CN108616604B - 一种智能电能表充值复电装置、电表通讯系统及通讯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能电能表充值复电装置、电表通讯系统及通讯方法，数据服务器根据移动终端发送的请求操作指令中的用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈身份认证指令或操作指令给移动终端；移动终端将身份认证指令或操作指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置进行认证处理或操作处理后，通过蓝牙反馈认证结果数据或操作结果数据给移动终端。移动终端通过互联网将认证结果数据或操作结果数据给数据服务器；以移动终端为通讯中转平台实现智能电能表充值复电装置与数据服务器之间的数据交互，从而大大提高了电力用户充值或复电的成功率，解决了现有智能电能表远程充值或复电失败率过高的问题。

Description

一种智能电能表充值复电装置、电表通讯系统及通讯方法
技术领域
本发明涉及电表技术领域，特别涉及一种智能电能表充值复电装置、电表通讯系统及通讯方法。
背景技术
智能电能表是随着80年代初、单片机技术的成熟而发展起来的。目前国家电网及地方电网使用的传统机械电能表已被智能电能表所取代，究其原因是企业信息化管理的需要。智能电网在计量选型时的一个必要条件是要具有远程通讯和本地控制功能。远程通讯方式目前以窄带电力线载波、宽带电力线载波或无线通讯（470MHz）为主。
但是，目前智能电网工作环境不佳，电力线通讯时因电力线上负载过多、干扰源不详等因素给电力线通讯时实性带来严重影响。如470Mhz无线通讯因空中无线电干扰、楼层遮挡或天气影响，导致通讯实时性不高，从而使电力用户充值或复电失败率过高。智能电能表在远程充值或复电过程中通讯失败率太高，完全不能满足电力用户即充即用的需求，导致电力客户服务投诉过于频繁，给供电公司运维部门带来过载的工作量。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种智能电能表充值复电装置、电表通讯系统及通讯方法，以解决现有智能电能表远程充值或复电失败率过高的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种智能电能表充值复电装置，与移动终端蓝牙连接，其包括：设置在表箱壳体中的蓝牙转RS485通讯模块和若干个智能电能表；若干个智能电能表通过RS485总线并联后与蓝牙转RS485通讯模块电连接
所述蓝牙转RS485通讯模块对移动终端输出的身份认证指令或操作指令进行解密和有效性校验，验证有效后格式转换为对应认证信号或操作信号，通过RS485总线发送至智能电能表；智能电能表根据认证信号或操作信号执行对应的认证处理或操作处理后，反馈认证结果信号或操作结果信号并通过RS485总线发送至蓝牙转RS485通讯模块；蓝牙转RS485通讯模块对认证结果信号或操作结果信号进行加密和格式转换，通过蓝牙发送认证结果数据或操作结果数据给移动终端；
所述操作包括充值、复电或读取智能电能表数据。
所述的智能电能表充值复电装置中，所述蓝牙转RS485通讯模块包括一壳体，壳体上设置有用于接入RS485总线的A端的A接点和用于接入RS485总线的B端的B接点；所述壳体内设置一电路板，所述电路板上设置有蓝牙通讯主控电路、RS485通讯电路、加解密电路和电源管理电路；
所述蓝牙通讯主控电路对接收的身份认证指令或操作指令进行耦合滤波后输出至加解密电路解密，对解密后的数据信号进行有效性校验后输出对应的485发射信号；
RS485通讯电路根据485发射信号生成对应的认证信号或操作信号并传输至RS485总线，还根据RS485总线传输的认证结果信号或操作结果信号生成对应的485接收信号并传输至蓝牙通讯主控电路；
蓝牙通讯主控电路将485接收信号传输至加解密电路进行加密，将加密后数据信号转换为认证结果数据或操作结果数据、蓝牙发送给移动终端；
电源管理电路对蓝牙通讯主控电路、RS485通讯电路和加解密电路供电。
所述的智能电能表充值复电装置中，所述蓝牙通讯主控电路包括主控芯片、天线、接口、第一晶振、第二晶振、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容和第八电容；
所述主控芯片的DIO_0脚、DIO_1脚、DIO_5脚均连接RS485通讯电路，主控芯片的DIO_2脚、DIO_3脚、DIO_4脚、DIO_6脚均连接加解密电路；主控芯片的JTAG_TMSC脚连接接口的第1脚，主控芯片的JTAG_TCKC脚连接接口的第2脚，接口的第3脚接地，接口的第4脚连接第一电源端；主控芯片的RESET_N脚通过第一电阻连接第一电源端、还通过第一电容接地；主控芯片的VDDS2脚连接第一电源端；主控芯片的VDDR_RF脚连接主控芯片的VDDR脚、第二电源端、第五电感的一端和第八电容的一端；第五电感的另一端连接主控芯片的DCDC_SW脚，第八电容的另一端接地；主控芯片的RX_TX脚连接第一电感的一端、还通过第二电容接地；主控芯片的RF_N脚连接第一电感的另一端、第二电感的一端和第三电容的一端；主控芯片的RF_P脚连接第二电感的另一端和第三电感的一端、还通过第五电容接地；第三电容的另一端连接第三电感的另一端和第四电感的一端，第四电感的另一端连接天线、还通过第四电容接地；主控芯片的X32K_Q1脚连接第一晶振的第2脚、还通过第七电容接地；主控芯片的X32K_Q2脚连接第一晶振的第1脚、还通过第六电容接地；主控芯片的X24M_N脚连接第二晶振的第1脚，主控芯片的X24M_P脚连接第二晶振的第3脚，第二晶振的第2脚连接第二晶振的第4脚和地。
