RO123542B1 - Metodă şi sistem de preplată, pentru contoare electrice - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem de preplată, aplicabil în cazul contoarelor electrice şi, în special, la un sistem şi la o metodă pentru controlul furnizării de energie electrică şi pentru obţinerea unor informaţii prin folosirea unor cartele inteligente fără contact. Sistemul conform invenţiei cuprinde nişte terminale (20) ale unor puncte de vânzare, echipate cu un modul (23) de citire-scriere cartele inteligente, care poate fi de tip convenţional sau de tip elaborat, în legătură cu terminalele (20) fiind montată o interfaţă (27) de comunicare, prin intermediul căreia este interconectat, la un server (21), un sistem de colectare, care păstrează informaţiile stocate într-o bază (22) de date a furnizorului, nişte module (24 şi 25) de siguranţă fiind instalate în server (21) şi în terminalele (20) punctelor de vânzare, datele transmise între aceste terminale (20) şi o cartelă (15) inteligentă cu preplată fiind incriptate de către un modul (24) de siguranţă, prin folosirea cheilor digitale scrise pe cartelele (15) inteligente. Metoda conform invenţiei, aplicată în cadrul sistemului, cuprinde efectuarea schimbului de informaţii între contor şi cartela inteligentă, fără contact, prin intermediul undelor radio, autentificarea cartelei inteligente de preplată şi a dispozitivului intern de citire-scriere pentru cartelele inteligente în formă mutuală, prin intermediul a cel puţin două semnături digitale şi al seriei şi numărului contorului respectiv, descărcarea şi stocarea unei cantităţi preplătite de kilowaţi de pe cartela inteligentă de preplată în memoria contorului electronic, şi înregistrarea informaţiilor generate despre

Description

Prezenta invenție se referă la o metodă și un sistem de preplată pentru contoare electrice, utilizat, în special, pentru controlul furnizării de energie electrică și de obținere a unor informații suplimentare, prin intermediul unor cartele inteligente, fără contact.

Companiile furnizoare de utilități au pus la punct un sistem tradițional de citire și emitere a facturilor, pentru încasarea contravalorii serviciilor prestate către clientul-utilizator. Recent, a fost propus un sistem de plată în avans, ce reprezintă ultima realizare în domeniu și care poate fi aplicat pentru serviciile de utilități publice, de genul: electricitate, apă sau gaz, ca formă de depășire a câtorva dintre inconvenientele sistemelor tradiționale de încasare.

A fost conceput un astfel de sistem, în care plata în avans, pentru furnizarea de electricitate (apă sau gaz), se face direct de la o stație centrală, iar informația despre cantitatea achiziționată este comunicată apoi către site-ul clientului, acolo unde aceasta este consumată efectiv. în locul în care se efectuează efectiv consumul (locația, instituția, casa etc.) aparținând clientului, este instalat un dispozitiv de măsurare care primește informații despre plata în avans efectuată și confirmă de asemenea cantitatea achiziționată către stația centrală. în mod tipic, aparatul care efectuează măsurarea este instalat în exteriorul locației respective, iar alături de acesta, este instalat un terminal care citește informațiile referitoare ia plata în avans efectuată, legat printr-un cablu sau printr-un sistem de legături electrice de contorul ce se află instalat în interior. Un dezavantaj al acestui sistem de preplată este dificultatea cu care acesta este instalat și costul ridicat. O altă problemă cu acest sistem tipic de preplată constă în faptul că acesta nu furnizează pe două căi informația despre consumul realizat, despre modul cum este folosit creditul și despre eventualele intervenții asupra contorului.

Un alt tip binecunoscut de sisteme de preplată se bazează tot pe achiziționarea de energie electrică direct de la un punct de vânzare determinat anterior, informația, privind cantitatea achiziționată, fiind stocată pe o cartelă magnetică sau pe cartele inteligente de contact. Acest sistem particular de preplată necesită utilizarea unui contor electronic, care conține un dispozitiv de citire a cartelei sau o cheie magnetică și o serie de alte dispozitive de control care să gestioneze furnizarea cantității corespunzătoare de energie electrică.

Exemple privind acest tip de sistem de preplată menționat mai sus sunt descrise în brevetul US 4240030, cu Intelligent Electric Utility meter (Măsurător inteligent de consum utilitar), acordat în favoarea lui Jess R. Baterman și a colaboratorilor acestuia, la data de 16 decembrie, 1960, brevet care descrie un contor inteligent, ce folosește o cartelă magnetică inserabilă, pentru a regla furnizarea de energie electrică. Brevetul US 4629874, intitulat Prepayment metering system (Sistem de contorizare cu preplată), acordat la data de 16 decembrie, 1980, descrie un sistem ce utilizează o cartelă inteligentă și o serie de elemente suplimentare de determinare a creditului și de reglare a furnizării de energie electrică. Brevetul US 4731575, Prepayment metering system using encoded purchase cards (Sistem de contorizare cu preplată bazat pe utilizarea unor cartele codificate de achiziție), acordat la data de 15 martie 1988, pe numele lui Joseph W. Sloan, descrie un sistem ce utilizează cartele cu bandă magnetică, codate, pentru transferarea informațiilor referitoare la achiziție de la centrul de colectare la consumator. Brevetul US 4795892, Pre-paid commodity system (Sistem de achiziție de utilități cu preplată), acordat la data de 3 ianuarie1989, în favoarea companiei CIC Systems, Inc., constă dintr-un sistem ce utilizează o formulă de preplată, activată de o cartelă de vânzare, pentru alimentarea cu electricitate, apă, gaz etc. Brevetul US 4803632, intitulat Intelligent utility system (Sistem inteligent de utilități), acordat în favoarea companiei Utility Systems Corp, la data de 7 februarie1989, descrie un tip de contor de procesare de date externe, prevăzut cu un ecran ce folosește un echipament de citire, pentru accesarea și recuperarea informației, și un cititor de cartelă de preplată, inclus în afișajul LCD, plasat în interiorul proprietății în cauză. Brevetul US 4908769, intitulat Commodity metering systems

RO 123542 Β1 (Sistem de contorizare utilități), acordat în favoarea companiei Schlumberger Electronice (UK) 1 Ltd., la data de 13 martie 1990, descrie un sistem de măsurare prin preplată, ce include o cheie electronică și un slot în care se introduce cheia electronică respectivă. Brevetul US 5146067, 3 intitulat Prepayment metering system using encoded purchase cards from multiple locations (Sistem de contorizare cu preplată, pe bază de cartele de achiziție codificate, utilizabile din 5 locații multiple), acordat în favoarea companiei CIC Systems, Inc., la data de 8 septembrie 1992, este înrudit cu sistemul de furnizare de utilități pe bază de preplată, ce folosește cartele 7 cu benzi magnetice. Brevetul US 5668538, intitulat Modular electricîty meter arrangement having remotely controllable switch (Configurație modulară de contoare electrice cu comutator 9 controlat de la distanță), acordat în favoarea companiei Siemens Measurements Ltd., la data de 16 septembrie 1997, descrie o configurație de contoare, ce include un modul de preplată, 11 prevăzut cu un slot în care sunt introduse cartele inteligente, cartele de memorie etc. Brevetul US 652983, intitulat Prepayment energy metering system with two-way smart cârd 13 Communications (Sistem de contorizare în regim de preplată, cu cale dublă de comunicare, pe bază de cartele inteligente), acordat în favoarea lui David M. Yee și a colaboratorilor 15 acestuia, la data de 4 martie 2003, descrie un sistem de contorizare a energiei electrice furnizată în regim de preplată, ce utilizează o cartelă inteligentă care asigură o comunicare pe 17 două căi, prin intermediul căreia se trimit informații și consumatorului, și furnizorului de utilități.

Cu toate acestea, un dezavantaj pe care îl prezintă acest tip de contoare cu preplată, 19 cu cititor de cartele magnetice sau cartele inteligente de contact, este acela că, în momentul expunerii sale, pentru citirea cartelelor de preplată, dispozitivele cititoare sunt expuse riscului 21 deteriorării (intenționate sau neintenționate) de către utilizator sau din cauza atmosferei saline sau a umidității relative ridicate. O altă problemă apare atunci când dispozitivul de citire este 23 legat la contor prin intermediul unui cablu, deoarece cablul respectiv poate suferi și deteriorări.

Tot astfel, atunci când cititorul este încorporat în contor, acesta din urmă trebuie să suporte 25 modificări fizice semnificative, prin mărirea volumului, devenind mai vulnerabil prin expunerea anumitor părți la acțiunea mediului și prezentând, în plus, riscul incompatibilității cu conectorii 27 existenți pe piață, de tipul S sau A.

