CN106652206B - 一种用电交互终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用电交互终端，包括：电源模块，用于为用电交互终端供电，并提供备用电池模块充电电源；备用电池模块，以于电源模块断电时，自动无缝切换给用电交互终端供电；CPU主控单元，与上行通信模块、红外通信模块、刷卡系统、485通信模块、人机交互单元连接，负责整个设备的数据流及业务实现，实现数据存储、数据处理、报文解析、外部通信、故障监测、逻辑处理；上行通信模块，用于CPU主控单元与主站、集中器的通信；红外通信模块，通过红外方式与其他设备进行通信，实现红外抄表；下行通信模块，用于与费控电能表通信，并通过分路选择将下行通信与上行通信直连；人机交互单元，用于实现人机交互，本发明可简化电力计量系统，提高系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电能计量技术领域，特别是涉及一种用于电能计量的用电交互终端。
背景技术
随着经济的飞速发展，用电量需求越来越大，电能表的数量也迅速增加，同时，居民住宅的质量和档次越来越高，住户对住宅环境、物业管理水平的要求也日益提高。传统的抄表方式存在许多弊端，如入户麻烦、管理费用过高、存在安全隐患等，已经不适应现代物业管理的需要。为了提高对客户用电的管理水平，供电企业迫切希望通过现代化的手段，对用户用电的监测实现自动化、规范化。采用自动抄表技术的电力计量系统也应运而生。
现有的电力计量系统，主站通过集中器、采集器对费控电能表进行用电信息采集。然而，现有的费控电能表用户操作不便利，人机交互体验较差，同时售电营销系统的缴费方式不够多样化，电价信息，用电政策不能够及时传达到终端用户，同时用户不能在本地查询充值金额、欠费情况，尤其是用户欠费时，没有及时的提醒信息，导致因缴费不及时而断电。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种用电交互终端，以简化电力计量系统，提高系统的可靠性，节省设备投入，实现自动无人抄表，方便用户的生活。
为达上述及其它目的，本发明提出一种用电交互终端，包括：
电源模块，用于为用电交互终端供电，并提供备用电池模块充电电源；
备用电池模块，以于电源模块断电时，切换给用电交互终端供电；
CPU主控单元，与上行通信模块、红外通信模块、刷卡系统、485通信模块、人机交互单元连接，负责整个设备的数据流及业务实现，实现数据存储、数据处理、报文解析、外部通信、故障监测、逻辑处理；
上行通信模块，用于CPU主控单元与主站集中器的通信；
红外通信模块，通过红外方式与其他设备进行通信，实现红外抄表；
下行通信模块，用于与费控电能表通信，并通过分路选择将下行通信与上行通信直连；
人机交互单元，用于实现人机交互。
进一步地，该用户交互终端集成集中器以及采集器的功能。
进一步地，该CPU主控单元通过串行端口与该上行通信模块、红外通信模块、刷卡系统、下行通信模块连接，通过液晶驱动电路、通用GPIO与该人机交互单元连接。
进一步地，该CPU主控单元运行ESAM加密系统和多路复用管理。
进一步地，该上行通信模块包括该多路复用管理用于侦测和选择不同的上行通信模块，选择GPRS模块、载波模块、串口转以太网络模块与主站、集中器通信，该多路复用管理实现对不同模块的自动识别，同时由不同模块的应用场景需要，将读取的数据分发到既定的内部数据处理单元。
进一步地，该下行通信模块包括下行485通信电路、分路选择和上行485通信电路，该下行485通信电路连接费控电能表，抄读数据，该分路选择和上行485通信电路连接集中器、采集器，在业务需要的时刻，该CPU主控单元通过分路选择将下行485通信与上行通信直连，实现数据透传。
进一步地，该备用电池模块包括备用电池单元、充电电路、唤醒按钮、MCU掉电检测电路和逻辑控制电路，当电池电量低时，控制充电电路对电池进行充电，当设备的外部电源断电时，检测到电源模块断电后，该MCU掉电检测电路和逻辑控制电路控制切换为备用电池单元供电。
进一步地，该备用电池单元按照设定的供电时间保证设备正常运作，到达设定时间后，自行关机，于关机后通过该唤醒按钮使用该备用电池单元唤醒终端。
