CN2496029Y - 单相智能卡电能表 - Google Patents

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董兴新
陈鲁冰
王仁涛
徐广平
单宝军
曹茂兴
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Abstract

本实用新型涉及单相预付费集成电路卡电能表,它包括采样电路、计量电路、控制电路、显示电路、通断电执行电路、卡座、与卡座相对应的集成电路卡以及上述各电路的直流供电电路,控制电路包括单片机、复位芯片和安全控制模块SAM,集成电路卡为CPU卡,安全控制模块SAM和CPU卡的内部掩膜有操作***TIMECOS2.0,并采用DES加密方法,出厂后经修改主密钥卡将安全控制模块SAM中由生产厂家掌握的通用密钥修改为由供电管理部门掌握的密钥,单片机通过P4口来读取安全控制模块SAM的内容和完成密钥认证,这种单相智能卡电能表,不但能准确计量用户的用电量,实现预付费,而且保密程度高,数据安全可靠。

Description

单相智能卡电能表
                    技术领域
本实用新型涉及单相预付费集成电路卡电能表。
                    背景技术
传统使用的老式电能表，只能依据用户的用电量，由用户向供电管理部门缴费，也就是先用电后缴费，其弊端是：1、易造成电费的欠缴或滞缴；2、当用户因未缴电费需停止供电时，不能自动断电。近几年，市场上陆续推出了单相预付费电能表，其电路结构包括计量部分、控制单元、显示部分、执行机构、集成电路卡以及上述电路的供电电源，其中的集成电路卡多为存储卡、也有少数的逻辑加密卡，前者的不足是不能保密，后者的不足是保密程度低，密码是由生产厂家掌握，而供电管理部门却不掌握。
                    发明内容
本实用新型的目的是提供一种保密程度高、密码由供电管理部门掌握的单相智能卡电能表。
这种单相智能卡电能表，包括采样电路、计量电路、控制电路、显示电路、通断电执行电路、卡座、与卡座相对应的集成电路卡以及上述各电路的直流供电电路，计量电路包括计量芯片，该计量芯片的电流采样输入端与交流供电线路火线端之间接有电流采样电路、电压采样输入端与零线之间接有电压采样电路，电流采样电路和电压采样电路构成采样电路，计量芯片的低频输出端有两路输出，其中一路接步进计数器，另一路经光电耦合器隔离后去控制电路；控制电路包括单片机和复位芯片以及二者的***电路，其中单片机的计数输入端与计量芯片的第二路低频输出连接；显示电路包括由单片机的P0口和P1口控制的数码显示管；通断电执行电路包括由单片机的P4口控制的磁保继电器控制电路和与该电路连接的磁保继电器，磁保继电器的控制触点串接在交流供电线路的火线上；其电路结构特点是控制电路中还包括与单片机的P4口连接的安全控制模块SAM，集成电路卡为CPU卡，安全控制模块SAM和CPU卡的内部掩膜有操作***TIMECOS2.0，并采用DES加密方法，出厂后通过修改主密钥卡将安全控制模块SAM中由生产厂家掌握的通用密钥修改为由供电管理部门掌握的密钥，单片机通过P4口来读取安全控制模块SAM的内容和完成密钥认证，卡座上有一对常闭触点，当CPU卡***时，该对常闭触点断开，由单片机的P3口产生中断、P4口读取CPU卡中的内容，为集成电路卡提供电源的KD端由单片机和一三极管控制。
为保证时钟信号的一致性，在单片机的时钟信号端接有一反向器，该反向器的输出端有两路输出，其中一路输出与安全控制模块SAM的时钟信号端连接，另一路输出再经一反向器后接CPU卡的时钟信号端。
上述的直流供电电路，包括产生对数字地的+13V、+12V、+5V电路和产生对模拟地的+5V电路。
使用时，先将这种单相智能卡电能表接在用户的供电线路的火线与零线之间，将用户购好电的CPU卡***卡座内，就可将预先购好的电量写入安全控制模块SAM内，拔出CPU卡，就可以用电，之后，当再***CPU卡时，数码管会显示剩余电量。当剩余的电量减少到报警电量时，通过数码管常闪和断电一次，提示用户购电。
这种单相智能卡电能表，不但能准确计量用户的用电量，实现预付费，避免了欠缴电费的现象发生，而且由于采用了CPU卡和安全控制模块SAM，可以采用复杂的加密算法，密码由供电管理部门掌握，只有用户CPU卡中的密钥与安全控制模块SAM中的密钥经单片机认证后，电量才能从CPU卡中写入单片机内，因此保密程度高，数据安全可靠。
                    附图说明
附图示出了单相智能卡电能表的实施例，其中，图1是单相智能卡电能表的电路结构方框图，图2是其中的采样电路和计量电路的电原理图，图3是通断电执行电路的电原理图，图4是控制电路、卡座及显示电路的电原理图，图5是直流供电电路的电原理图。
                    具体实施方式
参照上述的附图，单相智能卡电能表包括采样电路1、计量电路2、控制电路3、显示电路4、通断电执行电路5、卡座6、与卡座6相对应的集成电路卡7以及上述各电路的直流供电电路8，采样电路1由电流采样电路和电压采样电路构成，计量电路2包括计量芯片AD7755，电流采样电路中的锰铜电阻RF对电流进行采样后，经电阻R41、R42进入该计量芯片AD7755的电压采样输入端V1n V1p，作为电流采样输入，RF串联在交流供电线路的火线上，接在零线上的电压采样电路是一分压器，由电阻R25----R36和R37构成，分压后进入AD7755的V2p，作为电压采样输入，AD7755内部进行A/D转换后，经数字乘法器得到功率，功率经V/F转换后，由F1、F2脚输出低频，直接驱动步进计数器M，显示总用电量，F1脚的信号还经光电耦合器IC2隔离后，去单片机P30脚计数，高频输出CF脚经光电耦合器IC1隔离后接到表尾端子6、7脚，作为测表信号。控制电路3包括单片机μPD78F9026、复位芯片MAX708、安全控制模块SAM及它们的***电路，该单片机通过SSDA、SRST来读取安全控制模块SAM的内容和完成密钥认证，为了时钟信号的一致性，单片机的时钟信号经反向器IC1E反向后作为安全控制模块SAM的时钟信号，再经反向器IC1D再次反向后作为集成电路卡7的时钟信号，复位芯片MAX708及***电路完成以下功能：对单片机的上电复位、掉电检测、与单片机中断结合完成掉电时保存数椐。显示电路4通过四位数码管显示剩余电量，最大显示电量为9999千瓦时，通过单片机的P10到P13口控制显示的位，三极管T1、T2、T3、T4的作用是增加驱动能力，由单片机的P0口输出需要显示的数字。卡座6与集成电路卡7配套使用，集成电路卡7为CPU卡，卡座6上有一对常闭触点，无卡***时使CH5和CH10接通，当CPU卡***时，CH5与CH10断开，因为在卡座内触点CH10与CH9连在一起，所以CK即单片机的P32口由低电位变为高电位，产生中断，由KD为CPU卡提供电源，由KRST、KCLK和KSDA读取CPU卡中的内容，为集成电路卡提供电源的KD端由单片机和三极管T5控制，如果***的卡为非法卡，能迅速关断集成电路卡的供电电源，从而保护电能表电路。通断电执行电路5包括由单片机的P47口和P46口即A1和B1控制的磁保继电器控制电路和与该电路连接的磁保继电器，磁保继电器的控制触点串接在交流供电线路的火线上，磁保继电器控制电路包括三极管T106、T107、T108、T109、T110、T111，当A1高电平、B1低电平时，磁保继电器的线圈绕组JA中有电流通过，控制触点吸合，接通交流供电电源，当A1低电平、B1高电平时，控制触点断开，停止供电。直流供电电路8有四组输出，第一组由变压器TR的初级线圈抽头经二极管D201整流、滤波电容C210、C207滤波、稳压管D205稳压后，得到对模拟地GND1的+5V电压；变压器TR次级线圈两端的交流电压，经桥式整流器B整流、电容C202滤波后，得到对数字地的+13V电压，为第二组输出VA；VA再经二极管D203、电容C204，得到对数字地的+12V电压，为第三组输出VB；VB又经二极管D204、电容C205、三端集成稳压器IC201、电容C206，得到对数字地的+5V电压，为第四组输出。