Mai există și un alt tip de sisteme de control al furnizării de energie electrică în regim de 29 preplată, și anume, acelea ce conțin mijloace de întrerupere a furnizării în momentul în care s-a consumat creditul. Un astfel de sistem este cel descris de brevetul US 5959549, intitulat 31 Communal metering system (Sistem de contorizare comunală), acordat în favoarea lui Andreas J. Synesiou și a colaboratorilor acestuia, la data de 28 septembrie1999, care constă 33 dintr-un sistem de măsurare ce furnizează, unui număr de clienți, o cantitate de energie achitată în avans, și în cazul căruia, livrarea energiei și întreruperea acesteia sunt operate de la distanță. 35 Un dezavantaj al acestui sistem de livrare de energie electrică în regim de preplată este acela că necesită echipamente de transmisie și recepție de informații (de exemplu, un MODEM) către 37 și dinspre stația/centrala furnizoare, fără să menționăm costul ridicat. O altă problemă ridicată de acest tip de sistem este aceea că nu furnizează informații despre eventualele intervenții la 39 nivelul contoarelor.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este aceea că îmbunătățește sistemele de 41 furnizare de electricitate în regim de preplată. Soluția tehnică, conform invenției, asigură un control mai eficient, prin intermediul contoarelor electronice instalate în locația clientului, care 43 să conțină un sistem de măsurare a energiei furnizate în regim de preplată, prin intermediul unui contor etanșeizat și al unei cartele inteligente fără contact, care asigură un sistem de măsurare 45 a energiei livrate în regim de preplată și care să încorporeze un sistem automat de întrerupere a livrării de energie. Invenția asigură un sistem de furnizare de energie electrică în regim de 47

RO 123542 Β1 preplată care, prin intermediul unei cartele inteligente fără contact, îi asigură furnizorului informații despre consum, despre modul în care este utilizat creditul, despre locul în care este utilizat creditul și, respectiv, despre contorul care înregistrează consumul, precum și informații despre intervenții neautorizate și ilicite la nivelul contorului, precum și o metodă de furnizare de energie electrică în regim de preplată, cu ajutorul unui sistem de citire cu cartelă fără contact.

Metoda de preplată pentru contoare electrice, conform invenției, înlătură dezavantajele prezentate mai sus, prin aceea că utilizează furnizarea de energie electrică în regim de preplată, pe bază de cartelă inteligentă fără contact și contor electronic cu dispozitiv intern de citire-scriere al cartelelor inteligente fără contact, realizând operația de schimb de informații între contor și cartelele inteligente prin frecvență radio; dispozitivul autentifică cartela inteligentă de plată în avans, prin intermediul a două sau mai multe semnături digitale și a seriei contorului respectiv; aceasta realizând totodată descărcarea și stocarea creditului de pe cartela inteligentă de preplată în memoria contorului electronic; în același timp, aceasta stochează informațiile generate cu privire la starea contorului pe cartela inteligentă de preplată.

Sistemul de preplată, care pune în aplicare metoda de mai sus, constă dintr-o cartelă inteligentă fără contact, cu funcție de întrerupere a furnizării de energie, care are și rolul de a valida cartela de preplată și de a controla sistemul de furnizare de energie în regim de preplată către contor, Cartela inteligentă fără contact, pentru controlul furnizării de energie, cu funcție de întrerupere a alimentării, incluzând și un element de citire-scriere al cartelei inteligente, un microcontroler, un detector de trecere prin zero al tensiunii de alimentare AC, un dispozitiv de control al elementului de închidere și o sursă de alimentare a cartelei de control. Sistemul de preplată propus de această invenție nu caută în permanență să identifice prezența unei cartele inteligente fără contact, deoarece aceasta ar presupune o risipă prea mare de energie, pentru o operație care trebuie derulată numai de câteva ori, prin urmare, căutarea cartelei de preplată se efectuează numai o dată la câteva secunde, într-un interval de un minut

Prin aplicarea prezentei invenții, se obține avantajul utilizării unui contor complet integrat într-o singură piesă, acoperit complet și fără niciun fel de contact cu exteriorul, care încorporează o metodă și un sistem de preplată pentru contoare electrice, metodă mai eficientă de control a furnizării de energie electrică și care permite obținerea unor informații precise de la contor, prin intermediul unor cartele inteligente, fără contact efectiv.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 . ..4, care reprezintă:

- fig. 1, schema bloc simplificată a unui sistem de preplată încorporat într-un contor simplificat, în conformitate cu un exemplu de realizare preferat al prezentei invenții;

- fig. 2, schema bloc simplificată a unui sistem de livrare de energie electrică în regim de preplată, în conformitate cu un exemplu de realizare preferat, conform prezentei invenții;

- fig. 3 și 4, niște diagrame de flux care explică metoda de operare a sistemului de măsurare de energie electrică, livrată în regim de preplată, descris în fig. 1 și 2.

Sistemul de preplată pentru contoare electrice, conform fig. 1, conține un contor electronic, constituit dintr-un dispozitiv 1 de întrerupere automată a alimentării cu energie, un dispozitiv semiconductor 2, o cartelă de control cu preplată 3, ce include o sursă de alimentare 4, a cartelei de control 3, un controler 5 al dispozitivului de întrerupere a alimentării 1, un detector de trecere prin zero 6 a tensiunii de alimentare AC, un microcontroler 7, un element de citire-scriere al cartelei inteligente fără contact 8, o cartelă 9 pentru măsurarea consumului de energie electrică, ce include un modul de măsurare 10, care înregistrează energia electrică consumată de utilizator, un microcontroler 11 care controlează modul de operare a modulului de măsurare 10, o sursă independentă de alimentare 12 pentru modulul de măsurare 10 și

RO 123542 Β1 pentru microcontrolerul 11, un afișaj cu cristale lichide 13, o antenă 14, care interacționează cu 1 o cartelă inteligentă de preplată fără contact 15, ce conține un microcontroler 16 (sau un circuit de uz special) și o antenă 17. Contorul electronic 18, prezentat mai sus, fiind complet integrat 3 într-o singură piesă, acoperit în întregime și fără niciun fel de contact cu mediul exterior, va fi instalat în locuința unui utilizator 19 5

Termenul Cartelă fără contact, folosit în cuprinsul prezentei lucrări, se referă la un schimb de comenzi între cartela propriu-zisă și modulul de citire-scriere, fără utilizarea niciunui 7 tip de elemente galvanice (de exemplu, nu există niciun fel de contact ohmic între modulul de citire-scriere și circuitul integrat inserat în cartelă) , în care energia ce pune în funcțiune circuitul 9 integrat, înserat în cartelă, este preluată de comanda generată de modulul de citire-scriere, comunicarea și transferul de energie către aceste două circuite integrate fiind realizate prin 11 intermediul unei cuple. Prin urmare, o cartelă fără contact poate fi plasată la o distanță variabilă de la câțiva milimetri până la câțiva centimetri de modulul de citire-scriere, cu toate acestea, 13 între cartela fără contact și modulul de citire-scriere, realizându-se transferul de date.

Termenul Cartelă Inteligentă se referă la o cartelă ale cărei dimensiuni sunt similare 15 cu cele ale unui cârd de credit din plastic, prevăzută cu un circuit integrat (microprocesor, memorie sau circuit dedicat), cu un cititor ce are capacitatea energetică de a fi folosit în mai 17 multe aplicații în condiții de mare siguranță.

Termenul Semnătură digitală sau cheie digitală se referă la o secvență de date prin 19 care poate fi descifrată o comandă codificată ce conține aceeași secvență de date.

Termenul Intervenție, folosit în contextul prezentei descrieri a invenției, se referă la 21 orice activități menite să afecteze înregistrarea cantității de energie electrică, consumată de utilizatorul contorului respectiv. 23

Termenul Deconectare se referă la acțiunea de întrerupere a circuitului de energie ce trece prin contor, fără a întrerupe efectiv furnizarea de energie către utilizator, în așa fel încât 25 contorul să nu mai înregistreze consumul de energie utilizată de consumator, cât timp contorul este deconectat. 27

Termenul Inversiune se referă la modificarea poziției mecanice a contorului în fișa de conectare, cu scopul de diminuare sau de înregistrare a unei cantități mai mici de energie decât 29 cea consumată în mod efectiv.

Termenul Derivații, utilizat în prezenta descriere, pentru a defini puntea de rezistență 31 electrică minimă din exteriorul contorului electric, semnifică faptul că nu tot curentul electric consumat de utilizator trece prin senzorii contorului și, prin urmare, acesta măsoară mai puțin 33 curent electric decât cantitatea reală consumată de utilizator, aceste treceri fiind cunoscute în mod obișnuit ca punți. 35

Termenul Anticoliziune definește o funcție de arbitraj între cartele, în sensul că, în funcție de seria acestora, doar una dintre cartele este selectată, conform specificațiilor din ISO 37 14443-3A ISQ14443-4A.

