[實用新型]單相智能卡電能表

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01261220.0
• 申請日: 2001-08-18
• 公開（公告）號: CN2496029Y
• 公開（公告）日: 2002-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董興新;陳魯冰;王仁濤;徐廣平;單寶軍;曹茂興
• 申請（專利權(quán)）人: 濰坊五洲鼎嘉維高科技有限公司
• 主分類號: G01R11/56
• 分類號: G01R11/56
• 代理公司: 濰坊眾智專利事務(wù)所
• 代理人: 杜希現(xiàn)

????????????????????技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及單相預(yù)付費(fèi)集成電路卡電能表。

????????????????????背景技術(shù)

傳統(tǒng)使用的老式電能表，只能依據(jù)用戶的用電量，由用戶向供電管理部門繳費(fèi)，也就是先用電后繳費(fèi)，其弊端是：1、易造成電費(fèi)的欠繳或滯繳；2、當(dāng)用戶因未繳電費(fèi)需停止供電時，不能自動斷電。近幾年，市場上陸續(xù)推出了單相預(yù)付費(fèi)電能表，其電路結(jié)構(gòu)包括計量部分、控制單元、顯示部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、集成電路卡以及上述電路的供電電源，其中的集成電路卡多為存儲卡、也有少數(shù)的邏輯加密卡，前者的不足是不能保密，后者的不足是保密程度低，密碼是由生產(chǎn)廠家掌握，而供電管理部門卻不掌握。

????????????????????發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種保密程度高、密碼由供電管理部門掌握的單相智能卡電能表。

這種單相智能卡電能表，包括采樣電路、計量電路、控制電路、顯示電路、通斷電執(zhí)行電路、卡座、與卡座相對應(yīng)的集成電路卡以及上述各電路的直流供電電路，計量電路包括計量芯片，該計量芯片的電流采樣輸入端與交流供電線路火線端之間接有電流采樣電路、電壓采樣輸入端與零線之間接有電壓采樣電路，電流采樣電路和電壓采樣電路構(gòu)成采樣電路，計量芯片的低頻輸出端有兩路輸出，其中一路接步進(jìn)計數(shù)器，另一路經(jīng)光電耦合器隔離后去控制電路；控制電路包括單片機(jī)和復(fù)位芯片以及二者的外圍電路，其中單片機(jī)的計數(shù)輸入端與計量芯片的第二路低頻輸出連接；顯示電路包括由單片機(jī)的P0口和P1口控制的數(shù)碼顯示管；通斷電執(zhí)行電路包括由單片機(jī)的P4口控制的磁保繼電器控制電路和與該電路連接的磁保繼電器，磁保繼電器的控制觸點(diǎn)串接在交流供電線路的火線上；其電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是控制電路中還包括與單片機(jī)的P4口連接的安全控制模塊SAM，集成電路卡為CPU卡，安全控制模塊SAM和CPU卡的內(nèi)部掩膜有操作系統(tǒng)TIMECOS2.0，并采用DES加密方法，出廠后通過修改主密鑰卡將安全控制模塊SAM中由生產(chǎn)廠家掌握的通用密鑰修改為由供電管理部門掌握的密鑰，單片機(jī)通過P4口來讀取安全控制模塊SAM的內(nèi)容和完成密鑰認(rèn)證，卡座上有一對常閉觸點(diǎn)，當(dāng)CPU卡插入時，該對常閉觸點(diǎn)斷開，由單片機(jī)的P3口產(chǎn)生中斷、P4口讀取CPU卡中的內(nèi)容，為集成電路卡提供電源的KD端由單片機(jī)和一三極管控制。

為保證時鐘信號的一致性，在單片機(jī)的時鐘信號端接有一反向器，該反向器的輸出端有兩路輸出，其中一路輸出與安全控制模塊SAM的時鐘信號端連接，另一路輸出再經(jīng)一反向器后接CPU卡的時鐘信號端。

上述的直流供電電路，包括產(chǎn)生對數(shù)字地的+13V、+12V、+5V電路和產(chǎn)生對模擬地的+5V電路。

使用時，先將這種單相智能卡電能表接在用戶的供電線路的火線與零線之間，將用戶購好電的CPU卡插入卡座內(nèi)，就可將預(yù)先購好的電量寫入安全控制模塊SAM內(nèi)，拔出CPU卡，就可以用電，之后，當(dāng)再插入CPU卡時，數(shù)碼管會顯示剩余電量。當(dāng)剩余的電量減少到報警電量時，通過數(shù)碼管常閃和斷電一次，提示用戶購電。

這種單相智能卡電能表，不但能準(zhǔn)確計量用戶的用電量，實現(xiàn)預(yù)付費(fèi)，避免了欠繳電費(fèi)的現(xiàn)象發(fā)生，而且由于采用了CPU卡和安全控制模塊SAM，可以采用復(fù)雜的加密算法，密碼由供電管理部門掌握，只有用戶CPU卡中的密鑰與安全控制模塊SAM中的密鑰經(jīng)單片機(jī)認(rèn)證后，電量才能從CPU卡中寫入單片機(jī)內(nèi)，因此保密程度高，數(shù)據(jù)安全可靠。

