CN102426724A - 一体化充值采集终端 - Google Patents
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Abstract
一种一体化充值采集终端，属用于智能电表充值、数据采集的电子装置。主要由与单片机连接的显示器、IC卡接口电路、加密认证接口电路、RS485接口电路以及电力载波电路组成。IC卡接口电路和加密认证接口电路采用静电保护芯片ESDA6V1-5W6以及ESAM芯片组成，RS485接口电路中的RS485接口芯片通过两个光耦电路与单片机连接，RS485接口芯片的A端和B端之间顺次串接有热敏电阻、压敏电阻和另一热敏电阻，该A端和B端分别串接一个双向瞬态二极管后接地；电力载波电路主要由三相载波模块组成。本终端集IC卡接口、电力载波接口以及RS485接口于一体，具有方便客户充值、用电查询以及数据转发等特点。
Description
技术领域
本发明用于智能电表充值与数据采集的电子设备，特别是涉及本发明涉及一种针对智能电表的一体化充值采集装置。
背景技术
目前根据国家电网公司所颁布的《电力用户用电信息采集***功能规范》，居民智能电表的付费方式分可为远程费控和本地费控两种。远程费控是指电力营销部门通过集抄***网络，完成费控过程；本地费控是指智能电表本身完成费控计量过程，用户通过与智能电表相对应的购电卡完成充值等。远程费控由于对集抄***网络建设要求较高，建设复杂，故现在大多数均选用的是本地费控智能电表。又根据市场调研的结果来看，目前绝大部分地区选择的是集中安放电能表，而且在很多高层建筑中选择将电能表安放在强电机井里，这就导致用户查询充值非常困难。
于是市场上针对该种现象有各式各样的产品出现，诸如用电查询***、集中充值***等，加上国家电网公司的集抄***，一块电表上面则至少连接了三个设备，但是RS485网络中最多只能有一组数据传输，一旦出现通信冲突，则很难完成任何一项工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼具IC卡接口、RS485接口以及电力载波接口的一体化充值采集终端。
本发明的目的是这样实现的：一种一体化充值采集终端，包括单片机，与单片机连接的显示器，还具有分别与所述单片机连接的以下电路；
IC卡接口电路：IC卡插口J4的4脚接于所述单片机的控制脚，J4的5脚、6脚均接于单片机的串口，J4的9脚接单片机的中断引脚，J4的7脚、8脚以及10脚均接地，J4的1脚、2脚和7脚均接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的2脚，J4的4脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的3脚，J4的6脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的1脚，J4的5脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的4脚，J4的9脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的6脚；三极管Q6基极串接电阻R18后接单片机的控制脚，三极管Q6发射极接3.3V直流电源正极，三极管Q6集电极接二极管D2正极，二极管D2负极串接电容C54后接地，且二极管D2负极接于J4的3脚；5V直流电源正极串接磁珠L15后接于三极管Q7发射极，三极管Q7集电极接二极管D3正极，二极管D3负极接二极管D2负极，电阻R20接于三极管Q7的基极与发射极之间，三极管Q8的集电极接于三极管Q7的基极，三极管Q8的基极串接电阻R39后接于3.3V直流电源正极，三极管Q8发射极串接电阻R21后接于单片机的控制脚，三极管Q6、Q7型号均为8550，三极管Q8型号为8050；
内部加密认证接口电路：由芯片ESAM组成，芯片ESAM的3脚、7脚和8脚分别串接电容C44、C38和C37后接地，芯片SEAM的3脚、6脚接于单片机的串口，芯片ESAM的7脚接于单片机的控制脚；
RS485接口电路：型号为SN65LBC184D的RS485接口芯片的R端和D端分别连接由芯片NEC2501AL-1组成的光耦电路后与所述单片机串口发送端和串口接收端连接，RS485接口芯片的A端顺次串接磁珠L14、热敏电阻PTC2、压敏电阻YMS和热敏电阻PTC1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端分别串接双向瞬态二极管F10和F11后接地，RS485接口芯片的A端串接电阻R32后接于5V直流电源正极，RS485接口芯片的B端串接电阻R36后接地；
