Rfid电度表电能信息采集系统及采集方法
【专利摘要】本发明公开了一种RFID电度表电能信息采集系统及采集方法，包括电度表、通信接口电路、智能采集电路、网络数据交换机、后台数据收集系统，所述电度表连接通信接口电路，所述通信接口电路连接智能采集电路，所述智能采集电路连接网络数据交换机，所述网络数据交换机连接后台数据收集系统，所述电度表的硬件电路包括MCU单片机、计量电路、预付费电路和电源电路，所述MCU单片机分别与电源电路、预付费电路、通信接口电路和计量电路相连接，所述的预付费电路采用主芯片为ADF7023-J作为收发器，克服上述不足之处，在电能信息采集系统中采用射频技术而设计的电度表进行用户的电信息度量，安全便捷的将用户用电信息送往电业局数据中心进行整合处理。
【专利说明】RFID电度表电能信息采集系统及采集方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电度表领域，具体的说，是RFID电度表电能信息采集系统及采集方法。
【背景技术】
[0002]射频识别Radio Frequency IDentification即射频技术,又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，广泛的应用于图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。
[0003]我国电力市场化的进程十分迅速，电能是商品、先买后用的观念逐步深入人心。为实现电费收缴管理自动化，现已架构了由预收费电度表所组成的电能信息采集系统，它使收费从过去繁琐的人工抄表、手工计价转变为用户持卡购电，剩余电量少于一定值后自动报警等功能，但现有电能信息采集系统中的磁卡预付费电表由于电卡存在以下缺陷:电卡多次同电表卡槽芯片接触后出现损坏而造成接触不良；电卡内信息易被恶意攻击；电卡进行上电读卡时需分正反面；由于电卡上有裸露芯片，须得进行防水处理。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种RFID电度表电能信息采集系统及采集方法，克服上述不足之处，在电能信息采集系统中采用射频技术而设计的电度表进行用户的电信息度量，由于射频技术所设计的电度表充分利用射频电子标签的序列号唯一性、数据不易被恶意攻击以及数据读取速度快的特点来实现安全快捷的进行数据读取，达到安全便捷的将用户用电信息送往电业局数据中心进行整合处理。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:一种RFID电度表电能信息米集系统,包括电度表、通信接口电路、智能采集电路、网络数据交换机、后台数据收集系统，所述电度表连接通信接口电路，所述通信接口电路连接智能采集电路，所述智能采集电路连接网络数据交换机，所述网络数据交换机连接后台数据收集系统，所述电度表的硬件电路包括MCU单片机、计量电路、预付费电路和电源电路，所述MCU单片机分别与电源电路、预付费电路、通信接口电路和计量电路相连接，所述的预付费电路采用主芯片为ADF7023-J作为收发器；
其中:
MCU单片机，用于处理用电量使用信息、预付电费加载处理以及整合电量使用信息数据和预付费情况信息后通过指令编码的形式以备发送到电力系统的后台进行统计和结算；计量芯片电路，用于将传感器所接收到的用户用电的有功功率值信息和电能值信息处理为可供隔离电路进行隔离耦合到MCU单片机中识别并整合的信号源；
预付费电路，采用射频识别技术进行电费预付费加载；
智能采集电路，可以将用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息全部准确的记录下来，以备电力局数据处理中心进行查询结算；
网络数据交换机，进行程控处理由智能采集电路所采集的用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息，后发往后台数据收集系统完成到电业局数据处理中心的数据传输；
后台数据收集系统，电业局数据处理中心的一系列主机服务器，用于对用户用电信息的整合处理。
