CN101193173A - 智能计费器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能计费器装置。为解决现有技术中使用电力线进行上网无法计费和付费的问题而发明。本发明一种智能计费器装置，包括：IC卡读写模块，用于根据预先设定的扣费标准对其内部存储的用户能够使用的上网费用或电度数进行扣除；单片机模块，用于在用户需要上网或使用电能时发送通信或电能的开启信号，并在上网费用或电度数为零时发送通信或电能的终止信号；检测电路模块，用于检测电力信号和数据信号对IC卡读写模块存储的上网费用或电度数进行管理；继电器电路模块，用于对用户电源接通或切断；信号控制电路模块，用于对用户数据通道进行接通或屏蔽。本发明能够在通过电力线使用电能或上网时，对电能和上网进行统一计费和扣费。

Description

智能计费器装置

技术领域

本发明涉及电力线宽带接入和IC卡技术，特别涉及电力和宽带区分计费的智能计费器装置。

背景技术

PLC，是指利用电力线传输高频数据和话音信号的一种通信方式。该技术是利用电线传送高频信号，在不需要重新布线的基础上实现上网、打电话和有线电视等多种应用，用户可以通过房间里面的任意一个电源插座上网，实现家庭的移动办公。利用PLC技术可将电脑、电话、音响、电冰箱等家用电器连成一体，实现集中控制，也可以连接多台电脑，组建、实现家庭局域网。

近年来，随着Internet技术的飞速发展，登录上网的人数成倍增长。然而，采用何种通信方式使用户终端连接到最近的宽带网络连接设备，成为长期困扰人们的难点之一，也是Internet普及的瓶颈之一，被业内人士称为宽带网络接入的“最后一公里”问题。

利用四通八达、遍布城乡、直达用户的低压电力线传输高速数据的PLC技术以其不用布线、覆盖范围广、连接方便的显著特点，被业内人士认为是提供“最后三百米”解决方案最具竞争力的技术之一。目前高速PLC已可传输高达200Mbps的数据，而且能同时传输数据、语音、视频和电力，有可能带来数据、话音、视频、电力“四网合一”的新趋势。

随着电信和电力市场的逐渐开放，电力公司正在寻找支持其在市场上竞争优势的新方法。高速PLC提供一种无需额外布线、低价高效、从配变抵达每个家庭的“最后三百米”解决方案，这对电力公司是一个极具诱惑的网络接入解决方案。利用已经存在的电力网设施，电力公司仅需投入较低的PLC设备费用，就可以迅速进入通信和网络市场，为其创造新的利润增长点，今天的电力公司完全可能成为明天的电信公司。此外，高速PLC提供的电力增值服务为电力公司节省了大笔的费用，这些服务包括远方自动抄表、需求侧管理、负荷控制、实时计费等。

电力公司提供电信服务，具有十分明显的优越性。首先其拥有比电信和有线电视多得多的电力用户、详尽的客户信息和费单系统；其次很多电力公司已经建立了深入各中高压变电站的高速光纤网络，用于电网监控和用电量信息的内部传输，有的电力公司甚至已将光纤架设到低压配电变压器。利用这些基础设施，加上高速PLC解决“最后三百米”、家庭网络方案，电力公司投入的费用是极少的，但产生的利润却是极为可观的。

用户使用电量的计量手段的准确程度取决于电互感器及电度表的精度。现已出现了接触式IC卡预收费电度表，它使收费从过去繁琐的人工抄表、手工计价转变为用户持卡购电，实现了电费收缴管理自动化。但它不能解决无源(卡中无电源)和免接触等问题。

目前各种宽带上网业务收费方式一般都是按包月收费，或者是限时收费，典型的收费标准有120元/包月、49元/20小时、199元/100小时、150元/包月、60元/30小时，这种收费模式对用户来说都有限制，比如说包月用户不能完全用完其购买的上网时间时，对消费者来将就形成了浪费。而限时用户只能在有限的时间范围内使用宽带业务，这都给消费者带来使用上的不方便。

非接触式IC卡(又称射频卡)是国外近几年发展起来的新技术，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源和免接触难题。射频卡无需专门的供电电源；它与读写器间无机械接触，避免了接触故障；它的表面无裸露芯片，可防水，且不易产生静电击空及弯曲损坏等问题；射频卡使用时没有正反面。