电力载波接口电路：由型号为ZAIBO-3的三相载波模块组成，三相载波模块的11脚、12脚和13脚分别与单片机的串口发送端、串口接收端以及控制脚连接。
还具有与所述单片机连接的红外发送电路和红外接收电路；红外发送电路：三极管Q1的发射极接电解电容C30正极，电解电容C30负极接地，三极管Q1的发射极接电源正极，电容C31与电解电容C30并联，三极管Q1基极串接电阻R8后接于单片机的脉冲调制信号发送端，三极管Q1的集电极与三极管Q4的发射极连接，三极管Q4的集电极串接电阻R13后接于红外发送管TSOP6200正极，红外发送管TSOP6200负极接地，三极管Q4的基极串接电阻R11后接于单片机的串口发送端；三极管Q1、Q4型号为8550；
红外接收电路：电容C32连接在红外接收管TSOP58238的2脚与3脚之间，红外接收管TSOP58238的1脚接于单片机的串口接收端，红外接收管TSOP58238的2脚与3脚分别接地和接于三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极串接电阻R12后接于电源正极，三极管Q3的基极串接电阻R10后接于单片机的控制脚，三极管Q3型号为8550。
上述单片机还连接有按键接口电路以及声音接口电路；所述显示器为LCD显示器。
本发明是集智能电能表集中充值功能、国网采集器功能、用电查询***转发功能于一体的终端。
本发明实现国网采集器功能时向下通过RS485与智能电表连接，支持DL/T 645-1997协议和DL/T 645-2007协议，具有自动切换速率(协议97/645默认1200bps，协议07/645 默认2400bps)功能；可抄读当前电量；具备电量数据储存功能。向上通过电力载波与集中器连接，可以与集中器进行通信，接收并响应集中器的命令，向集中器传送数据；支持集中器与其它采集器之间的通信中继转发；可转换上、下信道的通信方式和通信协议。本地提供维护接口，支持手持设备通过红外通信口等本地维护接口设置参数和现场抄读电能量数据，并且支持本地参数设置和现场抄表应有的权限和密码管理，具有自恢复功能；包含终端初始化功能，能记录参数变更、抄表失败、终端停/上电等事件。能依据集中器下发或本地通信接口设置的表地址，自动生成电能表的表地址索引表，支持上下电检测，版本变更，抄表失败事件检测并有存储记录。
本发明实现集中充值功能时向下与采集功能共享RS485总线，内部完成RS485总线的冲突避让。本地设置智能卡接口，用以与用户购电卡完成数据交互，内部智能完成电表表号匹配；电子钱包信息的转换；充值信息的返写。在充值过程中提供文字及声音提示，简洁明了，方便用户操作。
本发明实现用电查询***转发功能时内部调用采集***数据，从而减少RS485总线的访问，有利于冲突避让；与查询终端通过电力载波接口完成数据更新。自主根据电力载波接口的侦听数据寻找相对合理的更新时间段；采用独特的集中调度和分布式冲突避让算法，解决数据转发器、采集器在电力线的载波冲突问题。
本发明还带有按键、灯光、声音及液晶显示器等本地人机交互接口。本地实现查询功能，用户可选择使用按键来查询或***购电卡查询更加详尽的用电信息；充值期间为用户提供相应的操作指示；空闲时间根据集抄数据智能判断用户余额是否达到报警门限，并做出相应的告警指示。
本发明的有益效果是：本发明将智能卡接口、RS485接口以及电力载波接口电路合并到一起，充分利用已有数据和智能调配各总线接口，从而有效管理各个数据网络负载；其独特的多任务架构能有效的并发处理充值、采集及查询广播等各类请求；智能优化智能电表侧RS485通信网络，合理解决集抄及充值请求冲突问题；独特的集中调度和分布式冲突避让算法，解决数据转发功能、采集功能在电力线载波及485总线上的冲突问题。方便客户对智能电表进行充值操作，能完成集抄及用电查询、数据转发等操作；精简了现场设备安装数量，不仅方便安装及调试，更加利于现场各种网络的稳定运行。
附图说明
图1是本发明的硬件结构框图。
图2是本发明的安装连接拓扑图。
图3是本发明的IC卡及ESAM接口电路。
图4是本发明的RS485接口电路。
图5-1、图5-2分别是本发明的红外发送电路和红外接收电路。
图6是本发明的电力载波接口电路。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1至图6，本发明包括嵌入式核心即单片机、分别与单片机和连接的LCD显示器接口电路、按键接口电路、声音接口电路、IC卡（即智能卡）接口电路、ESAM接口电路、电力载波接口电路以及两组RS485（通讯模块）接口电路，还有为各电路供电的电源电路。
