專利名稱：一體化充值采集終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于智能電表充值與數(shù)據(jù)采集的電子設(shè)備，特別是涉及本發(fā)明涉及一種針對(duì)智能電表的一體化充值采集裝置。
背景技術(shù)：
目前根據(jù)國家電網(wǎng)公司所頒布的《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范》，居民智能電表的付費(fèi)方式分可為遠(yuǎn)程費(fèi)控和本地費(fèi)控兩種。遠(yuǎn)程費(fèi)控是指電力營銷部門通過集抄系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，完成費(fèi)控過程；本地費(fèi)控是指智能電表本身完成費(fèi)控計(jì)量過程，用戶通過與智能電表相對(duì)應(yīng)的購電卡完成充值等。遠(yuǎn)程費(fèi)控由于對(duì)集抄系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求較高，建設(shè)復(fù)雜， 故現(xiàn)在大多數(shù)均選用的是本地費(fèi)控智能電表。又根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研的結(jié)果來看，目前絕大部分地區(qū)選擇的是集中安放電能表，而且在很多高層建筑中選擇將電能表安放在強(qiáng)電機(jī)井里， 這就導(dǎo)致用戶查詢充值非常困難。于是市場(chǎng)上針對(duì)該種現(xiàn)象有各式各樣的產(chǎn)品出現(xiàn)，諸如用電查詢系統(tǒng)、集中充值系統(tǒng)等，加上國家電網(wǎng)公司的集抄系統(tǒng)，一塊電表上面則至少連接了三個(gè)設(shè)備，但是RS485 網(wǎng)絡(luò)中最多只能有一組數(shù)據(jù)傳輸，一旦出現(xiàn)通信沖突，則很難完成任何一項(xiàng)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種兼具IC卡接口、RS485接口以及電力載波接口的一體化充值采集終端。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種一體化充值采集終端，包括單片機(jī)，與單片機(jī)連接的顯示器，還具有分別與所述單片機(jī)連接的以下電路；
IC卡接口電路IC卡插口 J4的4腳接于所述單片機(jī)的控制腳，J4的5腳、6腳均接于單片機(jī)的串口，J4的9腳接單片機(jī)的中斷引腳，J4的7腳、8腳以及10腳均接地，J4的 1腳、2腳和7腳均接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的2腳，J4的4腳接于靜電保護(hù)芯片 ESDA6V1-5W6的3腳，J4的6腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的1腳，J4的5腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的4腳，J4的9腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的6腳；三極管Q6基極串接電阻R18后接單片機(jī)的控制腳，三極管Q6發(fā)射極接3. 3V直流電源正極，三極管Q6集電極接二極管D2正極，二極管D2負(fù)極串接電容CM后接地，且二極管D2負(fù)極接于 J4的3腳；5V直流電源正極串接磁珠L15后接于三極管Q7發(fā)射極，三極管Q7集電極接二極管D3正極，二極管D3負(fù)極接二極管D2負(fù)極，電阻R20接于三極管Q7的基極與發(fā)射極之間，三極管Q8的集電極接于三極管Q7的基極，三極管Q8的基極串接電阻R39后接于3. 3V 直流電源正極，三極管Q8發(fā)射極串接電阻R21后接于單片機(jī)的控制腳，三極管Q6、Q7型號(hào)均為8550，三極管Q8型號(hào)為8050 ；
內(nèi)部加密認(rèn)證接口電路由芯片ESAM組成，芯片ESAM的3腳、7腳和8腳分別串接電容C44、C38和C37后接地，芯片SEAM的3腳、6腳接于單片機(jī)的串口，芯片ESAM的7腳接于單片機(jī)的控制腳；RS485接口電路型號(hào)為SN65LBC184D的RS485接口芯片的R端和D端分別連接由芯片NEC2501AL-1組成的光耦電路后與所述單片機(jī)串口發(fā)送端和串口接收端連接，RS485接口芯片的A端順次串接磁珠L14、熱敏電阻PTC2、壓敏電阻YMS和熱敏電阻PTCl以及磁珠 L13后接于RS485接口芯片的B端，RS485接口芯片的A端和B端分別串接雙向瞬態(tài)二極管 FlO和Fll后接地，RS485接口芯片的A端串接電阻R32后接于5V直流電源正極，RS485接口芯片的B端串接電阻R36后接地；
