一种带自学习功能的智能反遥控窃电装置的制作方法

本发明涉及一种具有防窃电功能的智能电表，具体来说是一种带自学习功能的智能反遥控窃电装置。

背景技术：

近些年来高科技迅猛发展，电能在人们的生活中也扮演了越来越重要的角色。然而，窃电手段也日趋变得隐蔽和高科技化，其中遥控窃电就是高科技窃电的一种典型代表形式。遥控窃电装置大致分为接收部分和发射部分两部分，接收部分被放置于电能表箱内，当窃电不法分子发射红外遥控信号时，位于电能表表箱内的接收部分工作使得电能表电流回路短路以达到电能表停转或慢转从而窃取电能的目的。遥控窃电能够操纵方便、快捷，能避开电力公司的巡线人员进行窃电，因此十分具有隐蔽性。该现象多发于KTV、网吧、工厂等大功率用电单位。

遥控窃电多基于红外编码的原理，由于遥控窃电仪器的生产产家和生产型号的不尽相同，导致红外编码也不尽相同。因此针对单一厂家的反遥控窃电装置很难取得全面防止遥控窃电现象发生。故开发一种针对市面上所有遥控窃电装置的反遥控窃电装置，从而全面杜绝该现象的发生成为了电力公司亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种带自学习功能的智能反遥控窃电装置，基于红外检测的原理工作，相比其他反窃电手段隐蔽性更强，能大大增加抓捕窃电行为的概率。该装置具有自学习功能，能够破解市面上所有厂家生产的遥控窃电装置，杜绝遥控窃电现象的发生。

本发明采取的技术方案为：

一种带自学习功能的智能反遥控窃电装置，包括监测设备、云端服务器、手持设备。

所述监测设备包括第一电源模块、红外接收电路、晶振电路、复位电路、数据存储芯片、通信模块、GPS模块；所述红外接收电路、晶振电路、复位电路、数据存储芯片、第一通信模块、GPS模块均连接第一处理器模块MCU1。

所述手持设备包括第二电源模块、红外发射电路、高频调制模块、键盘电路、EEPROM、第二通信模块；所述高频调制模块、键盘电路、EEPROM、第二通信模块均连接第二处理器模块MCU2，高频调制模块连接红外发射电路。

所述第一通信模块，用于将数据存储芯片中的遥控红外编码上传到云端服务器。所述GPS模块，用于将监测设备的位置信息上传到云端服务器。所述第二通信模块，用于下载云端服务器中的红外遥控编码。

所述红外接收电路，用于将空气中可疑红外遥控编码收集起来，并输入第一处理器模块MCU1中。

所述第一处理器模块MCU1，用于接收红外接收电路输入的红外编码、向数据存储芯片读写内容、控制第二通信模块的正常工作。

所述晶振电路，用于为第一处理器模块MCU1提供工作时钟。

所述复位电路，用于为第一处理器模块MCU1提供复位上电信号。

所述数据存储芯片，用于储存红外接收电路所收集的遥控红外编码。

所述红外发射电路，包括红外二极管DS、三极管Q1、电阻R1、电阻R2，所述三极管Q1的集电极与电阻R3的一端相连接，三极管Q1的发射级接地，三极管Q1的基极通过电阻R2与数据存储芯片的输出端相连接。

所述高频调制模块采用了8PA76单片机，第二处理器模块MCU2输出的红外编码信号，通过一片电压比较器LM393对信号电平进行放大，经过放大的信号直接接到8PA76单片机的IO口，8PA76单片机判断信号的电平，当信号电平为逻辑高电平时，在单片机的另一个IO口，输出38K的矩形波。

所述高频调制模块中，38K载波由555时基电路产生。

所述键盘电路，用于向第二处理器模块MCU2输入电平信号，使其根据电平信号的变化判断是否有有效的按键输入；该键盘电路共有“上”、“下”、“左”、“右”、“确定”、“复位”和“取消”共7个按键。

所述EEPROM，是一个2K位串行CMOS EEPROM，内部含有一个16字节写缓冲器，采用I2C总线数据传输协议。

一种反遥控窃电方法，监测设备将位于电能表中的可疑红外编码，上传到云端服务器后，由巡线人员持手持设备将云端服务器中的红外编码库下载下来，选择扫描模式后，经红外发射电路发射该库的全部或部分红外编码，若出现了电能表停转或慢转现象，则可判断遥控窃电现象发生。

一种智能反遥控窃电方法，放置于被测片区的监测设备检测到可疑遥控红外编码后，保存在数据存储芯片中。随后，与GPS模块所能提供的地理信息一起上传到云端服务器；当巡线人员持手持设备前往被监测片区时，可选择扫描模式，对该片区进行遥控窃电红外信号的扫描工作；

