载波式预付费电能表制造技术

一种既能解决电能远程抄表收费，又能从根本上避免外界攻击，保护抄表收费和购电数据信息安全的载波式预付费电能表。由电力线载波电路、控制电路和非易失ＲＡＭ（ＥＥＰＲＯＭ，ＦＲＡＭ）器件构成的购电数据存储电路，与电表原有的采样计量电路、计度显示器等组成。用户的购电数据通过电力线载波向用户电能表发送；用户电能表电力线载波电路收到后，在以规定格式存储到购电数据存储电路的同时，将确认信息通过电力线载波传回抄表售电计算机进行核对。本实用新型专利技术结构合理、安装简便，用于电能计量、控制及预收费管理系统中，使电力的分配、使用、计量和收费均置于全透明的计算机监督与控制之中，预防窃电、漏电等不正常线路损耗发生。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电能计量、控制和收费管理技术，特别是以电力线载波为信息通道进行集中抄表收费，在各用户电能表上实现预付费功能，达到保护购电数据信息安全和分散控制管理的预付费电能表。
技术介绍
电能的计量与收费，目前大多还是采用在各个用户供电入口安装电能表，专职抄表人员定时上门抄表，然后各个用户再到收费处缴费。这种电能表由于没有有效的监控措施清缴电费，使不少供电企业或物业公司的用户电力欠费越来越多，甚至不得不用大面积断电来督促缴纳电费，直接影响了人们生活和社会安定。对于电能表收费难的问题，中国专利ZL 01261220.0《单相智能卡电能表》和中国专利ZL 02223241.9《数码式预付费电能表》都提出了既解决预收电费，又提高保密程度的电能表方案。这两份专利技术都是通过IC卡或键盘中的单片机对用户购电信息进行智能化加密，又通过安装于电能表中的单片机对输入的用户购电数据信息进行智能化解读，以此达到提高用户购电数据信息安全程度的目的。由于这两种方案仍然存在IC卡或键盘这样一个对用户开放的数据输入窗口，所以只是增加了防止外界恶意攻击的程度，而不能从根本上避免外界攻击，也没有信息回馈通道能够让抄表售电计算机经常核对用户的用电及购电数据。因此，用户购电收费的数据信息仍然存在较大的安全漏洞。
技术实现思路
本技术的专利技术目的旨在提供一种结构合理、智能化，既能彻底解决电能抄表收费问题，又能从根本上避免外界攻击，保护用电抄表和购电收费数据信息安全的载波式预付费电能表。本技术所提出的技术方案是这样解决的从电力线L、N来的载波信号通过信号耦合电路进入电力线载波模块；载波模块通过信号解调、判读或运算得到的通断控制信号输入控制模块，通过继电器功率输出触点对为用户供电的相线LO实施通断控制；载波模块从载波信号中接收到的用户购电数据、从采样计量模块采集到的用户用电数据都转送到数据存储电路保存；计度显示器接收采样计量模块来的用户用电数据和载波模块来的警告状态信息予以显示；电源模块提供各功能模块所需电源；载波模块从载波信号中接收到抄表命令或需要返回确认信息时，就从数据存储电路中读出用户购电数据或实时抄表数据，经过载波调制后通过信号耦合电路发送到电力线L、N上。在用户电能表上加装一个电力线载波模块、一个控制模块和一个由非易失RAM(EEPROM，FRAM)器件组成的购电数据存储电路，与电表原有的采样计量模块、计度显示器等组成一个载波式预付费电能表。用户的购电数据通过电力线载波向用户的载波式预付费电能表发送；用户电能表载波模块收到该命令后，模块内的单片计算机立即判读，把购电数据以规定的格式存储到购电数据存储电路，同时将收到购电数据的确认信息通过电力线载波传回抄表售电计算机。用户电能表载波模块收到用户购电数据时，除了进行密码验证、奇偶校验和帧数据和验证之外，还要把该数据发回抄表售电计算机核对确认。由于该数据为多次购电数据的总和，所以用户电能表购电数据存储电路中的存储值应与抄表售电计算机的发送值一致。当抄表售电计算机发送了用户的购电数据以后，如果收不到返回信息，或者收到的返回数据与发送值不一样，则认为该次通信出错，就可自动重发；如果连续多次仍然出错，说明通信信道暂时不通，就可以把该次发送值暂记于计算机的硬盘上，过一两个小时操作员再次操作发送，直到发送成功为止。这就保证了用户购电数据不会漏发或错发。本技术与现有已知技术相比，具有以下优点1、预付费式电能表彻底杜绝用户欠费的优点，还有载波式电能表负荷分析控制到户，运行状态实时监控的优点。既可解决抄表难，又可解决收费难这两大问题。2、用户购电数据信息通过全封闭，保密性好的电力线载波信道传递，去除了IC卡式等预付费电能表的开放式窗口，保护预付费购电数据信息安全，使其不受任何恶意攻击而改变。