電力載波接口電路由型號(hào)為ZAIB0-3的三相載波模塊組成，三相載波模塊的11腳、12 腳和13腳分別與單片機(jī)的串口發(fā)送端、串口接收端以及控制腳連接。還具有與所述單片機(jī)連接的紅外發(fā)送電路和紅外接收電路；紅外發(fā)送電路三極管Ql的發(fā)射極接電解電容C30正極，電解電容C30負(fù)極接地，三極管Ql的發(fā)射極接電源正極，電容C31與電解電容C30并聯(lián)，三極管Ql基極串接電阻R8后接于單片機(jī)的脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)送端，三極管Ql的集電極與三極管Q4的發(fā)射極連接，三極管Q4的集電極串接電阻R13 后接于紅外發(fā)送管TS0P6200正極，紅外發(fā)送管TS0P6200負(fù)極接地，三極管Q4的基極串接電阻Rll后接于單片機(jī)的串口發(fā)送端；三極管Ql、Q4型號(hào)為8550 ；
紅外接收電路電容C32連接在紅外接收管TS0P58238的2腳與3腳之間，紅外接收管TS0P58238的1腳接于單片機(jī)的串口接收端，紅外接收管TS0P58238的2腳與3腳分別接地和接于三極管Q3的集電極，三極管Q3的發(fā)射極串接電阻R12后接于電源正極，三極管 Q3的基極串接電阻RlO后接于單片機(jī)的控制腳，三極管Q3型號(hào)為8550。上述單片機(jī)還連接有按鍵接口電路以及聲音接口電路；所述顯示器為IXD顯示
ο本發(fā)明是集智能電能表集中充值功能、國網(wǎng)采集器功能、用電查詢系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)功能于一體的終端。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)國網(wǎng)采集器功能時(shí)向下通過RS485與智能電表連接，支持DL/T 645-1997協(xié)議和DL/T 645-2007協(xié)議，具有自動(dòng)切換速率(協(xié)議97/645默認(rèn)1200bps，協(xié)議07/645默認(rèn)MOObps)功能；可抄讀當(dāng)前電量；具備電量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能。向上通過電力載波與集中器連接，可以與集中器進(jìn)行通信，接收并響應(yīng)集中器的命令，向集中器傳送數(shù)據(jù)； 支持集中器與其它采集器之間的通信中繼轉(zhuǎn)發(fā)；可轉(zhuǎn)換上、下信道的通信方式和通信協(xié)議。 本地提供維護(hù)接口，支持手持設(shè)備通過紅外通信口等本地維護(hù)接口設(shè)置參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)抄讀電能量數(shù)據(jù)，并且支持本地參數(shù)設(shè)置和現(xiàn)場(chǎng)抄表應(yīng)有的權(quán)限和密碼管理，具有自恢復(fù)功能；包含終端初始化功能，能記錄參數(shù)變更、抄表失敗、終端停/上電等事件。能依據(jù)集中器下發(fā)或本地通信接口設(shè)置的表地址，自動(dòng)生成電能表的表地址索引表，支持上下電檢測(cè)，版本變更，抄表失敗事件檢測(cè)并有存儲(chǔ)記錄。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)集中充值功能時(shí)向下與采集功能共享RS485總線，內(nèi)部完成RS485總線的沖突避讓。本地設(shè)置智能卡接口，用以與用戶購電卡完成數(shù)據(jù)交互，內(nèi)部智能完成電表表號(hào)匹配；電子錢包信息的轉(zhuǎn)換；充值信息的返寫。在充值過程中提供文字及聲音提示，簡潔明了，方便用戶操作。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)用電查詢系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)功能時(shí)內(nèi)部調(diào)用采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，從而減少RS485總線的訪問，有利于沖突避讓；與查詢終端通過電力載波接口完成數(shù)據(jù)更新。