CN202331761U - 物联网智能电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种物联网智能电能表及其管理系统，属一种电能表，电能表中包括电能表计数模块、继电器与CPU控制器，CPU控制器接入电能表计数模块，且还通过继电器控制电路与继电器相连，所述的电能表计数模块接入电源输入端，继电器接入电源输出端；CPU控制器从电能表计数模块中读取数据信息并通过EPPROM存储器储存，还通过继电器控制电路控制继电器的闭合与断开，本实用新型所提供的一种物联网智能电能表及其管理系统，结构简单，其功能基于物联网技术实现，适合在各个地区安装使用，应用范围广阔。

Description

物联网智能电能表

技术领域

本实用新型涉及一种电能表，更具体的说是一种物联网智能电能表及其管理系统。

背景技术

目前国内能源价格正在与国际接轨，而造成价格波动频繁，因此对计量电能表提出了新的要求，其目的在于要实现计量、控制、收费与管理等功能，但是目前市面上的自来电能表都不具备前述功能，国内目前所生产的电能表从付费方式上大致可划分为两类：一是先付费后使用，比如IC卡电能表，具有预存电能费用完即停电能、用户须持IC卡到指定地点购买并完成相应的输入功能后方能恢复供电能的特点，但IC卡与电能表在进行数据交换时存在人为的不可靠因素，以及电能价不能实时调控的缺陷，例如价格调整等。二是先使用后付费，这也是目前大多数的自来电能提供方所广泛采用的付费方式，即通过普通电能表计量，定期人工抄录表端信息后再根据电能价计算费用收取，而此种方式存在数据抄录、电能费收取困难的缺点，且供应方在对于使用方的自来电能使用上不易掌控、调整电能价时需对调整前后的电能价与电能量分别统计与计算，无形增加了工作人员工作量。

除此以外市场上也陆续出现了形形色色的远传表，远抄表，远控表，但这些电能表都是点对点的传输模式，即终端电能表通过有线或者无线的传输方式将数据传输到抄表员的手抄器或远程管理系统，但是因是点对点传输且无线信号极易受到外界频率和建筑物干扰，导致数据抄收率不理想，因此目前尚不能实现终端电能表远程调价以及远程读取表端数据等功能，且由于信号的衰减性，使得此种类型的电能表的应用范围有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述不足，提供一种基于物联网实现远程控制以及读取表端数据功能的物联网智能电能表及其管理系统。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型一方面所提供的一种物联网智能电能表，电能表中包括电能表计数模块、继电器与CPU控制器，CPU控制器接入电能表计数模块，且还通过继电器控制电路与继电器相连，所述的电能表计数模块接入电源输入端，继电器接入电源输出端；CPU控制器从电能表计数模块中读取数据信息，并依照数据信息扣除EPPROM存储器储存的初始值，CPU控制器还通过继电器控制电路控制继电器的闭合与断开。

所述的电能表中还包括数据传输模块，且数据传输模块接入CPU控制器，CPU控制器通过数据传输模块与数据采集器相连接并与其之间进行数据传输，且数据采集器与电能表组成物联网，数据采集器还接入互联网，通过互联网与远程控制端进行数据传输；

数据采集器将通过物联网接收到的来自于电能表中CPU控制器的表端数据通过互联网传输至远程控制端，或通过互联网接收到的来自于远程控制端的控制指令通过物联网传输至终端电能表的CPU控制器，CPU控制器根据控制指令向电能表计数模块与继电器控制电路发送控制指令，并通过物联网向远程控制端进行反馈。

更进一步的技术方案是：所述的数据采集器中也包含数据传输模块。

更更进一步的技术方案是：所述的数据传输模块是无线收发模块，其无线收发传输方式采用微波、红外信号、电力载波、光电信号、超声波信号、微波信号、GPRS与GPS、射频信号当中的任意一种。