????????????????????附圖說明

附圖示出了單相智能卡電能表的實施例，其中，圖1是單相智能卡電能表的電路結(jié)構(gòu)方框圖，圖2是其中的采樣電路和計量電路的電原理圖，圖3是通斷電執(zhí)行電路的電原理圖，圖4是控制電路、卡座及顯示電路的電原理圖，圖5是直流供電電路的電原理圖。

????????????????????具體實施方式

參照上述的附圖，單相智能卡電能表包括采樣電路1、計量電路2、控制電路3、顯示電路4、通斷電執(zhí)行電路5、卡座6、與卡座6相對應(yīng)的集成電路卡7以及上述各電路的直流供電電路8，采樣電路1由電流采樣電路和電壓采樣電路構(gòu)成，計量電路2包括計量芯片AD7755，電流采樣電路中的錳銅電阻RF對電流進(jìn)行采樣后，經(jīng)電阻R41、R42進(jìn)入該計量芯片AD7755的電壓采樣輸入端V1n?V1p，作為電流采樣輸入，RF串聯(lián)在交流供電線路的火線上，接在零線上的電壓采樣電路是一分壓器，由電阻R25----R36和R37構(gòu)成，分壓后進(jìn)入AD7755的V2p，作為電壓采樣輸入，AD7755內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)數(shù)字乘法器得到功率，功率經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換后，由F1、F2腳輸出低頻，直接驅(qū)動步進(jìn)計數(shù)器M，顯示總用電量，F(xiàn)1腳的信號還經(jīng)光電耦合器IC2隔離后，去單片機(jī)P30腳計數(shù)，高頻輸出CF腳經(jīng)光電耦合器IC1隔離后接到表尾端子6、7腳，作為測表信號。控制電路3包括單片機(jī)μPD78F9026、復(fù)位芯片MAX708、安全控制模塊SAM及它們的外圍電路，該單片機(jī)通過SSDA、SRST來讀取安全控制模塊SAM的內(nèi)容和完成密鑰認(rèn)證，為了時鐘信號的一致性，單片機(jī)的時鐘信號經(jīng)反向器IC1E反向后作為安全控制模塊SAM的時鐘信號，再經(jīng)反向器IC1D再次反向后作為集成電路卡7的時鐘信號，復(fù)位芯片MAX708及外圍電路完成以下功能：對單片機(jī)的上電復(fù)位、掉電檢測、與單片機(jī)中斷結(jié)合完成掉電時保存數(shù)椐。顯示電路4通過四位數(shù)碼管顯示剩余電量，最大顯示電量為9999千瓦時，通過單片機(jī)的P10到P13口控制顯示的位，三極管T1、T2、T3、T4的作用是增加驅(qū)動能力，由單片機(jī)的P0口輸出需要顯示的數(shù)字。卡座6與集成電路卡7配套使用，集成電路卡7為CPU卡，卡座6上有一對常閉觸點(diǎn)，無卡插入時使CH5和CH10接通，當(dāng)CPU卡插入時，CH5與CH10斷開，因為在卡座內(nèi)觸點(diǎn)CH10與CH9連在一起，所以CK即單片機(jī)的P32口由低電位變?yōu)楦唠娢唬a(chǎn)生中斷，由KD為CPU卡提供電源，由KRST、KCLK和KSDA讀取CPU卡中的內(nèi)容，為集成電路卡提供電源的KD端由單片機(jī)和三極管T5控制，如果插入的卡為非法卡，能迅速關(guān)斷集成電路卡的供電電源，從而保護(hù)電能表電路。通斷電執(zhí)行電路5包括由單片機(jī)的P47口和P46口即A1和B1控制的磁保繼電器控制電路和與該電路連接的磁保繼電器，磁保繼電器的控制觸點(diǎn)串接在交流供電線路的火線上，磁保繼電器控制電路包括三極管T106、T107、T108、T109、T110、T111，當(dāng)A1高電平、B1低電平時，磁保繼電器的線圈繞組JA中有電流通過，控制觸點(diǎn)吸合，接通交流供電電源，當(dāng)A1低電平、B1高電平時，控制觸點(diǎn)斷開，停止供電。直流供電電路8有四組輸出，第一組由變壓器TR的初級線圈抽頭經(jīng)二極管D201整流、濾波電容C210、C207濾波、穩(wěn)壓管D205穩(wěn)壓后，得到對模擬地GND1的+5V電壓；變壓器TR次級線圈兩端的交流電壓，經(jīng)橋式整流器B整流、電容C202濾波后，得到對數(shù)字地的+13V電壓，為第二組輸出VA；VA再經(jīng)二極管D203、電容C204，得到對數(shù)字地的+12V電壓，為第三組輸出VB；VB又經(jīng)二極管D204、電容C205、三端集成穩(wěn)壓器IC201、電容C206，得到對數(shù)字地的+5V電壓，為第四組輸出。