Această invenție oferă posibilitatea utilizării unui sistem de preplată și a unei metode de 39 măsurare a energiei electrice prin intermediul unei funcții de comunicare de date, fără contact fizic efectiv, contorul electric fiind complet integrat într-o singură piesă, acoperit în întregime și 41 fără niciun fel de contact cu mediul exterior. în funcție de modalitatea preferată, sistemul de furnizare de energie în regim de preplată și metoda de măsurare a consumului reduce costurile 43 de instalare, oferind un contor electronic, integral, ce permite o comunicare eficientă a datelor atât către utilizatorul de energie, cât și către compania furnizoare de utilități, fără a utiliza, în 45 acest sens, circuitele electrice existente, ci operând prin intermediul unor echipamente suplimentare, via MODEMS. De asemenea, în funcție de modalitățile preferate, oferite de prezenta 47 invenție, comunicarea de date, realizată fără contact, se realizează prin intermediul unui modul

RO 123542 Β1 de preplatâ bazat pe utilizarea unui sistem integrat, inteligent, de comunicare de date fără contact, pe un circuit de citire-scriere, integrat în contorul electronic, în cadrul căruia, cartela inteligentă transferă, direct către contor, datele referitoare la cantitatea de energie achiziționată, recepționând și stocând în același timp datele variabile de operare a contorului și eventualele intervenții la nivelul acestuia, care sunt transferate în baza de date a furnizorului de energie, în momentul în care cartela inteligentă este reîncărcată. Prin utilizarea unei cartele inteligente fără contact, acest sistem de preplată permite așadar efectuarea plății pentru o anumită cantitate de energie, înainte de consumarea efectivă a acesteia. Cartela inteligentă fără contact poate fi încărcată la un terminal de vânzări sau direct la stația furnizoare de energie.

Prin intermediul acestei invenții, clientul primește energia electrică direct de la stația furnizoare, prin intermediul rețelei electrice existente și a contorului sau propriu, nefiind necesară conectarea acestuia la niciun terminal de comunicare sau la un echipament extern, care ar putea servi drept legătură (de exemplu, conexiune prin infraroșu, conexiune directă prin cablu, conexiune RF sau prin linie AC), pentru a controla furnizarea de energie.

După cum se arată în fig. 2, sistemul de furnizare de energie în regim de preplată include, de preferință, terminalele unor puncte de vânzări 20, ce pot fi plasate în stația centrală și/sau în punctele de colectare ale furnizorului. Terminalele din punctul de vânzări 20 sunt echipate cu un modul de citire-scriere cartele inteligente 23, care poate fi de tip convențional, pentru cartele fără contact, sau poate fi unul de tip elaborat în mod special. Terminalul din punctul de vânzări 20 are o interfață de comunicare 27, prin intermediul căreia se interconectează la un server 21, cu un sistem de colectare ce păstrează informațiile despre facturile clienților și informațiile stocate într-o bază de date 22, a furnizorului. Metoda de comunicare folosită în interfața 27 poate fi realizată, de exemplu, prin intermediul unui MODEM, prin conexiune internei sau intranet, sau al unei conexiuni speciale. Baza de date 22 va stoca, de asemenea, și cantitatea de kilowați achiziționată de utilizator, cantitatea de kilowați măsurată pe parcursul perioadei de funcționare a contorului, precum și intervențiile efectuate de utilizator pentru analiză, în locul companiei furnizoare de utilități.

Pentru a realiza o comunicare sigură, precum și pentru a valida transmisia-recepția de date dintre terminalul din punctul de vânzare 20 și serverul 21, sistemul de măsurare a consumului de energie în regim de preplată va include o pereche de module de siguranță 24 și 25, care, așa cum se poate observa în fig. 2, urmează să fie instalate și în serverul 21 și în punctele de vânzare 20. Este de preferat ca modulele de siguranță 24 și 25 să posede funcții de criptare și decriptare, pentru transmisia de date între serverul 21 și terminalul din punctul de vânzare 20, de exemplu, prin folosirea unor chei digitale, datele urmând să fie decriptate numai prin intermediul cheilor digitale respective, în așa fel încât, atunci când datele sunt transmise dinspre terminalul din punctul de vânzare 20 spre serverul 21 și viceversa, chiar și atunci când datele respective ar putea fi interceptate, acestea nu ar putea fi decriptate în cazul în care nu se dispune de cheile de decriptare. Datele transmise între terminalul din punctul de vânzare 20 și cartela inteligentă cu preplată 15 sunt criptate de către modulul de siguranță 24 prin utilizarea cheilor digitale scrise pe cartelele inteligente 15. Modulul de siguranță 24 asigură, de asemenea, siguranța datelor referitoare la tranzacțiile efectuate prin intermediul cartelei inteligente fără contact 15 și de modulul de citire-scriere al cartelei inteligente 23. Este preferabil, ca atât cartela inteligentă fără contact 15, cât și contorul electronic 18, să includă modulele de criptare/decriptare instalate în microcontrolerele acestora sau în circuitul integrat CI, pentru utilizarea în mod specific în cazul acestor sisteme de preplată, în care să fie posibilă această funcție de schimb de informații criptate. în cazul unei variante ce poate fi preferată, modulul de criptare al contorului electronic este localizat în microcontrolerul unei cartele de preplată fără contact, cu funcție de oprire a furnizării de energie, sau poate fi plasat în Cititorul cartelelor inteligente fără contact.

RO 123542 Β1 în momentul contractării sau înnoirii serviciului de furnizare de energie electrică, 1 compania furnizoare de utilități va instala, în locuința utilizatorului 19, un nou contor electronic, prevăzut cu sistemul de furnizare în regim de preplată la care se referă această invenție, și îi 3 va înmâna acestuia o cartelă inteligentă de preplată, reutiîizabilă 15, încărcată, în prealabil, cu o anumită cantitate de kilowați, plătiți, în prealabil, la punctul de vânzare 20. într-o variantă 5 preferată de utilizator, cartela inteligentă de preplată 15 poate fi personalizată cu informația stocată în memoria microcontrolerului, aceasta constând în numărul contorului, numărul 7 contractului, ultima dată la care a fost încărcată cartela, cheile de siguranță [de exemplu: semnături digitale, precum și sistemul de criptare Mifare© (în așa fel încât, în varianta preferată, 9 o cheie A este utilizată pentru descărcarea unei anumite cantități de kilowați plătiți în avans, iar o cheie B, care poate încărca și descărca o anumită cantitate de kilowați plătiți în avans pe un 11 anumit sector al cartelei], sau un sistem de criptare triplu DES etc.), datele referitoare la cantitatea de kilowați plătită în avans, cantitatea de kilowați preplătită care urmează să fie descăr- 13 cată către contor. într-o variantă preferată în mod deosebit de utilizator, memoria microcontrolerului cartelei de preplată fără contact este capabilă să primească și să stocheze infor- 15 mațiile generate de contorul electronic privind energia consumată de utilizator pe parcursul duratei de viață a contorului, precum și la intervențiile operate la nivelul contorului. 17

Pentru a iniția alimentarea cu energie, utilizatorul trebuie să plaseze cartela inteligentă de preplată 15 lângă dispozitivul de citire-scrîere fără contact al contorului 18, iar acest 19 dispozitiv de scriere-citire cu care este prevăzut contorul electronic va valida cartela de preplată 15 și va descărca total sau parțial cantitatea de kilowați achiziționată și plătită în avans. 21 Descărcarea parțială sau totală a cantității de kilowați, plătită în avans, achiziționate în baza cartelei 15, către contorul 18, va fi stabilită în funcție de valoarea înregistrată pe cartelă, privind 23 cantitatea de kilowați preplătită ce urmează să fie transferată către contor prin descărcare sau când creditul este mai mic decât valoarea de descărcare. în cadrul prezentei invenții, formula 25 cantitatea preplătită de kilowați ce urmează să fie transferată prin descărcare se referă la o cantitate predeterminată definită de utilizator și de compania furnizoare de utilități; să luăm, de 27 exemplu, numărul cincizeci: atunci când cartela 15 este plasată lângă contorul 18 cu funcție de preplată, descărcarea se va face în regim de 50 din 50 kilowați, cu excepția cazului în care 29 cantitatea de kilowați preplătită, rămasă pe cartelă, este mai mică de 50, situație în care întreaga cantitate de kilowați preplătită va fi descărcată de pe cartelă în contor. în mod simultan 31 sau după descărcarea cantității de kilowați preplătită, dispozitivul de citire-scriere fără contact

8, al contorului 18, va încărca toate informațiile generate de contorul electronic 18, privind 33 energia consumată de utilizator în timpul perioadei de funcționare a contorului pe cartelă, precum și informațiile referitoare la eventualele intervenții la nivelul contorului. Pe ecranul 35 contorului electronic 18, vor apărea afișate, în mod continuu, informații privind cantitatea de energie preplătită, rămasă, în așa fel încât utilizatorul să poată să meargă din timp la un 37 terminal al punctului de vânzări 20, pentru a-și reîncărca cartela inteligentă fără contact 15. Terminalul de la punctul de vânzări 20 acceptă, citește și scrie date de la și către o cartelă 39 inteligentă de preplată 15, utilizată în sistemul de achiziție și măsurare de energie în regim de preplată, conform programului utilizat de furnizor. După cum a fost menționat, cartela 15 poate 41 fi reîncărcată în punctul de vânzare 20, unde se descarcă totodată și datele culese de aceasta despre contorul electronic 18, care sunt trimise către baza de date 22, unde vor fi revizuite de 43 compania furnizoare de utilități. Terminalul din punctul de vânzări 20 acceptă sume atât în pesos (sau în orice altă monedă, în funcție de țara unde se aplică sistemul), precum și cantități 45 exprimate în kilowatt/oră, comunicând înapoi tranzacția către serverul 21 al furnizorului, pentru ca aceasta să fie înregistrată în baza de date 22. Oricum, aceste informații sunt înregistrate pe 47 cartela inteligentă de preplată 15, în așa fel încât utilizatorul poate să își descarce, în contorul

18, cantitatea de kilowați preplătită și exprimată în kilowați. Prin urmare, ecranul contorului va 49 afișa informația referitoare la cantitatea de energie preplătită, sub formă de kilowați.