IC卡接口电路完成与用户卡接口通讯，并将数据信息送入嵌入式核心，ESAM模块电路完成数据认证、加密、解密等各种安全认证操作；两组RS485通讯模块接口电路分别与嵌入式核心的两组异步串行通信口相连，嵌入式核心通过这两组异步串行通信口可实现与智能电能表的通信，本发明在现场的使用拓扑如图2。
图3示出IC卡接口电路（即智能卡接口电路）及内部加密认证接口电路即ESAM接口电路。IC卡接口电路：IC卡插口J4的4脚、5脚分别接于所述单片机的控制脚，J4的6脚、9脚分别接于单片机的串口和中断引脚，J4的7脚、8脚以及10脚均接地，J4的1脚、2脚和7脚均接于静电保护芯片芯片ESDA6V1-5W6的2脚，J4的4脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的3脚，J4的6脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的1脚，J4的5脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的4脚，J4的9脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的6脚。
IC卡接口电路主要包括供电选择及EMI保护，使用简单的三极管匹配电路完成IC卡规范(ISO7816型式规范)所规定的电源切换电路，用以提供不同类型的IC卡供电需求；
内部加密认证接口电路：由芯片ESAM组成，芯片ESAM的3脚、7脚和8脚分别串接电容C44、C38和C37后接地，芯片SEAM的3脚、6脚接于单片机的串口，芯片ESAM的7脚接于单片机的控制脚；
ESAM接口电路其主要包括国家电力公司规定使用的ESAM安全认证模块。所述电源切换电路使用PNP三极管8550，NPN三极管8050及二极管IN5819，三极管Q6及二极管D2构成3.3V控制支路，三极管Q7、Q8及二极管D2构成5V控制支路，电阻R18、R21为控制限流电阻，电阻R39、R20为电平匹配电阻，磁珠L15为5V供电电路提供纹波调节。所述ESAM模块采用国网智能电表ESAM。
参见图4，RS485接口电路：型号为SN65LBC184D的RS485接口芯片的R端和D端分别连接由芯片组成的光耦电路后与所述单片机串口发送端和串口接收端连接，RS485接口芯片的A端顺次串接磁珠L14、热敏电阻PTC2、压敏电阻YMS和热敏电阻PTC1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端分别串接双向瞬态二极管F10和F11后接地，RS485接口芯片的A端串接电阻R32后接于5V直流电源正极，RS485接口芯片的B端串接电阻R36后接地。
RS485（通讯模块）接口电路包括RS485接口芯片，且在RS485接口芯片和CPU上对应的异步串行通信口间设有光耦；RS485接口芯片采用SN65LBC184D，在与智能电能表通信的RS485通讯模块接口电路中，RS485接口芯片的A端、B端各串联一热敏电阻，分别为PTC1、PTC2，在A端、B端间设有双向瞬态二极管F10、F11；双向瞬态二极管F11和电阻R32 、R36组成保护电路，防止接口过压和静电冲击损伤RS485接口芯片,并且增加RS485接口芯片带负载的能力。
参见图5，红外发送电路：三极管Q1的发射极接电解电容C30正极，电解电容C30负极接地，三极管Q1的发射极接电源正极，电容C31与电解电容C30并联，三极管Q1基极串接电阻R8后接于单片机的脉冲调制信号发送端，三极管Q1的集电极与三极管Q4的发射极连接，三极管Q4的集电极串接电阻R13后接于红外发送管TSOP6200正极，红外发送管TSOP6200负极接地，三极管Q4的基极串接电阻R11后接于单片机的串口发送端；三极管Q1、Q4型号为8550；
红外接收电路：电容C32连接在红外接收管TSOP58238的2脚与3脚之间，红外接收管TSOP58238的1脚接于单片机的串口接收端，红外接收管TSOP58238的2脚与3脚分别接地和接于三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极串接电阻R12后接于电源正极，三极管Q3的基极串接电阻R10后接于单片机的控制脚，三极管Q3型号为8550。
红外接口电路包括红外接收及红外发送对管，该接口使用电力专用红外调制方式，可屏蔽自发自收现象；所述红外对管使用红外接收TSOP58238及红外发送TOSP6200，在红外的发送中使用电力行业的标准调制方式，三极管Q1、Q4及TOSP6200构成红外发送电路；三极管Q3及TSOP58238构成红外接收电路，电阻R8、R10、R11为限流电阻，电阻R9为上拉电阻，电容C30、C31、C32为电源滤波电容。