更进一步的技术方案是：所述的数据传输模块是有线收发模块，其有线传输的方式采用光纤传输、电力载波、RS232总线、RS485总线、M-BUS仪表总线、CAN总线当中的任意一种。

再进一步的技术方案是：所述的电能表中还包括IC卡卡座、液晶显示器与蜂鸣器，IC卡卡座通过IC卡读写接口电路接入CPU控制器，蜂鸣器通过余量判别电路接入CPU控制器；IC卡读写接口电路读取IC卡内部的数据并传输至CPU控制器，CPU控制器通过液晶显示电路将IC卡内的数据传输至液晶显示器。

更进一步的技术方案是：所述的电能表计数模块中至少包含VI脉冲放大器、模拟乘法器、V/F转换器与脉冲计数器，且它们依次连接，其中脉冲计数器接入CPU控制器；供电电源输入VI脉冲放大器，用于提高负载能力，然后通过模拟乘法器实现输出信号与输入信号相乘积成正比，再通过V/F转换器传输到脉冲计数器，脉冲计数器计数后，将数据传输至CPU控制器进行处理；所述的VI脉冲放大器与电源输入端之间还设置有电压检测电路，用于检测电源输入端向输入VI脉冲放大器的电压强度。

本实用新型另一方面提供了一种物联网智能电能表管理系统，所述的管理系统由多台上述的物联网智能电能表、至少一台数据采集器与远程控制端组成，多台物联网智能电能表与至少一台数据采集器组成物联网，数据采集器接入互联网，并通过互联网与远程控制端进行数据交换。

进一步的技术方案是：所述的数据采集器为多个，且管理系统中还包括数据集中器，数据集中器通过网络通信协议接入互联网，并分别与多个数据采集器、智能电能表组成统一的物联网；数据采集器通过物联网接收到的来自于物联网智能电能表的表端数据并传输至数据集中器，数据集中器将表端数据通过互联网传输至远程控制端，并将互联网中来自于远程控制端的控制指令通过物联网传输至各个数据采集器，数据采集器也通过物联网将控制指令传输至终端智能电能表。

更进一步的技术方案是：所述的数据集中器中的无线收发模块是放大无线收发模块，通过放大无线收发模块将从物联网中接收到来自于数据采集器的表端数据放大后再通过互联网传输至远程控制端，或者将从互联网中获取到的远程控制端控制指令放大后再通过物联网传输至数据采集器中。

更进一步的技术方案是：所述的远程控制端包含中型关系型数据库与计算机综合管理系统，其中计算机综合管理系统包括以下模块：

业务管理模块：用于实现表端业务管理、手持机业务管理、银行业务管理、支付宝业务管理、其它终端平台支付业务管理、远程数据管理、IC卡业务管理的功能；

基础数据模块：用于实现站点设置、区域设置、表类型设置、缴费类型设置、数据传输类型设置的功能；

无线网络管理模块：用于实现网络拓扑管理、数据集中站点管理、数据集散中心管理的功能；

报表管理模块：用于实现用户基本信息管理报表、用户缴费信息报表、用户补卡信息报表，以及日报表、月报表、年报表的生成功能；

系统设置模块：用于实现管理员设置、菜单设置、密钥设置、发票格式设置、无线地址设置的功能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过数据采集器将智能电能表组成物联网，使远程控制端可通过互联网直接获取物联网中终端智能电能表的表端信息或接收终端智能电能表的反馈信息，且远程控制终端以一对多的形式管理监测智能电能表的运行状态，通过多级划分的数据采集器搭建稳定的互联网保证信号传输的稳定性，确保物联网中的每一台终端智能电能表都可被控制，有利于远程抄表、远程调整电价功能的实施；且本实用新型所提供的一种物联网智能电能表及其管理系统，结构简单，其功能基于物联网技术实现，适合在各个地区安装使用，应用范围广阔。