RO 123542 Β1

Fig. 1 ilustrează schema bloc a unui contor electronic 18, care include sistemul de preplată cu cartelă fără contact pentru controlul furnizării de energie și obține informații relevante despre aceasta, ce poate fi utilizat în funcție de una dintre modalitățile preferate de aplicare a prezentei invenții. Contorul electronic cu preplată 18 conține o cartelă pentru măsurarea consumului de energie electrică 9, cartela de preplată cu aplicare fără contact 3 și, în funcție de întrerupere a alimentării, dispozitivul de întrerupere a alimentării cu energie 1 și antena 14.

Cartela pentru măsurarea consumului de energie 9 include modulul de măsurare 10, care înregistrează energia electrică consumată de utilizator, microcontrolerul 11 care controlează modul de operare a modulului de măsurare 10, care are o memorie flash, pentru stocarea informației referitoare la energia electrică preplătită, ce este descărcată de pe cartela de control cu preplată 3, aplicată fără contact, precum și informația generată în modulul de măsurare 10, privind energia consumată de utilizator pe parcursul duratei de funcționare a contorului și intervențiile efectuate la nivelul contorului (de exemplu, deconectările, inversările, existența unor derivații etc.), afișajul cu cristale lichide 13, controlat de un microcontroler, care afișează, între alte variabile, informații despre cantitatea de energie disponibilă, achitată în avans de către utilizator, momentul în care cantitatea respectivă de kilowați preplătită poate fi descărcată de pe cartela inteligentă fără contact 15, precum și informații speciale care îi indică utilizatorului să plaseze cartela lângă contor, pentru a începe descărcarea cantității de energie preplătită; de asemenea, aceasta conține o sursă independentă de alimentare 12, pentru modulul de măsurare 10 și pentru microcontrolerul 11, cu care este prevăzută cartela de măsurare 9. Sursa de energie lucrează atunci când există alimentare cu energie în rețea și operează, timp de cel mult o secundă, atunci când există întreruperi de alimentare, timp suficient pentru a asigura înregistrarea de siguranță a oricăror tranzacții de energie efectuate.

Cartela 3 de control fără contact, pentru livrare de energie în regim de preplată, cu funcție de întrerupere a alimentării, este principalul modul ce are sarcina de a detecta și valida cartela de preplată 15, precum și de a controla sistemul de preplată și livrarea de energie către contor. într-o variantă preferențială, cartela 3 de control fără contact, cu funcție de întrerupere a alimentării de energie, include: elementul de citire-scriere al cartelei inteligente fără contact 8, care este prevăzut și cu un generator de radio-frecvență, microcontrolerul 7, un detector de trecere prin zero 6 al tensiunii de alimentare AC, controlerul 5 al elementului de întrerupere a alimentării și sursa de alimentare 4 a cartelei de control 3. Cartela 3 de control fără contact, pentru livrare de energie în regim de preplată, cu funcție de întrerupere a alimentării, nu caută în permanență o cartelă de preplată 15, deoarece aceasta ar duce la un consum prea mare de energie, pentru o operație ce trebuie efectuată mai rar, așa încât operația de căutare a cartelei de preplată 15 se efectuează, timp de doar câteva secunde, în fiecare minut.

Elementul de citire-scriere 8, pentru sistemul cu cartelă de preplată fără contact, ce face obiectul acestei invenții, furnizează, în primul rând, informațiile de pe cartela inteligentă de preplată 15 către microcontrolerul 11 al contorului electronic 18, prin intermediul microcontrolerului 7 în al doilea rând, elementul de citire-scriere, pentru cartele fără contact 8, furnizează informațiile de la microcontrolerul 11 al contorului 18 către cartela inteligentă 1.5, prin intermediul microcontrolerului 7. Comunicarea de informații dintre cartela inteligentă fără contact 15 și contorul electronic 18 se realizează printr-un circuit antenă inscripționat 14 al contorului 18 și printr-un circuit antenă înserat 17 în cartela de preplată 15 fără contact, antenele 14 și 17, care sunt sensibile la banda de frecvențe radio în care se realizează transmisia. Este preferabil ca elementul de citire-scriere al cartelelor 8 să fie un circuit integrat, care să detecteze prezența unei cartele de preplată fără contact, care interpretează comenzile de pe cartela fără contact respectivă și generează și transmite o comandă în frecvența radio corespunzătoare. în același

RO 123542 Β1 timp, antena 14 recepționează diferitele comenzi expediate prin unde radio, conform pro- 1 tocolului de transmisie prin unde radio, specificat în standardul ISO 14443-3A, și chiar și cel specificat în standardul ISO 14443-4A sau conform oricărui alt protocol referitor la transmisie 3 de date prin unde radio, adecvat scopului urmărit.

Elementul de citire-scriere al cartelei inteligente 8 generează și expediază o comandă 5 radio, prin intermediul antenei 14, către contorul 18. Comanda de modificare, recepționată de antena 14, este cauzată de prezența cartelei inteligente de preplată fără contact 15. în 7 momentul în care elementul de citire-scriere al cartelei fără contact 8 detectează prezența cartelei de preplată 15, acesta citește și transferă cantitatea de energie preplătită de pe cartela 9 inteligentă 15 către microcontrolerul 7, în urma unei verificări și validări a cartelei 15, pe baza unor operații de criptare-decriptare, efectuate de elementul de citire-scriere al cartelei inteligente 11

8. Aceasta înseamnă că modulul de criptare/decriptare al elementului de citire-scriere al cartelelor inteligente 8 verifică și validează, prin intermediul semnăturilor digitale, informațiile 13 stocate în memoria microcontrolerului 16 (sau circuitului integrat), utilizate în cazul cartelelor de preplată al cartelei 15, precum, de exemplu, numărul contorului, numărul de contract, ultima 15 dată la care a fost încărcată cartela, cheile de siguranță, datele referitoare la cantitatea de kilowați plătită în avans, cantitatea de kilowați care urmează să fie transferată către contor prin 17 descărcare etc. Dacă aceste informații nu sunt verificate și validate, cititorul nu va opera descărcarea informațiilor de preplată de pe cartela 15 în contorul electronic 18. 19

După ce cartela inteligentă fără contact 15 a fost verificată și validată, datele privind cantitatea de energie achitată în avans sunt descărcate de pe cartela inteligentă 15 în cartela 21 9 de măsurare a consumului, prin intermediul cartelei de control 3, sistem în cadrul căruia, cartela 9 cu funcție de măsurare a consumului are rolul de a reduce cantitatea de energie, pe 23 măsură ce aceasta este utilizată de consumator. în general, informațiile privind cantitatea de energie preplătită sunt stocate în memoria flash a microcontrolerului 11 ai cartelei de măsurare 25

9, acest microcontroler 11 având rolul de a controla reducerea cantității de energie preplătită, pe măsură ce utilizatorul mai consumă un kilowatt, în baza informațiilor de consum, trimise de 27 modulul de măsurare a consumului înregistrat.

într-o variantă alternativă, informațiile relevante privind datele acumulate în timp ale 29 contorului 18, care vor fi înregistrate pe cartela inteligentă de preplată 15, vor fi înregistrate, de asemenea, pe memoria flash a microcontrolerului 11 cu care este prevăzută cartela de 31 măsurare 9. Prin urmare, schimbul de informații dintre contorul electronic 18 și cartela inteligentă 15 se realizează, în particular, prin intermediul microcontrolerului 7 al cartelei de 33 control cu preplată 3 și de microcontrolerul 11 al cartelei de măsurare 9, printr-o interfață serială. Cu alte cuvinte, microcontrolerul 11 este un element care stochează informația în 35 memoria lui flash, în vreme ce microcontrolerul 7 detectează prezența unei cartele 15 și citește datele stocate pe memoria flash a microcontrolerului 11, prin intermediul unei interfețe seriale, 37 citind totodată și datele de pe cartela de preplată 15, prin intermediul elementului de citire-scriere al cartelelor de preplată 8 și lucrând ca intermediar, pentru a realiza transferul de 39 la un sistem la celălalt.

