專利名稱：一種智能電能表集中充值終端的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力設備與計算機結合技術領域，特別是涉及一種智能電能表集中充值終端。
背景技術：
目前對智能電表進行充值有兩種方式，一種是通過購電卡插入智能表中進行充值，另一種是通過通訊進行遠程充值。前者通過購電卡插入的智能電表叫本地費控電表，安全可靠，但是如果電表安裝在暗處和不變操作的地方，尤其是在現代都市，在高層建筑，電表都安裝在強電機井里，用戶要對電表進行充值操作非常困難；后者遠程充值主要針對遠程充值的智能電表，電力公司后臺數據通過GPRS發送到集中器，集中器再通過低壓電力載波將數據傳輸到采集器，最后采集器通過RS485傳輸到被操作的智能電表中，這種方式由于傳輸的路徑復雜，一旦某節點出現問題將會影響很多用戶電表的充值管理操作，同時低壓電力載波的可靠性和一次傳輸的成功率比較低，會造成用戶的電表不能及時充值恢復供電，給用戶帶來用電麻煩。為了用戶能夠方便、可靠安全地向自己的電能表充值和及時了解自己的用電信息，我們集合上面兩種方式的優特點，設計了智能電能表集中充值終端包括控制智能電能表充值終端的程序模塊。智能電能表集中充值終端通過RS485直接與多只智能電表相連接，減少中間傳輸環節，大大降低了傳輸故障問題，提高了通訊的可靠性；就近安裝在小區或者單元門口，解決了用戶對智能電表充值操作不方便的問題；對連接的智能電表進行刷卡充值，同時智能電能表集中充值終端也能及時提醒用戶購電充值，避免欠費停電，用戶也可以隨時通過按鍵或者插卡進行用電信息查詢。經文獻檢索發現，專利申請號為20101(^83843. 9的文件公開了 “一種電力設備控制方法、裝置及其相關系統”其目的在于用于同時修改多種類型的電力設備的配置。包括獲取用戶所選擇的智能電力設備類型；根據所述智能電力設備類型確定對應的設備配置模板；根據所述設備配置模板生成第一配置文件；向用戶提供所述生成的第一配置文件，并獲取用戶修改后的第二配置文件；根據所述第二配置文件調用通信協議組件，通過所述第二配置文件對應的通信接口組件與對應的智能電力設備建立網絡連接，并向所述智能電力設備發送所述第二配置文件。但是，本新型的目的、技術方案及其特征與上述申請是有所不同的。
實用新型內容本實用新型的目的在于設計一種智能電能表集中充值終端，以期減少中間傳輸環節，降低傳輸故障，提高通訊的可靠性；克服本地費控電表與進行遠程充值的不足，解決用戶對智能電表充值操作不方便的問題。本實用新型的目的是這樣實現的一種智能電能表集中充值終端，包括CPU、與 CPU對應端口相連的IXD顯示器接口電路、按鍵電路、蜂鳴器接口電路、存儲器電路、以及為各電路供電的電源電路，還包括IC卡接口電路、ESAM模塊電路和兩組RS485通訊模塊接口電路；IC卡接口電路通過ICREST、ICIO數據腳、復位腳與CPU連接，ESAM模塊電路通過數據復位腳SAMI0、SAMRST與CPU直接連接；兩組RS485通訊模塊接口電路分別與CPU的兩組異步串行通信口相連接，CPU通過這兩組異步串行通信口分別實現與智能電能表和采集器的通信。IC卡接口電路完成與用戶卡接口通訊，并將數據信息送入CPU ；ESAM模塊電路完成數據交換和復位操作，加密、解密和運算各種安全認證操作。還包括一復位控制電路，所述復位控制電路采用電源檢測芯片IMP809R，且與CPU 的MCLR引腳相連，當檢測到電源電壓低于2. 63V時進行控制CPU復位。所述的智能電能表集中充值終端，其特征在于RS485通訊模塊接口電路包括RS485接口芯片，且在RS485接口芯片和CPU上對應的異步串行通信口間設有光耦。上述CPU 的芯片采用 PIC18F6621 或 PIC18F6627。上述RS485接口芯片采用MAX1487。上述在與智能電能表通信的一組RS485通訊模塊接口電路中，RS485接口芯片的A 端、B端各串聯一熱敏電阻，在A端、B端間設有雙向瞬態二極管。上述按鍵電路包括三個按鍵，分別實現IXD顯示器接口電路的上翻屏顯示、下翻屏顯示、數字輸入及充值確認。上述聲音接口電路包括一有源蜂鳴器，該有源蜂鳴器與CPU的一個IO 口相連，且在蜂鳴器和CPU間還設有一個三極管。與現有技術相比，本實用新型的優點與有益效果在于1、設計有IC卡接口電路、ESAM模塊電路，IC卡接口電路完成與用戶卡接口通訊， 用戶只需簡單的插卡操作，即可將卡內信息送入CPU進行操作；ESAM模塊電路完成數據交換和復位操作，加密、解密和運算各種安全認證操作，各種安全運算在ESAM模塊電路中進行，與CPU程序沒有任何關系，保證了系統數據的安全性。