进一步地，该终端还包括USB数据交互电路，用于通过USB口，实现程序更新、公告信息导入、用户信息导入。
进一步地，该刷卡系统为RFID刷卡系统，用于检测用户卡的ID，并读取与用户相关的信息。
与现有技术相比，本发明一种用电交互终端通过与采集器、集中器配合或集成采集器、集中器所有功能，实现了电力计量系统的数据抄读、用户操作、充值计费于一体，简化了电力计量系统，提高了系统可靠性，节省了设备投入，实现了自动无人抄表。
附图说明
图1为本发明一种用电交互终端之第一较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例中备用电池模块20的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例中通过唤醒按钮使用备用电池单元唤醒设备的过程示意图；
图4为本发明具体实施例中多路复用管理的流程示意图；
图5为本发明一种用电交互终端之第二较佳实施例的结构示意图；
图6为本发明具体实施例中用电交互终端的具体应用情境示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种用电交互终端之第一较佳实施例的结构示意图。如图1所示，本发明一种用电交互终端，包括：电源模块10、备用电池模块20、CPU主控单元30、上行通信模块40、红外通信模块50、USB接口60、人机交互单元70、RFID刷卡系统80以及下行通信模块90。
其中，电源模块10为一AC-DC开关电源，其用于为整个用电交互终端供电，同时给备用电池模块提供充电电源。
备用电池模块20包括备用电池单元、充电电路、唤醒按钮以及MCU掉电检测和逻辑控制电路，用于电池电量采集、电池投切控制、充电管理。当电池电量低时，控制充电电路对电池进行充电。当设备的外部电源断电时，系统检测到断电后，设备可无缝切换为备用电池供电。备用电池单元按照设定的供电时间保证设备正常运作，到达设定时间后，设备自行关机。关机后，用户可以通过唤醒按钮使用备用电池单元唤醒设备。备用电池模块20的具体框图如图2所示。
图3为本发明较佳实施例中通过唤醒按钮使用备用电池单元唤醒设备的过程示意图。在本发明具体实施例中，当主电源掉电以后，掉电检测电路会触发一个主电源掉电信号power_err。整板断电后，持续按压唤醒按纽，会对电容充电电路进行充电，当电容充电达到MOS管的控制门限电压，触发电池供电使能信号power_en。电池的供电回路在这两个信号都有效的情况下，备用电池对整板供电。当电池供电启动以后，CPU接管power_en信号控制。在备用电池供电的过程中，供电时间达到设定的供电时间T，CPU控制将power_en置为无效，整板电池供电断电。
CPU主控单元30包括三线SPI、USB、多个通用串行UART端口、通用GPIO端口和液晶驱动电路，负责整个设备的数据流及业务实现，实现数据存储、数据处理、报文解析、外部通信、故障监测、逻辑处理等等功能，其通过串行端口UART1与上行通信模块40连接，通过通用串行端口UART2与红外通信模块50连接，通过通用串行端口UART3和三线端口SPI与RFID刷卡系统80连接，通过通用串行端口UART4和通用GPIO端口与下行通信模块90连接，通过液晶驱动电路、通用GPIO与人机交互单元70连接，CPU主控单元30运行ESAM加密系统和多路复用管理，ESAM加密系统为符合国标算法的加密系统，保证数据的安全性，多路复用管理用于侦测和选择不同的上行通信模块，复用管理与上行通信功能配合使用，上行通信方式可以根据场景需要，任意选择GPRS模块、载波模块、串口转以太网络模块与主站、集中器通信，复用管理实现对不同模块的自动识别，同时由不同模块的应用场景需要，将读取的数据分发到既定的内部数据处理单元。
图4为本发明具体实施例中多路复用管理的流程示意图。对于上行通信模块的GPRS模块、载波通信模块、UART转网络模块，根据场景需求选择其中一种模块插入用电交互终端的插口中。硬件会检测模块类型，不同模块的设备类型标志线信号逻辑位不同，CPU可通过检测标志线判定识别模块种类。不同的模块单元与之进行数据交互的外部对象不同，程序逻辑控制根据判定的模块种类，选择相应的通信处理流程。