într-o variantă alternativă a prezentei invenții, sistemul de contorizare a consumului de 41 energie, pe bază de cartele inteligente fără contact, include, de asemenea, o sursă de alimentare a dispozitivului automat de închidere a alimentării cu energie către utilizatorul 19. Conform 43 fig. 1, cartela de control cu preplată 3 include și un detector de trecere prin zero de energie electrică 6 și o sursă de alimentare a dispozitivului de întrerupere 5, care controlează dispozi- 45 tivul de închidere/restabilire a alimentării cu energie 1. într-o anumită variantă de utilizare a prezentei invenții, microcontrolerul 7 al cartelei de control 3 știe câtă energie i-a mai rămas de 47 consumat utilizatorului 19, deoarece acesta citește respectiva informație de pe cartela 9 de măsurare a consumului de energie. Prin urmare, microcontrolerul 7 va controla alimentarea cu 49 energie sau va comanda întreruperea alimentării cu energie a utilizatorului 19.

RO 123542 Β1 în mod normal, întreruperea alimentării cu energie a utilizatorului 19 se va produce atunci când cantitatea de energie stocată în cartela 9 de măsurare a consumului de electricitate, din contorul 19, care este citită de microcontrolerul 7, va indica o valoare egală cu zero. Alimentarea cu energie va fi restabilită în momentul în care cantitatea de energie, stocată pe cartela 9 de măsurare a consumului și care este citită de microcontrolerul 7, va fi mai mare decât zero, în tot acest timp, microcontrolerul 7 cartelei de preplată 3 va citi cantitatea de energie electrică, disponibilă pentru utilizator, de pe cartela 9 de măsurare a consumului de energie.

închiderea sau restabilirea legăturii de alimentare cu energie este realizată de un dispozitiv de control 5 al dispozitivului de închidere/refacere a legăturii 1, care poate fi, într-o anumită variantă, un releu. Alimentarea cu energie poate fi întreruptă de către releul 1 și de către dispozitivul de control 5, în caz de urgență, acesta din urmă având funcția de a deschide, dar și de a închide releul 1, atunci când acest lucru este cerut de microcontrolerul 7, prin intermediul unei comenzi de închidere sau deschidere, controlerul 5 putând deschide sau Închide releul 1, prin intermediul unui dispozitiv semiconductor 2. De asemenea, releul 1 și dispozitivul de control 5, care dă alarma în caz de întrerupere a alimentării cu energie comunică către microcontrolerul 7, dacă a survenit o situație de întrerupere ă alimentării, pe care o detectează cu ajutorul unui detector de trecere prin zero 6, luând totodată măsurile necesare ca informațiile relevante să nu se piardă în intervalul în care alimentarea este întreruptă. Toate aceste dispozitive sunt alimentate de către sursa de alimentare 4.

Atunci când cantitatea de energie disponibilă, citită de microcontrolerul 7 pe cartela de măsurare, este egala cu zero, respectivul microcontroler 7 va expedia o comandă de închidere către releul 1 și dispozitivul de întrerupere în caz de urgență 5. Releul și dispozitivul de întrerupere în caz de urgență 5 conțin un microcontroler (nefigurat) ce are trei căi de intrare și două căi de ieșire. Una dintre căile de intrare a microcontrolerului are drept rol să indice necesitatea de închidere a releului 1 sau a alimentării cu energie. O altă cale de intrare a microcontrolerului indică că releul 1 trebuie deschis sau alimentarea cu energie oprită, în vreme ce ultima dintre căile de intrare a microcontrolerului indică trecerea prin zero a liniei de curent alternativ (CA), adică valoarea zero a liniei de CA (adică valoarea hulă a circuitului sau 0 volți). Cu alte cuvinte, această ultimă cale de intrare indică momentul în care faza a devenit pozitivă în raport cu valoarea neutră (și anume, valoarea de plecare a modulului cartelei de preplată) și viceversa (faza a devenit negativă în raport cu cea neutră). Această funcție este dată de detectorul de trecere prin zero de energie electrică 6 (acesta fiind un circuit de detectare a nivelului, al cărui histerezis este efectuat de o serie de amplificatoare operaționale și de un divizor voltaic), iar nivelul de referință zero are două scopuri: unul este acela ca, în momentul în care releul de control al întreruperilor în alimentarea cu energie 5 (ce nu este indicat) detectează că nu se înregistrează depășiri ale valorii zero, deducându-se astfel că s-a produs o întrerupere a alimentării cu energie și generându-se o întrerupere la nivelul cartelei de control cu preplată 3, unde se va da comanda de închidere; în același moment, acesta expediază, printr-una dintre ieșirile sale, o comandă prin care îi indică microcontrolerului 7 faptul că trebuie să păstreze informațiile necesare pentru buna lui funcționare și pentru a nu pierde datele referitoare la tranzacția efectuată și aflată în curs de derulare. Cel de-al doilea scop este funcția deînchidere și deschidere a releului 1; pentru a fi închis, releul trebuie să primească o comandă de curent continuu (DC) între terminalele sale de activare, iar pentru a fi deschis, acesta trebuie să primească o comandă similară DC, pe o cale inversă celei prin care a fost comandată închiderea, fiind astfel activat în momentul detectării unor valori ce depășesc pragul zero și polaritatea sursei de curent alternativ; prima dintre aceste funcții duce la deschiderea releului, prin activarea unui dispozitiv 2, pe bază de circuite integrate, atunci când polaritatea fazei este

RO 123542 Β1 negativă în raport cu fază neutră, și la închiderea releului, prin activarea dispozitivului cu circuite 1 integrate 2, atunci când faza este pozitivă în raport cu cea neutră. în mod contrar, atunci când microcontrolerul 7 citește o cantitate de energie disponibilă, mai mare decât zero, acesta va 3 expedia o comandă de alimentare către microcontrolorul releului de întrerupere în caz de urgență, care activează dispozitivul pe bază de circuite integrate 2 al detectorului 6 de energie 5 în timpul unui ciclu pozitiv. Trebuie să se înțeleagă faptul că funcția de întrerupere a dispozitivului 5 de intervenție în caz de urgență poate fi încorporată într-o cartelă mică sau ca o funcție 7 suplimentară a microcontrolerului 7 al cartelei inteligente 3 cu preplată și activare fără contact.

După cum am menționat anterior, cartela 15 este reutiiizabilă și specifică pentru fiecare 9 contor; aceasta înseamnă că aceasta trebuie utilizată numai pentru un anumit contor. Cartela inteligentă 15 include un microcontroler 16 sau un circuit de uz special în cadrul cartelelor cu 11 preplată 15 și al antenei 17. Informația personalizată de pe cartelă este înregistrată în memoria internă a microcontrolerului 16. Este preferabil ca această cartelă inteligentă să fie de mărimea 13 unui cârd de credit obișnuit, corespunzând în același timp standardelor ISO 14443-1, 14443-2, 14443-3, 14443-4, deși acest lucru nu este obligatoriu. Utilizarea cartelelor inteligente fără 15 contact, pentru furnizarea de energie electricăîn regim de preplată și contorizare, prevăzută de prezenta invenție, are trei funcții principale; 1. descărcarea cantității de kilowați preplătită, care 17 urmează să fie integrată în contorul electronic; 2. primirea datelor referitoare la energia electrică consumată, pe parcursul întregii durate de funcționare a contorului și intervențiile efectuate la 19 nivelul contorului, de tipul deconectărilor, inversiunilor și prezența derivațiilor, fără necesitatea recurgerii la un cititor sau a încorporării unor sisteme sofisticate și costisitoare; 3. evitarea 21 disfuncționalitățiîor și a funcționării mecanice în gol a contorului.

în regim de operare, sistemul de furnizare de energie în regim de preplată este încărcat 23 în contor prin intermediul cartelei inteligente fără contact cu funcție de întrerupere a alimentării, care efectuează operațiile de detectare și validare a cartelei de preplată, precum și de control 25 al sistemului de preplată și de furnizare de energie către contor, în conformitate cu diagramele de flux din fig. 3 și 4, într-un mod special, microcontrolerul 7 al cartelei 3 de furnizare de energie 27 în regim de preplată și de întrerupere a alimentării controlează sistemul de preplată, prevăzut de prezenta invenție, precum și comunicațiile referitoare la preplată dintre contorul 18, cartela 29 de preplată 15 și cartela de măsurare a energiei 9, și are un mod de operare independent de restul microcontroierelor sistemului. 31 înainte de începerea funcțiilor de control și comunicare, microcontrolerul 7 inițializează porturile seriale de comunicare cu care va comunica cu microcontrolorul 11 și configurează 33 componenta de citire-scriere a cartelelor inteligente 8, în așa fel încât să opereze în conformitate cu standarde ca, de exemplu, ISO 14443-4A. Odată ce porturile au fost inițializate, iar 35 funcția de citire-scriere a fost configurată, microcontrolerul 7 citește datele stocate în cartela 9 de măsurare a consumului de energie, precum seria corespunzătoare a clientului respectiv, 37 cantitatea de kilowați înregistrată pe parcursul duratei de funcționare a contorului, numărul de deconectări, numărul de inversiuni, derivații și energia acumulată pe perioada derivațiilor 39 respective (seria contorului va fi citită numai în această parte a programului, deoarece aceasta nu se modifică niciodată). După citirea datelor, este inițiat un temporizator intern al micro- 41 controlerului 7, care generează o întrerupere la fiecare 70 de milisecunde, așa încât acest microcontrolerîndeplinește o sarcinăspecifică. După aceea, microcontrolerul 7 intră într-o stare 43 inactivă, încetând să mai efectueze vreo sarcină și intrând într-o stare de „adormire, pentru a economisi maximum de energie posibil; această economie de energie este vitală, pentru atinge- 45 rea standardelor necesare și evitarea oricăror pierderi inutile de către compania furnizoare de utilități. Microcontrolerul 7 poate ieși din starea inactivă, doar prin întreruperea temporizatorului 47 sau prin încetarea furnizării de energie. Prin urmare, microcontrolerul 7 al cartelei 3 fără contact pentru livrarea de energie în regim de preplată cu funcție de întrerupere a alimentării este în 49 așteptarea unei întreruperi și rămâne în această stare cea mai mare parte din timp.

