CN201569701U - 一种单相远程费控智能电表 - Google Patents
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Abstract
一种单相远程费控智能电表，包括：单片机、通信芯片、时钟芯片、电源芯片、电压/电流互感器、计量芯片、嵌入式安全控制模块、负荷开关和显示器，其中：计量芯片：差分电压/电流输入管脚连接所述电压/电流互感器的输出端；电源芯片：电源输出端连接所述电能计量芯片的电压输入端；单片机：该单片机分别与通信芯片、时钟芯片、电源芯片、计量芯片、嵌入式安全控制模块、负荷开关和显示器连接。本实用新型采用远程通讯实现预付费功能，方便了公司对费控功能的需求；具备防窃电功能；数据安全采用SM1算法，提高数据的安全性。
Description
技术领域
本实用新型属于电能计量与信息采集技术领域，具体是一种远程费用控制的单相智能电表。
背景技术
目前，现有电能表产品中，在电能计量方便仅提供有功电能计量，没有提供电流、电压等电能参数，无法满足智能电网建设的需求；每到电费结算日，工作人员就要上门查表、计算费用、收费、非常繁琐，且耗费大量的人力、物理；或者只能采用本地IC卡预付费功能，无法提供多样的费控功能，例如远程费用控制功能；在数据安全方面，大多采用安全性较差的普通逻辑加密算法或者DES加密算法，无法满足电力部门技术规范建议采用的某种算法；在通讯规约上，只能满足DL/T645-1997通讯规约，无法满足国家新的用电政策；不具备防窃电功能，无法满足供电公司对防窃电的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术的缺陷，设计了一种支持远程费用控制、防窃电的电表。
本实用新型是这样实现的：
一种单相远程费控智能电表，包括：单片机、通信芯片、时钟芯片、电源芯片、电压/电流互感器、计量芯片、嵌入式安全控制模块、负荷开关和显示器，其中：计量芯片：差分电压/电流输入管脚连接所述电压/电流互感器的输出端；电源芯片：电源输出端连接所述电能计量芯片的电压输入端；单片机：该单片机分别与通信芯片、时钟芯片、电源芯片、计量芯片、嵌入式安全控制模块、负荷开关和显示器连接。
本实用新型的一种优选方案：所述通信芯片为红外通信和远程通信。
本实用新型的另一种优选方案：所述计量芯片与电流采样电路和电压采样电路连接。
本实用新型的又一种优选方案：所述负荷开关设有两种模式，内置磁保持继电器模式和外置空气开关模式。
本实用新型的再一优选方案：所述单片机内置存储器。
本实用新型的再一优选方案：所述嵌入式安全控制模块采用SM1加密算法。
本实用新型的再一优选方案：所述通信芯片与抄收终端通信采用DL/T645-2007通信规约。
本实用新型的再一优选方案：所述电压采样电路采用分压电阻方式，所述电流采样电路采用锰铜分流器方式。
本实用新型的再一优选方案：所述磁保持继电器为60A或80A。
本实用新型的优点：
1、电能计量：可以提供有功电能计量，同时提供电流、电压等电能参数；
2、数据安全：采用SM1(即SCB2)算法，提高数据的安全性，也符合电力部门的安全要求；
3、通讯规约：采用最新DL/T645-2007通讯规约，适合电力公司近期需求；
4、预付费：采用远程通讯实现预付费功能，方便了公司对费控功能的需求；
5、防窃电：具备防窃电功能，满足供电公司对防窃电的要求。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型远程付费逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图1和2对本实用新型做进一步描述：
一种基于远程智能费用控制的单相费控智能电表，包括：单片机(简称MCU，PIC18F67J11型号)、通信芯片、时钟芯片(RTC8025T型号)、电源芯片、电压/电流互感器、计量芯片(RN8209型号)、嵌入式安全控制模块(简称ESAM，CEPESAM型号)、负荷开关(HFE19-90型号)和LCD驱动(BR2836型号)，其中：
(1)计量芯片：计量芯片测量电压和电流，并计算有功、视在功率、功率因数和电压、电流的有效值；差分电压/电流输入管脚连接电压、电流采样电路，电压采样电路采用分压电阻方式，电流采样电路采用锰铜分流器方式。(2)电源芯片：电源输出端连接电能计量芯片的电压输入端。(3)单片机：MCU内置128K的FLASH程序存储器，8K的RAM数据存储区，并与外置存储器24LC64通过I/O口按照I2C协议进行连接，24LC64为非易失性存储器，存储智能电表的各种数据信息；MCU通过I/O口实现外围设备的控制；MCU通过I/O口与LCD驱动芯片、时钟芯片、负荷开关、存储器、ESAM连接；通过I/O口按照SPI协议与计量芯片连接。(4)通信芯片：有两种通信方式，红外通信(HS0038B)和RS485远程通信(MAX3085)；RS485接口实现智能电表远程数据读取、参数设置等功能；通信芯片与抄收终端通信采用DL/T645-2007通信规约。(5)负荷开关：用于配合费控功能进行用户负荷控制；设有两种模式：内置磁保持继电器模式和外置空气开关模式，磁保持继电器按照负荷容量分为60A或80A。(6)ESAM安全芯片：为智能电表的数据交换提供安全认证；且采用SCB2(即SM1)加密算法。(7)时钟芯片：具备硬件温补功能的时钟芯片，为智能电表提供准确的时钟。(8)电流互感器：将很大的一次电流转变为小电流；为测量装置和继电保护的线圈提供电流；对一次设备和二次设备进行隔离。(9)LCD显示模块：显示信息及数据，其具有功耗低、寿命长、显示方式灵活等优点。