其中，“快速扫描”模式优先扫描在该片区当地或附近的红外遥控编码，具有扫描速率快的优点；

“全面扫描”模式会扫描全部代码存储库中的红外遥控编码，具有扫描精度高的优点；

若被测片区的电能表出现了电表停转或慢转的现象，则可判断遥控窃电现象的存在；

随着智能反遥控窃电装置大范围使用，云端服务器中所保存遥控红外编码的数量会大幅增加，学习到的红外编码数量越多，对遥控窃电编码的判断能力也会越强。

本发明一种带自学习功能的智能反遥控窃电装置，具有如下有益效果：

1：本发明基于红外检测的原理工作，相比其他反窃电手段隐蔽性更强。使用本发明时，窃电分子不易察觉从而停止窃电行为，能大大增加抓捕窃电行为的概率。

2：本发明监测设备中设有GPS模块，云端服务器可同时保存可疑红外编码和地理信息两种数据。

3：本发明的手持设备设有“快速扫描”和“全面扫描”两种扫描模式。选择“快速扫描”模式时，手持设备结合地理信息优先发出在被扫描地区当地或相近地区的红外遥控编码，扫描速率会大大提升；选择“全面扫描”时，手持设备直接按照全部数据库的红外编码进行扫描，大幅提升扫描精度。

4：本发明具有自学习功能。当本发明的使用量增加时，云端服务器中的红外编码数量也会显著增加，结合GPS模块的使用会使得扫描的速率和精度显著上升。最终能够破解市面上所有厂家生产的遥控窃电装置，杜绝遥控窃电现象的发生。

附图说明

图1为本发明装置的系统连接示意图。

图2为本发明装置的监测设备模块连接示意图。

图3为本发明装置的手持设备模块连接示意图。

图4为本发明的红外发射电路图。

图5为本发明的复位电路图。

图6为本发明的晶振电路图。

图7为本发明的电源去耦电路图。

图8为本发明的键盘电路图。

图9为本发明的红外线接收电路图。

图10为本发明的监控设备红外编码收集流程图。

图11为本发明的手持设备键盘扫描流程图。

图12为本发明的红外编码破解原理图。

具体实施方式

原理分析：

红外光是普遍存在于自然界中的一种电磁波，波长介于微波和可见光之间。自然界中的一切物体，当温度产国绝对零度就存在表面辐射红外光的现象。但是，不同物体的辐射强度是不一样的，人类正是利用了这一点把红外技术应用到实际生活中，却也给不法分子的窃电行为提供了可能性。红外发射管很常用，它类似于发光二极管，发出的红外光会随流过二极管电流强度的增大而增大。红外接受管内部是一个对红外光敏感的PN结，无红外光时，PN结不导通，有红外光时，光敏管导通形成光电流，且电流随着红外光强度的增强而增大。这种特性赋予了可以对红外线进行编码和解码的可能。

如图1～图3所示，一种带自学习功能的智能反遥控窃电装置，包括监测设备、云端服务器、手持设备。所述监测设备包括第一电源模块、红外接收电路、晶振电路、复位电路、数据存储芯片、通信模块、GPS模块；所述红外接收电路、晶振电路、复位电路、数据存储芯片、第一通信模块、GPS模块均连接第一处理器模块MCU1。

所述手持设备包括第二电源模块、红外发射电路、高频调制模块、键盘电路、EEPROM、第二通信模块；所述高频调制模块、键盘电路、EEPROM、第二通信模块均连接第二处理器模块MCU2，高频调制模块连接红外发射电路。

所述第一通信模块，用于将数据存储芯片中的遥控红外编码上传到云端服务器。所述GPS模块，用于将监测设备的位置信息上传到云端服务器。所述第二通信模块，用于下载云端服务器中的红外遥控编码。

如图4所示，位于手持设备中的红外发射电路包括红外二极管DS、三极管Q1、电阻R1和R2。所述三极管Q1的集电极与电阻R3的一端相连接，三极管Q2的发射极接地，基极通过电阻R2与数据存储芯片的输出端相连接。工作时，红外二极管DS的供电电压为3.3V，三极管Q1起到放大电流的作用，电阻R1是限流电阻，EEPROM的输出OUT通过电阻R2后连接到三级管Q1的基极，经Q1放大信号后从红外二极管DS输出红外数据。38K载波，通过时基电路555来产生。当信号输出引脚高电平时，Q2截止，不管38K载波信号如何控制三极管Q1，右侧的竖向支路都不会导通，红外二极管DS不会发送任何信息。当信号输出是低电平的时候，38K载波信号才会通过三极管Q1释放出来。

第二处理器模块MCU2通过控制端口先发出起始信号，告诉红外线编码信息存储模块需要使能数据传输功能，接着主控芯片再发出读取(写入)信号，接着就是传送需要的数据(代码)，传送完毕。第二处理器模块MCU2发出停止信号。

如图5所示是一个监测设备中的复位电路，接到了第一处理器模块MCU1的9脚(Reset)复位引脚上，当程序跑飞或者遭受意外干扰而死机时，可以起到复位作用。复位电路与第一电源模块、晶振电路一起构成了单片机最小系统。