所述的智能电能表充值复电装置中，所述RS485通讯电路包括RS485通讯芯片、第一光耦、第二光耦、第三光耦、抑制二极管、第一热敏电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
所述RS485通讯芯片的A脚连接第二电阻的一端、RS485总线的A端和抑制二极管TVS的一端，第二电阻的另一端连接第三电源端；RS485通讯芯片的B脚连接抑制二极管的另一端和第一热敏电阻的一端、还通过第三电阻接地；第一热敏电阻的另一端连接RS485总线的B端，RS485通讯芯片的VCC脚连接第三电源端；RS485通讯芯片的D脚连接第一光耦的发射极、还通过第八电阻连接总线地；RS485通讯芯片U2的脚连接RS485通讯芯片的
Figure 108515DEST_PATH_IMAGE001
脚和第三光耦的发射极、还通过第六电阻连接总线地；RS485通讯芯片的R脚通过第四电阻连接第二光耦的负极，第一光耦的正极和第三光耦的正极均连接第四电源端，第一光耦的负极通过第七电阻连接主控芯片的DIO_0脚；第二光耦的集电极连接主控芯片的DIO_1脚、还通过第九电阻连接第四电源端；第三光耦的负极通过第五电阻连接主控芯片的DIO_5脚，第一光耦的集电极、第三光耦的集电极和第二光耦的正极均连接第三电源端。
所述的智能电能表充值复电装置中，所述加解密电路包括ESAM加密芯片、三极管、第九电容、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；
所述ESAM加密芯片的GND脚连接第九电容的一端和地，ESAM加密芯片的I/O脚连接主控芯片的DIO_6脚、还通过第十二电阻连接第五电源端；ESAM加密芯片的CLK脚连接主控芯片的DIO_4脚；ESAM加密芯片的RST脚连接主控芯片的DIO_3脚、还通过第十一电阻连接第五电源端；ESAM加密芯片的VCC脚连接第五电源端、第九电容的另一端和三极管的集电极；三极管的基极通过第十电阻连接主控芯片的DIO_2脚，三极管的发射极连接第四电源端。
所述的智能电能表充值复电装置中，所述电源管理电路包括变压器、降压芯片、电源管理芯片、第六电感、第二热敏电阻、可变电阻器、整流桥、第一二极管、第二二极管、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻；
所述变压器的第1脚通过第二热敏电阻连接可变电阻器的一端和火线，变压器的第3脚连接可变电阻器的另一端和零线，变压器的第4脚连接整流桥的第1脚，变压器的第5脚连接整流桥的第2脚，变压器的第6脚连接第一二极管的正极，变压器的第7脚连接第十电容的负极和总线地，整流桥的第3脚连接第六电源端和第十一电容的正极，整流桥的第4脚连接第十一电容的负极和地，第一二极管的负极连接第十电容的正极和降压芯片的Vin脚，降压芯片的Vout脚连接第三电源端，降压芯片的ADJ脚连接总线地，电源管理芯片的BST脚通过第十五电阻连接第十三电容的一端；电源管理芯片的VFB脚通过第十三电阻连接第一电源端、还通过第十四电阻接地；电源管理芯片的LX脚连接第十三电容的另一端、第六电感的一端和第二二极管的负极，电源管理芯片的VIN脚连接电源管理芯片的CE和第六电源端，第六电感的另一端连接第十二电容的正极、第一电源端和第四电源端，第十二电容的负极连接第二二极管的负极和地。
一种电表通讯系统，包括移动终端和数据服务器，其还包括所述的智能电能表充值复电装置；智能电能表充值复电装置通过移动终端与数据服务器通讯连接；
所述移动终端发送请求操作指令给数据服务器；数据服务器根据请求操作指令中的用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈身份认证指令或操作指令给移动终端；移动终端将身份认证指令或操作指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置；智能电能表充值复电装置根据身份认证指令或操作指令进行认证处理或操作处理后，通过蓝牙反馈认证结果数据或操作结果数据给移动终端。
一种采用所述的电表通讯系统的通讯方法，其包括：
步骤A、移动终端发送请求操作指令给数据服务器；
步骤B、数据服务器根据请求操作指令中的用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈身份认证指令或操作指令给移动终端；
步骤C、移动终端将身份认证指令或操作指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置；
步骤D、智能电能表充值复电装置根据身份认证指令或操作指令进行认证处理或操作处理后，通过蓝牙反馈认证结果数据或操作结果数据给移动终端。
所述的电表通讯系统的通讯方法中，在所述步骤A之前，还包括：
步骤A0、移动终端检测到智能电能表充值复电装置上的二维码时，在智能电能表充值复电装置与数据服务器之间建立通讯连接。