2、設計有兩組RS485通訊模塊接口電路，分別實現與智能電能表和采集器的通信，減少中間傳輸環節，大大降低了傳輸故障問題，提高了通訊的可靠性。通過RS485通訊模塊接口電路與智能電能表連接，向上通過RS485通訊模塊接口電路與采集器連接；能夠有效實時監聽采集器與電能表之間的通訊數據，安全地將采集器與智能電能表的數據進行轉發，保證系統正常通訊，RS485通訊模塊接口電路與CPU間通過光耦進行電氣隔離，運行穩定，CPU能實時讀取智能電能表數據并通過LCD顯示器接口電路顯不。3、通過讀取用戶插入用戶卡，將卡中充值電費金額準確、安全地充入用戶自己的智能電能表中；就近安裝在小區或者單元門口，解決了用戶對智能電能表充值操作不方便的問題；對連接的智能電能表進行刷卡充值，用戶也可以隨時通過按鍵或者插卡進行用電信息查詢，操作方便簡單，安全可靠。
圖1為本實用新型的硬件原理結構框圖示意圖。圖2為本實用新型的安裝連接拓撲結構圖示意圖。圖3為本實用新型實施例的CPU電路圖。[0021]圖4為本實用新型實施例的復位控制電路圖。圖5為本實用新型實施例的IXD顯示器接口電路圖。圖6為本實用新型實施例的LCD電源轉換電路圖。圖7為本實用新型施例的按鍵接口電路圖。圖8為本實用新型實施例的蜂鳴器接口電路圖。圖9為本實用新型實施例的RS485通訊模塊接口電路。圖10本實用新型實施例的ESAM模塊電路及電源電路。
具體實施方式
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。參見圖1至圖10，本實用新型包括CPU、與CPU對應端口相連的IXD顯示器接口電路、按鍵電路、聲音接口電路、存儲器電路、以及為各電路供電的電源電路，還包括IC卡接口電路、ESAM模塊電路和兩組RS485通訊模塊接口電路，IC卡接口電路完成與用戶卡接口通訊，并將數據信息送入CPU，ESAM模塊電路完成數據交換和復位操作，加密、解密和運算各種安全認證操作，兩組RS485通訊模塊接口電路分別與CPU的兩組異步串行通信口相連， CPU通過這兩組異步串行通信口分別實現與智能電能表和采集器的通信，本實用新型與智能電能表和采集器連接(參見圖2)。CPU是系統工作的核心，選用高速運行的單片機，抗干擾能力好，程序空間容量大于64Kbytes，便于C編程，接口豐富便于功能擴展，在本實施例中，CPU的芯片采用PIC18F6621，也可以采用PIC18F6627。如圖3所示，CPU工作頻率選擇11. 0592MHz，對IXD顯示器接口電路提供并口輸出，使用CPU的的RD(TRD7 口，同時提供顯示的控制和忙判斷信號引腳，完成顯示送數的邏輯控制；對ESAM模塊電路和IC卡接口電路提供數據線、復位控制線電源控制線和時鐘控制線，保證滿足CPU能與ESAM模塊電路和IC卡接口電路間滿足IS07816的物理連接標準；兩路獨立的USART接口，通過RS485隔離轉換，分別與智能電表通訊和遠程采集器通訊使用； CPU與蜂鳴器連接為一根控制線，由于采用有源蜂鳴器，因此CPU就給出電平控制聲音。數據存儲我們采用CPU內部的E2存儲空間。IC卡接口/ESAM電路IC卡接口完成與用戶卡接口通訊，由于我們采用的智能卡， 因此設計要滿足IS07816相關要求，同時設有抗攻擊保護電路，ESAM模塊的接口與IC卡接口是一致的。參見圖10，ESAM塊接口電路，其中ESAM模塊的數據復位腳SAMI0、SAMRST與 CPU直接連接，完成數據交換和復位操作；MCUCLK為ESAM或者CPU卡工作的時鐘，頻率為 4MHz。ESAM模塊完成加密、解密和運算各種安全認證操作，保存在里面的密鑰是無法讀出， 只能獲得運算的結果，同時也具有保存數據的功能。參見圖4，本實用新型還包括一復位控制電路，所述復位控制電路采用電源檢測芯片IMP809R，且與CPU的MCLR引腳相連，當檢測到電源電壓低于2. 63V時進行控制CPU復位；保證CPU正常啟動工作。參見圖5，按鍵電路包括設計三個按鍵，為KEY1、KEY2、KEY3,分別實現IXD顯示器接口電路的上翻屏顯示、下翻屏顯示、數字輸入及充值確認；參見圖6，聲音接口電路包括一有源蜂鳴器，該有源蜂鳴器與CPU的一個IO 口相連，且在蜂鳴器和CPU間還設有一個三極管Ql ；由于采用有源蜂鳴器，因此CPU只用給出電平便能控制聲音，當與蜂鳴器相連的IO 口為高電平時蜂鳴器不響，為低電平時蜂鳴器發出