随着电力和电信市场的开放，电力公司正寻求新的利润增长点，而利用其覆盖广泛的电力网络基础设施承载电信业务，对电力公司来说是个巨大的诱惑，而且可以在宽带接入领域引入竞争，使用户进行数据通信业务的时多了一个选择。打破传统宽带接入的垄断地位，提高其服务水平。

传统的电力公司通过手工抄表或自动抄表的方式对用户消耗的电能进行收费，而用户使用电信服务的时候，需要到指定的电信营业厅或指定的银行交纳相应的费用。这样用户因为要交纳生活中不同的各种费用而花去很多的时间和精力。相应的各种公司在收费方面也要花费很高的维护成本。如何能够提供一种方便的通过电力线上网的付费方式，越来越成为电力公司所关心的问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种智能计费器装置，在通过电力线使用电能或上网时，能够对电能和上网进行统一计费和扣费。

为了达到上述目的，本发明一种智能计费器装置，包括：

IC卡读写模块，用于在用户上网或使用电能时，根据预先设定的扣费标准对其内部存储的用户能够使用的上网费用或电度数进行扣费；

单片机模块，用于对信号到来的端口进行实时监测，在用户需要上网或使用电能时发送通信或电能的开启信号，并在IC卡读写模块中存储的上网费用或电度数为零时发送通信或电能的终止信号；

继电器电路模块，用于接收单片机模块发送的电能的开启信号或终止信号，对用户电源接通或切断；

信号控制电路模块，用于接收单片机模块发送的通信的开启信号或终止信号，对用户数据通道进行接通或屏蔽；

检测电路模块，用于检测电力信号和数据信号对IC卡读写模块存储的上网费用或电度数进行管理；

其中，所述单片机模块分别和IC卡读写模块、继电器电路模块、信号控制电路模块、检测电路模块电连接。

优选地，所述装置还包括：

显示电路模块，用户显示存入卡中的电度数和上网费用，并在该装置读卡错误时显示错误原因；

其中，所述的显示电路模块与所述单片机模块电连接。

优选地，所述的单片机模块还包括：

预警单元，用于在IC卡读写模块的上网费用或电度数达到预先设定的预警值时，发送控制信号；

所述装置还包括：

振铃控制电路模块，用于接收单片机模块中预警单元发送的控制信号进行振铃报警；

其中，所述振铃控制电路模块与单片机模块中的预警单元电连接。

优选地，所述的单片机模块还包括：

费用转换单元，用于根据用户的需要对IC卡读写模块中存储的上网费用和电度数进行相互转换；

其中，所述费用转换单元和所述IC卡读写模块电连接。

优选地，所述装置还包括：

通信控制模块，用于监测电力线调制解调模块是否有用户连接上网并通知单片机模块；

电力线调制解调模块，用于在用户上网时进行电能信号和通信信号的相互转换及滤波处理；

偶合电路模块，用于将电能信号或通信信号偶合到电力线或电力线调制解调模块上；

其中，所述通信控制模块分别与单片机模块、电力线调制解调模块电连接，所述偶合电路模块与电力线调制解调模块电连接。

优选地，所述的电力线调制解调模块包括：

输入滤波器单元，用于对电力线传输来的电能信号进行滤波后，将电能信号输入到调制解调单元；；

调制解调单元，用于对电能信号和通信信号进行相互的转换；

输出滤波器单元，用于对调制解调单元输出的电能信号进行滤波；

功放单元，对输出滤波器单元输出的滤波后的电能信号进行功率放大；

其中，所述调制解调模块与所述偶合电路模块通过两条支路连接，一条为两模块之间串联设置有输入滤波器单元，另一条支路为两模块之间依次串联设置有输出滤波器单元和功放单元。

优选地，所述装置还包括：

串行通讯电路模块，用于预先设置规定的字符来对单片机模块进行控制；

其中，所述串行通讯电路模块与所述单片机模块电连接。

采用上述的装置后，在用户使用电能或是上网时，通过单片机模块的监测和控制对IC卡读写模块中预先存储的上网费用和电度数进行统一的扣除，用户不需要到通信营业厅去交纳上网的费用，完全可以通过IC卡读写模块中的费用进行上网，节省了用户的时间并且降低了电力公司在收费方面的维护成本。