人机交互单元70由液晶显示、按键、LED运行指示组成。可以显示相关的查询内容(用电记录、电价信息、充值记录、复电、用户编号、地址信息，等等)所有用户相关的操作内容，均在界面显示。按键可供用户对设备进行操作。LED运行指示，指示设备的运行状态，通信情况。设备正常运行时，LED将按照一定规律闪烁。
RFID刷卡系统80为非接触式卡刷卡和ESAM电路。用于检测用户卡的ID，并读取与用户相关的信息，如：卡号、用户号、表号、费用，等等。同时可根据卡片的不同权限，规定用户的操作内容，方便区分运维人员、开发人员、普通用户的身份区别，不同人员操作的内容以及进行的操作业务不同。
红外通信模块50为通用电路，具备红外抄表功能，通过红外方式与其他设备进行通信。
USB数据交互电路60为通用电路，用于通过USB口，实现程序更新、公告信息导入、用户信息导入等等。
下行通信模块90为485通信模块，由下行485通信电路、分路选择和上行485通信电路组成，下行通信连接费控电能表，抄读数据。分路选择和上行485通信电路连接集中器、采集器，具备分路选择功能，CPU主控单元可以通过分路选择将下行485通信与上行485通信直连，实现数据透传，实现上行设备快速抄表及通信。
图5为本发明一种用电交互终端之第二较佳实施例的结构示意图。在本发明第二实施例中，用电交互终端具备传统集中器、采集器的所有功能，即可以只使用用电交互终端取代集中器、采集器，直接与主站进行通信，上报相关的计量数据。具体地，该用电交互终端包括：电源模块10、备用电池模块20、CPU主控单元30、上行通信模块40、红外通信模块50、USB接口60、人机交互单元70、RFID刷卡系统80、下行通信模块90以及集中器和采集器，即集中器与采集器集成于用电交互终端中。
其中，电源模块10为用于为整个用电交互终端供电，同时给备用电池模块提供充电电源，在本发明具体实施例中，电源模块10为一AC-DC开关电源。
备用电池模块20用于电池电量采集、电池投切控制以及充电管理。在本发明具体实施例中，备用电池模块20包括备用电池单元、充电电路、唤醒按钮、MCU掉电检测和逻辑控制电路，当电池电量低时，控制充电电路对电池进行充电。当设备的外部电源断电时，系统检测到断电后，设备可无缝切换为备用电池供电。备用电池按照设定的供电时间保证设备正常运作，到达设定时间后，设备自行关机。关机后，用户可以通过唤醒按钮使用备用电池唤醒设备。
CPU主控单元30包括三线SPI、USB、多个通用串行UART端口、通用GPIO端口和液晶驱动电路，负责整个设备的数据流及业务实现，实现数据存储、数据处理、报文解析、外部通信、故障监测、逻辑处理等等相关，其通过串行端口UART1与上行通信模块40连接，通过通用串行端口UART2与红外通信模块50连接，通过通用串行端口UART3和三线端口SPI与RFID刷卡系统80连接，通过通用串行端口UART4和通用GPIO端口与下行通信模块90连接，通过液晶驱动电路、通用GPIO与人机交互单元70连接，CPU主控单元30运行ESAM加密系统和多路复用管理，ESAM加密系统为符合国标算法的加密系统，保证数据的安全性，多路复用管理用于侦测和选择不同的上行通信模块，复用管理与上行通信功能配合使用，上行通信方式可以根据场景需要，任意选择GPRS模块、载波模块、串口转以太网络模块与主站、集中器通信，复用管理实现对不同模块的自动识别，同时由不同模块的应用场景需要，将读取的数据分发到既定的内部数据处理单元。
人机交互单元70由液晶显示、按键、LED运行指示组成。可以显示相关的查询内容(用电记录、电价信息、充值记录、复电、用户编号、地址信息，等等)所有用户相关的操作内容，均在界面显示，也就是说，用户可以通过人机交互单元70直接查询历史用电量、电费余额、欠费信息、合闸复电记录、充值金额选择等，用户还可以通过人机交互单元设置欠费提醒金额，以在CPU主控单元控制下及时提醒用户的费用状态，防止费用问题导致的断电。按键可供用户对设备进行操作。LED运行指示，指示设备的运行状态，通信情况。设备正常运行时，LED将按照一定规律闪烁。
RFID刷卡系统80为非接触式卡刷卡和ESAM电路。用于检测用户卡的ID，并读取与用户相关的信息，如：卡号、用户号、表号、费用，等等。同时可根据卡片的不同权限，规定用户的操作内容，方便区分运维人员、开发人员、普通用户的身份区别，不同人员操作的内容以及进行的操作业务不同。
