专利名称：单相载波cpu卡电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单相载波CPU卡电能表，属于低压电力线载波通讯制造领 域。
背景技术：
电作为一种商品，已经广泛应用于我们生产生活的很多方面，而电表作为计量电 能的计量工具也越来越被人们所重视，由于国家电网的大规模改造和建设，以及多功能表 技术的发展，供电部门、用户对多功能表的功能要求也越来越多，尤其是对电表的抄表方式 的要求越来越高，目前国内用于抄表的技术有很多种，如人工抄表，RS485，红外抄表和电力 线载波抄表等，人工抄表不可避免的存在以下问题统计数据不准确，无法真实反映用户用 电情况；操作难以规范化，造成不明损失增加；数据采集不及时，无法实时反映系统状况， 不能对用户行为进行有效监控；且耗费人工多，成本高，效率低。显然，上述弊端使得人工 抄表管理模式不能适应电力体制的改革，而RS485抄表需要布线而且只可以在小范围实施 (小于1000米)；红外抄表需要人工现场抄表，而电力线载波技术最具可靠性，由于低压 配电网的覆盖面最广，遍布每家每户，哪里有电网就延伸到哪里，因此是居民自动抄表最方 便、最经济的通信信道。目前电力线载波通信技术在抗衰减、抗噪声、抗失真、发送效率、接 受灵敏度以及网络功能等多个方面都取得了不少进展，电力线载波的可靠性在不断提高， 并且在很多现场用用中取得了成功，我公司特研发了一种单相载波CPU卡电能表，其具有 对CPU卡进行三级密钥认证的ESAM模块，充分的保证了数据通信的安全性。
实用新型内容为了解决现有人工抄表、RS485抄表以及红外抄表所带来的弊端，本实用新型提供 一种使用方便、性能可靠、通信安全、抗干扰能力强、计量准确、防窃电的单相载波CPU卡电 能表，充分满足了当前电力事业飞速发展的社会需求。本实用新型的技术方案单相载波CPU卡电能表含有MCU微控制器、电能计量模块、CPU读卡电路、射频卡 密钥分析电路、数据存储模块、LCD液晶显示模块、报警及其外围电路、电力载波通信模块以 及给整个内部功能电路供电的电源模块。供电部门在电能表正式使用前刷修改密钥卡(正式密钥)修改密钥，然后刷正式 密钥的清零卡、参数设置卡设置电能表的各种参数，用户持非接触式智能CPU卡到管理部 门交费购电，管理部门用专用的写卡机将所购金额写入非接触式智能CPU卡中，用户即可 使用该卡。由于CPU射频卡的密钥是由ESAM模块三级确认的随机密钥有着现行的其他射频 卡无法比拟的安全可靠性。本实用新型一种单相载波CPU卡电能表其控制部分原理如下系统在工作期间，由外部变压器经滤波、稳压后向系统提供5V的正常工作电压， 被测瞬时电压、电流经调理电路后送入计量芯片，计量芯片经内部模块处理采集到的瞬时 电压电流信号并将其转化成脉冲信号，此脉冲信号分两路输出，一路作为校表脉冲，一路送至微控制器，计量模块通过SPI协议将采集的脉冲信号通信到MCU微控制器，微控制器将数 据存储于铁电存储器中，并对数据进行分析、运算处理，根据单价核减卡内金额。当有卡操 作时，电能表通过读卡电路能准确读取卡中数据。微控制器与载波通信模块通过串口进行 数据传输，载波通信模块将收到的数据传给微处理器，反之，微处理器将要发送的数据传给 载波通信模块，通信模块将数据发送给主站，显示模块将用户的本次购电量、剩余电量通过 LCD显示出来。当所购电量小于设定值时，报警指示灯亮且蜂鸣器响报警，显示剩余电量，提 示用户及时购电，剩余电量等于0时，由主站发送命令，控制电路控制，继电器原来闭合的 触点断开，外接交流接触器的线圈失电，电能表断电跳闸，停止向负载供电。微处理器的型号为PIC16F723或PIC16F726，计量芯片型号为ADE7755，载波芯片 型号为PL3106.本实用新型的有益效果(1)本实用新型是利用电力线作为通信介质的载波通信，具有极大的方便性、免维 护性，既经济又安全可靠，能实时监测用户的用电情况和电网的运行参数。(2)本实用新型使用非接触式CPU卡作为数据传输介质，通过表中的ESAM密钥模 块对用户使用的CPU卡进行密钥认证，使数据传输具有极高的安全性，是射频卡技术未来 的发展方向之一。(3)本实用新型采用先进的电能计量模块(ADE7758)，具有计量准确，抗干扰性强 的优点。