附图说明

图1为本实用新型终端智能电能表的结构示意框图；

图2为本实用新型的物联网智能电能表管理系统架构框图；

图3为本实用新型计算机管理系统功能模块示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

如图1所示，本实用新型所提供一种物联网智能电能表，电能表中包括电能表计数模块、继电器与CPU控制器，CPU控制器接入电能表计数模块，且还通过继电器控制电路与继电器相连，所述的电能表计数模块接入电源输入端，继电器接入电源输出端；CPU控制器从电能表计数模块中读取数据信息，并依照数据信息扣除EPPROM存储器储存的初始值，CPU控制器还通过继电器控制电路控制继电器的闭合与断开。

上述的电能表计数模块与通用的电能表中计数原理相类似，再如图1所示，其包含VI脉冲放大器、模拟乘法器、V/F转换器与脉冲计数器，且它们依次连接，其中脉冲计数器接入CPU控制器；

电能表计数模块的计数原理如下：供电电源输入VI脉冲放大器，用于提高负载能力和减少负载对智能电能表中信号源的影响，且兼具有增加抗干扰的能力；然后通过模拟乘法器实现两个互不相关的信号相乘，即输出信号与输入信号相乘积成正比，再通过V/F转换器传输到脉冲计数器，脉冲计数器计数后，将数据传输至CPU控制器进行处理；

而为提高整个智能电能表的安全性，所述的VI脉冲放大器与电源输入端之间还设置有电压检测电路，用于检测电源输入端向输入VI脉冲放大器的电压强度，如电压超过预设值范围，则不导通。

同时为进一步的完善本实用新型的物联网智能电能表的功能，使其可在EPPROM存储器中低电量值时报警提醒，以及实时观测EPPROM存储器中的数据信息，还可在电能表中集成IC卡卡座、液晶显示器与蜂鸣器，IC卡卡座通过IC卡读写接口电路接入CPU控制器，蜂鸣器通过余量判别电路接入CPU控制器；IC卡读写接口电路读取IC卡内部的数据并传输至CPU控制器，CPU控制器通过液晶显示电路将IC卡内的数据传输至液晶显示器，液晶显示器则根据CPU控制器所输出的数据，将其转换为图像显示。

所述的电能表中还包括数据传输模块，且数据传输模块接入CPU控制器，CPU控制器通过数据传输模块与数据采集器相连接并与其之间进行数据传输，而为确保数据采集器与CPU控制器之间可相互传输相匹配的数据信号，数据采集器中也集成数据传输模块，并通过数据传输模块与CPU控制器之间进行数据传输，数据采集器与电能表组成物联网，且数据采集器还接入互联网，通过互联网与远程控制端进行数据传输。

上述的网络通信协议采用TCP/IP或者UDP当中的任意一种均可实现。

在这里为适应大多数的应用场所，避免复杂的布线流程，使数据采集器与智能电能表更易组成物联网，所述的数据传输模块最好采用无线收发模块，其无线传输方式优选为微波传输，也可采用其他无线传输方式，例如红外信号、电力载波、光电信号、超声波信号、微波信号、GPRS与GPS、射频信号等。

数据采集器将从物联网中接收到的来自于电能表中CPU控制器的表端数据通过互联网传输至远程控制端，或从互联网中接收到的来自于远程控制端的控制指令通过物联网传输至终端电能表的CPU控制器，CPU控制器根据控制指令向电能表计数模块与继电器控制电路发送控制指令，并通过物联网向远程控制端进行反馈。

当EPPROM存储器中的初始值为0时，CPU控制器向继电器控制电路发送控制信号，控制继电器断开，并通过物联网向远程控制端做出反馈。当通过IC卡读取电路或数据传输模块向CPU控制器输入电量值信息时，CPU控制器将该信息储存至EPPROM存储器中，并向继电器控制电路发送控制指令，控制继电器闭合，即恢复正常使用。