Claims (3)

1、一种单相智能卡电能表，包括采样电路(1)、计量电路(2)、控制电路(3)、显示电路(4)、通断电执行电路(5)、卡座(6)、与卡座(6)相对应的集成电路卡(7)以及上述各电路的直流供电电路(8)，计量电路(2)包括计量芯片，该计量芯片的电流采样输入端与交流供电线路火线端之间接有电流采样电路、电压采样输入端与零线之间接有电压采样电路，电流采样电路和电压采样电路构成采样电路(1)，计量芯片的低频输出端有两路输出，其中一路接步进计数器，另一路经光电耦合器隔离后去控制电路(3)；控制电路(3)包括单片机和复位芯片以及二者的***电路，其中单片机的计数输入端与计量芯片的第二路低频输出连接；显示电路(4)包括由单片机的P0口和P1口控制的数码显示管；通断电执行电路(5)包括由单片机的P4口控制的磁保继电器控制电路和与该电路连接的磁保继电器，磁保继电器的控制触点串接在交流供电线路的火线上；其特征是控制电路(3)中还包括与单片机的P4口连接的安全控制模块SAM，集成电路卡(7)为CPU卡，安全控制模块SAM和CPU卡的内部掩膜有操作***TIMECOS2.0，并采用DES加密方法，出厂后经修改主密钥卡将安全控制模块SAM中由生产厂家掌握的通用密钥修改为由供电管理部门掌握的密钥，单片机通过P4口来读取安全控制模块SAM的内容和完成密钥认证，卡座(6)上有一对常闭触点，当CPU卡***时，该对常闭触点断开，由单片机的P3口产生中断、P4口读取CPU卡中的内容，为集成电路卡提供电源的KD端由单片机和一三极管控制。
2、根据权利要求1所述的单相智能卡电能表，其特征是在单片机的时钟信号端接有一反向器，该反向器的输出端有两路输出，其中一路输出与安全控制模块SAM的时钟信号端连接，另一路输出再经一反向器后接CPU卡的时钟信号端。
3、根据权利要求1所述的单相智能卡电能表，其特征是上述的直流供电电路(8)，包括产生对数字地的+13V、+12V、+5V电路和产生对模拟地的+5V电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101833822A (zh) * 2010-04-02 2010-09-15 深圳市科陆电子科技股份有限公司 电力预付费***的安全保护方法
CN101908246A (zh) * 2010-07-29 2010-12-08 郑州新开普电子股份有限公司 单相电子式预付费双控电能表
CN101975887A (zh) * 2010-09-01 2011-02-16 陈献忠 交直流设备电能耗计量表电路
CN106952410A (zh) * 2016-12-13 2017-07-14 浙江恒业电子有限公司 一种带cpu卡座的电能表
CN114158165A (zh) * 2021-10-22 2022-03-08 禧荣电器(深圳)有限公司 一种低功耗人体感应器

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