CN210691467U - 一种基于nb-iot通信的预付费电能表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于NB‑IOT通信的预付费电能表，包括电能表和远程连接于所述电能表的后台系统，所述电能表中具有主控MCU和连接于所述主控MCU的供电模块、计量模块和通信模块，所述后台系统连接有加密模块，所述主控MCU连接有与所述加密模块相对应的解密模块，所述加密模块为STS加密单元，所述解密模块为与所述STS加密单元相对应的STS解密单元，所述主控MCU连接有NB‑IOT模块，所述电能表通过所述NB‑IOT模块单独或与至少一个其他电能表一起连接于一个NB‑IOT基站，所述NB‑IOT基站连接于所述后台系统。采用STS加密方式加密，提高数据安全性，避免出现电能表设置被篡改的问题；使用NB‑IOT无线传输方式传输加密信息，具有传输速度快、功耗低、充值方便等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于预付费电能表技术领域，尤其是涉及一种基于NB-IOT通信的预付费电能表。
背景技术
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的日益提高。工业、住房、学校、市场等各种租赁行业对用电收费管理和实时电力监控的需求越来越大，特别是电费预先收取的功能可以大大解决收费困难的问题，减少租赁双方的摩擦，受到广大租户的青睐。当前市场上的预付费电能表的类型主要是智能IC卡表，该类电能表需要售电系统、读卡器和IC卡作为数据载体，操作繁琐，价格昂贵，由于使用了实体媒介(IC卡)，容易造成丢失，且只要使用IC卡即可对智能IC卡表进行读写，保密性不够高，智能IC卡表的数据容易被篡改。
STS加密方式是一种安全性比较高的加密方式，但是目前应用STS加密的均为通过插入STS加密锁方式进行加密解密，实体加密锁的方式直接应用于电能表的预付费系统仍然存在实体媒介容易丢失，充值繁琐等问题。
另外，现有技术的电能表都是通过GPRS通信实现与后台系统的远程通信并将计量数据发送给后台系统，GPRS系统虽然能够满足电能表的数据传输速度要求和通信服务质量要求，但是GPRS系统运行过程中存在能耗高的问题，应用在电能表上存在应用性价比不高等缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种基于NB-IOT通信的预付费电能表。
为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：
一种基于NB-IOT通信的预付费电能表，包括电能表和远程连接于所述电能表的后台系统，所述电能表中具有主控MCU和连接于所述主控MCU的供电模块、计量模块和通信模块，所述后台系统连接有加密模块，所述主控MCU连接有与所述加密模块相对应的解密模块，所述加密模块为STS加密单元，所述解密模块为与所述STS加密单元相对应的STS解密单元，所述主控MCU连接有NB-IOT模块，所述电能表通过所述NB-IOT模块单独或与至少一个其他电能表一起连接于一个NB-IOT基站，所述NB-IOT基站连接于所述后台系统。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述后台系统包括运营商平台和云服务器，所述NB-IOT基站连接于运营商平台，所述运营商平台连接于云服务器，所述云服务器连接于用户终端。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述运营商平台连接有多个NB-IOT基站和多个系统云服务器。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述STS加密单元和STS解密单元均采用IEC62055-41标准进行加密和解密。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述的主控MCU还连接有RS485模块。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述计量模块包括三路电压采样回路和三路电流采样回路，三路电压采样回路和三路电流采样回路均连接于所述主控MCU。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述计量模块还包括三块分别用于采集每路电流电压信号的单相计量AFE芯片，针对同一路的电压采样回路和电流采样回路连接至同一块单相计量AFE芯片，每块单相计量AFE芯片均连接于主控MCU。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述主控MCU通过UART读取每块单相计量AFE芯片的参数数据。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述电能表上嵌设有LED警示灯，所述LED警示灯连接于所述主控MCU。