如图2所示，本实用新型还提供了一种物联网智能电能表管理系统，所述的管理系统由多台上述的物联网智能电能表、数据采集器与远程控制端组成，每台数据采集器管理单位多的终端智能电能表，且多台物联网智能电能表与数据采集器组成物联网，数据采集器通过网络通信协议接入互联网，并通过互联网与远程控制端进行数据交换。

而为使物联网中的数据更为完备，且远程控制端更易从每台数据采集器中获得其所属物联网中的表端信息，最好将数据采集器进行多级划分，将其设置为多个，在管理系统中增设数据集中器，数据集中器通过网络通信协议接入互联网，并分别与多个数据采集器、智能电能表组成统一的物联网，且数据集中器可与数据采集器之间进行数据传输，每个数据采集器管理30至50只终端智能电能表；数据采集器通过物联网中接收到的来自于物联网智能电能表的表端数据并传输至数据集中器，数据集中器将表端数据通过互联网传输至远程控制端，并将来自于互联网中的远程控制端控制指令通过物联网传输至各个数据采集器，数据采集器再通过物联网将控制指令传输至终端智能电能表。

而实用新型人在实验过程中发现，通过数据集中器多级划分数据采集器与终端智能电能表虽然能解决物联网中数据传输稳定，且使远程控制端更易管理的问题，但是物联网管理系统中数据采集器的架构过于复杂可能会产生一个新的问题，数据采集器中的表端信息，或者来自互联网中的远程控制端控制指令在通过数据集中器中进行转发时会发生一定信号衰减，造成数据采集器通过物联网，或者远程控制端通过互联网接收到的数据不完整，可能影响管理系统的部分功能实现，为解决这一问题，可在数据集中器中采用放大无线收发模块，通过放大无线收发模块将接收到来自于数据采集器的表端数据放大后再通过互联网传输至远程控制端，或者将从互联网中获取到的远程控制端控制指令放大后再通过物联网传输至数据采集器中。

实时调整电价的实现方式为：远程控制端通过互联网将费用调整信息传输至数据集中器，再由数据集中器经过数据采集器，通过物联网将调整信息转传输至智能电能表的数据传输模块，数据传输模块再将该信息传输至CPU控制器，CPU控制器在收到该信息后首先对其进行解密，然后更新其内部的EPPROM存储器电能初始值扣除标准，并按新的标准执行。

远程断电的实现方式为：远程控制端通过互联网传输控制指令，数据集中器接收到控制指令后通过物联网由数据采集器转发至指定的终端智能电能表，终端智能电能表的CPU控制器在收到该控制指令后首先对其进行解密，如判断确定为远程控制端的断电指令后，通过继电器控制电路断开继电器，反之则不执行任何操作。

上述的远程控制端中包括中型关系型数据库与计算机综合管理系统，中型关系型数据库为SQL2000，如图3所示，其中计算机综合管理系统包括以下模块：

业务管理模块：用于实现表端业务管理、手持机业务管理、银行业务管理、支付宝业务管理、其它终端平台支付业务管理、远程数据管理、IC卡业务管理的功能；

基础数据模块：用于实现站点设置、区域设置、表类型设置、缴费类型设置、数据传输类型设置的功能；

无线网络管理模块：用于实现网络拓扑管理、数据集中站点管理、数据集散中心管理的功能；

报表管理模块：用于实现用户基本信息管理报表、用户缴费信息报表、用户补卡信息报表，以及日报表、月报表、年报表的生成功能；

系统设置模块：用于实现管理员设置、菜单设置、密钥设置、发票格式设置、无线地址设置的功能。

上述为本实用新型较为优选的实施方式，在物联网的组成区域较小、且布线方便的情况下，终端智能电能表与数据采集器中的数据传输模块也可以采用有线收发模块，其有线传输的方式可以采用各种信号传输线，例如光纤传输、电力载波、RS232总线、RS485总线、M-BUS仪表总线、CAN总线等。