相较于现有技术，本发明提供的智能电能表充值复电装置、电表通讯系统及通讯方法，移动终端发送请求操作指令给数据服务器；数据服务器根据请求操作指令中的用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈身份认证指令或操作指令给移动终端；移动终端将身份认证指令或操作指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置；智能电能表充值复电装置根据身份认证指令或操作指令进行认证处理或操作处理后，通过蓝牙反馈认证结果数据或操作结果数据给移动终端；所述操作包括充值、复电或读取智能电能表数据。以移动终端为通讯中转平台实现智能电能表充值复电装置与数据服务器之间的数据交互，从而大大提高了电力用户充值或复电的成功率，解决了现有智能电能表远程充值或复电失败率过高的问题。
附图说明
图1为本发明提供的电表通讯系统的结构框图。
图2为本发明提供的智能电能表充值复电装置的示意图。
图3为本发明提供的蓝牙转RS485通讯模块中的蓝牙通讯主控电路的电路图。
图4为本发明提供的蓝牙转RS485通讯模块中的RS485通讯电路的电路图。
图5为本发明提供的蓝牙转RS485通讯模块中的加解密电路的电路图。
图6为本发明提供的蓝牙转RS485通讯模块中的电源管理电路的电路图。
图7为本发明提供的电表通讯系统的通讯方法流程图。
具体实施方式
本发明提供一种智能电能表充值复电装置、电表通讯系统及通讯方法，通过在表箱中增加一种以蓝牙转RS485为媒介的装置与智能电能表建立连接，以用户手机为平台，通过以太网为传输通道与供电公司数据库进行数据交互，从而使电力用户充值或复电成功率达100%，达到零客诉。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请同时参阅图1和图2，本发明提供的电表通讯系统包括智能电能表充值复电装置100、移动终端200和数据服务器300。所述移动终端发送请求操作指令给数据服务器；数据服务器根据请求操作指令中的用户数据查找对应的用户ID（身份识别号码）并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈身份认证指令或操作指令给移动终端；移动终端将身份认证指令或操作指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置；智能电能表充值复电装置根据身份认证指令或操作指令进行认证处理或操作处理后返回给智能电能表充值复电装置，智能电能表充值复电装置通过蓝牙反馈认证结果数据或操作结果数据给移动终端。移动终端通过互联网将认证结果数据或操作结果数据给数据服务器。
需要理解的是，若操作是充值或复电，则需先进行身份验证，验证成功后再充值或复电。若操作是读取电量、电能、电压、电流、功率等电能表数据时，无需身份认证。身份验证时需要按顺序发送ESAM校验数据指令（指令代码为070202FF）、身份认证指令（070000FF）、外部身份认证指令（070003FF）。根据发送的请求操作指令即可识别是什么操作。
在具体实施时，可在移动终端200中预先下载电表APP并安装，电表APP中输入智能电能表充值复电装置100中任一智能电能表的ID，使移动终端200与该智能电能表互联，之后即可对该智能电能表进行相应的操作，包括以下两种情况：
一、当用户需要充值或复电时，打开移动终端200（如手机）上的电表APP，点击充值或复电时自动弹出扫描框，将扫描框对准智能电能表充值复电装置100上的二维码（为该蓝牙转RS485通讯模块10所使用的蓝牙通讯的蓝牙名称，设置在智能电能表充值复电装置100上方便用户扫描），即可使智能电能表充值复电装置100通过移动终端200与数据服务器300建立通讯连接。移动终端200检测连接成功后，通过互联网发送请求充值指令或请求复电指令给数据服务器300。请求充值指令或请求复电指令中加载了用户数据（包括智能电能表的ID与用户ID的对应关系），数据服务器30根据用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈ESAM校验数据指令（内部加载了用户ID）、身份认证指令、外部身份认证指令给移动终端200。
移动终端200先将ESAM校验数据指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置100。智能电能表充值复电装置100根据ESAM校验数据指令进行ESAM校验处理后，通过蓝牙反馈ESAM校验结果数据给移动终端200。
移动终端200接收到ESAM校验结果数据后，接着将身份认证指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置100。智能电能表充值复电装置100根据身份认证指令进行身份认证处理后，通过蓝牙反馈身份认证结果数据给移动终端200。
移动终端200接收到身份认证结果数据后，再将外部身份认证指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置100。智能电能表充值复电装置100根据外部身份认证指令进行身份认证处理后，通过蓝牙反馈外部身份认证结果数据给移动终端200。