3、用户购电数据信息同时保存在用户电能表和抄表售电计算机上，系统中任何一个设备受到损毁时，用户购电数据仍然可以100％地恢复。避免了IC卡式等预付费电能表极易发生的用户纠纷，即使偶尔发生，也容易得到科学取证。4、在电价及其他用电政策需要调整时，可以及时由抄表售电计算机根据新的电价政策(如峰谷电价，丰枯电价)等进行相应调控，快速可靠，不会引发影响社会稳定的情况发生。5、使用已知的IC卡式等预付费电能表，用电管理部门无法知道各个用户当月的实际用电量，也就无法核算当月从用户实际收回的电费数额。如果因非正常用电(如窃电、漏电等)产生较大的“线损”率，就可能造成巨额“线损”电费积累。本技术由于能实时准确的抄录计算当月“线损”，可以及时发现并采取措施，避免难以补救的巨大损失发生。6、本技术不仅解决了已知技术“电力线载波电能表”在解决“收费难”方面的不足，而且杜绝了已知技术IC卡式等“预付费电能表”易受攻击、“合法”窃电的信息安全漏洞。可以使电力的分配、使用、计量和收费均置于计算机的监督与控制之中，使供电企业或物业公司彻底解除电力用户长期欠费、大量欠费的沉重负担，为电力系统巨额投资的回收提供了有效的技术手段。本技术的实施成本和已知技术的“电力线载波电能表”、IC卡等“预付费电能表”基本相当，性能与功能翻了一番却可保持价格不变，因此性能价格比高，使用风险小，综合效益好。附图说明图1为本技术结构示意原理框图；图2为图1的信号耦合电路原理图；图3为图1的载波模块的电路原理图；图4为图1的载波模块的另一电路原理图；图5为图1的载波模块的又一电路原理图；图6为图1的控制模块和计度显示器中警告状态显示的电路原理图；图7为图1的载波模块的数据存储电路和电能计量脉冲输入电路原理图；图8为图1的数据存储电路由铁电存储器组成的电路原理图；图9为图1的数据存储电路由单片计算机串行通信接口与铁电存储器组成的电路原理图。图10为图1的数据存储电路由单片计算机I2C总线接口与铁电存储器组成的电路原理图。具体实施方式附图为本技术实施例。以下结合附图对本技术具体实施方式作进一步说明参照图1所示为“载波式预付费电能表”的组成原理框图。从电力线L、N来的载波信号通过信号耦合电路1进入电力线载波模块2；载波模块2通过信号解调、判读或运算得到的通断控制信号输入控制模块3，通过继电器功率输出触点对为用户供电的相线LO实施通断控制；载波模块2从载波信号中接收到的用户购电数据、从采样计量模块6采集到的用户用电数据都转送到数据存储电路4保存；计度显示器5接收采样计量模块6来的用户用电数据和载波模块2来的警告状态信息予以显示；电源模块7提供各功能模块所需电源；载波模块2从载波信号中接收到召读命令或需要返回确认信息时，就从数据存储电路4中读出用户购电数据或实时抄表数据，经过载波调制后通过信号耦合电路1发送到电力线L、N上。其中，载波模块2由单片计算机与专用扩频通信集成电路为核心器件组成；数据存储电路4由非易失RAM(EEPROM或FRAM)器件组成；计度显示器5可由齿轮计度器与LED指示灯组成，也可由LED数码管或LCD数码管为核心器件组成；采样计量模块6可由AD7755、BL0932或CS5460等专用电能表芯片为核心器件组成。图2表示本技术一个实施例中信号耦合电路1的电路原理图。由电力线L、N输入的载波信号，通过耦合电容C1进入阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种载波式预付费电能表，其特征在于从电力线［Ｌ、Ｎ］来的载波信号通过信号耦合电路［１］进入电力线载波模块［２］；载波模块［２］通过信号解调、判读或运算得到的通断控制信号输入控制模块［３］，通过继电器功率输出触点对为用户供电的相线Ｌ０实施通断控制；载波模块［２］从载波信号中接收到的用户购电数据、从采样计量模块［６］采集到的用户用电数据都转送到数据存储电路［４］保存；计度显示器［５］接收采样计量模块［６］来的用户用电数据和载波模块［２］来的警告状态信息予以显示；电源模块［７］提供各功能模块电源；载波模块［２］从载波信号中接收到抄表命令或需要返回确认信息时，就从数据存储电路［４］中读出用户购电数据或实时抄表数据，经过载波调制后通过信号耦合电路［１］发送到电力线［Ｌ、Ｎ］上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐长远，
申请(专利权)人：齐长远，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]