上述的计算机综合管理系统可通过互联网与物联网控制终端电能表，还可使用手持机进行远程控制端和终端智能电能表的数据交互，且手持机通过USB接口分别从远程控制端和终端智能电能表中读取和传输数据，同样的，手持机还可通过USB接口从远程控制端和数据采集器以及数据集中器中读取或传输数据。

上述的计算机综合管理系统可通过互联网及物联网控制终端电能表，还可以IC卡作为载体与电能表进行数据的交互，例如电能使用方在购买电能时，电能供应方将购电信息写入IC卡中，计算机综合管理系统中的IC卡管理模块在写入数据时采用多种防护技术，保证数据的安全与可靠性，具体如下：

1)采用分组mac校验技术：

a)以随机数作为校验起点，以加密后的数据作为密钥产生校验MAC。

b)上位机和单片机核计算出来的Mac值一致时数据才有效。

2)采用追朔校验技术：

a)按校验协议生成应用数据。

b)每一笔应用数据都是唯一的。

c)不符合校验条件和协议规定的数据视为无效数据。

d)每一笔应用数据有效使用后就无效。

3)采用电能表身份ID识别技术：

a)传输信息中写入了表ID信息。

b)表端接收到信息后首先校对表ID等信息。

c)只有ID信息校对通过后数据才能进入下一步使用。

同时对于IC卡读取使用时还加上了：

1)采用多重加密、保护技术：

a)采用AT88SC102的卡密钥对进入卡保护。

b)采用AT88SC102的擦写保护对上位机传输的数据进行只读保护。

c)应用数据采用DES加密技术，加密密钥分为6组。

d)双层密钥保护，平时数据采用传输密钥加密，更新密钥采用维护密钥加密。

2)采用IC卡身份识别技术：

a)IC卡写入IC卡号。

b)IC卡写入IC卡密钥。

c)计算机综合管理系统和智能电能表CPU处理器通过卡号和卡密钥来识别IC卡的合法身份。

本实用新型的保护范围不局限于上述实施例，上述仅为本实用新型的优选实施例，任何对本实用新型的物联网智能电能表基于物联网的数据传输，以及管理系统的各个组成部分所做的等值替换、删除改进，且所解决技术问题、技术效果与本实用新型相同的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种物联网智能电能表，电能表中包括电能表计数模块、继电器与CPU控制器，CPU控制器接入电能表计数模块，且还通过继电器控制电路与继电器相连，所述的电能表计数模块接入电源输入端，继电器接入电源输出端；其特征在于：所述的电能表中还包括数据传输模块，且数据传输模块接入CPU控制器，CPU控制器通过数据传输模块与数据采集器连接，且数据采集器与电能表组成物联网，数据采集器还接入互联网；所述的电能表中还包括IC卡卡座、液晶显示器与蜂鸣器，IC卡卡座通过IC卡读写接口电路接入CPU控制器，蜂鸣器通过余量判别电路接入CPU控制器。

2.根据权利要求1所述的物联网智能电能表，其特征在于：所述的数据采集器中也包含数据传输模块。

3.根据权利要求1或2任意所述的物联网智能电能表，其特征在于：所述的数据传输模块是无线收发模块，其无线收发传输方式采用微波、红外信号、电力载波、光电信号、超声波信号、微波信号、GPRS与GPS、射频信号当中的任意一种。

4.根据权利要求1至2任意所述的物联网智能电能表，其特征在于：所述的数据传输模块是有线收发模块，其有线传输的方式采用光纤传输、电力载波、RS232总线、RS485总线、M-BUS仪表总线、CAN总线当中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的物联网智能电能表，其特征在于：所述的电能表计数模块中至少包含VI脉冲放大器、模拟乘法器、V/F转换器与脉冲计数器，且它们依次连接，其中脉冲计数器接入CPU控制器；所述的VI脉冲放大器与电源输入端之间还设置有电压检测电路。

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