CN201945615U - 单相远程费控智能电表及自动抄表系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种单相远程费控智能电表及自动抄表系统，所述电表包括：单片机，所述单片机连接通信芯片、计量芯片、安全芯片和负荷开关；所述计量芯片，生成所述单相远程费控智能电表的电参数并存储；所述安全芯片，将所述待发送的电参数进行安全加密；所述通信芯片，接收采集器的数据采集命令，将加密后的所述电参数上报给采集器；所述单片机，根据预设的时段费率以及所述电参数生成剩余的用电时长，当剩余时长低于警戒值时，断开所述负荷开关。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；数据安全采用SCB2算法，提高数据的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能计量与信息采集技术领域，具体地说，是一种单相远程费控智能电表及自动抄表系统。
背景技术
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；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
为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型实施例提供了一种单相远程费控智能电表及自动抄表系统。
本实用新型实施例的目的之一是，提供一种单相远程费控智能电表，所述电表包括：单片机，所述单片机连接通信芯片、计量芯片、安全芯片和负荷开关；所述计量芯片，生成所述单相远程费控智能电表的电参数并存储；所述安全芯片，将所述待发送的电参数进行安全加密；所述通信芯片，接收采集器的数据采集命令，将加密后的所述电参数上报给采集器；所述单片机，根据预设的时段费率以及所述电参数生成剩余的用电时长，当剩余时长低于警戒值时，断开所述负荷开关。
所述电表还包括与所述计量芯片连接的电流采样电路和电压采样电路；所述计量芯片根据获得的采样电路值和采样电压值生成所述电参数。
所述电表还包括与所述单片机连接的报警单元；当所述单片机判断电流采样单元所采集的零线和火线电流差值大于设定阈值时，控制所述报警单元报警。
所述通信芯片还用于接收所述采集器通过远程通信网络下发的预存电量值。
所述电表还包括与所述单片机连接的时钟芯片；所述单片机接收所述采集器的时钟校准命令，对所述时钟芯片进行校准。
所述单片机内置存储器，以存储所述时段费率以及待发送的电参数。
所述电表还包括与所述计量芯片和单片机连接的电源设备。
本实用新型实施例的目的之二是，提供一种自动抄表系统，所述系统包括采集器以及与所述采集器连接的多个单相远程费控智能电表；所述电表包括：单片机，所述单片机连接通信芯片、计量芯片、安全芯片和负荷开关；所述计量芯片，生成所述单相远程费控智能电表的电参数并存储；所述安全芯片，将所述待发送的电参数进行安全加密；所述通信芯片，接收所述采集器的数据采集命令，将加密后的所述电参数上报给采集器；所述单片机，根据预设的时段费率以及所述电参数生成剩余的用电时长，当剩余时长低于警戒值时，断开所述负荷开关。
所述采集器，还向所述单相远程费控智能电表下发费率更新命令；所述单相远程费控智能电表的单片机，根据所述费率更新命令，将自身存储的时段费率进行更新。
所述电表还包括与所述单片机连接的时钟芯片；所述采集器，向所述单相远程费控智能电表下发时钟校准命令；所述单片机接收所述采集器的时钟校准命令，对所述时钟芯片进行校准。
本实用新型实施例的单相远程费控智能电表及自动抄表系统具有以下有益技术效果：
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SCB2(即SM1)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为本实用新型实施例单相远程费控智能电表的结构原理图；
图2为本实用新型实施例自动抄表系统的连接关系图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型实施例首先提供一种单相远程费控智能电表，所述电表包括：单片机，所述单片机连接通信芯片、计量芯片、安全芯片和负荷开关；其中，所述计量芯片，生成所述单相远程费控智能电表的电参数并存储；所述安全芯片，将所述待发送的电参数进行安全加密；所述通信芯片，接收采集器的数据采集命令，将加密后的所述电参数上报给采集器；所述单片机，根据预设的时段费率以及所述电参数生成剩余的用电时长，当剩余时长低于警戒值时，断开所述负荷开关。
具体地，所述电表还包括与所述计量芯片连接的电流采样电路和电压采样电路；所述计量芯片根据获得的采样电路值和采样电压值生成所述电参数。
具体地，所述电表还包括与所述单片机连接的报警单元；当所述单片机判断电流采样单元所采集的零线和火线电流差值大于设定阈值时，控制所述报警单元报警。
具体地，所述通信芯片还用于接收所述采集器通过远程通信网络下发的预存电量值。
具体地，所述电表还包括与所述单片机连接的时钟芯片；所述单片机接收所述采集器的时钟校准命令，对所述时钟芯片进行校准。
具体地，所述单片机内置存储器，以存储所述时段费率以及待发送的电参数。
具体地，所述电表还包括与所述计量芯片和单片机连接的电源设备。
优选地，本实用新型的通信芯片能实现红外通信和远程通信功能；通信芯片与采集器之间的通信采用DL/T645-2007通信规约；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，所述磁保持继电器为60A或80A；单片机内置存储器；安全芯片为嵌入式安全控制模块，采用SCB2加密算法；电流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。