RO 123542 Β1 în felul acesta, dacă temporizatorul generează o comandă de întrerupere (blocul 90), microcontrolerul 7 iese din starea inactivă și citește valoarea înregistrată de contor, cantitatea acumulată de kilowați, numărul de deconectări, întreruperi, derivații și inversiuni (blocul 100). în caz contrar, microcontrolerul 7 reintră în starea inactivă, pentru a economisi maximum de energie posibil, așteptând în acest timp primirea unei comenzi de întrerupere (blocul 80).

După ce microcontrolerul 7 efectuează funcția de citire a datelor stocate pe cartela de măsurare a consumului de energie 9 (blocul 100), acesta verifică și modifică starea releului cu privire la situația curentă a creditului de energie preachitat al utilizatorului. Pe baza informațiilor obținute la nivelul blocului 100, microcontrolerul 7 verifică dacă valoarea acestei cantități de energie preachitată este mai mare decât 0 (blocul 110), iar dacă creditul nu este mai mare decât 0, acesta verifică dacă releul 1 este deschis (blocul 120). Dacă rezultatul obținut în urma verificării stării releului 1 din blocul 120 este negativ, microcontrolerul 7 trimite o comandă către controlerul 5 al dispozitivului de întrerupere a alimentării în caz de avarie, care îndeplinește funcția de deschidere a releului 1 (blocul 130), pentru a întrerupe furnizarea de energie electrică spre contorul 18. După deschiderea releului 1 din blocul 130, microcontrolerul 7 citește informația afișată pe ecranul LCD13 al contorului 18 (blocul 160). Cu toate acestea, dacă rezultatul stabilit în blocul 120 este satisfăcător, aceasta înseamnă că releul 1 este deschis, iar microcontrolorul va Citi informațiile afișate pe ecranul contorului 18 (blocul 160).

Altfel, în cazul în care rezultatul citit în blocul 110 este mai mare decât zero, microcontroîerul verifică dacă releul 1 este închis (blocul 140). Dacă rezultatul acestei verificări a stării releului 1 din blocul 140 este negativ, atunci microcontrolerul 7 trimite o comandă către controlerul 5 dispozitivului de întrerupere a alimentării cu energie și de avertizare în caz de avarie, care va executa funcția deînchidere a releului 1 (blocul 150), pentru a permite furnizarea de energie electrică spre contorul 18. După închiderea releului 1 din blocul 150, microcontrolerul 7 citește informația afișată pe ecranul contorului 18 (blocul 160). Oricum, dacă rezultatul stabilit în blocul 140 este afirmativ, aceasta înseamnă că releul 1 este închis, iar microcontrolerul citește informația afișată pe ecranul contorului 18 (blocul 160).

Imediat după verificarea stării releului 1 în blocurile 110 și 160, după cum a fost descris mai sus, microcontrolerul 7 verifică, prin intermediul microcontrolerului modulului 10 de măsurare a energiei, dacă pe contor apare afișat ecranul (blocul 170). Dacă afișajul ce apare în blocul 170 este unul de „preplatâ, atunci microcontrolerul 7 verifică dacă generatorul de radio-frecvență este pornit (blocul 180) la nivelul elementului 8 de citire-scriere cartele inteligente fără contact, după care începe căutarea unei cartele de preplată. Dacă rezultatul obținut în blocul 180 este negativ, este generată o comandă de deschidere a frecvenței radio (blocul 190), după care microcontrolerul 7 revine la starea inactivă, pentru a economisi maximum de energie posibil, în timp ce așteaptă primirea unei comenzi de întrerupere (blocul 80) și își reia activitatea de rutină, descrisă la nivelul blocurilor 90 la 180. în cazul unui răspuns afirmativ în blocul 180, aceasta înseamnă că frecvența radio este activată și deci comanda prin radio va începe să fie emisă prin antena 14, pentru a detecta prezența unei cartele inteligente fără contact 15, aflată în apropiere (blocul 220).

Atunci când afișajul din blocul 170 corespunde mesajului kilowați, inversiuni, deconectări, derivații, microcontrolerul 7 revizuiește dacă emisia de frecvențe radio (blocul 200) este în stare activă, iar dacă aceasta nu este pornită, microcontrolerul 7 revine în stare inactivă, pentru a economisi maximum de energie posibil, în vreme ce așteaptă primirea unei comenzi de întrerupere (blocul 80) și își reia rutina descrisă în blocurile 90 la 180. Dacă rezultatul verificării privind emisia de frecvențe radio este negativ, aceasta înseamnă că emisia este

RO 123542 Β1 activată, iar microcontrolerul 7 o va Închide sau dezactiva emisia (blocul 210), după care va 1 reveni la starea inactivă, pentru a economisi maximum de energie posibil, așteptând primirea unei comenzi de întrerupere (blocul 80) și reluându-și rutina descrisă în blocurile 90 la 180. 3

După ce microcontrolerul 7 și-a îndeplinit funcțiile de citire a datelor stocate în cartela 9 de măsurare a energiei, acesta verifică și modifică starea releului 1, precum și dacă ecranul 5 LCD 13 este afișat pe dispozitivul de activare/dezactivare a emisiei de frecvențe radio, continuând cu detectarea prezenței unei cartele inteligente 15 de preplată și efectuând apoi 7 tranzacția de descărcare a cantității de energie preplătită.

După cum am menționat mai înainte, atunci când microcontrolerul 7 confirmă faptul că 9 frecvența radio este activată, acesta va emite o comandă radio prin antena 14, executând o funcție de căutare a cartelelor 15 (blocul 220), în conformitate cu standardul ISO 14443-3A. 11 După efectuarea căutării cartelelor la nivelul blocului 220, microcontrolerul 7 verifică dacă există vreo cartelă inteligentă 15 în aria lui de detecție (blocul 230). Dacă în aria de detecție de la 13 nivelul blocului 230 există o cartelă inteligentă, este executată o operație de anticoliziune (blocul 240), pentru a determina dacă în aria de detecție există mai mult decât o singură cartelă 15 inteligentă (în cazul în care există mai mult decât o singură cartelă inteligentă 15, una dintre acestea va fi dezactivată, conform standardului ISO 14443-3A). în cazul în care în aria de 17 detecție de la nivelul blocului 230, nu există nicio cartelă inteligentă 15, microcontrolerul 7 reintră în stare inactivă, pentru a economisi maximum de energie posibil, așteptând primirea 19 unei comenzi de întrerupere (blocul 80) și reluându-și rutina descrisă în blocurile 90 la 180.

Odată ce în aria respectivă a fost detectată prezența unei cartele, sistemul o selectează 21 (blocul 250) în conformitate cu protocolul de transmitere de date prin frecvențe radio (de exemplu, cel specificat în standardul ISO 14443-3A și chiar și cel specificat în standardul ISO 23 14443-4A). După selectarea cartelei în blocul 250, microcontrolerul 7 autentifică cartela pe baza semnăturii digitale de descărcare a cantității preplătite de kilowați și a seriei și numărului 25 contorului (blocul 260). După aceea, microcontrolerul verifică dacă respectiva cartelă inteligentă corespunde cu contorul (blocul 270), iar în cazul în care cartela nu corespunde cu contorul 27 respectiv, microcontrolerul 7 reintră în stare inactivă, pentru a economisi maximum de energie posibil, așteptând primirea unei comenzi de întrerupere (blocul 80) și reluându-și rutina descrisă 29 în blocurile 90 la 180. în cazul în care cartela corespunde cu contorul respectiv, microcontrolerul va efectua citirea situației creditului de energie de pe cartelă (blocul 280). în acest punct, 31 microcontrolerul 7 verifică dacă pe cartela inteligentă de preplată există un credit (blocul 290), iar dacă rezultatul acestei verificări, la nivelul blocului 290, este negativ, microcontrolerul 7 va 33 reintra în stare inactivă, pentru a economisi maximum de energie posibil, așteptând primirea unei comenzi de întrerupere (blocul 80) și reluându-și rutina descrisă în blocurile 90 la 180. 35 Dacă rezultatul verificării la nivelul blocului 290 este afirmativ, microcontrolerul va permite descărcarea creditului, de pe cartela inteligentă 15, în memoria Flash a microcontrolerului 11, 37 al cartelei 9, de măsurare a energiei, prin intermediul cartelei de control-preplată fără contact (blocul 300). S-ar putea întâmpla ca nu tot creditul achitat în avans să fie descărcat într-o 39 singură tranșă, deoarece acest credit de descărcat depinde de cantitatea stocată pe cartelă în zona variabilă Cantitatea de kilowați preplătită ce urmează să fie transferată prin descărcare. 41 imediat după descărcarea creditului în blocul 300, sistemul citește creditul rămas în contor (blocul 310) și adaugă creditul descărcat de pe cartela 15 la creditul rămas în contor (blocul 43 320). Valoarea creditului preplătit, astfel rezultată în urma operației efectuate în blocul 320, este expediată către memoria Flash a contorului (blocul 330) de microcontrolerul 11. După sau con- 45 comitent cu primirea noii valori a creditului, microcontrolerul 11 trimite către cartela inteligentă 15 (blocul 340) informațiile generate în modulul de măsurare 10 privind energia consumată de 47