参见图6，电力载波接口使用类似于国家电网所规定的接口标准规范。该接口配合改进型三相载波模块，既可以侦听电力线上可能的载波信号，也可以主动发起载波通信。
电力载波接口电路：由型号为ZAIBO-3的三相载波模块组成，三相载波模块的11脚、12脚和13脚分别与单片机的串口发送端、串口接收端以及控制脚连接。
Claims (3)
1.一种一体化充值采集终端，包括，单片机，与单片机连接的显示器，其特征是，还具有分别与所述单片机连接的以下电路；
IC卡接口电路：IC卡插口J4的4脚接于所述单片机的控制脚，J4的5脚、6脚均接于单片机的串口，J4的9脚接单片机的中断引脚，J4的7脚、8脚以及10脚均接地，J4的1脚、2脚和7脚均接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的2脚，J4的4脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的3脚，J4的6脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的1脚，J4的5脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的4脚，J4的9脚接于静电保护芯片ESDA6V1-5W6的6脚；
三极管Q6基极串接电阻R18后接单片机的控制脚，三极管Q6发射极接3.3V直流电源正极，三极管Q6集电极接二极管D2正极，二极管D2负极串接电容C54后接地，且二极管D2负极接于J4的3脚；5V直流电源正极串接磁珠L15后接于三极管Q7发射极，三极管Q7集电极接二极管D3正极，二极管D3负极接二极管D2负极，电阻R20接于三极管Q7的基极与发射极之间，三极管Q8的集电极接于三极管Q7的基极，三极管Q8的基极串接电阻R39后接于3.3V直流电源正极，三极管Q8发射极串接电阻R21后接于单片机的控制脚，三极管Q6、Q7型号均为8550，三极管Q8型号为8050；
内部加密认证接口电路：由芯片ESAM组成，芯片ESAM的3脚、7脚和8脚分别串接电容C44、C38和C37后接地，芯片SEAM的3脚、6脚接于单片机的串口，芯片ESAM的7脚接于单片机的控制脚；
RS485接口电路：型号为SN65LBC184D的RS485接口芯片的R端和D端分别连接由芯片NEC2501AL-1组成的光耦电路后与所述单片机串口发送端和串口接收端连接，RS485接口芯片的A端顺次串接磁珠L14、热敏电阻PTC2、压敏电阻YMS和热敏电阻PTC1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端分别串接双向瞬态二极管F10和F11后接地，RS485接口芯片的A端串接电阻R32后接于5V直流电源正极，RS485接口芯片的B端串接电阻R36后接地；
电力载波接口电路：由型号为ZAIBO-3的三相载波模块组成，三相载波模块的11脚、12脚和13脚分别与单片机的串口发送端、串口接收端以及控制脚连接。
2.根据权利要求1所述的一体化充值采集终端，其特征是，还具有与所述单片机连接的红外发送电路和红外接收电路；
红外发送电路：三极管Q1的发射极接电解电容C30正极，电解电容C30负极接地，三极管Q1的发射极接电源正极，电容C31与电解电容C30并联，三极管Q1基极串接电阻R8后接于单片机的脉冲调制信号发送端，三极管Q1的集电极与三极管Q4的发射极连接，三极管Q4的集电极串接电阻R13后接于红外发送管TSOP6200正极，红外发送管TSOP6200负极接地，三极管Q4的基极串接电阻R11后接于单片机的串口发送端；三极管Q1、Q4型号为8550；
红外接收电路：电容C32连接在红外接收管TSOP58238的2脚与3脚之间，红外接收管TSOP58238的1脚接于单片机的串口接收端，红外接收管TSOP58238的2脚与3脚分别接地和接于三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极串接电阻R12后接于电源正极，三极管Q3的基极串接电阻R10后接于单片机的控制脚，三极管Q3型号为8550。
3.根据权利要求1或2所述的一体化充值采集终端，其特征是，所述单片机还连接有按键接口电路以及声音接口电路；所述显示器为LCD显示器。
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