CN101377866A - 一种ic卡实时扣费空调器 - Google Patents

Abstract

一种IC卡实时扣费空调器，包括空调控制器、IC卡电表和IC卡，空调控制器包括主控MCU、第一通讯接口、电量检测单元、空调常规控制电路；所述电量检测单元输入端与空调控制器的火线L和零线连接，输出端与主控MCU连接；所述空调常规控制电路与主控MCU连接；空调控制器的主控MCU通过第一通讯接口与电表的第二通讯接口相连；所述第二通讯接口与电表主控MCU、IC卡读写接口、IC卡读写装置依次连接；所述IC卡与IC卡读写装置连接。当IC卡插入IC卡电表的IC卡读写装置中，在完成与空调器的信息交换并确认无误后允许用户使用空调器并实时扣减消费的电量，同时空调器验证实际消耗的功率与电表检测的电量折算的电功率是否相符，进行恶意窃电判断。

Description

一种IC卡实时扣费空调器

技术领域

本发明涉及空调控制技术领域，特别涉及一种IC卡实时扣费空调器。

技术背景

目前在空调的预付费产品领域，一般采用空调器加预付费电表的方案。预付费电能表又叫做定量电能表、IC卡电能表，除了具有普通电能表的计量功能外，特别的是用户先买电，买电后才能用电，用完后用户不继续买电，则自动切断电源停止供电。采用两种电费预存方法有两种，一种为代码式，一种为写卡式。代码式原理为，管理系统将用户信息和购电信息结合起来生成一组加密代码，并交给用户自己输入到电表中，电表经过正确解密后得到预存电量或金额并保存。写卡式原理为，将预购电量或金额写入专用IC卡中，交给用户持IC卡到对应电表上进行通讯，预购电费值自动送入电表中。

现有技术中采用的预售电技术，无论是代码式还是写卡式，代码和IC卡仅是一个付费电量转移的载体，这样当多个不同的用户使用同一台空调时就发生付费不能有效区分的问题，对用户分段使用也难以实现。另外对用户的窃电行为没有防范措施。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足，设计一种IC卡实时扣费空调器，改变现有技术中的预存电费的形式，而是通过对IC卡实时计费、扣费的方式来控制空调电费的消费。本发明具有实现多用户的智能化用电的特点。

为了解决上述技术问题，本发明包括如下技术方案：一种IC卡实时扣费空调器，包括空调控制器、IC卡电表和IC卡，空调控制器的电源输入端与IC卡电表的输出端相连，电表的输入端与市电电网相连，其特征在于：空调控制器包括主控MCU、第一通讯接口、电量复核检测单元、空调常规控制电路；所述电量复核检测单元输入端与空调控制器的火线L和零线连接，输出端与主控MCU连接；所述空调常规控制电路与主控MCU连接；空调控制器的主控MCU通过第一通讯接口与电表的第二通讯接口相连；所述第二通讯接口与IC卡电表主控MCU、IC卡读写接口、IC卡读写装置依次连接；所述IC卡与IC卡读写装置连接。

所述电量复核检测单元包括电流取样单元和电压取样单元；所述电流取样单元输入端串接于空调控制器的火线L进线上，输出端与主控MCU连接；所述电压取样单元的输入端分别与空调控制器的零线N、火线L并联连接，输出端与主控MCU连接。

所述IC卡电表内设有电量检测单元；所述电量检测单元通过光耦隔离接口与电表主控MCU连接。

所述电量检测单元包括电表电压取样单元、校正电阻网络、电表电流取样单元、电量计量IC；所述电表电流取样单元输入端串接于IC卡电表的火线L的上，输出端与电量计量IC连接；所述电表电压取样单元的输入端分别与IC卡电表的零线N、火线L并联连接，输出端通过校正电阻网络与电量计量IC连接。

所述电表还包括与电表主控MCU连接的显示单元。

所述第一通讯接口与第二通讯接口为标准通讯电路，可以是RS232、RS485、或电流环通讯电路。

所述IC卡读写装置为接触式插卡槽读写装置，所述IC卡为接触式IC卡。

与现有技术相比，当IC卡插入IC卡电表的IC卡插卡槽中，电表自动识别其授权代码与使用权限码、可消费电量，在完成与空调控制器的信息交换并确认无误后允许用户使用空调控制器并实时扣减消费的电量，实时扣费的方法是：从IC卡中每次欲扣除适当的电量，比如0.01度，进入IC卡电表的MCU中，供电表的MCU实时扣除，当适当的电量被扣除完毕后再从IC卡中扣除适当的电量，如此反复；若每收到一个电表电量检测单元16的一个电量数据就读写一次IC卡同样可以实现实时扣费功能，但读写IC卡太过频繁，严重降低IC卡的使用寿命，采用适当电量预扣方式可以大大提高IC卡的使用寿命，同时不影响扣费的实时性。

