专利名称：阶梯预付费电能表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电能表，特别涉及一种阶梯预付费电能表。
背景技术：
预付费售电系统，是为了解决由于用电户数量大而造成抄表、收费工作艰 巨以及用户拖欠电费现象而发明的。现有的预付费售电系统大多是通过接触卡
(存储卡、逻辑加密卡、CPU卡)作为传输J;某介实现付费功能(还有少数是通过
非接触卡(射频卡等)来实现)。这种方式大大地降低了抄表、收费工作的强度。
随着全球的能源需求越来越紧张，节能减排的要求也就成了各国关注的焦 点，而作为最便捷的能源一电能的合理使用及调度也就受到了更大的关注。特 别是一些用电大户，通常的计费方式不能较好地限制其用电量。在中国，国家
发展和改革委员会提出了阶梯电价的概念，即消耗不同数量的电能，对于不 同的级数，所付出的成本是有差别的。基于这一理念，以阶梯电价的仪表成为 市场需求。
实用新型内容
为克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种能够以阶梯电价来计量 电能的阶梯预付费电能表。
为达到上述目的，本实用新型阶梯预付费电能表，包括由主控模块和与其 连接的实时时钟模块、E-SAM密钥认ii^莫块、防护模块、显示模块、红外/485/PLC 通讯模块、通断电模块、存储模块、计量模块以及供电模块组成的预付费电能 表，在计量模块与主控模块之间还设有阶梯电价模块。
特别是，所述的阶梯电价^t块包括
阶梯电价设置模块，用以设置每级阶梯的起始电量和每级阶梯的电价，并将该设置储存在存储模块；
阶梯电价计算模块用以通过主控模块判断表内金额是否大于所设最低金 额，如果大于则向控制电路发出供电指令，并读取计量模块的流量信息，并检 测本次用电所在阶梯，如果用电量不小于所设单位电量，则向主控模块发出指 令减去所在阶梯的消费金额并将余额存储在表内；当消费电量达到所设单位电 量时，则停止供电，将差值存于表内，由显示模块提醒用户购电。
特别是，还包括一个分时电价模块，所述的分时电价模块包括
分时电价设置模块，用以将每天设置成多个时间段，并设置每个时间段内 的电价，并将上述设置储存在存储模块；
分时电价计算模块用以通过主控模块判断表内金额是否大于所设最低金 额，如果大于则向控制电路发出供电指令，并读取计量模块的流量信息，并检 测本次用电所在时间段，如果用电量不小于所设单位电量，则向主控模块发出 指令减去所在时间段内的消费金额并将余额存储在表内；当消费电量达到所设 单位电量时，则停止供电，将差值存于表内，由显示模块提醒用户购电。
特别是，红外/485/PLC通讯模块用于设置表计单元的实时时钟、分时参数， 并可通过通信接口对表计单元进行#修改、状态数据读取、抄表等操作；E-SAM 密钥认证模块用以对CPU卡进行安全认证，同时存储表计单元内的计量和状态 数据。
采用上述的电能表，可以使预付费电能表增加阶梯电价计算和分时电价计 算功能，从而可以更好的满足各种用户不同的需求。
图1为本实用新型阶梯预付费电能表的结构原理图。
图2为图1所示本实用新型阶梯预付费电能表的应用于网络预付费售电系 统时的原理框图。
具体实施方式
本实用新型阶梯预付费电能表，就是电能表存储电量的累计值，并与预先 设定的各个电量阶梯做比较，在不同的电量阶梯使用不同的电价进行结算，并 且结合预付费的可以进行欠费跳闸断电的功能，从而形成即可以控制电量使用、 又可以保证电费收缴的新的电能表类型。
如图l所示，其包括由主控模块和与其连接的实时时钟模块、E-SAM密钥认 证模块、防护模块、显示模块、红外/485/PLC通讯模块、通断电模块、存储模 块、计量模块以及供电模块组成的预付费电能表，在计量模块与主控模块之间 还设有阶梯电价模块。其中，阶梯电价模块包括
阶梯电价设置模块，用以设置每级阶梯的起始电量和每级阶梯的电价，并 将该设置储存在存储模块；