红外通信模块50为通用电路，具备红外抄表功能，通过红外方式与其他设备进行通信。
USB数据交互电路60为通用电路，用于通过USB口，实现程序更新、公告信息导入、用户信息导入等等。
下行通信模块90为485通信模块，由下行485通信电路、分路选择和上行485通信电路组成，下行485通信电路连接费控电能表，抄读数据，分路选择和上行485通信电路连接集中器、采集器，具备分路选择功能，在业务需要的时刻，CPU主控单元可以通过分路选择将下行485通信与上行485通信直连，实现数据透传，实现上行设备快速抄表及通信。
本发明之用电交互终端具备备用电池、USB口、非接触式刷卡计费管理、多路复用管理，可大大方便用户使用。尤其是针对断电时，无法读取用户信息，是有极大改善，本发明具有人机交互单元，用户可直接进行相关操作，用电交互终端可根据用户需求定制提醒功能，方便用户对用电进行管理，具备多种计费方式，便于用户使用，用户可通过银行系统对用户交互终端进行远程支付用电费用，也可通过售电营销管理系统进行缴费，还可以通过本地刷卡进行缴费，大大方便了用户，其具体应用情境如图6所示。
综上所述，本发明一种用电交互终端通过与采集器、集中器配合或集成采集器、集中器所有功能，实现了电力计量系统的数据抄读、用户操作、充值计费于一体，简化了电力计量系统，提高了系统可靠性，节省了设备投入，实现了自动无人抄表。
任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (7)
1.一种用电交互终端，包括：
电源模块，用于为用电交互终端供电，并提供备用电池模块充电电源；
备用电池模块，以于电源模块断电时，切换给用电交互终端供电；
CPU主控单元，与上行通信模块、红外通信模块、刷卡系统、485通信模块、人机交互单元连接，负责整个设备的数据流及业务实现，实现数据存储、数据处理、报文解析、外部通信、故障监测、逻辑处理；
上行通信模块，用于CPU主控单元与主站、集中器的通信；
红外通信模块，通过红外方式与其他设备进行通信，实现红外抄表；
下行通信模块，用于与费控电能表通信，并通过分路选择将下行通信与上行通信直连；
人机交互单元，用于实现人机交互；
该备用电池模块包括备用电池单元、充电电路、唤醒按钮、MCU掉电检测电路和逻辑控制电路，当电池电量低时，控制充电电路对电池进行充电，当设备的外部电源断电时，检测到电源模块断电后，该MCU掉电检测电路和逻辑控制电路控制切换为备用电池单元供电；
该备用电池单元按照设定的供电时间保证设备正常运作，到达设定时间后，自行关机，于关机后通过该唤醒按钮使用该备用电池单元唤醒终端；
该CPU主控单元运行多路复用管理；
该多路复用管理用于侦测和选择不同的上行通信模块，选择GPRS模块、载波模块、串口转以太网络模块与主站、集中器通信，该多路复用管理实现对不同模块的自动识别，同时由不同模块的应用场景需要，将读取的数据分发到既定的内部数据处理单元。
2.如权利要求1所述的一种用电交互终端，其特征在于：该用户交互终端集成集中器以及采集器的功能。
3.如权利要求1所述的一种用电交互终端，其特征在于：该CPU主控单元通过串行端口与该上行通信模块、红外通信模块、刷卡系统、下行通信模块连接，通过液晶驱动电路、通用GPIO与该人机交互单元连接。
4.如权利要求3所述的一种用电交互终端，其特征在于：该CPU主控单元运行ESAM加密系统。
5.如权利要求1所述的一种用电交互终端，其特征在于：该下行通信模块包括下行485通信电路、分路选择和上行485通信电路，该下行485通信电路连接费控电能表，抄读数据，该分路选择和上行485通信电路连接集中器、采集器，在业务需要的时刻，该CPU主控单元通过分路选择将下行485通信与上行通信直连，实现数据透传。
6.如权利要求1所述的一种用电交互终端，其特征在于：该终端还包括USB数据交互电路，用于通过USB口实现程序更新、公告信息导入、用户信息导入。
7.如权利要求1所述的一种用电交互终端，其特征在于：该刷卡系统为RFID刷卡系统，用于检测用户卡的ID，并读取与用户相关的信息。
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