专利名称：一种单相远程费控智能电表的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电能计量与信息采集技术领域，具体是一种远程费用控制的单相 智能电表。
背景技术：
目前，现有电能表产品中，在电能计量方便仅提供有功电能计量，没有提供电流、 电压等电能参数，无法满足智能电网建设的需求；每到电费结算日，工作人员就要上门查 表、计算费用、收费、非常繁琐，且耗费大量的人力、物理；或者只能采用本地IC卡预付费功 能，无法提供多样的费控功能，例如远程费用控制功能；在数据安全方面，大多采用安全性 较差的普通逻辑加密算法或者DES加密算法，无法满足电力部门技术规范建议采用的某种 算法；在通讯规约上，只能满足DL/T645-1997通讯规约，无法满足国家新的用电政策；不具 备防窃电功能，无法满足供电公司对防窃电的要求。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术的缺陷，设计了一种支持远程费用 控制、防窃电的电表。本实用新型是这样实现的一种单相远程费控智能电表，包括单片机、通信芯片、时钟芯片、电源芯片、电压 /电流互感器、计量芯片、嵌入式安全控制�？�、负荷开关和显示器，其中计量芯片差分 电压/电流输入管脚连接所述电压/电流互感器的输出端；电源芯片电源输出端连接所 述电能计量芯片的电压输入端；单片机该单片机分别与通信芯片、时钟芯片、电源芯片、 计量芯片、嵌入式安全控制�？�、负荷开关和显示器连接。本实用新型的一种优选方案所述通信芯片为红外通信和远程通信。本实用新型的另一种优选方案所述计量芯片与电流采样电路和电压采样电路连 接。本实用新型的又一种优选方案所述负荷开关设有两种模式，内置磁保持继电器 模式和外置空气开关模式。本实用新型的再一优选方案所述单片机内置存储器。本实用新型的再一优选方案所述嵌入式安全控制�？椴捎肧Ml加密算法。本实用新型的再一优选方案所述通信芯片与抄收终端通信采用DL/T645-2007 通信规约。本实用新型的再一优选方案所述电压采样电路采用分压电阻方式，所述电流采 样电路采用锰铜分流器方式。本实用新型的再一优选方案所述磁保持继电器为60A或80A。本实用新型的优点1、电能计量可以提供有功电能计量，同时提供电流、电压等电能参数；[0016]2、数据安全采用SMl (即SCB2)算法，提高数据的安全性，也符合电力部门的安全 要求；3、通讯规约采用最新DL/T645-2007通讯规约，适合电力公司近期需求；4、预付费采用远程通讯实现预付费功能，方便了公司对费控功能的需求；5、防窃电具备防窃电功能，满足供电公司对防窃电的要求。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型远程付费逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图1和2对本实用新型做进一步描述一种基于远程智能费用控制的单相费控智能电表，包括单片机(简称MCU， PIC18F67J11型号)、通信芯片、时钟芯片(RTC8025T型号)、电源芯片、电压/电流互感 器、计量芯片(RN8209型号)、嵌入式安全控制模块(简称ESAM，CEPESAM型号)、负荷开关 (HFE19-90型号)和LCD驱动(BR2836型号)，其中(1)计量芯片计量芯片测量电压和电流，并计算有功、视在功率、功率因数和电 压、电流的有效值；差分电压/电流输入管脚连接电压、电流采样电路，电压采样电路采用 分压电阻方式，电流采样电路采用锰铜分流器方式。(2)电源芯片电源输出端连接电能计 量芯片的电压输入端。(3)单片机MCU内置128K的FLASH程序存储器，8K的RAM数据存储 区，并与外置存储器24LC64通过I/O 口按照I2C协议进行连接，24LC64为非易失性存储器， 存储智能电表的各种数据信息；MCU通过I/O 口实现外围设备的控制；MCU通过I/O 口与IXD 驱动芯片、时钟芯片、负荷开关、存储器、ESAM连接；通过I/O 口按照SPI协议与计量芯片连 接。(4)通信芯片有两种通信方式，红外通信(HS0038B)和RS485远程通信(MAX3085)； RS485接口实现智能电表远程数据读取、参数设置等功能；通信芯片与抄收终端通信采用 DL/T645-2007通信规约。(5)负荷开关用于配合费控功能进行用户负荷控制；设有两种模 式内置磁保持继电器模式和外置空气开关模式，磁保持继电器按照负荷容量分为60A或 80Ao (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SMl)加密 算法。(7)时钟芯片具备硬件温补功能的时钟芯片，为智能电表提供准确的时钟。(8)电流 互感器将很大的一次电流转变为小电流；为测量装置和继电保护的线圈提供电流；对一 次设备和二次设备进行隔离。(9)LCD显示�？橄允拘畔⒓笆荩渚哂泄牡�、寿命长、 显示方式灵活等优点。单相远程费控智能电表电源采用两路5V电源来分别给计量电路、MCU、RS485通讯 电路供电，RS485通信芯片和MCU之间的通信采用光耦进行隔离，可提升整个电能表的抗干 扰能力。