聲音；參見圖7，RS485通訊模塊接口電路包括RS485接口芯片，且在RS485接口芯片和 CPU上對應的異步串行通信口間設計有光耦；所述RS485接口芯片采用MAX1487，在與智能電能表通信的一組RS485通訊模塊接口電路中，RS485接口芯片的A端、B端各串聯一熱敏電阻，分別為R46、R47，在A端、B端間設有雙向瞬態二極管D8 ；雙向瞬態二極管D8和電阻 R46、R47間組成保護電路，防止接口過壓和靜電沖擊損傷RS485接口芯片。系統工作電源設計有通訊工作電源DC12V和DC5V，主系統工作電源DC5V和顯示工作電源DC3.3V。其中通訊工作電源為隔離輸出。參見圖10。在電源輸入端我們設計了防雷電路。通過壓敏電阻，防止浪涌電流進入系統，破壞系統穩定工作。本實用新型工作進程是智能充值終端正常空閑時循環顯示每個用戶的電能信息，也可通過按鍵進行快速翻屏查詢顯示，當智能充值終端檢測到有用戶電表需要提示充值時，顯示將進入提示顯示界面，直到沒有用戶被提示時再進入正常空閑循環顯示。用戶插入購電卡智能充值終端在判斷卡滿足合法性要求后進入用戶卡查詢界面，如果按“充值” 鍵，智能集中充值終端將用戶購電卡中的充值金額、充值次數按照相關安全操作流程通過 RS485向智能電表傳輸，智能電表在接收到數據并判斷合法后，并將充值結果返回智能集中充值終端，最后智能集中充值終端顯示充值結果，充值成功將顯示本次充值金額，電表累加總金額，充值不成功將顯示充值失敗，同時蜂鳴器聲音提示充值失敗。
權利要求1.一種智能電能表集中充值終端，包括CPU、與CPU對應端口相連的IXD顯示器接口電路、按鍵電路、聲音接口電路、存儲器電路、以及為各電路供電的電源電路，其特征是還包括IC卡接口電路、ESAM模塊電路和兩組RS485通訊模塊接口電路；所述IC卡接口電路通過ICREST、ICIO數據腳、復位腳與CPU連接，ESAM模塊電路通過數據腳、復位腳SAMI0、 SAMRST與CPU直接連接；所述兩組RS485通訊模塊接口電路分別與CPU的兩組異步串行通信口相連接，CPU通過這兩組異步串行通信口分別實現與智能電能表和采集器的通信。
2.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特征是還包括一復位控制電路，所述復位控制電路采用電源檢測芯片IMP809R，且與CPU的MCLR引腳相連，當檢測到電源電壓低于2. 63V時進行控制CPU復位。
3.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特征是RS485通訊模塊接口電路包括RS485接口芯片，且在RS485接口芯片和CPU上對應的異步串行通信口間設有光耦。
4.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特征是所述CPU的芯片采用 PIC18F6621 或 PIC18F6627。
5.根據權利要求4所述的智能電能表集中充值終端，其特征是所述RS485接口芯片采用 MAX1487。
6.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特征是所述在與智能電能表通信的一組RS485通訊模塊接口電路中，RS485接口芯片的A端、B端各串聯一熱敏電阻，在 A端、B端間設有雙向瞬態二極管。
7.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特征是所述按鍵電路包括三個按鍵，分別實現IXD顯示器接口電路的上翻屏顯示、下翻屏顯示、數字輸入及充值確認。
8.根據權利要求1所述的智能電能表集中充值終端，其特征是所述聲音接口電路包括一有源蜂鳴器，該有源蜂鳴器與CPU的一個IO 口相連，且在蜂鳴器和CPU間還設有一個三極管。
專利摘要一種智能電能表集中充值終端，涉及電力設備與計算機結合技術領域。本實用新型有IC卡接口電路、ESAM模塊電路和兩組通訊模塊接口電路；IC卡接口電路通過ICREST、ICIO數據腳、復位腳與CPU連接，ESAM模塊電路通過數據腳、復位腳SAMIO、SAMRST與CPU連接，兩組通訊模塊接口電路分別與CPU連接，實現了與智能電能表和采集器的通信，能夠實時監聽采集器與電能表之間的通訊數據并對數據進行轉發，保證系統正常通訊；IC卡接口電路完成與用戶卡接口通訊，ESAM模塊電路完成數據交換和復位操作，加密、解密和運算各種安全認證操作。本實用新型操作方便簡單，安全可靠。
文檔編號G07F15/06GK201965694SQ20112001673
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月19日 優先權日2011年1月19日
發明者劉鹍, 唐勇, 張嘉岷, 殷善鋒, 王姝, 白泰 申請人:四川電力科學研究院