同时空调控制器验证实际消耗的功率与电表检测的电量折算的电功率是否相符，进行恶意窃电判断，若在允许的偏差内，则允许用户正常操作，若超出允许的偏差则判断为存在窃电行为或空调系统故障，关机并等待管理员处理。

附图说明

附图1为本发明的IC卡实时扣费空调控制器原理框图1；

附图2为本发明的IC卡实时扣费空调控制器原理框图2。

具体实施方式

本发明涉及一种IC卡实时扣费空调器，由空调控制器2、IC卡电表1、IC卡4组成。其工作原理框图如附图1、附图2所示，工作原理详述如下：

图中所示空调控制器2安装于空调器中，空调控制器2包含有：主控MCU21，空调常规控制单元22、电量复核检测单元23、第一通讯接口24；IC卡电表1包含有：电表主控MCU11、IC卡读写装置12、IC卡读写接口13、显示单元14、电表电量检测单元16、光耦隔离接口15、第二通讯接口17；IC卡为一般通用的标准IC卡，其中含有授权代码与使用权限码、可消费电量等信息。

空调控制器2的主控MCU21通过第一通讯接口24经通讯线与IC卡电表1的第二通讯接口17相连，同时空调控制器2的电源输入端火线L、零线N与电表1的火线L输出端、零线N分别相连，电量复核检测单元23包括电流取样单元26和电压取样单元25，电流取样单元26串接于火线L上，电压取样单元25的取样端L、N分别与空调控制器的零线N/火线L连接，电流取样单元26及电压取样单元25的输出连接到主控MCU21上，实现电压取样与电流取样功能，并将取样结果传递给主控MCU21，主控MCU21将电压与电流取样数据经过运算处理后得到空调控制器实际消耗电功率数据；

IC卡电表1的零线N/火线L输入端与市电电网的零线N/火线L相连，IC卡电表1中由电表电流取样单元31、电表电压取样单元32、校正电阻网络33、电表电量计量IC34构成电表电量检测单元16。电表电流取样单元31串接于火线L中，其输出与电表电量计量IC34相连，电表电压取样单元32的L/N输入端分别与零线N/火线L输入端相连，其输出连接到校正电阻网络33的输入端，校正电阻网络33的输出端连接到电表电量计量IC34，电表电量计量IC34将输入的电压取样信号与电流取样信号转化为消耗的电量信号，经过光耦隔离接口15与电表主控MCU11相连并将检测到的电量信号传递给电表主控MCU11，由电表主控MCU11进行电量的累计，将累计的电量值通过显示单元14进行显示，同时按消耗的电量进行实时扣费：每接受到电表电量检测单元16的一次电量数据就实施一次扣费。

IC卡电表还包含可以插入IC卡4的IC卡读写装置12、IC卡读写接口13，该接口与电表主控MCU11的连接，一方面该接口实现了IC卡读写装置12与MCU11之间的信号转接，另一方面还可以保护MCU11及内部电路：当由于外部的原因导致IC卡读写装置端子短路或接触异物保护主控MCU11及其他内部电路不会损坏。

当IC卡4插入IC卡读写装置12中，主控MCU11通过IC卡读写接口13读取IC卡4中的信息，该信息是经过加密的，包含授权代码与使用权限码、可消费电量等信息；电表主控MCU11将信息进行解密处理，得到授权代码与使用权限码、可消费电量等信息并进行判断，若授权代码不符则通过通讯接口17向空调控制器2发出禁止用户使用空调控制器2的指令；使用权限码限定用户的可使用空调控制器的权限范围，根据使用权限码的授权级别不同，用户可以使用某一台指定的空调，或可以使用某一组范围内的任意一台空调，或经营商管理范围内的任意一台空调；当检测不到IC卡时或不能实现扣费时或可消费电量为零时通过通讯接口向空调控制器2的主控MCU21发出禁止用户使用空调控制器2的命令；若判断授权代码符合，使用权限码符合，有可消费电量，向空调控制器2发出允许用户控制空调控制器2的指令及按照实时消耗的功率折算的瞬时功率；空调控制器2收到IC卡电表的禁止用户使用空调控制器的命令，空调控制器的按键及遥控等人机接口功能禁止，空调控制器不再接受用户控制；空调控制器收到IC卡电表的允许用户使用空调控制器的命令，空调控制器的按键及遥控等人机接口功能有效，用户可以正常使用空调控制器。