单相远程费控智能电表电源采用两路5V电源来分别给计量电路、MCU、RS485通讯电路供电，RS485通信芯片和MCU之间的通信采用光耦进行隔离，可提升整个电能表的抗干扰能力。
通过电流、电压采样电路，计量芯片采集电流、电压数值，经过积分运算得出电压有效值、电流、有功、功率等参数，并把参数存放在指定的计量芯片内寄存器里，在接到MCU读取指令时通过SPI接口送出；MCU经过SPI接口定时读取计量芯片电能计量参数，并进行运算、存储、液晶显示。其中：乘法器输出瞬时功率通过数字低通滤波器进行积分处理进入“数字/频率”转换器，经过分频电路输出的脉冲经过隔离后送入费率单元进行处理，记录总电量及各费率电量，电表通过NEC2501输出脉宽为80ms的无源脉冲，作为精度校准应用。电表采用液晶显示，先由MCU把现实内容送给液晶驱动芯片BR2836，再由液晶驱动芯片驱动液晶进行显示；电表MCU采用了MICROSOFT公司的PIC18F67J11，具备128K的程序存储区、8K的RAM存储区、2个UART接口；电表采用带硬件温补功能的时钟芯片RTC8025T，MCU通过I2C接口读取时钟信息、对时钟进行校时。
智能电表采用了24LC64存储芯片作为数据存储，MCU通过I2C接口进行数据存储、读取。该存储芯片主要用于存储计算出来的电压、电流、有功等实时值以及每个时段的有功电能值，还有掉电时间记录、电压电流越上下限报警记录和历史记录等等。
智能电表具备红外、RS485两种通信方式，红外通信通过手持设备解决智能电表本地的参数设置、数据读取等功能；MAX3085为RS485接口芯片，主要作为远程通信手段，实现智能电表的远程参数设置、数据读取、远程费控等功能。在通信时，由MCU来判断使用哪个方式通信。
数据安全主要采用ESAM模块进行，ESAM通过时钟(CLK)管脚、数据I/O口与MCU进行数据交换，智能电表的费控信息、关键参数设置等信息要通过ESAM安全模块认证才能进行。不仅具有防检测、抗攻击、自毁等硬件特性，还具有安全的文件密钥管理，完善的安全机制、标准的加密运算功能，完成数据的加密解密、双向身份认证、访问权限控制、通信线路保护和数据文件存储等操作。远程付费功能是主站/售电系统借助网络等虚拟介质进行充值及参数设置，在智能电能表内部实现费控功能的电能表。主站/售电系统的加解密设备为密码机。MCU通过控制电路控制负荷开关；当用户剩余金额达到报警金额或剩余金额为零时，MCU发出负荷开关控制指令，使用户跳闸；用户充值后，MCU发出合闸指令给用户送电。
用户进行充值、参数修改操作时，首先要通过ESAM进行安全认证，用来确认双方身份的合法性，只有确认双方身份后，才能建立相互之间的数据传输通道。重要数据以密文方式进行传输，电能表接到密文后送入ESAM进行解密，然后再以明文的方式返回MCU，MCU再解读报文。
防窃电模块主要是通过电流互感器采集零线电流，通过软件计算发现用户用电异常。
SMI算法是国家密码管理部门审批的SM1分组密码算法，分组长度和密钥长度都为128比特，算法安全保密强度及相关软硬件实现性能与AES相当，该算法不公开，仅以IP核的形式存在于芯片中。采用该算法已经研制了系列芯片、智能IC卡、智能密码钥匙、加密卡、加密机等安全产品，广泛应用于电子政务、电子商务及国民经济的各个应用领域(包括国家政务通、警务通等重要领域)。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种单相远程费控智能电表，其特征在于，包括：单片机、通信芯片、时钟芯片、电源芯片、电压/电流互感器、计量芯片、嵌入式安全控制模块、负荷开关和显示器，其中：
计量芯片：差分电压/电流输入管脚连接所述电压/电流互感器的输出端；
电源芯片：电源输出端连接所述电能计量芯片的电压输入端；
单片机：该单片机分别与通信芯片、时钟芯片、电源芯片、计量芯片、嵌入式安全控制模块、负荷开关和显示器连接。
2.根据权利要求1所述的电表，其特征在于：所述通信芯片为红外通信和远程通信。
3.根据权利要求1所述的电表，其特征在于：所述计量芯片与电流采样电路和电压采样电路连接。
4.根据权利要求1所述的电表，其特征在于：所述负荷开关设有两种模式，内置磁保持继电器模式和外置空气开关模式。
5.根据权利要求1所述的电表，其特征在于：所述单片机内置存储器。
6.根据权利要求1所述的电表，其特征在于：所述嵌入式安全控制模块采用SM1加密算法。
7.根据权利要求1所述的电表，其特征在于：所述通信芯片与抄收终端通信采用DL/T645-2007通信规约。
8.根据权利要求3所述的电表，其特征在于：所述电压采样电路采用分压电阻方式，所述电流采样电路采用锰铜分流器方式。
9.根据权利要求4所述的电表，其特征在于：所述磁保持继电器为60A或80A。
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