移动终端200接收到外部身份认证结果数据后，最后将充值指令或复电指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置100。智能电能表充值复电装置100根据充值指令或复电指令进行充值处理或复电处理后，通过蓝牙反馈充值结果数据或复电结果数据给移动终端200。
二、当用户需要读取电能表数据时，点击读取时自动弹出扫描框，将扫描框对准智能电能表充值复电装置100上的二维码，即可使智能电能表充值复电装置100通过移动终端200与数据服务器300建立通讯连接。移动终端200检测连接成功后，通过互联网发送请求读取指令给数据服务器300。请求读取指令中加载了用户数据，数据服务器30根据用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈读取指令（内部加载了用户ID）给移动终端200。
移动终端200将读取指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置100。智能电能表充值复电装置100根据读取指令进行相关的数据读取后，通过蓝牙反馈读取结果数据给移动终端200。
以下以充值指令或复电指令为例来阐述交互流程，其他指令的交互流程与充值指令或复电指令相同，只是具体的信号名称不同，此处不作赘述。
本实施例中，所述智能电能表充值复电装置100包括设置在表箱壳体中的蓝牙转RS485通讯模块10和若干个智能电能表（常规表箱中智能电能表个数为4~16只，本实施例以8个（21~28）为例，图中的黑色块表示LCD显示屏）。若干个智能电能表通过RS485总线并联后与蓝牙转RS485通讯模块10电连接，即将各智能电能表上用于进行RS485通讯的各A端子用第一导线并接（均电连接该导线），各B端子用第二导线并接，第一导线和第二导线即组成RS485总线与蓝牙转RS485通讯模块10电连接。所述蓝牙转RS485通讯模块10对输入的充值指令或复电指令进行解密和有效性校验，验证有效后格式转换为对应充值信号或复电信号（内部加载了智能电能表的ID与用户ID的对应关系），通过RS485总线发送至该用户对应的智能电能表。智能电能表根据充值信号或复电信号执行对应的充值处理或复电处理后，反馈充值结果信号或复电结果信号并通过RS485总线发送至蓝牙转RS485通讯模块10。蓝牙转RS485通讯模块10对充值结果信号或复电结果信号进行加密和格式转换（以便能通过蓝牙发送），通过蓝牙发送充值结果数据或复电结果数据给移动终端200。移动终端200通过互联网上传充值结果数据或复电结果数据至数据服务器300中存储，以方便用户后期查询。
所述蓝牙转RS485通讯模块10包括一壳体，壳体上设置有用于接入RS485总线的A端的A接点11和用于接入RS485总线的B端的B接点12；所述壳体内设置一电路板，所述电路板上设置有蓝牙通讯主控电路13、RS485通讯电路14、加解密电路15和电源管理电路16。壳体用于固定电路板并保电路板上的电子器件。所述蓝牙通讯主控电路13主要用于给用户手机提供通讯连接，并完成S485线路上的数据交互以及数据有限性校验。RS485通讯电路14主要是与智能电能表充值复电装置100内所有智能电能表RS485并接，实现双向数据交互。加解密电路15主要用于保护在通讯过程中数据的安全性，采用国密算法。
本实施例中，蓝牙通讯主控电路13对接收的充值指令或复电指令进行耦合滤波后输出至加解密电路15解密，对解密后的数据信号进行有效性校验后输出对应的485发射信号。RS485通讯电路14根据485发射信号生成对应的充值信号或复电信号并传输至RS485总线，还根据RS485总线传输的充值结果信号或复电结果信号生成对应的485接收信号RXD-485并传输至蓝牙通讯主控电路13。蓝牙通讯主控电路13将485接收信号RXD-485传输至加解密电路15进行加密，将加密后数据信号转换为充值结果数据或复电结果数据、蓝牙发送给移动终端。电源管理电路16对蓝牙通讯主控电路13、RS485通讯电路14和加解密电路15供电。
需要理解的是，还可将蓝牙转RS485通讯模块10的唯一通讯地址设置为另一二维码，则对应印制或粘贴在蓝牙转RS485通讯模块10的壳体表面扫描该二维码也能实现扫描智能电能表充值复电装置100上的二维码的功能。这样当蓝牙转RS485通讯模块10故障更换时，二维码也对应更改，无需涂改智能电能表充值复电装置100上的二维码，方便更换。
请一并参阅图3，所述蓝牙通讯主控电路13包括主控芯片U1（型号较佳为CC2640F128RHB-VQFN32）、天线ANT、接口J1、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8；所述主控芯片U1的DIO_0脚、DIO_1脚、DIO_5脚均连接RS485通讯电路14，主控芯片U1的DIO_2脚、DIO_3脚、DIO_4脚、DIO_6脚均连接加解密电路15，主控芯片U1的DIO_7脚、DIO_8脚、DIO_9脚、DIO_10脚、DIO_11脚、DIO_12脚、DIO_13脚、DIO_14脚均外接JTAG烧录器（用于下载程序）；主控芯片U1的JTAG_TMSC脚连接接口J1的第1脚，主控芯片U1的JTAG_TCKC脚连接接口J1的第2脚，接口J1的第3脚接地，接口J1的第4脚连接第一电源端VCC；主控芯片U1的RESET