附图1为本实用新型一种单相载波CPU卡电能表的逻辑结构框图
具体实施方式
单相载波CPU卡电能表含有MCU微控制器、电能计量模块、CPU读卡电路、射频卡 密钥分析电路、数据存储模块、LCD液晶显示模块、报警及其外围电路、电力载波通信模块以 及给整个内部功能电路供电的电源模块。所述的ESAM模块的RST经上拉电阻R19与微控制器的RC2脚相连接，CLK端经上 拉电阻R23、电阻R27与微控制器的RC3相连接，DATA端经上拉电阻R29、电阻R28与微控 制器的RCl相连接。所述的载波通信模块采用福星晓程的PL3106，此芯片内部集成了 PL2102电力载 波通信模块，该模块专为电力线通信网络设计的半双工异步调制解调器，PL3106将其内嵌 后，使得载波通信的抗干扰能力得到了巨大的提高，而且操作更加方便。电力载波通信模块将用户的用电信息发送到主站，并接受来自主站的消息控制。 Tl为信号耦合变压器，L2、C15完成整形滤波后，再通过耦合变压器Tl耦合到低压电力线 上，双向二极管Dl起保护作用，R4在本地强发射信号时有效吸收衰减，电容C13、电感Ll组 成并联谐振回路，完成带通信号的有效滤波，良好的选频回路可有效提高载波接受灵敏度， D5、D2的作用是将接受信号的电位钳制在士0. 7V，接受信号经过电容C16引入载波芯片内 部进行混频处理，D3、D4起嵌位作用、吸收低电压线上的尖峰干扰，载频发射功率的大小与 VDD电源幅值的高低、电源电流提供能力密切相关，一定范围内提高电源幅值、增大电源功率，可以有效增大发射功率，从而延长通信距离。 本实用新型中未作详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
权利要求单相载波CPU卡电能表，含有MCU微控制器、电能计量模块、CPU读卡电路、射频卡密钥分析电路、数据存储模块、LCD液晶显示模块、报警及其外围电路、电力载波通信模块以及给整个内部功能电路供电的电源模块，其特征是被测瞬时电压、电流经调理电路后送入计量芯片，计量芯片经内部模块处理采集到的瞬时电压电流信号并将其转化成脉冲信号送至微控制器，计量模块通过SPI协议将采集的脉冲信号通信到MCU微控制器；微控制器与载波通信模块通过串口进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的单相载波CPU卡电能表，其特征是所述的载波通信模块采 用福星晓程的PL3106，此芯片内部集成了 PL2102电力载波通信模块，该模块专为电力线通 信网络设计的半双工异步调制解调器。
专利摘要本实用新型公开了一种单相载波CPU卡电能表，其含有MCU微控制器、电能计量模块、CPU读卡电路、射频卡密钥分析电路、数据存储模块、LCD液晶显示模块、报警及其外围电路、电力载波通信模块以及给整个内部功能电路供电的电源模块。采用CPU卡实现先买后用的科学管理模式，解决了人工抄表的弊端；采用低压电力载波通信，主站能够实时监控用户的用电情况及电网的运行参数，电力载波通信模块与微控制器之间采用串口进行数据传输，载波通信模块将用户的用电信息发送到主站，并接受来自主站的消息控制。
文档编号G07F15/06GK201689494SQ200920223749
公开日2010年12月29日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者林棋, 焦晓军, 袁金龙, 费战波 申请人:河南新天科技股份有限公司