在上述的基于NB-IOT通信的预付费电能表中，所述电能表上还嵌设有LCD显示模块，所述LCD显示模块连接于所述主控MCU。
本实用新型的优点在于：采用STS加密方式加密，提高数据安全性，避免出现电能表设置被篡改的问题；使用NB-IOT无线传输方式传输加密信息，具有传输速度快、功耗低、充值方便等优点；增加RS485通信，能够在NB-IOT通信异常的时候查询异常原因。
附图说明
图1是本实用新型的电路电能表的电路结构框图
图2是本实用新型主控MCU的电路示意图；
图3是本实用新型计量模块的电路示意图；
图4是本实用新型RS485通信模块与NB-IOT模块的电路构示意图；
图5是本实用新型预付费电能表与后台系统的连接示意图。
附图标记：供电模块11、计量模块12、通信模块13、RS485模块131、NB-IOT模块132、LCD显示模块14、LED警示灯15。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1-图5所示，本实施例公开了一种基于NB-IOT通信的预付费电能表，包括电能表和远程连接于所述电能表的后台系统，所述电能表中具有主控MCU和连接于所述主控MCU的供电模块11、计量模块12、通信模块13、LED警示灯15和LCD显示模块14。
LED警示灯15可以用于在电能表中的剩余电量小于预设电量时亮灯，以提示用户余额不足；LCD显示模块14可以用于显示包括剩余电量、用电量等数据；计量模块12用于对电路进行用电计量，并将计量结果发送给中MCU；通信模块13用于将计量结果转发给后台系统，以及将后台系统的加密数据发送给电能表。
具体地，如图3所示，计量模块12包括三路电压采样回路、三路电流采样回路，以及三块分别用于采集每路电流电压信号的单相计量AFE芯片IC11、IC14、IC16，针对同一路的电压采样回路和电流采样回路连接至同一块单相计量AFE芯片，例如针对A相的电压采样回路和电流采样回路均连接于单相计量AFE芯片IC11。每块单相计量AFE芯片均连接于主控MCU，且主控MCU通过UART读取每块单相计量AFE芯片的参数数据，例如实时电流、电压、功率功率因数等参数，然后计算相应的电量，与剩余电量进行比较和扣除并存储到数据存储IC中，主控MCU进行电量的计算和比较等方法采用现有技术方案即可，具体不在此进行赘述。
进一步地，本实施例的后台系统连接有加密模块，主控MCU连接有与加密模块相对应的解密模块。后台系统通过加密模块对充值信息进行加密后发送给电能表，电能表通过解密模块对加密数据进行解密，并将充值数据更新至电能表中以实现远程充值，并保证数据安全性。
特别地，本实施例的加密模块为STS加密单元，解密模块为与所述STS加密单元相对应的STS解密单元，STS解密单元用于对STS加密单元加密的加密数据进行解密，STS加密解密过程采用现有技术方案即可，具体不在此进行赘述。主控MCU连接有NB-IOT模块132，电能表通过NB-IOT模块132单独或与至少一个其他电能表一起连接于一个NB-IOT基站，NB-IOT基站连接于所述后台系统。后台系统包括运营商平台和云服务器，NB-IOT基站连接于运营商平台，运营商平台连接于云服务器，云服务器连接于用户终端，STS加密单元位于云服务或运营商平台端。用户直接通过用户终端支付费用以充值相应的电能表，充值数据由STS加密单元进行加密后通过NB-IOT通信方式发送给电能表即可实现远程充值，充值方法亦采用现有技术即可，例如通过支付宝等第三方网站付费，具体不在此进行限制。另外，如图5所示，由于电能表分布范围较广，所以这里运营商平台可以连接多个NB-IOT基站和多个系统云服务器。
后台系统将经过STS加密单元加密的充值数据通过NB-IOT通信发送给电能表，电能表处的STS解密单元对加密数据解密后发送给主控MCU，然后主控MCU根据接收到的解密数据对电能表剩余电量/余额的更新。本实施例在于通过STS加密方式对充值数据进行加密充值，以提高数据安全性和保密性，避免数据被篡改，同时通过NB-IOT通信的方式将加密数据传输给电能表，避免了实体媒介容易丢失等问题。主控MCU根据接收到的数据对电能表剩余电量/余额的更新采用现有技术的方式即可，更新过程不在此进行赘述。
NB-IOT通信是一种借助4G网络的低功耗短数据远程通信技术，具有传输速率快，功耗低等优点，适用于短数据传输，而加密数据是以短数据形式存在的，故采用NB-IOT完全可以满足通信要求。也就是说，采用NB-IOT通信方式既能够实现加密数据的远程传输以完成远程安全充值，又能够实现低功耗和高速率的要求，保证通信模块的应用性价比。另外，主控MCU获取到的电量数据也是短数据，因此也能够通过NB-IOT通信方式将电量数据远程传输给后台系统以保持远程抄表功能，所以本实施例可以使用NB-IOT通信方式代替传统的GPRS远程通信方式，节约通信成本。
进一步地，STS加密单元和STS解密单元均采用IEC62055-41标准进行加密和解密，经过STS加密单元加密的加密数据以20位数据令牌的形式发送到电能表，所以具有极高的安全性。