RO 123542 Β1 utilizator pe parcursul duratei de operare a contorului și eventualele intervenții la nivelul contorului (de exemplu, deconectările, inversiunile, prezența unor derivații etc ). După trimiterea 3 acestor informații către cartela inteligentă 15, microcontro Ierul 7 va reintra în stare inactivă, pentru a economisi maximum de energie posibil, așteptând primirea unei comenzi de 5 întrerupere (blocul 80) și reluându-și rutina descrisă în blocurile 90 la 180.

Deși mai sus sunt descrise și ilustrate forme particulare de realizare și punere în practică a acestei invenții, este evident pentru cei ce au cunoștințe în acest domeniu că aceasta poate suporta o serie de schimbări și modificări, fără a se îndepărta însă de spiritul și obiectul acesteia. Prin urmare, prin lista de revendicări atașată, se încearcă protejarea oricăror modificări operate în zona ce ține de această invenție.

Claims (25)

1. Revendicări 1

   1. Metodă de preplată a energiei electrice, pe bază de cartelă inteligentă fără contact 3 și contor electronic, cu funcție internă de citire-scriere a cartelelor inteligente fără contact, folosind citirea datelor de identificare a acestora, stocarea unei cantități de credit în contor (18) 5 și înregistrarea datelor din contor (18) pe cartela inteligentă (15), caracterizată prin aceea că sunt parcurși următorii pași: 7

   - efectuarea schimbului de informații între contor (18) și cartela inteligentă (15) fără contact, prin intermediul undelor radio; 9

   - autentificarea cartelei inteligente (15) de preplată și a dispozitivului intern de citire-scriere pentru cartelele inteligente în formă mutuală, prin intermediul a două sau a mai 11 multor semnături digitale și a seriei și numărului contorului respectiv;

   - descărcarea și stocarea unei cantități preplătite de kilowați de pe cartela inteligentă 13 (15) de preplată în memoria contorului electronic, și

   - înregistrarea informațiilor generate despre starea contorului (18) în cartela inteligentă 15 (15) de preplată fără contact.
2. 2. Metodă de preplată a energiei electrice, conform revendicării 1, caracterizată prin 17 aceea Că etapa de realizare a schimbului de informații între Contor (18) Și cartela inteligentă (15) fără contact include și următorii pași:19

   - emiterea unei comenzi radio de la nivelul contorului (18), prin intermediul unei cartele inteligente (15) de preplată fără contact;21

   - detectarea prezenței unei cartele inteligente (15) de preplată fără contact, aflată în aria de detecție a contorului (18) de energie electrică;23

   - determinarea prezenței unui număr mai mare decât o singură cartelă inteligentă (15) de preplată fără contact în aria de detecție a contorului (18) de energie electrică, și25

   - selectarea cartelei inteligente (15) de preplată, în conformitate cu protocolul de transmitere de date prin unde radio, specificat anterior.27
3. 3. Metodă de preplată a energiei electrice, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că operația de autentificare a cartelei inteligente (15) de preplată fără contact și a 29 dispozitivului intern de citire-scriere a cartelei inteligente include și următorii pași:

   - verifică conformitatea cartelei inteligente (15) de preplată fără contact cu contorul (18) 31 de energie electrică utilizat, și

   - determină dacă respectiva cartelă inteligentă (15) de preplată fără contact are un credit 33 mai mare de zero din cantitatea de kilowați preplătită.
4. 4. Metodă de preplată a energiei electrice, conform revendicării 1 caracterizată prin 35 aceea că descărcarea cantității de kilowați preplătită de pe cartela inteligentă (15) în contor (18) poate fi parțială sau totală. 37
5. 5. Metodă de preplată a energiei electrice, conform revendicării 4, caracterizată prin aceea că descărcarea parțială sau totală a cantității de energie preplătită va fi stabilită în funcție 39 de cantitatea predeterminată înscrisă pe cartela inteligentă (15) de preplată fără contact.
6. 6. Metodă de preplată a energiei electrice, conform revendicărilor 1 și 4, caracterizată 41 prin aceea că include o fază de descărcare a cantității de energie preplătită de pe cartela inteligentă (15) în contor (18), care include și pașii următori: 43

   - citirea creditului rămas în contor (18);

   - adăugarea creditului total sau parțial descărcat de pe cartela inteligentă (15) la 45 diferența existentă înregistrată de contor (18); și

   - stocarea în contor (18) a noii valori a creditului preplătit, astfel rezultată. 47

   RO 123542 Β1
7. 7. Metodă de preplată a energiei electrice, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea câ informația care este stocată pe cartela inteligentă (15) de preplată conține date despre energia consumată de utilizator pe parcursul duratei de utilizare a contorului (18), date culese de contor, de exemplu, factorul de tensiune, calitatea liniei electrice și eventualele intervenții la nivelul contorului (18) precum eventualele deconectări, inversiuni, prezența unor derivații sau alte acțiuni similare.
8. 8. Metodă de preplată a energiei electrice, conform oricăreia dintre revendicările de mai sus, caracterizată prin aceea că elementul de citire-scriere al cartelei inteligente din interiorul contorului electronic (18) este activat în funcție de informația afișată pe ecran, pentru a permite astfel companiei furnizoare de utilități să economisească energie.
9. 9. Metodă de control automat al livrării de energie electrică, prin intermediul unui contor electronic pe bază de cartelă inteligentă de preplată fără contact, ce este prevăzut cu o funcție de întrerupere automată a furnizării de energie, folosind citirea creditului preplătit din memoria contorului electronic (18) și verificarea valorii creditului preplătit, pentru a stabili dacă acesta este mai mare decât zero, caracterizată prin aceea că include următorii pași:

   - verificarea stării dispozitivului de întrerupere automată a alimentării (1), pentru a stabili dacă acesta este închis sau deschis, și

   - generarea comenzii de închidere sau deschidere a dispozitivului de întrerupere automată (1) a livrării de energie, pe baza rezultatului operației de citire a creditului preplătit;

   - până în acest punct, atunci când creditul este mai mare decât zero, este generată o comandă care să închidă dispozitivul automat de întrerupere a furnizării de energie (1), permițând așadar livrarea de energie către contor (18), iar atunci când valoarea de bilanț este mai mică de zero, este generată o comandă care activează dispozitivul automat de întrerupere a furnizării de energie (1), livrarea către utilizator fiind astfel întreruptă.
10. 10. Metodă de control automatal livrării de energie electrică, prin intermediul unui contor electronic pe bază de cartelă inteligentă de preplată fără contract, conform revendicării 9, caracterizată prin aceea că dispozitivul automat de întrerupere a alimentării cu energie (1) este un releu.
11. 11. Metodă de obținere de informații despre utilizarea contorului electronic (18), cu funcție internă de citire-scriere a cartelei inteligente de preplată fără contact, caracterizată prin aceea că:

    - stochează informațiile generate despre starea contorului (18) în memoria contorului respectiv;

    - transmite aceste informații stocate în contor (18) către o cartelă inteligentă (15) de preplată fără contact, și

    - descărcă informațiile înregistrate pe cartela inteligentă (15), de fiecare dată când utilizatorul reîncarcă această cartelă re util izabil ă, prin achiziționarea unui credit preplătit, în baza de date de la punctul de vânzare, pentru ca acestea să poată fi ulterior analizate de către compania furnizoare de electricitate.
12. 12. Metodă de obținere de informații despre utilizarea contorului electronic cu funcție internă de citire-scriere a cartelei inteligente de preplată fără contact, conform revendicării 11, caracterizată prin aceea că informațiile obținute se referă la energia consumată de utilizator pe parcursul duratei de viață a contorului (18), la creditul alocat contorului și la eventualele intervenții lanivelul contorului (18), precum și la numărul de deconectări, întreruperi, derivații, energia acumulată în timpul derivațiilor și inversiunilor operate.
13. 13. Metodă de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de contoare electronice cu funcție internă de citire-scriere cartele inteligente fără contact și cu dispozitiv automat de întrerupere a livrării de energie (1), caracterizată prin aceea că include următorii pași:

    - citirea creditului înscris în memoria contorului electronic (18);

    - verificarea situației creditului, mai exact dacă acesta este mai mare decât zero;