_N脚通过第一电阻R1连接第一电源端VCC、还通过第一电容C1接地；主控芯片U1的VDDS2脚连接第一电源端VCC；主控芯片U1的VDDR_RF脚连接主控芯片U1的VDDR脚、第二电源端VDDR、第五电感L5的一端和第八电容C8的一端；第五电感L5的另一端连接主控芯片U1的DCDC_SW脚，第八电容C8的另一端接地；主控芯片U1的RX_TX脚连接第一电感L1的一端、还通过第二电容C2接地；主控芯片U1的RF_N脚连接第一电感L1的另一端、第二电感L2的一端和第三电容C3的一端；主控芯片U1的RF_P脚连接第二电感L2的另一端和第三电感L3的一端、还通过第五电容C5接地；第三电容C3的另一端连接第三电感L3的另一端和第四电感L4的一端；第四电感L4的另一端连接天线ANT、还通过第四电容C4接地；主控芯片U1的X32K_Q1脚连接第一晶振Y1的第2脚、还通过第七电容C7接地；主控芯片U1的X32K_Q2脚连接第一晶振Y1的第1脚、还通过第六电容C6接地；主控芯片U1的X24M_N脚连接第二晶振Y2的第1脚，主控芯片U1的X24M_P脚连接第二晶振Y2的第3脚，第二晶振Y2的第2脚连接第二晶振Y2的第4脚和地。
本实施例中，主控芯片U1为（较佳地选用TI公司生产的型号为CC2640F128RHB-VQFN32的主控芯片；在具体实施时也可选用其它公司的具有相同功能的主控芯片，型号如nRF52832，nRF52822，NXP的QN9020，QN9021等），当第一晶振Y1和第二晶振Y2工作后，主控芯片U1加载预先编写的运行程序，蓝牙功能使起用。当手机蓝牙发射无线信号（如ESAM校验数据）后，天线ANT接收蓝牙信号并经第四电感L4右边的耦合电感（第四电感L4的另一端通过耦合电感连接天线ANT）耦合，再通过π型滤波（由第四电容C4、第四电感L4和连接在第四电感L4的一端与地之间的电容组成）处理，通过第三电容C3耦合后由第一电感L1与第二电容进行LC滤波，之后从主控芯片U1的RF_N接收管脚输入，主控芯片U1经过内部程序进行解析并通过DIO_6脚输出数据信号E-IO至加解密电路15解密，对加解密电路15反馈的解密后的数据信号E-IO进行有效性校验，校验成功后生成对应的485发射信号TXD-485并从DIO_0脚输出。主控芯片U1的DIO_1脚接收RS485通讯电路14输出的485接收信号RXD-485并传输至加解密电路15加密，将加密后的数据信号数据转换为充值结果数据或复电结果数据并从RF-P脚和RF-N脚输出，通过L2、C5、L3、C3组成的匹配网络匹配后，再经过π型滤波，通过耦合电感耦合至天线ANT并发送充值结果数据或复电结果数据给手机。此时手机的蓝牙接收到对应的充值结果数据或复电结果数据（一种应答数据）。
请一并参阅图4，所述RS485通讯电路14包括RS485通讯芯片U2（型号较佳为ZT13085E，在具体实施时还可选用功能一致且管脚兼容的MAX485或ME3385）、第一光耦IC1、第二光耦IC2、第三光耦IC3、抑制二极管TVS、第一热敏电阻PT（型号为MZ6）、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9；所述RS485通讯芯片U2的A脚连接第二电阻R2的一端、RS485总线的A端和抑制二极管TVS的一端，第二电阻R2的另一端连接第三电源端+5V；RS485通讯芯片U2的B脚连接抑制二极管TVS的另一端和第一热敏电阻PT的一端、还通过第三电阻R3接地；第一热敏电阻PT的另一端连接RS485总线的B端，RS485通讯芯片U2的VCC脚连接第三电源端+5V；RS485通讯芯片U2的D脚连接第一光耦IC1的发射极、还通过第八电阻R8连接总线地GND485；RS485通讯芯片U2的DE脚连接RS485通讯芯片U2的
Figure 838574DEST_PATH_IMAGE001
脚和第三光耦IC3的发射极、还通过第六电阻R6连接总线地GND485；RS485通讯芯片U2的R脚通过第四电阻R4连接第二光耦IC2的负极，第一光耦IC1的正极和第三光耦IC3的正极均连接第四电源端VDD，第一光耦IC1的负极通过第七电阻R7连接主控芯片U1的DIO_0脚；第二光耦IC2的集电极连接主控芯片U1的DIO_1脚、还通过第九电阻R9连接第四电源端VDD；第三光耦IC3的负极通过第五电阻R5连接主控芯片U1的DIO_5脚，第一光耦IC1的集电极、第三光耦IC3的集电极和第二光耦IC2的正极均连接第三电源端+5V。
本实施例中，主控芯片U1输出的485发射信号TXD-485经第七电阻R7限流后接入第一光耦IC1的二极管端，二极管端导通后，光敏三极管端感应到电平变化，通过发射管向外输出发射信号TXD（其输出电压值取决于第八电阻R8的阻值）给RS485通讯芯片U2的D脚。发射信号TXD通过RS485通讯芯片U2内部的AB两端产生差分电压，形成对应的充值信号或复电信号并发送到RS485总线上。
智能电能表的A端子和B端子收到充值信号或复电信号后，验证数据有效性并执行对应的充值处理或复电处理，反馈充值结果信号或复电结果信号经过其内部的485芯片发送到RS485总线上。RS485通讯芯片U2的A脚和B脚收到充值结果信号或复电结果信号后，通过R脚输出对应的接收信号RXD，经第四电阻R4限流后发送到第二光耦IC2的二极管端，此时第二光耦IC2的二极管导通，光敏三管端感应到变化的电平，三管进入工作状态，将接收信号RXD的数据经发射极输出转换为对应的485接收信号RXD-485并传输至主控芯片U1的DIO_1脚。
