電，顯示屏顯示電量為"00"，此時(shí)只有購(gòu)電才可恢復(fù)供電。
所述電能表還可根據(jù)電表內(nèi)設(shè)置的負(fù)荷控制限值，對(duì)用戶的用電負(fù)荷進(jìn)行控制。當(dāng)用戶用電負(fù)荷(當(dāng)前功率)超過(guò)限值持續(xù)2分鐘時(shí)，電能表自動(dòng)拉閘斷電，并顯示用戶當(dāng)前負(fù)荷，此時(shí)只有用電負(fù)荷下降到控制負(fù)荷以下或者用戶寫(xiě)卡方可恢復(fù)供電，并且用戶超負(fù)荷跳閘次數(shù)必須在預(yù)設(shè)的
5次數(shù)內(nèi)，用戶才能恢復(fù)用電，否則必須電力部門插入管理卡才能恢復(fù)。
所述RS485通訊接口采用工業(yè)級(jí)RS485芯片并配有保護(hù)電路。如圖3，所述保護(hù)電路包括分別連接于RS485通訊接口發(fā)送(A)和接收(B)端的熱敏電阻PT1、 PT2，熱敏電阻PT1、 PT2另一端之間并聯(lián)有壓敏電阻R43、瞬態(tài)抑制二極管M1，抑噪磁珠R41、 R42分別連接于壓敏電阻R43兩端，抑噪磁珠R41、 R42另一端作為信號(hào)輸出端。
當(dāng)外部有高能過(guò)電壓干擾信號(hào)加于A、 B兩端時(shí)，壓敏電阻R43迅速反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)大電流，回路內(nèi)電流的迅速增加使熱敏電阻PT1、 PT2快速動(dòng)作，PT1、 PT2自身壓降迅速增加，這樣就可降低降落在壓敏電阻R43上的高壓，避免通訊接口損壞，起到保護(hù)作用。而對(duì)于低能量的干擾脈沖，在通過(guò)壓敏電阻R43第一次削減后，再由瞬態(tài)抑制二極管M1、抑噪磁珠R41、 R42進(jìn)行消除，這樣就保證通訊接口能夠在3.5KV的耦合干擾下仍可以正常通訊。
實(shí)驗(yàn)測(cè)得，本實(shí)用新型所述RS485通訊接口配合保護(hù)電路，能夠承受4kV的高壓歷時(shí)1分鐘不損壞，能夠承受8kV的靜電接觸放電，能夠承受4kV (對(duì)零線)的浪涌試驗(yàn)。各項(xiàng)試驗(yàn)后RS485接口能夠正常通信，且
使用該通訊接口 ，讀出的電量數(shù)據(jù)和顯示器示值一致(允許相差± 1個(gè)字)；其接受3.5kV (高于行業(yè)普遍的標(biāo)準(zhǔn)2kV)快瞬變脈沖群耦合試驗(yàn)時(shí)，試
驗(yàn)過(guò)程中能夠正常通信。
本實(shí)用新型同時(shí)具有兩路RS485通訊接口 ，實(shí)施時(shí)，采用類似Windows的多任務(wù)通訊機(jī)制，使兩個(gè)通訊接口互不干擾地進(jìn)行通訊。
所述三相預(yù)付費(fèi)電能表還包括與三相供電線路直接連接的電源轉(zhuǎn)換模塊，該模塊與備用電池模塊均與用于協(xié)調(diào)二者工作為其它功能電路模塊直接提供工作電源的電源管理模塊連接。電源采用三相同時(shí)供電的方式，即在缺相狀態(tài)下(只要有一相正常供電)電能表仍能正常工作。
實(shí)施時(shí)，計(jì)量模塊通過(guò)電壓互感器和電流互感器分別采集三相電壓和電流，并傳送給AD采樣芯片，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送給具有實(shí)時(shí)信號(hào)處理功能的32位DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片。其中，AD采樣芯片采用可6路同時(shí)采樣的16位高速采樣芯片。本實(shí)用新型進(jìn)一步包括電壓監(jiān)測(cè)及看門狗電路，該電路與主控模塊相
連，保證程序運(yùn)行穩(wěn)定；同時(shí)軟件程序通過(guò)容錯(cuò)技術(shù)，確保命令正確執(zhí)行，避免產(chǎn)生誤動(dòng)作。
本實(shí)用新型幾乎具有目前現(xiàn)有高端計(jì)量電表全部功能，例如電量計(jì)
量、線損計(jì)量、變損計(jì)量、變量數(shù)據(jù)等等；計(jì)量并記錄當(dāng)前以及上幾個(gè)月的總、尖、峰、平、谷以及正反向有功電能和需量；記錄12個(gè)月有功總及分費(fèi)率結(jié)算電能，時(shí)區(qū)凍結(jié)正向有功電能，零點(diǎn)凍結(jié)和即時(shí)凍結(jié)正反向及分費(fèi)率有功電能等數(shù)據(jù)；記錄當(dāng)前四象限無(wú)功電能等；事件記錄功能主要包括失壓記錄、失流記錄、電壓合格率等。
本部分未具體描述的功能模塊，均采用現(xiàn)有技術(shù)中的成熟電路模塊，因此不再贅述。
權(quán)利要求1、三相預(yù)付費(fèi)電能表，包括主控芯片及與主控芯片連接的計(jì)量模塊、負(fù)荷控制模塊、顯示模塊，其特征在于還包括CPU卡讀寫(xiě)模塊，所述CPU卡讀寫(xiě)模塊中設(shè)有第二微處理器，第二微處理器與射頻模塊連接，通過(guò)射頻模塊與預(yù)設(shè)CPU卡通信；所述第二微處理器與主控芯片信號(hào)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于進(jìn)一步包括與主控芯片連接的RS485通訊接口和紅外通訊接口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于所述RS485 通訊接口采用工業(yè)級(jí)RS485芯片并配有保護(hù)電路。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于所述保 護(hù)電路包括分別連接于RS485通訊接口發(fā)送和接收端的熱敏電阻PT1 、 PT2 ， 熱敏電阻PT1、 PT2另一端之間并聯(lián)有壓敏電阻R43、瞬態(tài)抑制二極管M1， 抑噪磁珠R41、 R42分別連接于壓敏電阻R43兩端，抑噪磁珠R41、 R42另一端作為信號(hào)輸出端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于進(jìn)一步 包括與主控芯片連接的報(bào)警提示模塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的三相預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于還包括與三相供電線路直接連接的電源轉(zhuǎn)換模塊，該模塊與備用電池 模塊均與用于協(xié)調(diào)二者工作為其它功能電路模塊直接提供工作電源的電 源管理模塊連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用CPU卡預(yù)付費(fèi)使用的三相電子式電能表。所述電能表包括主控芯片及與主控芯片連接的計(jì)量模塊、負(fù)荷控制模塊、顯示模塊，還包括CPU卡讀寫(xiě)模塊，所述CPU卡讀寫(xiě)模塊中設(shè)有第二微處理器，第二微處理器與射頻模塊連接，通過(guò)射頻模塊與預(yù)設(shè)CPU卡通信；所述第二微處理器與主控芯片信號(hào)連接；所述三相預(yù)付費(fèi)電能表進(jìn)一步包括與主控芯片連接的RS485通訊接口、紅外通訊接口及報(bào)警模塊；所述RS485通訊接口采用工業(yè)級(jí)RS485芯片并配有保護(hù)電路。本實(shí)用新型具有適應(yīng)性強(qiáng)，使用靈活方便，性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G07F15/10GK201429875SQ200920062280
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者晉 劉 申請(qǐng)人:惠州市龍鼎盛電力科技有限公司