附图说明

图1是本发明的原理结构图；

图2是本发明智能计费器装置的总体结构图；

图3是本发明加入电力线调制解调模块的总体结构图；

图4是本发明中加入电力线调制解调模块的具体实施的结构原理图；

图5为本发明装置在特定环境中的应用示意图。

具体实施方式

本发明所使用装置的工作原理是，首先，用户持IC卡到电力公司交款预存上网时间和相应的电量时，电力公司把用户的IC卡放在相应的读写器上，由写卡程序在IC卡上写入与用户交款数相符的一定电度数和上网费用(按时间或者按流量计算)。用户把IC卡带回家，将卡掠过家中预收费计费表的读定，卡中电度数和相应的上网时间被主机读出，与预收费计费表中剩余的电度数和上网时间数相加，同时将IC卡清零。当用户将电器设备插上电源插座时，计费模块就开始对消耗的电能进行计量，当消耗的电能达到一度或者0.5度时(可由电力公司设定，也可由系统提供几种可选的数值)，IC卡中预存的电度数就减去相应的数值。计费模块中的单片机模块随时监测剩余的电度数是否小于某一数值(可由电力公司设定，也可由系统提供几种默认值)。如是，则点亮预告用电量将尽的振铃控制电路模块所使用的发光二极管指示器，提示用户持卡到电力公司重新购电。当计费模块中的单片机模块检测到IC卡中剩余电量完全用完时，就控制计费模块中的继电器模块切断供电电源。当用户将个人PC机或膝上型电脑或其他终端网络设备通过电源插座连接到网上时，检测电路检测到高频数据信号，表明用户已经登录上网，当用户经过一定的时间断开网络连接后，计费模块中的预存上网时间数就减去相应的数值。计费模块中的单片机随时监测剩余的上网时间数是否小于某一数值(可由电力公司设定，也可由系统提供几种默认值)。如是，则点亮预告用上网费用将尽的振铃控制电路模块所使用的发光二极管指示器，提示用户持卡到电力公司重新预购上网时间。当计费模块中的单片机检测到IC卡中剩余上网时间完全用完时，就通过信号控制电路，屏蔽掉数据通信信道。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的智能计费装置主要的功能就是集电能预存和计量与上网时间预存和计量于一体，主要包括：单片机模块为整个装置的控制中心；IC卡读写模块用来预存与计量用户的电读数与上网的费用；检测电路模块用来检测电力信号与数据信号以便对用户的预存费用进行管理，可选地，可以通过其频率的不同来对信号进行识别与分辨；继电器电路模块用来控制用户电源的切断与接通；信号控制电路单元用来屏蔽和接通高频数据通道，实现对上网费用的计量与控制；接口电路实现与外部的通信；可选地，在单片机模块中还包括费用转换单元，用户可以通过该费用转换单元自行在上网费用和电能费用之间进行权衡，例如可以将一部分上网费用转换成相应价值的电能费用，或者将一部分电能费用转换成同等价值的上网费用。上述的检测电路模块、继电器电路模块、单片机模块、信号控制电路模块、IC卡读写模块共同组成了计费模块。

如图2所示，本发明的总体结构包括计费模块与数据接口控制电路及相应接口连接，与电力线接口控制电路及接口连接；还包括直流电源电路、晶体震荡器组、以及附属电路。

如图3所示，该示例的原理就是利用数据接口控制电路和通信控制模块将计费模块和电力线调制解调模块联系起来。

如果用户将电器设备插上电源插座时，接口控制电路发信号启动电度计费模块，在平常状态下，数据接口端和电力线接口端都处于监听状态，任何一端有信号到来，接口控制电路立即根据信号来源，启动相应的模块。下面对工作过程加以描述：当数据接口端或电力线接口端有工频信号(50Hz或60Hz)到来，电表转盘读数头(红外发射接收管)产生的脉冲信号触发单片机的相应端口，单片机模块实时对该端口进行监测。当电表转盘读达到一定数目时(比如一度电，可由电力公司设定，系统也可提供几种默认值)，IC卡读写模块中预存的电度数就减去相应的数值。LED显示电路模块用来显示可供使用的电度数。在电力公司存款时，将显示存入卡中的电度数。可选地，当读卡发生错误时，通过LED显示电路模块将显示错误信息。可选地，振铃控制电路模块由蜂鸣器、两个三极管和电阻组成。当IC卡中的预存电度数值达到预警值(比如10度，可由电力公司设定，系统也可提供几种默认值)时，单片机模块发出一个高电平，触发蜂鸣器蜂鸣。当机内的电度数用完时，单片机模块就控制继电器电路模块切断用户供电电源。