    RO 123542 Β1

    - verificarea stării dispozitivului automat de întrerupere a livrării de energie (1), pentru 1 a stabili dacă acesta este închis sau deschis, și

    - generarea unei comenzi de închidere sau deschidere a dispozitivului automat de 3 întrerupere (1) a livrării pe baza rezultatelor citirii creditului preplătit, în sensul că atunci când acesta este mai mare decât zero, este generată o comandă de închidere a dispozitivului 5 automat de întrerupere (1), în așa fel încât să fie permisă livrarea de energie către contor (18), iar în cazul în care creditul este mai mic decât zero, este generată o comandă care activează 7 dispozitivul de întrerupere a livrării (1), iar livrarea de energie către utilizator este suspendată;

    - detectarea prezenței unei cartele inteligente (15) de preplată fără contact; 9

    - realizarea schimbului de informații între contor (18) și cartela inteligentă (15), prin intermediul undelor radio; 11

    - autentificarea cartelei inteligente (15) de preplată și a dispozitivului intern de citire-scriere de cartele inteligente, în formă reciprocă, pe baza a două sau a mai multor 13 semnături digitale și a seriei și numărului contorului (18);

    - descărcarea și stocarea cantității respective de energie preplătită de pe cartela 15 inteligentă (15) în memoria contorului electronic (18); și

    - înregistrarea informațiilor generate despre starea contorului (18) pe cartela inteligentă 17 (15) de preplată.
14. 14. Metodă de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de contoare 19 electronice, conform revendicării 13, caracterizată prin aceea că include o fază de schimb de informații între contor (18) și cartela inteligentă (15), care include și pașii următori:21

    - emiterea unei comenzi prin unde radio la nivelul contorului (18), prin intermediul unei cartele inteligente (15) de preplată fără contact;23

    - detectarea prezenței unei cartele inteligente (15) de preplată fără contact în aria de detecție a contorului (18) de energie electrică;25

    - determinarea prezenței unui număr mai mare decât o singură cartelă inteligentă (15) de preplată fără contact în aria de detecție a contorului (18) de energie electrică, și27

    - selectarea cartelei inteligente (15) de preplată, în funcție de protocolul de transmitere de date prin unde radio, specificat în prealabil.29
15. 15. Metoda de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de contoare electronice, conform revendicării 13, caracterizată prin aceea că operațiile de autentificare a 31 cartelei inteligente (15) de preplată și a dispozitivului intern de citire-scriere a cartelei inteligente fără contact mai include și pașii următori: 33

    - verificarea corespondenței dintre cartela inteligentă (15) de preplată fără contact și contoru I e I ectri c (18), ș i 35

    - determinarea existenței creditului pe cartela inteligentă (15) de preplată.
16. 16. Metodă de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de contoare 37 electronice, conform revendicării 13, caracterizată prin aceea că descărcarea cantității de energie preplătită de pe cartela inteligentă (15) în contorul electronic (18) poate fi parțială sau 39 totală.
17. 17. Metodă de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de contoare 41 electronice, conform revendicării 16, caracterizată prin aceea că descărcarea parțială sau totală a cantității de energie preplătită depinde de cantitatea predeterminată, înregistrată pe 43 cartela inteligentă de (15) preplată fără contact.
18. 18. Metodă de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de contoare 45 electronice, conform revendicărilor 13 și 16, caracterizată prin aceea că operația de descărcare a cantității de energie preplătită, de pe cartela inteligentă (15) de preplată în 47 contorul electronic (18), include și pașii următori:

    - citirea creditului rămas înregistrat în contor (18); 49

    RO 123542 Β1

    - adăugarea soldului parțial sau total, descărcat de pe cartela inteligentă (15) de preplată la soldul rămas în contor (18), și

    - stocarea noii valori a creditului preplătit în contor (18).
19. 19. Metodă de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de contoare electronice, conform revendicării 13, caracterizată prin aceea că informațiile stocate pe cartela inteligentă (15) de preplată fără contact includ date despre energia consumată de utilizator pe parcursul duratei de viață a contorului (18) și la intervențiile efectuate la nivelul contorului (18) precum deconectările, inversiunile, prezența derivațiilor, energia acumulată în perioada de utilizare a derivațiilor și alte acțiuni similare.
20. 20. Metodă de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de contoare electronice, conform oricăreia dintre revendicările 13 la 19, caracterizată prin aceea că, respectiv, componenta internă de citire-scriere a cartelelorinteligente fără contact, cu care este prevăzut contorul electronic (18), este activată în funcție de informația afișată pe ecran, ceea ce permite companiilor furnizoare de utilități să economisească energie.
21. 21. Sistem de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de cartelă inteligentă (15) fără contact și contor electronic (18) de tipul celor ce includ o cartelă (9) de măsurare a consumului și un modul de măsurare (10) ce înregistrează energia consumată de utilizator; un microcontroler (11) ce are rolul de a controla funcționarea modulului de măsurare (10) a energiei, prevăzut cu o memorie flash, pentru a stoca informația generată în modulul de măsurare (10) cu privire la energia consumată de utilizator pe parcursul duratei de viață a contorului (18) și la intervențiile efectuate la nivelul contorului (18); un ecran cu cristale lichide (13) pe care sunt afișate informațiile despre starea contorului (18); și o sursă independentă de alimentare (12), pentru modulul de măsurare (10) și microcontrolerul (11) sus-menționate, caracterizat prin aceea că include:

    a. o cartelă (3) de preplată, cu funcție de control și de întrerupere automată a livrării de energie, cartelă care include:

    i. un element de citire-scriere (8) ce are rolul de a detecta prezența unei cartele inteligente (15) de preplată fără contact, interpretează comenzile cartelei inteligente (15) și expediază o comandă prin unde radio;

    ii. un microcontroler (7), pentru realizarea schimbului de informații între componenta de citire-scriere a cartelelor inteligente (8) de preplată și modulul de măsurare (10) a energiei din contor (18), rolul acestui microcontroler (7) fiind de a măsura cantitatea disponibilă de energie a utilizatorului, înscrisă pe cartela (9) de măsurare a consumului;

    iii. un detector „cross zero de energie electrică (6), ce trimite o comandă către microcontroler (7) atunci când se produce o situație de avarie, pentru a preîntâmpina pierderea de informații pe durata întreruperii furnizării de energie;

    iv. un controler (5) al dispozitivului de întrerupere automată a livrării de energie (1), cu rolul de a închide sau deschide dispozitivul atunci când microcontrolerul (7) cere acest lucru, prin intermediul unei comenzi de închidere sau deschidere;

    v. o sursă de alimentare (4) a cartelei (3) de control al achiziției prin preplată, sursă de energie care operează atunci când în sistem este livrată energie și continuă să lucreze timp de cel mult o secundă, în cazul unei avarii ce provoacă întreruperea furnizării de energie, timp suficient pentru a asigura o rezervă de informații privitoare la orice tranzacție de energie efectuată.

    b. un dispozitiv de întrerupere (1) a furnizării de energie, și

    c. un element de transmitere/recepție a comenzilor.

    RO 123542 Β1
22. 22. Sistem de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de cartelă 1 inteligentă fără contact și contor electronic, conform revendicării 21, caracterizat prin aceea că elementul de citire-scriere a cartelelor (8) fără contact include, de asemenea, și un modul 3 de criptare/decriptare ce are rolul de a verifica și valida autenticitatea cartelei (3) de preplată, codificând datele transferate și verificând valabilitatea informațiilor înregistrate în memoria 5 microcontrolerului (11) sau a circuitului integrat, destinat cartelelor de preplată, înainte de a efectua descărcarea de pe cartelă. 7
23. 23. Sistem de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de cartelă inteligentă fără contact și contor electronic, conform revendicării 22, caracterizat prin aceea 9 că informația verificată și validată de elementul de citire-scriere (8) poate consta din seria și numărul contorului (18), numărul de contract, data la care a fost efectuată ultima încărcare a 11 cartelei (15), cheile de siguranță, datele referitoare la cantitatea de kilowați și/sau cantitatea de kilowați preplătită ce urmează să fie transferată către contor (18) prin descărcare. 13
24. 24. Sistem de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de cartelă inteligentă fără contact și contor electronic, conform revendicării 21, caracterizat prin aceea 15 că datele referitoare la cantitatea de energie preplătită, descărcată de pe cartela (15) de control preplată fără contact, sunt stocate în memoria flash a microcontrolerului (11) modulului de 17 măsurare (9).
25. 25. Sistem de preplată și control al livrării de energie electrică, pe bază de cartelă 19 inteligentă fără contact și contor electronic, conform revendicării 21, caracterizat prin aceea că ecranul cu cristale lichide (13) al contorului (18) afișează informațiile despre cantitatea de 21 energie disponibilă, plătită în avans de utilizator, precum și când poate fi aceasta descărcată de pe cartela inteligentă (15) de preplată, incluzând totodată informații speciale, prin care i se 23 indică utilizatorului să plaseze cartela (15) lângă contor (18), pentru a începe descărcarea cantității de energie plătită în avans. 25