[0006]其工作原理为:设置在电度表中的计量电路通过电源线将用户用电的有功功率值信息和电能值信息处理成能在MCU单片机中识别并整合的信号源，用户可以利用射频预付费电卡在预付费电路中进行电费信息加载，在MCU单片机中对这些包含有用电量使用信息、预付电费信息进行诸如解码、深度分析等加载处理，并整合电量使用信息数据和预付费情况信息为指令编码的形式通过通信接口电路传输到智能采集电路，智能采集电路将用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息全部准确的记录下来后通过网络数据交换机进行程控处理后发往后台数据收集系统中，电业局数据处理中心的一系列主机服务器所组成的后台数据收集系统对用户用电信息的整合、统计和结算处理。在此结构中，ADF7023-J作为射频识别技术专业芯片模块，是一款极低功耗、高性能、高度集成的2FSK/GFSK/MSK/GMSK收发器，设计工作频段为902 MHz至958 MHz，涵盖950 MHz的ARIB标准T96频段，支持I kbps至300 kbps的数据速率，发射RF频率合成器包含一个VCO和一个输出通道频率分辨率为400 Hz的低噪声小数N分频锁相环(PLL)。VCO的工作频率为基频的两倍，可减少杂散发射。接收和发射频率合成器的带宽自动独立配置，以实现最佳的相位噪声、调制质量和建立时间，并且该器件对高频谱噪声环境中的干扰信号具有极强的抗扰能力，具有镜像抑制校准功能，该功能不需要使用外部RF源，启动后也不需要用户干预，校准结果可以存储在非易失性存储器中，供收发器后续上电使用。
[0007]进一步的，为更好的实现本发明，所述计量电路包括依次连接的传感器、计量芯片电路和隔离电路，所述隔离电路连接MCU单片机，设置在电源线上的传感器所接收到的用户用电的有功功率值信息和电能值信息通过计量芯片电路处理为可供隔离电路进行隔离耦合到MCU单片机中识别并整合的信号源。
[0008]进一步的，为更好的实现本发明，还包括显示屏和键盘接口电路，所述MCU单片机分别连接显示屏和键盘接口电路，所述显示屏采用LED显示屏。其工作原理为:M⑶单片机发出需要显示的内容在LCD显示屏上进行显示，结合键盘接口电路上的键盘就可以形成一个人机交互界面，达到人和电能表之间的数据沟通。
[0009]进一步的，为更好的实现本发明，还包括晶体振荡器，所述晶振电路连接MCU单片机。
[0010]进一步的，为更好的实现本发明，所述的计量芯片电路的计量芯片型号为ADE7759。在此结构中，ADE7759是一款带串行接口和脉冲输出的高精度有功功率和电能计量1C，包含两个二阶Σ-AADC、一个数字积分器(在CHl通道)、参考电压电路、温度传感器以及完成有功功率和电能计量所需要的全部数字信号处理功能，一个内置数字积分器提供与电流传感器直接相连的接口，提供了优良的长期稳定性以及电流和电压通道之间的精密相位匹配。
[0011]进一步的，为更好的实现本发明，所述的隔离电路的隔离耦合器采用ADUM7241数字隔离器，ADUM7241数字隔离器件结合了高速CMOS与单片空芯变压器技术，可提供出色的性能特性，优于光耦器件和其它集成式耦合器。[0012]进一步的，为更好的实现本发明，在本发明中，所述的MCU单片机的型号优选为MSP430F415, MSP430F415芯片为TI公司的一款16位超低功耗单片机，作为电能表的主MCU,内部有16Kf lash ,512B RAM，96段LCD，具有16位RISC结构，CPU中的16个寄存器和函数发生器使MSP430F415微控制器能达到最高的代码效率，灵活的时钟源；数字控制的DCO可使器件从低功耗迅速唤醒并且可以将能量直接转换成脉冲信号。
[0013]一种RFID电度表电能信息采集方法，包括以下步骤:
步骤A:用电信息统计，设置在电度表中的计量电路通过电源线将用户用电的有功功率值信息和电能值信息处理成能在到MCU单片机中识别并整合的信号以确定用户的用电量;
步骤B，电费信息加载，用户可以利用射频预付费电卡在预付费电路中进行电费信息加
载；
步骤C，用电信息处理，经步骤A和步骤B后，MCU单片机对这些包含有用电量使用信息、预付电费信息进行诸如解码、深度分析等加载处理，并整合电量使用信息数据和预付费情况信息为指令编码的形式；
步骤D:智能电信息采集，经步骤C，指令编码将通过通信接口电路传输到智能采集电路，智能采集电路将用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息全部准确的记录下来；步骤E，经步骤D后，后台中心处理，智能采集电路所收集的信息将通过网络数据交换机进行程控处理后发往后台数据收集系统中，电业局数据处理中心的一系列主机服务器所组成的后台数据收集系统对用户用电信息的整合、统计和结算处理。