优选地，主控MCU还连接有RS485模块131。增加RS485通信的目的是为了在NB-IOT通信异常的时候可以查询异常的原因，RS485通信可以输出NB-IOT的调试信息。
另外，本领域技术人员应当知道，各附图之间引脚上具有相同标号的表示相互连接，在此不进行赘述。且本实用新型给出的是电能表中电路的部分电路图，其余电路，如与主控芯片连接的供电电路、继电器控制电路、存储电路等均不在此示出。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围，本实用新型的连接指直接连接或间接连接。
尽管本文较多地使用了供电模块11、计量模块12、通信模块13、LCD显示模块14、LED警示灯15、RS485模块131、NB-IOT模块132等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
Claims (10)
1.一种基于NB-IOT通信的预付费电能表，包括电能表和远程连接于所述电能表的后台系统，所述电能表中具有主控MCU和连接于所述主控MCU的供电模块(11)、计量模块(12)和通信模块(13)，所述后台系统连接有加密模块，所述主控MCU连接有与所述加密模块相对应的解密模块，其特征在于，所述加密模块为STS加密单元，所述解密模块为与所述STS加密单元相对应的STS解密单元，所述主控MCU连接有NB-IOT模块，所述电能表通过所述NB-IOT模块单独或与至少一个其他电能表一起连接于一个NB-IOT基站，所述NB-IOT基站连接于所述后台系统。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述后台系统包括运营商平台和云服务器，所述NB-IOT基站连接于运营商平台，所述运营商平台连接于云服务器，所述云服务器连接于用户终端。
3.根据权利要求2所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述运营商平台连接有多个NB-IOT基站和多个系统云服务器。
4.根据权利要求3所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述STS加密单元和STS解密单元均采用IEC62055-41标准进行加密和解密。
5.根据权利要求4所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述的主控MCU还连接有RS485模块。
6.根据权利要求5所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述计量模块(12)包括三路电压采样回路和三路电流采样回路，三路电压采样回路和三路电流采样回路均连接于所述主控MCU。
7.根据权利要求6所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述计量模块(12)还包括三块分别用于采集每路电流电压信号的单相计量AFE芯片，针对同一路的电压采样回路和电流采样回路连接至同一块单相计量AFE芯片，每块单相计量AFE芯片均连接于主控MCU。
8.根据权利要求7所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述主控MCU通过UART读取每块单相计量AFE芯片的参数数据。
9.根据权利要求8所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述电能表上嵌设有LED警示灯(15)，所述LED警示灯(15)连接于所述主控MCU。
10.根据权利要求9所述的基于NB-IOT通信的预付费电能表，其特征在于，所述电能表上还嵌设有LCD显示模块(14)，所述LCD显示模块(14)连接于所述主控MCU。
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| CN201921904474.3U CN210691467U (zh) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 一种基于nb-iot通信的预付费电能表 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114783108A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-07-22 | 四川阳辰信通科技有限公司 | 一种智能水电缴费管理系统 |
| CN114792452A (zh) * | 2021-01-25 | 2022-07-26 | 安科瑞电气股份有限公司 | 一种基于NB-Iot的预付费用电系统及方法 |
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