当用户将个人PC机或膝上型电脑或其他终端网络设备通过电源插座连接到网上时，接口控制电路发信号启动电力线调制解调模块，在平常状态下，数据接口端和电力线接口端都处于监听状态，任何一端有信号到来，接口控制电路立即根据信号来源，启动相应的模块。下面对工作过程加以描述：用户电脑或者其他终端网络设备来的经过用户终端电力线调制解调进行调制的信号先过该装置中的电力线调制解调模块(局端PLC Modem)解调就可得到原通信信号，再经经过滤波器将调制信号滤出，该信号通过功放电路进行放大，最后通过偶合电路将信号偶合到家庭外部的电力线物理介质上进行传输；外部网络信号(如Internet信息)传到用户终端网络设备的传输过程反之亦然。与此同时，通信控制模块通过电力线调制解调模块监测到用户已经连接上网，通知计费模块开始对用户上网时间进行计时(或者对流量进行计算)，当用户连接上网的时间达到一定数目时(比如5分钟，可由电力公司设定，系统也可提供几种默认值)或者达到一定流量的时候，IC卡中预存的上网时间(或流量数)就减去相应的数值。显示电路用来显示剩余的上网时间数。在电力公司存款时，将显示存入卡中的上网时间数。当读卡发生错误时，将显示错误信息。当IC卡中的预存上网时间达到预警值(比如5小时，可由电力公司设定，系统也可提供几种默认值)时，单片机发出一个高电平，触发蜂鸣器蜂鸣。当机内的上网时间用完时，单片机就通过信号控制电路将用户数据通信信道屏蔽起来。

如图4所示，根据图3所示的装置包括计费模块、电力线通信调制解调模块，该计费模块、电力线通信调制解调模块通过同时连接到数据接口控制电路及相应接口，和连接到通信控制模块，计费模块与电力线接口控制电路及接口连接，电力线通信调制解调模块与电力线偶合电路连接。晶体振荡器组由几个晶体振荡器构成，为需要晶振的装置部分(如电力线通信调制解调模块计费模块)提供合适的工作频率。直流电源电路为需要直流电压的装置部分提供合适的工作电压。

如图3所示，根据计费模块中单片机自身性能的强弱，可选则是否使用数据存储器，若单片机模块自身有足够的数据存储空间，则不需要使用额外的数据存储器，若单片机模块没有足够的存储空间，则需要使用额外的数据存储器，该单片机模块的外接电路包括：可选的LED显示电路模块表明该装置的工作状态；电表表盘检测电路；控制供电的继电器电路模块；可选地振铃控制电路模块；可选地，非接触式IC卡(也可利用其他IC卡技术)与读写模块的通信内容包括复位应答、防冲突、选择卡片、相互认证、对数据块的操作和中止。可选地，看门狗电路初上电时，使系统复位。正常工作时，单片机在每个主程序循环时发出一个低电平脉冲，触发单稳；当程序受干扰跑飞时，单稳因得不到触发脉冲而使系统复位。为使系统在停电时也能正常工作，由两组电源给系统供电，一组是将220V/50Hz的市电经变压、整流、稳压得到5V直流电，另一组由12V/4A的可充电电流经斩波、隐压、稳压得到5V直流电。一般由市电供电，并对可充电电池充电。市电停电时由电池供电，12V/4A的可充电电流能使系统连续工作24h以上。可在装置上增设串行通讯电路模块，该模块可以采用VB的通讯控件(但不是唯一的方式)通过RS232与单片机进行通讯。模块通过事先约定好的字符来实现对单片机的控制，如小区的管理中心定期通过RS232串行通讯口读取用户电度表的使用电量和剩余电度数，并制成数据库加以保存。供电部门可通过Internet对小区采集的数据进行访问和管理，从而实现了供电管理部门网络化的管理手段。

如图5所示，该系统包括电信骨干网1(如光纤骨干网)、PLC路由器2。电信骨干网1通过通信链路12与PLC路由器2链接，PLC路由器2的作用是将外部Internet信号转换成适合于在入户低压电力线23上传输的信号，同时有路由选择的作用。PLC路由器2通过入户低压电力线23与本发明装置3链接，装置3的作用包括：1、作为PLC路由器等局端设备和住户网络终端设备通过家庭电力线网络传输数据的中间设备。2、提供电力线网络接口(如220V/50Hz，110V/60Hz)为用户提供电力供应；提供数据接口(如USB接口，以太网接口或者无线接口)供用户网络终端设备，移动通信设备直接与家庭外部的网络连接。3、通过线路36与计费服务器6链接为用户提供计费功能。设备3通过线路34与用户电力分线箱链接，将信号注入家庭电力线网络中。家庭中的网络终端设备如空调、个人电脑通过电力适配器5、7与墙上电源插座连接，既能组成家庭局域网，又能与外部的网络进行通信。