[0014]本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
1、本发明克服上述不足之处，在电能信息采集系统中采用射频技术而设计的电度表进行用户的电信息度量，由于射频技术所设计的电度表充分利用射频电子标签的序列号唯一性、数据不易被恶意攻击以及数据读取速度快的特点来实现安全快捷的进行数据读取，达到安全便捷的将用户用电信息送往电业局数据中心进行整合处理。
[0015]2、本发明所述RFID电度表电能信息采集中所述电度表的预付费电路上采用射频技术芯片制成的信息收发器来读取射频电子标签所制成的预付费电卡上的电量信息，能够达到安全快捷的对预付费电卡上的电量信息加载，并且在使用时电卡可以不同电度表进行接触就能读取数据从而避免出现机械损伤。
[0016]3、本发明所述RFID电度表电能信息采集中MCU单片机发出需要显示的内容能在IXD显示屏上进行显示，并结合键盘接口电路上的键盘就可以形成一个人机交互界面，达到人和电能表之间的数据沟通。
[0017]4、本发明所述RFID电度表电能信息采集结构简单，内部采用的集成芯片都为现有成熟技术，具有超低功耗，运行稳定等特点。
[0018]5、本发明所述RFID电度表电能信息采集采用射频技术而设计，在现有智能电力领域中应用可以进一步的提高现有智能电网技术的运行的可靠性，增强电量计费、电参量的数据收集的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的硬件结构框图。【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0021]实施例1:
一种RFID电度表电能信息采集系统，如图1所示，包括电度表、通信接口电路、智能采集电路、网络数据交换机、后台数据收集系统，所述电度表连接通信接口电路，所述通信接口电路连接智能采集电路，所述智能采集电路连接网络数据交换机，所述网络数据交换机连接后台数据收集系统，所述电度表的硬件电路包括MCU单片机、计量电路、预付费电路和电源电路，所述MCU单片机分别与电源电路、预付费电路、通信接口电路和计量电路相连接，所述的预付费电路采用主芯片为ADF7023-J作为收发器；
其中:
MCU单片机，用于处理用电量使用信息、预付电费加载处理以及整合电量使用信息数据和预付费情况信息后通过指令编码的形式以备发送到电力系统的后台进行统计和结算；计量芯片电路，用于将传感器所接收到的用户用电的有功功率值信息和电能值信息处理为可供隔离电路进行隔离耦合到MCU单片机中识别并整合的信号源；
预付费电路，采用射频识别技术进行电费预付费加载；
智能采集电路，可以将用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息全部准确的记录下来，以备电力局数据处理中心进行查询结算；
网络数据交换机，进行程控处理由智能采集电路所采集的用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息，后发往后台数据收集系统完成到电业局数据处理中心的数据传输；
后台数据收集系统，电业局数据处理中心的一系列主机服务器，用于对用户用电信息的整合处理。
[0022]其工作原理为:设置在电度表中的计量电路通过电源线将用户用电的有功功率值信息和电能值信息处理成能在MCU单片机中识别并整合的信号源，用户可以利用射频预付费电卡在预付费电路中进行电费信息加载，在MCU单片机中对这些包含有用电量使用信息、预付电费信息进行诸如解码、深度分析等加载处理，并整合电量使用信息数据和预付费情况信息为指令编码的形式通过通信接口电路传输到智能采集电路，智能采集电路将用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息全部准确的记录下来后通过网络数据交换机进行程控处理后发往后台数据收集系统中，电业局数据处理中心的一系列主机服务器所组成的后台数据收集系统对用户用电信息的整合、统计和结算处理。在此结构中，ADF7023-J作为射频识别技术专业芯片模块，是一款极低功耗、高性能、高度集成的2FSK/GFSK/MSK/GMSK收发器，设计工作频段为902 MHz至958 MHz，涵盖950 MHz的ARIB标准T96频段，支持I kbps至300 kbps的数据速率，发射RF频率合成器包含一个VCO和一个输出通道频率分辨率为400 Hz的低噪声小数N分频锁相环(PLL)。VCO的工作频率为基频的两倍，可减少杂散发射。接收和发射频率合成器的带宽自动独立配置，以实现最佳的相位噪声、调制质量和建立时间，并且该器件对高频谱噪声环境中的干扰信号具有极强的抗扰能力，具有镜像抑制校准功能，该功能不需要使用外部RF源，启动后也不需要用户干预，校准结果可以存储在非易失性存储器中，供收发器后续上电使用。[0023]实施例2:
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，如图1所示，所述计量电路包括依次连接的传感器、计量芯片电路和隔离电路，所述隔离电路连接MCU单片机，设置在电源线上的传感器所接收到的用户用电的有功功率值信息和电能值信息通过计量芯片电路处理为可供隔离电路进行隔离耦合到MCU单片机中识别并整合的信号源。
[0024]实施例3:
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，如图1所示，还包括显示屏和键盘接口电路，所述MCU单片机分别连接显示屏和键盘接口电路，所述显示屏采用LED显示屏。其工作原理为:MCU单片机发出需要显示的内容在IXD显示屏上进行显示，结合键盘接口电路上的键盘就可以形成一个人机交互界面，达到人和电能表之间的数据沟通。
[0025]实施例4:
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，如图1所示，还包括晶体振荡器，所述晶振电路连接MCU单片机。
[0026]实施例5:
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，所述的计量芯片电路的计量芯片型号为ADE7759。在此结构中，ADE7759是一款带串行接口和脉冲输出的高精度有功功率和电能计量1C，包含两个二阶Σ - Λ ADC、一个数字积分器(在CHl通道)、参考电压电路、温度传感器以及完成有功功率和电能计量所需要的全部数字信号处理功能，一个内置数字积分器提供与电流传感器直接相连的接口，提供了优良的长期稳定性以及电流和电压通道之间的精密相位匹配。
[0027]实施例6:
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，所述的隔离电路的隔离耦合器采用ADUM7241数字隔离器，ADuM7241数字隔离器件结合了高速CMOS与单片空芯变压器技术，可提供出色的性能特性，优于光耦器件和其它集成式耦合器。
[0028]实施例7:
本实施例是在实施例1-6的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明，在本发明中，所述的MCU单片机的型号优选为MSP430F415，MSP430F415芯片为TI公司的一款16位超低功耗单片机，作为电能表的主MCU，内部有16Kflash，512B RAM，96段IXD，具有16位RISC结构，CPU中的16个寄存器和函数发生器使MSP430F415微控制器能达到最高的代码效率，灵活的时钟源；数字控制的DCO可使器件从低功耗迅速唤醒并且可以将能量直接转换成脉冲信号。
[0029]实施例8:
一种RFID电度表电能信息采集方法，包括以下步骤:
步骤A:用电信息统计，设置在电度表中的计量电路通过电源线将用户用电的有功功率值信息和电能值信息处理成能在到MCU单片机中识别并整合的信号以确定用户的用电量;
步骤B，电费信息加载，用户可以利用射频预付费电卡在预付费电路中进行电费信息加载；
步骤C，用电信息处理，经步骤A和步骤B后，MCU单片机对这些包含有用电量使用信息、预付电费信息进行诸如解码、深度分析等加载处理，并整合电量使用信息数据和预付费情况信息为指令编码的形式；
步骤D:智能电信息采集，经步骤C，指令编码将通过通信接口电路传输到智能采集电路，智能采集电路将用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息全部准确的记录下来；步骤E，经步骤D后，后台中心处理，智能采集电路所收集的信息将通过网络数据交换机进行程控处理后发往后台数据收集系统中，电业局数据处理中心的一系列主机服务器所组成的后台数据收集系统对用户用电信息的整合、统计和结算处理。