自主根據(jù)電力載波接口的偵聽數(shù)據(jù)尋找相對(duì)合理的更新時(shí)間段；采用獨(dú)特的集中調(diào)度和分布式?jīng)_突避讓算法，解決數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器、采集器在電力線的載波沖突問題。本發(fā)明還帶有按鍵、燈光、聲音及液晶顯示器等本地人機(jī)交互接口。本地實(shí)現(xiàn)查詢功能，用戶可選擇使用按鍵來查詢或插入購電卡查詢更加詳盡的用電信息；充值期間為用戶提供相應(yīng)的操作指示；空閑時(shí)間根據(jù)集抄數(shù)據(jù)智能判斷用戶余額是否達(dá)到報(bào)警門限，并做出相應(yīng)的告警指示。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將智能卡接口、RS485接口以及電力載波接口電路合并到一起，充分利用已有數(shù)據(jù)和智能調(diào)配各總線接口，從而有效管理各個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載； 其獨(dú)特的多任務(wù)架構(gòu)能有效的并發(fā)處理充值、采集及查詢廣播等各類請(qǐng)求；智能優(yōu)化智能電表側(cè)RS485通信網(wǎng)絡(luò)，合理解決集抄及充值請(qǐng)求沖突問題；獨(dú)特的集中調(diào)度和分布式?jīng)_突避讓算法，解決數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能、采集功能在電力線載波及485總線上的沖突問題。方便客戶對(duì)智能電表進(jìn)行充值操作，能完成集抄及用電查詢、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等操作；精簡了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝數(shù)量，不僅方便安裝及調(diào)試，更加利于現(xiàn)場(chǎng)各種網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的安裝連接拓?fù)鋱D。圖3是本發(fā)明的IC卡及ESAM接口電路。圖4是本發(fā)明的RS485接口電路。圖5-1、圖5-2分別是本發(fā)明的紅外發(fā)送電路和紅外接收電路。圖6是本發(fā)明的電力載波接口電路。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參見圖1至圖6，本發(fā)明包括嵌入式核心即單片機(jī)、分別與單片機(jī)和連接的IXD顯示器接口電路、按鍵接口電路、聲音接口電路、IC卡(即智能卡)接口電路、ESAM接口電路、 電力載波接口電路以及兩組RS485 (通訊模塊)接口電路，還有為各電路供電的電源電路。IC卡接口電路完成與用戶卡接口通訊，并將數(shù)據(jù)信息送入嵌入式核心，ESAM模塊電路完成數(shù)據(jù)認(rèn)證、加密、解密等各種安全認(rèn)證操作；兩組RS485通訊模塊接口電路分別與嵌入式核心的兩組異步串行通信口相連，嵌入式核心通過這兩組異步串行通信口可實(shí)現(xiàn)與智能電能表的通信，本發(fā)明在現(xiàn)場(chǎng)的使用拓?fù)淙鐖D2。圖3示出IC卡接口電路(即智能卡接口電路)及內(nèi)部加密認(rèn)證接口電路即ESAM接口電路。IC卡接口電路IC卡插口 J4的4腳、5腳分別接于所述單片機(jī)的控制腳，J4的6 腳、9腳分別接于單片機(jī)的串口和中斷引腳，J4的7腳、8腳以及10腳均接地，J4的1腳、 2腳和7腳均接于靜電保護(hù)芯片芯片ESDA6V1-5W6的2腳，J4的4腳接于靜電保護(hù)芯片 ESDA6V1-5W6的3腳，J4的6腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的1腳，J4的5腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的4腳，J4的9腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的6腳。IC卡接口電路主要包括供電選擇及EMI保護(hù)，使用簡單的三極管匹配電路完成IC 卡規(guī)范(IS07816型式規(guī)范)所規(guī)定的電源切換電路，用以提供不同類型的IC卡供電需求；
內(nèi)部加密認(rèn)證接口電路由芯片ESAM組成，芯片ESAM的3腳、7腳和8腳分別串接電容C44、C38和C37后接地，芯片SEAM的3腳、6腳接于單片機(jī)的串口，芯片ESAM的7腳接于單片機(jī)的控制腳；