基于RS485通讯芯片U2属于半双工通讯芯片，U2的DE脚和
Figure 97998DEST_PATH_IMAGE001
脚为收发使能端。当主控芯片U1向U2发送数据时，主控芯片U1的DIO_5脚将485使能信号EN_X485变为低电平，此时IC3导通工作，U2的DE脚和
Figure 622521DEST_PATH_IMAGE001
脚为高电平，此时U2处于发送模式，主控芯片U1的数据信号才能通过U2发送至RS485总线上。当主控芯片U1向U2发送数据结束后，主控芯片U1的DIO_5脚将485使能信号EN-X485变为高电平，此时IC3截止状态，U2的DE脚和
Figure 173588DEST_PATH_IMAGE001
脚为低电平，U2处于接收状态，U2才能接收到智能电能表发送的数据。
请一并参阅图5，所述加解密电路15包括ESAM加密芯片U3、三极管Q1、第九电容C9、第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12；所述ESAM加密芯片U3的GND脚连接第九电容C9的一端和地，ESAM加密芯片U3的I/O脚连接主控芯片U1的DIO_6脚、还通过第十二电阻R12连接第五电源端VCC-E；ESAM加密芯片U3的CLK脚连接主控芯片U1的DIO_4脚；ESAM加密芯片U3的RST脚连接主控芯片U1的DIO_3脚、还通过第十一电阻R11连接第五电源端VCC-E；ESAM加密芯片U3的VCC脚连接第五电源端VCC-E、第九电容C9的另一端和三极管Q1的集电极；三极管Q1的基极通过第十电阻R10连接主控芯片U1的DIO_2脚，三极管Q1的发射极连接第四电源端VDD。
本实施例中，ESAM加密U4芯片为国家电网发布的智能电能表专用的加解密通讯芯片，当U1通过蓝牙接收到数据（充值指令或复电指令）后，U1将加密使能信号E- E-EN置成低电平，Q1为PNP型三极管，基极为低电平时，Q1导通，VDD经过电阻限流、经发射极到集电极形成第五电源端VCC-E上的电源电压，此时第五电源端VCC-E为ESAM加密芯片U3提供电源，U1的DIO_3脚输出低电平的加密复位信号E-RST控制U3复位，然后U1的DIO_4脚输出频率为4MHz的时钟信号CLK，为U3提供时钟源，U3即可进入工作状态。当U1通过蓝牙接收数据后，U1的DIO_6脚输出数据信号E-IO至U3，通过U3的内部算法进行数据解密后反馈给U1，U1再通过U2发送给智能电能表。U1还将485接收信号RXD-485（由RS485通讯电路14输出）输出为数据信号E-IO给U3进行加密，加密后的数据信号E-IO反馈给U1后通过蓝牙发送至手机的APP端。U3与U1之间传输的数据信号E-IO在不同传输过程代表的含义不同。
请一并参阅图6，所述电源管理电路16包括变压器T1、降压芯片U4（型号为HT7550）、电源管理芯片U5（型号为R1244N001B或BD9676）、第六电感L6、第二热敏电阻PT2、可变电阻器RU、整流桥BD1、第一二极管D1、第二二极管D2、第十电容C10、第十一电容C11（1000uF/35V）、第十二电容C12（1000uF/35V）、第十三电容C13（100uF/16V）、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五电阻R15；所述变压器T1的第1脚通过第二热敏电阻PT2连接可变电阻器RU的一端和220V 的火线Ua，变压器T1的第3脚连接可变电阻器RU的另一端和220V的零线Un，变压器T1的第4脚连接整流桥BD1的第1脚，变压器T1的第5脚连接整流桥BD1的第2脚，变压器T1的第6脚连接第一二极管D1的正极，变压器T1的第7脚连接第十电容C10的负极和总线地，整流桥BD1的第3脚连接第六电源端+12V和第十一电容C11的正极，整流桥BD1的第4脚连接第十一电容C11的负极和地，第一二极管D1的负极连接第十电容C10的正极和降压芯片U4的Vin脚，降压芯片U4的Vout脚连接第三电源端+5V，降压芯片U4的ADJ脚连接总线地，电源管理芯片U5的BST脚通过第十五电阻R15连接第十三电容C13的一端；电源管理芯片U5的VFB脚通过第十三电阻R13连接第一电源端VCC、还通过第十四电阻R14接地；电源管理芯片U5的LX脚连接第十三电容C13的另一端、第六电感L6的一端和第二二极管D2的负极，电源管理芯片U5的VIN脚连接电源管理芯片U5的CE和第六电源端+12V，第六电感L6的另一端连接第十二电容C12的正极、第一电源端VCC和第四电源端VDD，第十二电容C12的负极连接第二二极管D2的负极和地。
本实施例中，火线Ua和零线Un通过导线接入220V交流电，经RU雷击保护，PT2过压保护后经变压器T1降压，把220V降成两路（45，67）10.5V交流，T1的第4脚和第5脚经BD1桥式整流后变成直流+12V，再经C11低频滤波、与C11并联的电容高频滤波。+12V电压供给U5进行直流转直流（DC TO DC）的电压调整，把+12V调整致电路所需要的3.3V（VCC和VDD），此处VCC和VDD主要给主电路供电。本电路通过U5降压的优势在于通过降低电压提升电流，变压器输出的+12V电压、电流为100mA,经U5后可得到3.3V电压、电流为350mA；常规的降压芯片如78L05，HT7550，只是将电压降到3.3V，但电流不生变化。变压器T1的第6脚和第7脚经D1半波整流后，得到直流电压12V经C10低频滤波，与C10并联的电容高频滤波，经U4把12V变成固定的+5V输出，此处+5V主要用于RS485供电。