本发明在用户使用电能或是上网时，通过单片机模块的监测和控制对IC卡读写模块中预先存储的上网费用和电度数进行统一的扣除，用户不需要到通信营业厅去交纳上网的费用，完全可以通过IC卡读写模块中的费用进行上网，节省了用户的时间并且降低了电力公司在收费方面的维护成本。电力公司可以这样将自己的电力基础设施与网络基础设施合在一起，一方面为用户宽带接入提供更多的选择，使用户进行数据通信就像消费电能一样方便。另一方面电力公司通过这种方式可以吸引更多的宽带用户选择电力线宽带接入方式，从而加快电力公司进入电信市场的步伐，为电力公司创造新的利润增长点。

Claims (7)

1.一种智能计费器装置，包括：

IC卡读写模块，用于在用户上网或使用电能时，根据预先设定的扣费标准对其内部存储的用户能够使用的上网费用或电度数进行扣费；

单片机模块，用于对信号到来的端口进行实时监测，在用户需要上网或使用电能时发送通信或电能的开启信号，并在IC卡读写模块中存储的上网费用或电度数为零时发送通信或电能的终止信号；

继电器电路模块，用于接收单片机模块发送的电能的开启信号或终止信号，对用户电源接通或切断；

信号控制电路模块，用于接收单片机模块发送的通信的开启信号或终止信号，对用户数据通道进行接通或屏蔽；

检测电路模块，用于检测电力信号和数据信号对IC卡读写模块存储的上网费用或电度数进行管理；

其中，所述单片机模块分别和IC卡读写模块、继电器电路模块、信号控制电路模块、检测电路模块电连接。

2.按照权利要求1所述的智能计费器装置，其特征在于，所述装置还包括：

显示电路模块，用户显示存入卡中的电度数和上网费用，并在该装置读卡错误时显示错误原因；

其中，所述的显示电路模块与所述单片机模块电连接。

3.按照权利要求2所述的智能计费器装置，其特征在于，所述的单片机模块还包括：

预警单元，用于在IC卡读写模块的上网费用或电度数达到预先设定的预警值时，发送控制信号；

所述装置还包括：

振铃控制电路模块，用于接收单片机模块中预警单元发送的控制信号进行振铃报警；

其中，所述振铃控制电路模块与单片机模块中的预警单元电连接。

4.按照权利要求3所述的智能计费器装置，其特征在于，所述的单片机模块还包括：

费用转换单元，用于根据用户的需要对IC卡读写模块中存储的上网费用和电度数进行相互转换；

其中，所述费用转换单元和所述IC卡读写模块电连接。

5.按照权利要求1或4所述的智能计费器装置，其特征在于，所述装置还包括：

通信控制模块，用于监测电力线调制解调模块是否有用户连接上网并通知单片机模块；

电力线调制解调模块，用于在用户上网时进行电能信号和通信信号的相互转换及滤波处理；

偶合电路模块，用于将电能信号或通信信号偶合到电力线或电力线调制解调模块上；

其中，所述通信控制模块分别与单片机模块、电力线调制解调模块电连接，所述偶合电路模块与电力线调制解调模块电连接。

6.按照权利要求5所述的智能计费器装置，其特征在于，所述的电力线调制解调模块包括：

输入滤波器单元，用于对电力线传输来的电能信号进行滤波后，将电能信号输入到调制解调单元；；

调制解调单元，用于对电能信号和通信信号进行相互的转换；

输出滤波器单元，用于对调制解调单元输出的电能信号进行滤波；

功放单元，对输出滤波器单元输出的滤波后的电能信号进行功率放大；

其中，所述调制解调模块与所述偶合电路模块通过两条支路连接，一条为两模块之间串联设置有输入滤波器单元，另一条支路为两模块之间依次串联设置有输出滤波器单元和功放单元。

7.按照权利要求1所述的智能计费器装置，其特征在于，所述装置还包括：

串行通讯电路模块，用于预先设置规定的字符来对单片机模块进行控制；

其中，所述串行通讯电路模块与所述单片机模块电连接。

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