ESAM接口電路其主要包括國家電力公司規(guī)定使用的ESAM安全認(rèn)證模塊。所述電源切換電路使用PNP三極管8550，NPN三極管8050及二極管IN5819，三極管Q6及二極管D2構(gòu)成3. 3V控制支路，三極管Q7、Q8及二極管D2構(gòu)成5V控制支路，電阻R18、R21為控制限流電阻，電阻R39、R20為電平匹配電阻，磁珠L15為5V供電電路提供紋波調(diào)節(jié)。所述ESAM模塊采用國網(wǎng)智能電表ESAM。參見圖4，RS485接口電路型號(hào)為SN65LBC184D的RS485接口芯片的R端和D端分別連接由芯片組成的光耦電路后與所述單片機(jī)串口發(fā)送端和串口接收端連接，RS485接口芯片的A端順次串接磁珠L14、熱敏電阻PTC2、壓敏電阻YMS和熱敏電阻PTCl以及磁珠 L13后接于RS485接口芯片的B端，RS485接口芯片的A端和B端分別串接雙向瞬態(tài)二極管 FlO和Fll后接地，RS485接口芯片的A端串接電阻R32后接于5V直流電源正極，RS485接口芯片的B端串接電阻R36后接地。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(duì)應(yīng)的異步串行通信口間設(shè)有光耦；RS485接口芯片采用SN65LBC184D，在與智能電能表通信的RS485通訊模塊接口電路中，RS485接口芯片的A端、B端各串聯(lián)一熱敏電阻，分別為 PTC1、PTC2，在A端、B端間設(shè)有雙向瞬態(tài)二極管F10、F11 ；雙向瞬態(tài)二極管Fll和電阻R32 、R36組成保護(hù)電路，防止接口過壓和靜電沖擊損傷RS485接口芯片，并且增加RS485接口芯片帶負(fù)載的能力。參見圖5，紅外發(fā)送電路三極管Ql的發(fā)射極接電解電容C30正極，電解電容C30 負(fù)極接地，三極管Ql的發(fā)射極接電源正極，電容C31與電解電容C30并聯(lián)，三極管Ql基極串接電阻R8后接于單片機(jī)的脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)送端，三極管Ql的集電極與三極管Q4的發(fā)射極連接，三極管Q4的集電極串接電阻R13后接于紅外發(fā)送管TS0P6200正極，紅外發(fā)送管TS0P6200負(fù)極接地，三極管Q4的基極串接電阻Rll后接于單片機(jī)的串口發(fā)送端；三極管 Q1、Q4 型號(hào)為 8550 ；
紅外接收電路電容C32連接在紅外接收管TS0P58238的2腳與3腳之間，紅外接收管TS0P58238的1腳接于單片機(jī)的串口接收端，紅外接收管TS0P58238的2腳與3腳分別接地和接于三極管Q3的集電極，三極管Q3的發(fā)射極串接電阻R12后接于電源正極，三極管 Q3的基極串接電阻RlO后接于單片機(jī)的控制腳，三極管Q3型號(hào)為8550。紅外接口電路包括紅外接收及紅外發(fā)送對(duì)管，該接口使用電力專用紅外調(diào)制方式，可屏蔽自發(fā)自收現(xiàn)象；所述紅外對(duì)管使用紅外接收TS0P58238及紅外發(fā)送T0SP6200，在紅外的發(fā)送中使用電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方式，三極管Ql、Q4及T0SP6200構(gòu)成紅外發(fā)送電路；三極管Q3及TS0P58238構(gòu)成紅外接收電路，電阻R8、RIO、Rll為限流電阻，電阻R9為上拉電阻，電容C30、C31、C32為電源濾波電容。參見圖6，電力載波接口使用類似于國家電網(wǎng)所規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。該接口配合改進(jìn)型三相載波模塊，既可以偵聽電力線上可能的載波信號(hào)，也可以主動(dòng)發(fā)起載波通信。電力載波接口電路由型號(hào)為ZAIB0-3的三相載波模塊組成，三相載波模塊的11 腳、12腳和13腳分別與單片機(jī)的串口發(fā)送端、串口接收端以及控制腳連接。
權(quán)利要求
1.一種一體化充值采集終端，包括，單片機(jī)，與單片機(jī)連接的顯示器，其特征是，還具有分別與所述單片機(jī)連接的以下電路；IC卡接口電路IC卡插口 J4的4腳接于所述單片機(jī)的控制腳，J4的5腳、6腳均接于單片機(jī)的串口，J4的9腳接單片機(jī)的中斷引腳，J4的7腳、8腳以及10腳均接地，J4的 1腳、2腳和7腳均接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的2腳，J4的4腳接于靜電保護(hù)芯片 ESDA6V1-5W6的3腳，J4的6腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的1腳，J4的5腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的4腳，J4的9腳接于靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6的6腳；三極管Q6基極串接電阻R18后接單片機(jī)的控制腳，三極管Q6發(fā)射極接3. 