基于上述的电表通讯系统，本发明还提供一种电表通讯系统的通讯方法，请一并参阅图7，所述通讯方法包括：
S100、移动终端发送请求操作指令给数据服务器；
S200、数据服务器根据请求操作指令中的用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈身份认证指令或操作指令给移动终端；
S300、移动终端将身份认证指令或操作指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置；
S400、智能电能表充值复电装置根据身份认证指令或操作指令进行认证处理或操作处理后，通过蓝牙反馈认证结果数据或操作结果数据给移动终端。
在所述步骤S100之前，还包括：移动终端检测到智能电能表充值复电装置上的二维码时，在智能电能表充值复电装置与数据服务器之间建立通讯连接。
综上所述，本发明提供的智能电能表充值复电装置、电表通讯系统及通讯方法中，将智能电能表充值复电装置内所有智能电能表以RS485总线进行并接来进行双向数据交互。通过扫描现场二维码即可将移动终端与对应的智能电能表之间建立通讯连接，实时下发充值或复电指令。完成智能电能表到手机APP端，手机APP端到数据服务器的连接；数据服务器到手机APP端，手机APP端到智能电能表，智能电能表到手机APP端的整个操作命令数据（如身份认证、充值或复电）的往返传输。由于采用本地化连接通讯，通过蓝牙转RS485通讯模块保障了充值或复电通讯的成功率，经实际应用检测可以达到100%的成功率。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能电能表充值复电装置，与移动终端蓝牙连接，其特征在于，包括：设置在表箱壳体中的蓝牙转RS485通讯模块和若干个智能电能表；若干个智能电能表通过RS485总线并联后与蓝牙转RS485通讯模块电连接；
所述蓝牙转RS485通讯模块对移动终端输出的身份认证指令或操作指令进行解密和有效性校验，验证有效后格式转换为对应认证信号或操作信号，通过RS485总线发送至智能电能表；智能电能表根据认证信号或操作信号执行对应的认证处理或操作处理后，反馈认证结果信号或操作结果信号并通过RS485总线发送至蓝牙转RS485通讯模块；蓝牙转RS485通讯模块对认证结果信号或操作结果信号进行加密和格式转换，通过蓝牙发送认证结果数据或操作结果数据给移动终端；
所述操作包括充值、复电或读取智能电能表数据；
所述蓝牙转RS485通讯模块包括一壳体，所述壳体内设置一电路板，所述电路板上设置有蓝牙通讯主控电路、RS485通讯电路、加解密电路；
所述蓝牙通讯主控电路对接收的身份认证指令或操作指令进行耦合滤波后输出至加解密电路解密，对解密后的数据信号进行有效性校验后输出对应的485发射信号；
RS485通讯电路根据485发射信号生成对应的认证信号或操作信号并传输至RS485总线，还根据RS485总线传输的认证结果信号或操作结果信号生成对应的485接收信号并传输至蓝牙通讯主控电路；
蓝牙通讯主控电路将485接收信号传输至加解密电路进行加密，将加密后数据信号转换为认证结果数据或操作结果数据、蓝牙发送给移动终端；
所述蓝牙通讯主控电路包括主控芯片、天线、接口、第一晶振、第二晶振、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容和第八电容；
所述主控芯片的DIO_0脚、DIO_1脚、DIO_5脚均连接RS485通讯电路，主控芯片的DIO_2脚、DIO_3脚、DIO_4脚、DIO_6脚均连接加解密电路；主控芯片的JTAG_TMSC脚连接接口的第1脚，主控芯片的JTAG_TCKC脚连接接口的第2脚，接口的第3脚接地，接口的第4脚连接第一电源端；主控芯片的RESET_N脚通过第一电阻连接第一电源端、还通过第一电容接地；主控芯片的VDDS2脚连接第一电源端；主控芯片的VDDR_RF脚连接主控芯片的VDDR脚、第二电源端、第五电感的一端和第八电容的一端；第五电感的另一端连接主控芯片的DCDC_SW脚，第八电容的另一端接地；主控芯片的RX_TX脚连接第一电感的一端、还通过第二电容接地；主控芯片的RF_N脚连接第一电感的另一端、第二电感的一端和第三电容的一端；主控芯片的RF_P脚连接第二电感的另一端和第三电感的一端、还通过第五电容接地；第三电容的另一端连接第三电感的另一端和第四电感的一端，第四电感的另一端连接天线、还通过第四电容接地；主控芯片的X32K_Q1脚连接第一晶振的第2脚、还通过第七电容接地；主控芯片的X32K_Q2脚连接第一晶振的第1脚、还通过第六电容接地；主控芯片的X24M_N脚连接第二晶振的第1脚，主控芯片的X24M_P脚连接第二晶振的第3脚，第二晶振的第2脚连接第二晶振的第4脚和地。
2.根据权利要求1所述的智能电能表充值复电装置，其特征在于，所述壳体上设置有用于接入RS485总线的A端的A接点和用于接入RS485总线的B端的B接点；所述壳体内设置一电路板，所述电路板上还设置有电源管理电路；