阶梯电价计算模块用以通过主控模块判断表内金额是否大于所设最低金 额，如果大于则向控制电路发出供电指令，并读取计量模块的流量信息，并检 测本次用电所在阶梯，如果用电量不小于所设单位电量，则向主控模块发出指 令减去所在阶梯的消费金额并将余额存储在表内；当消费电量达到所设单位电 量时，则停止供电，将差值存于表内，由显示模块提醒用户购电。
为了控制用电高峰和用电低谷时的用电量，还设有分时电价模块，所述的 分时电价模块包括
分时电价设置模块，用以将每天设置成多个时间段(可以根据需要设定多 个，如8个)，并设置每个时间段内的电价，并将上述设置储存在存储模块；
分时电价计算模块用以通过主控模块判断表内金额是否大于所设最低金 额，如果大于则向控制电路发出供电指令，并读取计量模块的流量信息，并检 测本次用电所在时间段，如果用电量不小于所设单位电量，则向主控才莫块发出 指令减去所在时间段内的消费金额并将余额存储在表内；当消费电量达到所设 单位电量时，则停止供电，将差值存于表内，由显示模块提醒用户购电。
在预付费电能表中，可以根据客户的需要只设阶梯电价模块，也可以设置阶梯电价模块和分时电价模块两个模块。
特别是，红外/485/PLC通讯模块用于设置表计单元的实时时钟、分时参数， 并可通过通信接口对表计单元进行^L修改、状态数据读取、抄表等操作；E-SAM 密钥认证模块用以对CPU卡进行安全认证，同时存储表计单元内的计量和状态 数据。
下面以阶梯电价计算方式为例，对本实用新型作进一步地说明。假设设置 的1阶的电量为100、 2阶的电量为200、 3阶的电量为300、 4阶的电量为400; 1阶的电价为1.00元、2阶的电价为2. 00元、3阶的电价为3. 00元、4阶的电 价为4. OO元；仪表会累计当月(或每个结算周期)使用的电量，用电量小于等 于100的部分，按照1元/kW进行计算，用电量大于100小于等于200的部分按 照2元/kW计算电费，用电量大于200小于等于300部分按照3元/kW计算电费， 用电量大于300的部分按照4元/kW计算电费，各阶相应的电费的总和就是本月 的应缴电费。如
本月使用电量为123,则电费总额100*1元+23*2元=146元 本月使用电量为234，则电费总额100*1元+100*2元+34*3元=402元 本月使用电量为345,则电费总额100*1元+100*2元+100*3元+45*4元=780
元
本月使用电量为345,则电费总额100*1元+100*2元+100*3元+156*4元 =1224元
这是在电能紧张地区，限制用电的设置举例，用电越多，电价越高。
假设设置的1阶的电量为100、 2阶的电量为200、 3阶的电量为300、 4阶 的电量为400; 1阶的电价为4. 00元、2阶的电价为3. 00元、3阶的电价为2. 00 元、4阶的电价为l.OO元；仪表会累计当月(或每个结算周期)使用的电量， 用电量小于等于IOO的部分，按照4元/kW进行计算，用电量大于100小于等于 200的部分按照3元/kW计算电费，用电量大于200小于等于300部分按照2元 /kW计算电费，用电量大于300的部分按照l元/W计算电费，各阶相应的电费的总和就是本月的应缴电费。如
本月使用电量为123,则电费总额100*4元+23*3元=469元 本月使用电量为234，则电费总额100*4元+100*3元+34*2元=768元 本月使用电量为345，则电费总额:100*4元+100*3元+100*2元+45*1元=945
元
本月使用电量为456,则电费总额100*4元+100*3元+100*2元+156*1元 =1056元
这是在电能宽松地区，鼓励用电的设置举例，用电越多，电价越低。
实际使用时，电量阶梯和各阶梯的电价可以通过卡设置到表内，也可以通 过通讯方式进行设置。
本仪表使用的卡为CPU卡，数据安全性极高，表内有密钥认证机制，因而 可以通过用户卡传输各种设置参数。电力部门通过售电系统网络把准备修改的 电量阶梯、各阶梯的电价以及电价执行的启动时间下发到各售电终端，当用户 购电时，信息就会被写入卡内，卡插入仪表后，信息就会带回到表内，并在规 定的时刻启动新电量阶梯和新电价。