3V直流電源正極，三極管Q6集電極接二極管D2正極，二極管D2負(fù)極串接電容CM后接地，且二極管D2 負(fù)極接于J4的3腳；5V直流電源正極串接磁珠L15后接于三極管Q7發(fā)射極，三極管Q7集電極接二極管D3正極，二極管D3負(fù)極接二極管D2負(fù)極，電阻R20接于三極管Q7的基極與發(fā)射極之間，三極管Q8的集電極接于三極管Q7的基極，三極管Q8的基極串接電阻R39后接于3. 3V直流電源正極，三極管Q8發(fā)射極串接電阻R21后接于單片機(jī)的控制腳，三極管Q6、 Q7型號(hào)均為8550，三極管Q8型號(hào)為8050 ；內(nèi)部加密認(rèn)證接口電路由芯片ESAM組成，芯片ESAM的3腳、7腳和8腳分別串接電容C44、C38和C37后接地，芯片SEAM的3腳、6腳接于單片機(jī)的串口，芯片ESAM的7腳接于單片機(jī)的控制腳；RS485接口電路型號(hào)為SN65LBC184D的RS485接口芯片的R端和D端分別連接由芯片NEC2501AL-1組成的光耦電路后與所述單片機(jī)串口發(fā)送端和串口接收端連接，RS485接口芯片的A端順次串接磁珠L14、熱敏電阻PTC2、壓敏電阻YMS和熱敏電阻PTCl以及磁珠 L13后接于RS485接口芯片的B端，RS485接口芯片的A端和B端分別串接雙向瞬態(tài)二極管 FlO和Fll后接地，RS485接口芯片的A端串接電阻R32后接于5V直流電源正極，RS485接口芯片的B端串接電阻R36后接地；電力載波接口電路由型號(hào)為ZAIB0-3的三相載波模塊組成，三相載波模塊的11腳、12 腳和13腳分別與單片機(jī)的串口發(fā)送端、串口接收端以及控制腳連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化充值采集終端，其特征是，還具有與所述單片機(jī)連接的紅外發(fā)送電路和紅外接收電路；紅外發(fā)送電路三極管Ql的發(fā)射極接電解電容C30正極，電解電容C30負(fù)極接地，三極管Ql的發(fā)射極接電源正極，電容C31與電解電容C30并聯(lián)，三極管Ql基極串接電阻R8后接于單片機(jī)的脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)送端，三極管Ql的集電極與三極管Q4的發(fā)射極連接，三極管Q4 的集電極串接電阻R13后接于紅外發(fā)送管TS0P6200正極，紅外發(fā)送管TS0P6200負(fù)極接地， 三極管Q4的基極串接電阻Rll后接于單片機(jī)的串口發(fā)送端；三極管Ql、Q4型號(hào)為8550 ；紅外接收電路電容C32連接在紅外接收管TS0P58238的2腳與3腳之間，紅外接收管TS0P58238的1腳接于單片機(jī)的串口接收端，紅外接收管TS0P58238的2腳與3腳分別接地和接于三極管Q3的集電極，三極管Q3的發(fā)射極串接電阻R12后接于電源正極，三極管 Q3的基極串接電阻RlO后接于單片機(jī)的控制腳，三極管Q3型號(hào)為8550。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體化充值采集終端，其特征是，所述單片機(jī)還連接有按鍵接口電路以及聲音接口電路；所述顯示器為IXD顯示器。
全文摘要
一種一體化充值采集終端，屬用于智能電表充值、數(shù)據(jù)采集的電子裝置。主要由與單片機(jī)連接的顯示器、IC卡接口電路、加密認(rèn)證接口電路、RS485接口電路以及電力載波電路組成。IC卡接口電路和加密認(rèn)證接口電路采用靜電保護(hù)芯片ESDA6V1-5W6以及ESAM芯片組成，RS485接口電路中的RS485接口芯片通過兩個(gè)光耦電路與單片機(jī)連接，RS485接口芯片的A端和B端之間順次串接有熱敏電阻、壓敏電阻和另一熱敏電阻，該A端和B端分別串接一個(gè)雙向瞬態(tài)二極管后接地；電力載波電路主要由三相載波模塊組成。本終端集IC卡接口、電力載波接口以及RS485接口于一體，具有方便客戶充值、用電查詢以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G07F15/06GK102426724SQ201110344628
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者劉鹍, 盧斌, 梁祖權(quán), 殷善鋒, 白泰, 袁世炯, 陳賢順, 韋登興 申請(qǐng)人:四川電力科學(xué)研究院