电源管理电路对蓝牙通讯主控电路、RS485通讯电路和加解密电路供电。
3.根据权利要求2所述的智能电能表充值复电装置，其特征在于，所述RS485通讯电路包括RS485通讯芯片、第一光耦、第二光耦、第三光耦、抑制二极管、第一热敏电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
所述RS485通讯芯片的A脚连接第二电阻的一端、RS485总线的A端和抑制二极管TVS的一端，第二电阻的另一端连接第三电源端；RS485通讯芯片的B脚连接抑制二极管的另一端和第一热敏电阻的一端、还通过第三电阻接地；第一热敏电阻的另一端连接RS485总线的B端，RS485通讯芯片的VCC脚连接第三电源端；RS485通讯芯片的D脚连接第一光耦的发射极、还通过第八电阻连接总线地；RS485通讯芯片U2的脚连接RS485通讯芯片的
Figure DEST_PATH_IMAGE001
脚和第三光耦的发射极、还通过第六电阻连接总线地；RS485通讯芯片的R脚通过第四电阻连接第二光耦的负极，第一光耦的正极和第三光耦的正极均连接第四电源端，第一光耦的负极通过第七电阻连接主控芯片的DIO_0脚；第二光耦的集电极连接主控芯片的DIO_1脚、还通过第九电阻连接第四电源端；第三光耦的负极通过第五电阻连接主控芯片的DIO_5脚，第一光耦的集电极、第三光耦的集电极和第二光耦的正极均连接第三电源端。
4.根据权利要求3所述的智能电能表充值复电装置，其特征在于，所述加解密电路包括ESAM加密芯片、三极管、第九电容、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；
所述ESAM加密芯片的GND脚连接第九电容的一端和地，ESAM加密芯片的I/O脚连接主控芯片的DIO_6脚、还通过第十二电阻连接第五电源端；ESAM加密芯片的CLK脚连接主控芯片的DIO_4脚；ESAM加密芯片的RST脚连接主控芯片的DIO_3脚、还通过第十一电阻连接第五电源端；ESAM加密芯片的VCC脚连接第五电源端、第九电容的另一端和三极管的集电极；三极管的基极通过第十电阻连接主控芯片的DIO_2脚，三极管的发射极连接第四电源端。
5.根据权利要求4所述的智能电能表充值复电装置，其特征在于，所述电源管理电路包括变压器、降压芯片、电源管理芯片、第六电感、第二热敏电阻、可变电阻器、整流桥、第一二极管、第二二极管、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻；
所述变压器的第1脚通过第二热敏电阻连接可变电阻器的一端和火线，变压器的第3脚连接可变电阻器的另一端和零线，变压器的第4脚连接整流桥的第1脚，变压器的第5脚连接整流桥的第2脚，变压器的第6脚连接第一二极管的正极，变压器的第7脚连接第十电容的负极和总线地，整流桥的第3脚连接第六电源端和第十一电容的正极，整流桥的第4脚连接第十一电容的负极和地，第一二极管的负极连接第十电容的正极和降压芯片的Vin脚，降压芯片的Vout脚连接第三电源端，降压芯片的ADJ脚连接总线地，电源管理芯片的BST脚通过第十五电阻连接第十三电容的一端；电源管理芯片的VFB脚通过第十三电阻连接第一电源端、还通过第十四电阻接地；电源管理芯片的LX脚连接第十三电容的另一端、第六电感的一端和第二二极管的负极，电源管理芯片的VIN脚连接电源管理芯片的CE和第六电源端，第六电感的另一端连接第十二电容的正极、第一电源端和第四电源端，第十二电容的负极连接第二二极管的负极和地。
6.一种电表通讯系统，包括移动终端和数据服务器，其特征在于，还包括如权利要求1-5任一项所述的智能电能表充值复电装置；智能电能表充值复电装置通过移动终端与数据服务器通讯连接；
所述移动终端发送请求操作指令给数据服务器；数据服务器根据请求操作指令中的用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈身份认证指令或操作指令给移动终端；移动终端将身份认证指令或操作指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置；智能电能表充值复电装置根据身份认证指令或操作指令进行认证处理或操作处理后，通过蓝牙反馈认证结果数据或操作结果数据给移动终端。
7.一种采用权利要求6所述的电表通讯系统的通讯方法，其特征在于，包括：
步骤A、移动终端发送请求操作指令给数据服务器；
步骤B、数据服务器根据请求操作指令中的用户数据查找对应的用户ID并验证用户数据的有效性，有效时通过互联网反馈身份认证指令或操作指令给移动终端；
步骤C、移动终端将身份认证指令或操作指令通过蓝牙发送至智能电能表充值复电装置；
步骤D、智能电能表充值复电装置根据身份认证指令或操作指令进行认证处理或操作处理后，通过蓝牙反馈认证结果数据或操作结果数据给移动终端。
8.根据权利要求7所述的电表通讯系统的通讯方法，其特征在于，在所述步骤A之前，还包括：
步骤A0、移动终端扫描到智能电能表充值复电装置上的二维码时，在智能电能表充值复电装置与数据服务器之间建立通讯连接。
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