如图1所示，本实用新型的单相远程费控智能电表包括：单片机(MCU)、通信芯片、时钟芯片、电源芯片、电压/电流互感器、计量芯片、安全芯片(ESAM)、负荷开关和显示器。其中：计量芯片的差分电压/电流输入管脚连接所述电压采样电路和电流采样电路的输出端；电源芯片的输出端连接计量芯片和单片机的电压输入端；单片机分别与通信芯片、时钟芯片、电源芯片、计量芯片、安全芯片、负荷开关以及显示器连接。
(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和单片机的电压输入端。
(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；通信芯片与采集器通信采用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)电流采样电路：连接电流互感器，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。
本实施例的单相远程费控智能电表的电源芯片，采用两路5V电源来分别给计量芯片、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。
本实施例的单相远程费控智能电表通过电流、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。
本实施例的单相远程费控智能电表采用了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。
本实施例的单相远程费控智能电表具备红外、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。
本实施例的单相远程费控智能电表的数据安全主要采用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。
防窃电功能主要是通过电流互感器采集零线电流，通过单片机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)。
如图2所示，本实用新型实施例还提供一种自动抄表系统，所述系统包括采集器以及与所述采集器连接的多个单相远程费控智能电表；所述电表包括：单片机，所述单片机连接通信芯片、计量芯片、安全芯片和负荷开关；所述计量芯片，生成所述单相远程费控智能电表的电参数并存储；所述安全芯片，将所述待发送的电参数进行安全加密；所述通信芯片，接收所述采集器的数据采集命令，将加密后的所述电参数上报给采集器；所述单片机，根据预设的时段费率以及所述电参数生成剩余的用电时长，当剩余时长低于警戒值时，断开所述负荷开关。
所述采集器，还向所述单相远程费控智能电表下发费率更新命令；所述单相远程费控智能电表的单片机，根据所述费率更新命令，将自身存储的时段费率进行更新。
所述电表还包括与所述单片机连接的时钟芯片；所述采集器，向所述单相远程费控智能电表下发时钟校准命令；所述单片机接收所述采集器的时钟校准命令，对所述时钟芯片进行校准。
以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种单相远程费控智能电表，其特征在于，所述电表包括：单片机，所述单片机连接通信芯片、计量芯片、安全芯片和负荷开关；
所述计量芯片，生成所述单相远程费控智能电表的电参数并存储；
所述安全芯片，将所述待发送的电参数进行安全加密；
所述通信芯片，接收采集器的数据采集命令，将加密后的所述电参数上报给采集器；
所述单片机，根据预设的时段费率以及所述电参数生成剩余的用电时长，当剩余时长低于警戒值时，断开所述负荷开关。
2.根据权利要求1所述的单相远程费控智能电表，其特征在于，所述电表还包括与所述计量芯片连接的电流采样电路和电压采样电路；所述计量芯片根据获得的采样电路值和采样电压值生成所述电参数。
3.根据权利要求2所述的单相远程费控智能电表，其特征在于，所述电表还包括与所述单片机连接的报警单元；当所述单片机判断电流采样单元所采集的零线和火线电流差值大于设定阈值时，控制所述报警单元报警。
4.根据权利要求1所述的单相远程费控智能电表，其特征在于，所述通信芯片还用于接收所述采集器通过远程通信网络下发的预存电量值。
5.根据权利要求1所述单相远程费控智能电表，其特征在于，所述电表还包括与所述单片机连接的时钟芯片；所述单片机接收所述采集器的时钟校准命令，对所述时钟芯片进行校准。
6.根据权利要求1所述的单相远程费控智能电表，其特征在于，所述单片机内置存储器，以存储所述时段费率以及待发送的电参数。
7.根据权利要求1所述的单相远程费控智能电表，其特征在于，所述电表还包括与所述计量芯片和单片机连接的电源设备。
8.一种自动抄表系统，其特征在于，所述系统包括采集器以及与所述采集器连接的多个单相远程费控智能电表；所述电表包括：单片机，所述单片机连接通信芯片、计量芯片、安全芯片和负荷开关；
所述计量芯片，生成所述单相远程费控智能电表的电参数并存储；
所述安全芯片，将所述待发送的电参数进行安全加密；
所述通信芯片，接收所述采集器的数据采集命令，将加密后的所述电参数上报给采集器；
所述单片机，根据预设的时段费率以及所述电参数生成剩余的用电时长，当剩余时长低于警戒值时，断开所述负荷开关。
9.根据权利要求8所述的自动抄表系统，其特征在于，
所述采集器，还向所述单相远程费控智能电表下发费率更新命令；
所述单相远程费控智能电表的单片机，根据所述费率更新命令，将自身存储的时段费率进行更新。
10.根据权利要求8所述的自动抄表系统，其特征在于，所述电表还包括与所述单片机连接的时钟芯片；
所述采集器，向所述单相远程费控智能电表下发时钟校准命令；
所述单片机接收所述采集器的时钟校准命令，对所述时钟芯片进行校准。
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