为防止恶意复制通讯码并不经过电表1直接控制空调控制器2，空调控制器2与IC卡4之间的通讯协议是经过加密处理的，电表的电表主控MCU11在发送信息前要将信息加密，在接受到信息后要经过解密处理，空调控制器2的主控MCU21也要同样处理；通讯协议使用随信息同发的随机密钥加本地固定矩阵密钥的加密方式，即在空调控制器的MCU21中及电表1的MCU11中均存有一个数据矩阵，该数据矩阵作为固定矩阵密钥，在通讯传输的数据中传输的是随机密钥，该随机密钥有随机函数产生，其数值指向固定数据矩阵的序号，该序号对应数据即为本次通讯的通讯信息加解密密钥，这样使得发送完全相同的一条信息其在不同的时间发送的通讯码是不一样的；若连续两次收到同样的指令码则认为通讯码被恶意复制报通讯故障并不接受用户的控制。当空调控制器接受到不正确的信号要立即禁止用户使用，若IC卡电表接受到不正确的信号要立即向空调控制器发出禁止用户使用命令。

在用户正常使用过程中，空调控制器2的主控MCU21将空调控制器2的实时消耗功率与电表1传入的电表检测到的折算瞬时功率进行对比，当对比结果超出允许的偏差范围，则判断为存在窃电行为或空调控制器出现故障，空调控制器停机不接受用户控制直到专职人员到场处理；作为一种简易处理方式，还可以假设电源电压固定为某个特定数值而仅对比电流值，这样可以简化硬件设计，降低成本，其处理方式同上。

为有效减低对IC卡4的读写次数，采用预扣小额电量的方式，即在开始时从IC卡中扣除额定量的电量(比如0.2度电)，存入电表主控MCU11的RAM单元中供电表主控MCU 11扣减，当RAM单元中剩余电量为零时再次向IC卡中扣除等额电量，如此反复，这样可以大大降低对IC卡的读写次数，提高IC卡和IC卡读写装置的使用寿命，同时不影响扣费的实时性。

第一通讯接口24与第二通讯接口17为异步串行通讯接口，电路可以是RS485/RS232、USB等标准通讯电路，也可以是电流环或红外、无线电等能实现通讯功能非标准通讯电路。

由于IC卡只是一个预售电量的载体，故这个载体可以是有多种选择的，故IC卡还可以是感应式的非接触式IC卡，相应的IC卡读写装置就要相应的变换为感应式IC卡读写卡装置。

Claims (7)

1.一种IC卡实时扣费空调器，包括空调控制器(2)、IC卡电表(1)和IC卡(4)，空调控制器(2)的电源输入端与IC卡电表(1)的输出端相连，IC卡电表(1)的输入端与市电电网相连，其特征在于:空调控制器(2)包括主控MCU(21)、第一通讯接口(24)、电量复核检测单元(23)、空调常规控制电路(22)；所述电量复核检测单元(23)输入端与空调控制器(2)的火线L和零线连接，输出端与主控MCU(11)连接；所述空调常规控制电路(22)与主控MCU(21)连接；空调控制器(2)的主控MCU(21)通过第一通讯接口(24)与IC卡电表(1)的第二通讯接口(17)相连；所述第二通讯接口(17)与IC卡电表主控MCU(11)、IC卡读写接口(13)、IC卡读写装置(12)依次连接；所述IC卡(4)与IC卡读写装置(12)连接。

2.根据权利要求1所述IC卡实时扣费空调器，其特征在于:所述电量复核检测单元(23)包括电流取样单元(26)和电压取样单元(25)；所述电流取样单元(26)输入端串接于空调控制器(2)的火线L进线上，输出端与主控MCU(21)连接；所述电压取样单元(25)的输入端分别与空调控制器的零线N、火线L并联连接，输出端与主控MCU(21)连接。

3.根据权利要求2所述IC卡实时扣费空调器，其特征在于:所述IC卡电表(1)内设有电量检测单元(16)；所述电量检测单元(16)通过光耦隔离接口(15)与IC卡电表主控MCU(11)连接。

4.根据权利要求3所述IC卡实时扣费空调器，其特征在于:所述IC卡电表电量检测单元(16)包括电表电压取样单元(32)、校正电阻网络(33)、电表电流取样单元(31)、电量计量IC(34)；所述电表电流取样单元(31)输入端串接于IC卡电表(1)的火线L上，输出端与电量计量IC(34)连接；所述电表电压取样单元(32)的输入端分别与IC卡电表的零线N、火线L并联连接，输出端通过校正电阻网络(33)与电量计量IC(34)连接。

5.根据权利要求4所述IC卡实时扣费空调器，其特征在于:所述电表(1)还包括与电表主控MCU(11)连接的显示单元(14)。

6.根据权利要求1～5任一项所述IC卡实时扣费空调器，其特征在于:所述第一通讯接口(24)与第二通讯接口(17)为标准通讯电路。

7.根据权利要求1～5任一项所述IC卡实时扣费空调器，其特征在于:所述IC卡读写装置(12)为接触式插卡槽读写装置，所述IC卡为接触式IC卡。

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