通过电流、电压采样电路，计量芯片采集电流、电压数值，经过积分运算得出电压 有效值、电流、有功、功率等参数，并把参数存放在指定的计量芯片内寄存器里，在接到MCU 读取指令时通过SPI接口送出；MCU经过SPI接口定时读取计量芯片电能计量参数，并进行 运算、存储、液晶显示。其中乘法器输出瞬时功率通过数字低通滤波器进行积分处理进入“数字/频率”转换器，经过分频电路输出的脉冲经过隔离后送入费率单元进行处理，记录 总电量及各费率电量，电表通过NEC2501输出脉宽为80ms的无源脉冲，作为精度校准应用。 电表采用液晶显示，先由MCU把现实内容送给液晶驱动芯片BR2836，再由液晶驱动芯片驱 动液晶进行显示；电表MCU采用了 MICROSOFT公司的PIC18F67J11，具备128K的程序存储 区、8K的RAM存储区、2个UART接口 ；电表采用带硬件温补功能的时钟芯片RTC8025T，MCU 通过I2C接口读取时钟信息、对时钟进行校时。智能电表采用了 24LC64存储芯片作为数据存储，MCU通过I2C接口进行数据存储、 读取。该存储芯片主要用于存储计算出来的电压、电流、有功等实时值以及每个时段的有功 电能值，还有掉电时间记录、电压电流越上下 限报警记录和历史记录等等。智能电表具备红外、RS485两种通信方式，红外通信通过手持设备解决智能电表本 地的参数设置、数据读取等功能；MAX3085为RS485接口芯片，主要作为远程通信手段，实现 智能电表的远程参数设置、数据读取、远程费控等功能。在通信时，由MCU来判断使用哪个 方式通信。数据安全主要采用ESAM�？榻校珽SAM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�？槿现げ拍� 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 H1^ ο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�？橹饕峭ü缌骰ジ衅鞑杉阆叩缌鳎ü砑扑惴⑾钟没в玫缫斐MI算法是国家密码管理部门审批的SMl分组密码算法，分组长度和密钥长度都 为128比特，算法安全保密强度及相关软硬件实现性能与AES相当，该算法不公开，仅以IP 核的形式存在于芯片中。采用该算法已经研制了系列芯片、智能IC卡、智能密码钥匙、加密 卡、加密机等安全产品，广泛应用于电子政务、电子商务及国民经济的各个应用领域(包括 国家政务通、警务通等重要领域)。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限 制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新 型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求一种单相远程费控智能电表，其特征在于，包括单片机、通信芯片、时钟芯片、电源芯片、电压/电流互感器、计量芯片、嵌入式安全控制�？椤⒏汉煽睾拖允酒鳎渲屑屏啃酒罘值缪�/电流输入管脚连接所述电压/电流互感器的输出端；电源芯片电源输出端连接所述电能计量芯片的电压输入端；单片机该单片机分别与通信芯片、时钟芯片、电源芯片、计量芯片、嵌入式安全控制模块、负荷开关和显示器连接。
2.根据权利要求1所述的电表，其特征在于所述通信芯片为红外通信和远程通信。
3.根据权利要求1所述的电表，其特征在于所述计量芯片与电流采样电路和电压采 样电路连接。
4.根据权利要求1所述的电表，其特征在于所述负荷开关设有两种模式，内置磁保持 继电器模式和外置空气开关模式。
5.根据权利要求1所述的电表，其特征在于所述单片机内置存储器。
6.根据权利要求1所述的电表，其特征在于所述嵌入式安全控制�？椴捎肧Ml加密算法。
7.根据权利要求1所述的电表，其特征在于所述通信芯片与抄收终端通信采用DL/ T645-2007通信规约。
8.根据权利要求3所述的电表，其特征在于所述电压采样电路采用分压电阻方式，所 述电流采样电路采用锰铜分流器方式。
9.根据权利要求4所述的电表，其特征在于所述磁保持继电器为60A或80A。
专利摘要一种单相远程费控智能电表，包括单片机、通信芯片、时钟芯片、电源芯片、电压/电流互感器、计量芯片、嵌入式安全控制�？�、负荷开关和显示器，其中计量芯片差分电压/电流输入管脚连接所述电压/电流互感器的输出端；电源芯片电源输出端连接所述电能计量芯片的电压输入端；单片机该单片机分别与通信芯片、时钟芯片、电源芯片、计量芯片、嵌入式安全控制模块、负荷开关和显示器连接。本实用新型采用远程通讯实现预付费功能，方便了公司对费控功能的需求；具备防窃电功能；数据安全采用SM1算法，提高数据的安全性。
文档编号G01R11/24GK201569701SQ200920350669
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者左高, 庞腊成, 张东忱, 王月欣, 陈晨, 马宗超 申请人:中国电力科学研究院
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