本仪表的通讯系统为电力线栽波方式，数据釆用加密传输，并且数据有时 效性。仪表在收到通讯命令后，只有可以通过内部密钥认证的数据才能被接受 并存储，并且相同的数据如果被截获并重新发送过来将因为通讯ID、次数以及 时间的差异不会被再次接受，也不会被其他仪表接受。而通讯密钥使用ESAM第 三方认证、3DES 128位加密解密算法，想要通过截获数据破译密钥的方式基本 无法实现。
图2为本实用新型阶梯预付费电能表组成网络预付费售电系统时的原理框 图。其至少包括CPU卡、表计单元、集中器单元、通讯单元和主站单元；其中，
CPU卡，用来完成购电并向表计单元中追加购电量；
表计单元，为上述的阶梯预付费电能表，并将该用电量通过电力线以载波方式上传至集中器单元以及接收集中器单元下传的数据和命令进行相应的动
作；
集中器单元，用以将其下游各表计单元的用电数据集中，并通过通讯单元 上传至主站单元以及接收主站单元通过通讯单元下传的数据和命令进行相应的 动作；
通讯单元，用以通过公用通信网络连接集中器单元和主站单元相互通信；
主站单元，用以接收集中器单元上传的数据并对其进行统计分析以及根据 用户用电量情况和购电量情况下传相应的数据和命令。
采用上述结构，从表计单元到集中器单元之间是通过电力线载波进行通讯， 从集中器单元到主站单元之间是用公用电话网等进行连接。安装非常简便，不 需要任何多余的连线，大大减少了网络连接接点，从而大大降低了网络线路连 接上的接点故障率，大大降低了运行成本。
权利要求1、一种阶梯预付费电能表，包括由主控模块和与其连接的实时时钟模块、E-SAM密钥认证模块、防护模块、显示模块、红外/485/PLC通讯模块、通断电模块、存储模块、计量模块以及供电模块组成的预付费电能表，其特征在于在计量模块与主控模块之间还设有阶梯电价模块。
2、 如权利要求l所述的阶梯预付费电能表，其特征在于所述的阶梯电价 模块包括阶梯电价设置模块，用以设置每级阶梯的起始电量和每级阶梯的电价，并 将该设置储存在存储模块；阶梯电价计算模块用以通过主控模块判断表内金额是否大于所设最低金 额，如果大于则向控制电路发出供电指令，并读取计量模块的电量信息，并检 测本次用电所在阶梯，如果用电量不小于所设单位电量，则向主控模块发出指 令减去所在阶梯的消费金额并将余额存储在表内；当消费电量达到所设单位电 量时，则停止供电，将差值存于表内，由显示模块提醒用户购电。
3、 如权利要求1或2所述的阶梯预付费电能表，其特征在于还包括一个 分时电价模块，所述的分时电价模块包括分时电价设置模块，用以将每天设置成多个时间段，并设置每个时间段内 的电价，并将上述设置储存在存储模块；分时电价计算模块用以通过主控模块判断表内金额是否大于所设最低金 额，如果大于则向控制电路发出供电指令，并读取计量模块的电量信息，并检 测本次用电所在时间段，如果用电量不小于所设单位电量，则向主控才莫块发出 指令减去所在时间段内的消费金额并将余额存储在表内；当消费电量达到所设 单位电量时，则停止供电，将差值存于表内，由显示模块提醒用户购电。
4、 如权利要求3所述的阶梯预付费电能表，其特征在于红外/485/PLC通 讯模块用于设置表计单元的实时时钟、分时参数，并可通过通信接口对表计单 元进行参数修改、状态数据读取、抄表等操作；E-SAM密钥认证模块用以对CPU 卡进行安全认证，同时存储表计单元内的计量和状态数据。
专利摘要本实用新型公开了一种阶梯预付费电能表，为解决现有技术中不能进行阶梯计费的问题而发明。包括由主控模块和与其连接的实时时钟模块、E-SAM密钥认证模块、卡防护模块、显示模块、红外/485/PLC通讯模块、通断电模块、存储模块、计量模块以及供电等模块组成的预付费电能表，在计量模块与主控模块之间还设有阶梯电价模块。采用上述的电能表，可以使预付费电能表增加阶梯电价计算和分时电价计算功能，从而可以更好的满足各种用户不同的需求。
文档编号G07F15/00GK201251814SQ200820133588
公开日2009年6月3日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者健 张, 龙 张, 王东山, 王化芬, 朋 葛, 黄德彪 申请人:北京博纳电气有限公司