[0030]本发明克服上述不足之处，在电能信息采集系统中采用射频技术而设计的电度表进行用户的电信息度量，由于射频技术所设计的电度表充分利用射频电子标签的序列号唯一性、数据不易被恶意攻击以及数据读取速度快的特点来实现安全快捷的进行数据读取，达到安全便捷的将用户用电信息送往电业局数据中心进行整合处理。
[0031]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种RFID电度表电能信息采集系统，其特征在于:包括电度表、通信接口电路、智能采集电路、网络数据交换机、后台数据收集系统，所述电度表连接通信接口电路，所述通信接口电路连接智能采集电路，所述智能采集电路连接网络数据交换机，所述网络数据交换机连接后台数据收集系统，所述电度表的硬件电路包括MCU单片机、计量电路、预付费电路和电源电路，所述MCU单片机分别与电源电路、预付费电路、通信接口电路和计量电路相连接，所述的预付费电路采用主芯片为ADF7023-J作为收发器； 其中: MCU单片机，用于处理用电量使用信息、预付电费加载处理以及整合电量使用信息数据和预付费情况信息后通过指令编码的形式以备发送到电力系统的后台进行统计和结算；计量芯片电路，用于将传感器所接收到的用户用电的有功功率值信息和电能值信息处理为可供隔离电路进行隔离耦合到MCU单片机中识别并整合的信号源； 预付费电路，采用射频识别技术进行电费预付费加载； 智能采集电路，可以将用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息全部准确的记录下来，以备电力局数据处理中心进行查询结算； 网络数据交换机，进行程控处理由智能采集电路所采集的用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息，后发往后台数据收集系统完成到电业局数据处理中心的数据传输； 后台数据收集系统，电业局数据处理中心的一系列主机服务器，用于对用户用电信息的整合处理。
2.根据权利要求1所述的RFID电度表电能信息采集系统，其特征在于:所述计量电路包括依次连接的传感器、计量芯片电路和隔离电路，所述隔离电路连接MCU单片机。
3.根据权利要求1所述的RFID电度表电能信息采集系统，其特征在于:还包括显示屏和键盘接口电路，所述MCU单片机分别连接显示屏和键盘接口电路，所述显示屏采用LED显示屏。
4.根据权利要求1所述的RFID电度表电能信息采集系统，其特征在于:还包括晶体振荡器，所述晶振电路连接MCU单片机。
5.根据权利要求1所述的RFID电度表电能信息采集系统，其特征在于:所述的隔离电路的隔离耦合器采用ADUM7241数字隔离器。
6.根据权利要求1所述的RFID电度表电能信息采集系统，其特征在于:所述的计量芯片电路的计量芯片型号为ADE7759。
7.根据权利要求1-6任一项所述的RFID电度表电能信息采集系统，其特征在于:所述的MCU单片机的型号为MSP430F415。
8.—种RFID电度表电能信息采集方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤A:用电信息统计，设置在电度表中的计量电路通过电源线将用户用电的有功功率值信息和电能值信息处理成能在到MCU单片机中识别并整合的信号以确定用户的用电量; 步骤B，电费信息加载，用户可以利用射频预付费电卡在预付费电路中进行电费信息加载； 步骤C，用电信息处理，经步骤A和步骤B后，MCU单片机对这些包含有用电量使用信息、预付电费信息进行诸如解码、深度分析等加载处理，并整合电量使用信息数据和预付费情况信息为指令编码的形式； 步骤D:智能电信息采集，经步骤C，指令编码将通过通信接口电路传输到智能采集电路，智能采集电路将用户的用电量、电费、瞬时功率、欠费情况、电网负荷等信息全部准确的记录下来；步骤E，经步骤D后，后台中心处理，智能采集电路所收集的信息将通过网络数据交换机进行程控处理后发往后台数据收集系统中，电业局数据处理中心的一系列主机服务器所组成的后台数据收 集系统对用户用电信息的整合、统计和结算处理。
【文档编号】G08C17/02GK103996273SQ201410200194
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】江波, 黄勇勇 申请人:国家电网公司, 国网四川省电力公司宜宾供电公司