如图6所示，监测设备中的晶振电路用于为单片机系统提供基准时钟信号，第一处理器模块MCU1内部所有的工作都是以这个时钟信号为步调基准来进行工作的。STC89C51单片机的18和19引脚是晶振引脚，接了一个11.0592M的晶振Y(即每秒振荡11059200次)，外加两个20pF的电容C1、C2，电容C1、C2的作用是帮助晶振Y起振，并维持振荡信号的稳定。

如图7所示，监测设备中的电容去耦电路，整体可分为两个部分，由470uF的大电容和四组0.1uF的构成的小电容组。470uF的大电容在整个电路中起到两个作用。第一，缓冲作用。上电的瞬间，电流突增，大电容可以有效防止大电流对电路的冲击。二，稳定作用。系统每个模块的工作功率、工作电流都不一样，该元件的存在使得系统电源的电压和电流的变化趋于缓慢，起到稳定的作用。四组0.1uF的小电容用于滤除高频信号干扰，使得整个系统的EMI特性得到提升。

图8所示的键盘电路位于手持设备中。该电路的输入线接到单片机的IO口上，当按键按下时。电压VCC通过电阻R然后再通过按键做种进入GND形成一条通路，那么当这条线路的全部电压都加到了电阻R上，KEYIN引脚即为低电平。当松开按键后，线路断开，就不会有电流流过，那么KEYIN和VCC就是等电位，是高电平。那么MCU2通过检测KEYIN口的高低电平就可以判断是否有按键按下。具体的按键扫描流程图如图11所示。

如图9所示，为监测设备中的红外接收电路。首先是由三极管Q1、Q5及其周边原件所组成的前置放大器，其中C1为滤波电容，R2为反馈电阻。电压并联负反馈的加入会使信号的失真度减小。红外光敏管DS以反向偏压状态工作，其反向偏压由R1提供。红外光敏管DS可以将空气中不法分子利用遥控窃电装置所发出的红外脉冲接收并经过耦合电容C2进入前置放大器。放大后脉冲信号可使三极管Q4导通。R7上端的电位上升使电流大小约为4-20mA的灌电流进入单片机。第一处理器模块MCU1、第二处理器模块MCU2，采用STC89C51芯片，具有低功耗，处理能力强，片内资源丰富，方便扩展，使用灵活方便等特点。

数据存储芯片采用了AT24LC08存储器，其作用是方便单片机随时访问或定时访问存储器中的采集数据。

所选用的EEPROM是一个2K位串行CMOS E2PROM。内部含有256个8位字节先进CMOS，技术实质上减少了器件的功耗；编码信息存储模块内含有一个16字节写缓冲器。该红外线编码信息存储模块通过I2C总线数据传送协议I2C总线协议规定：任何传送到总线的器件都作为发送器，任何从总线接收数据的器件都为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件。控制的主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据发送或接收的模式。

GPS模块采用MAX-7Q芯片适合低成本应用，而且先进的RF架构和干扰抑制确保在GPS信号微弱的环境下也能实现最佳性能。

具体实施步骤：

红外编码多基于NEC协议，本发明提供了一种基于NEC协议的红外解码方法。

NEC协议的数据格式包括了引导码、用户码、用户码(或者用户码反码)、按键键码和键码反码，最后一个停止位。停止位主要起隔离作用。其中数据编码总共是4个字节32位，第一个字节是用户码，第二个字节可能也是用户码，或者是用户码的反码，具体由生产商决定，第三个字节就是当前按键，而第四个字节是键数据码的反码，可用于对数据的纠错。具体原理如图11所示。

引导码：9ms的载波+4.5ms的空闲；

比特值“0”的识别：560us的载波+560us的空闲；

比特值“1”的识别：560us的载波+1.68ms空闲；

以选用的51单片机为例，51单片机有外部中断0和外部中断1这两个外部中断。在寄存器TCON中的bit3和bit2两位，是和外部中断1相关的两位。其中IE1是外部中断标志位，当外部中断发生后，这位被自动置1，进入中断后会自动清零。bit2是设置外部中断类型的，如果bit2为0，那么当红外接收引脚为低电平时就可以触发中断，如果bit2为1，那么红外接收引脚从高电平到低电平的下降沿才可以触发中断。程序流程图如图10。

按照上述原理，放置于被测片区的监测设备检测到可疑遥控红外编码后，保存在数据存储芯片中。随后，与GPS模块所能提供的地理信息一起上传到云端服务器。当巡线人员持手持设备前往被监测片区时，可选择扫描模式对该片区进行遥控窃电红外信号的扫描工作。其中，“快速扫描”模式优先扫描在该片区当地或附近的红外遥控编码，具有扫描速率快的优点；“全面扫描”模式会扫描全部代码存储库中的红外遥控编码，具有扫描精度高的优点。若被测片区的电能表出现了电表停转或慢转的现象，则可判断遥控窃电现象的存在。随着本发明的大范围使用，云端服务器中所保存遥控红外编码的数量会大幅增加，本发明学习到的红外编码数量越多，对遥控窃电编码的判断能力也会越强。因此，本发明是一种带自学习功能的智能反遥控窃电装置。