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1、(10)申请公布号 CN 103995163 A (43)申请公布日 2014.08.20 C N 1 0 3 9 9 5 1 6 3 A (21)申请号 201410201331.1 (22)申请日 2014.05.13 G01R 11/56(2006.01) G07F 15/06(2006.01) (71)申请人国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街86号 申请人国网四川省电力公司宜宾供电公司 (72)发明人毕世兵 张志 (74)专利代理机构成都信博专利代理有限责任 公司 51200 代理人卓仲阳 (54) 发明名称 利用射频技术通信的预付费电度表及电能信 息处理方法 (5。
2、7) 摘要 本发明公开了一种利用射频技术通信的预付 费电度表，包括MCU单片机、传感器、计量芯片电 路、隔离电路、预付费电路和电源电路，所述MCU 单片机分别与电源电路、预付费电路和隔离电路 相连接，所述传感器连接计量芯片电路，所述计量 芯片电路连接隔离电路，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，在电度表的预付费电路上采用射频技术芯 片制成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，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，并且在使用时电卡可以不同电度表进行接触 就。
3、能读取数据从而避免出现机械损伤。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103995163 A CN 103995163 A 1/1页 2 1.一种利用射频技术通信的预付费电度表，其特征在于：包括MCU单片机、传感器、计 量芯片电路、隔离电路、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 电路和隔离电路相连接，所述传感器连接计量芯片电路，所述计量芯片电路连接隔离电路， 所述的预付费电路采用主芯片为ADF7023-J作为收发器； 其中。
4、： 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。 2.根据权利要求1所述的利用射频技术通信的预付费电度表，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。 3.根据权利要求1所述的利用射频技术通信的预付费电度表，其特征在于：还。
5、包括通 信接口电路，所述通信接口电路连接MCU单片机。 4.根据权利要求1所述的利用射频技术通信的预付费电度表，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所述的利用射频技术通信的预付费电度表，其特征在于：所述的计 量芯片电路的计量芯片型号为ADE7759。 6.根据权利要求1所述的利用射频技术通信的预付费电度表，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。 7.根据权利要求1-6任一项所述的利用射频技术通信的预付费电度表，其特征在于： 所述的MCU单片机的型号为MSP430F415。 8.一种利用射频技术通信的预付费电度表的电。
6、能信息处理方法，其特征在于：包括以 下步骤： 步骤A：传感电能信号，设置在电源线上的传感器通过传感监测诸如用户用电的有功 功率值信息和电能值信息类的电能信号； 步骤B：电能信号耦合，经步骤A，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以确 定用户的用电量； 步骤C：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D：用电信息处理，经步骤C和步骤D后，MCU单片机将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，并整合用电量使用信息数据和预付 费情况信息为指令。
7、编码的形式以备发送到电力系统的后台进行统计和结算。 权 利 要 求 书CN 103995163 A 1/5页 3 利用射频技术通信的预付费电度表及电能信息处理方法 技术领域 0001 本发明涉及电度表领域，具体的说，是利用射频技术通信的预付费电度表及电能 信息处理方法。 背景技术 0002 射频识别Radio Frequency IDentication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。
8、是商品、先买后用的观念逐步深入人心。 现已出现了各类预收费电度表,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,实现了电费收缴管理自动化，现有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利用射频技术通信的预付费电度表及电能信息处理 方法，克服上述不足之处，在电度表的预付费电路上采用射频技术芯片制成信息收发器来 读取射频电子标签所制成的预付费电卡上的电量信息，充分利用射频电子标签的序列号唯 一性、。
9、数据不易被恶意攻击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，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。 0005 本发明通过下述技术方案实现：一种利用射频技术通信的预付费电度表，包括 MCU单片机、传感器、计量芯片电路、隔离电路、预付费电路和电源电路，所述MCU单片机分 别与电源电路、预付费电路和隔离电路相连接，所述传感器连接计量芯片电路，所述计量芯 片电路连接隔离电路，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。
10、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。 0006 其工作原理为：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，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。
11、息为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。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 说 明 书CN 103995163 A 2/5页 4 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1 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。
12、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，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。 0008 进一步的，为更好的实现本发明，还包括通信接口电路，所述通信接。
13、口电路连接 MCU单片机。利用通信接口电路，可以通过RS232/485或蓝牙等实现数据的转移、存储等功 能。 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IC，包含两个二阶-ADC、一个数字积分器（在CH1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。
14、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16Kflash ，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。
15、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 利用射频技术通信的预付费电度表的电能信息处理方法，包括以下步骤： 步骤A：传感电能信号，设置在电源线上的传感器通过传感监测诸如用户用电的有功 功率值信息和电能值信息类的电能信号； 步骤B：电能信号耦合，经步骤A，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以确 定用户的用电量； 步骤C：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； 说 明 书CN 103995163 。
16、A 3/5页 5 步骤D：用电信息处理，经步骤C和步骤D后，MCU单片机将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以备发送到电力系统的后台进行统计和结算。 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，在电度表的预付费电路上采用射频技术芯片制成信息 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，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，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。
17、从而避免出现机械损伤； （2）本发明所述利用射频技术通信的预付费电度表中所述MCU单片机发出需要显示的 内容能在LCD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 （3）本发明所述利用射频技术通信的预付费电度表，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； （4）本发明所述利用射频技术通信的预付费电度表，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。 附图说明 0015 图1为本发明的硬件结构框图。 具体实施方式 。
18、0016 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。 0017 实施例1： 一种利用射频技术通信的预付费电度表，如图1所示，包括MCU单片机、传感器、计量芯 片电路、隔离电路、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 和隔离电路相连接，所述传感器连接计量芯片电路，所述计量芯片电路连接隔离电路，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。
19、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。 0018 其工作原理为：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，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以备发送到电力系统的 后台进行统计和结算。在此结构。
20、中，ADF7023-J作为射频识别技术专业芯片模块，是一款极 说 明 书CN 103995163 A 4/5页 6 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1 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。
21、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。 0019 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，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。 0020 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，。
22、为更好的实现本发明，如图1 所示，还包括通信接口电路，所述通信接口电路连接MCU单片机。利用通信接口电路，可以 通过RS232/485或蓝牙等实现数据的转移、存储等功能。 0021 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。 0022 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IC，包含两个二阶-ADC、一个数字积分器（在C。
23、H1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。 0023 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。 0024 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。
24、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 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。 说 明 书CN 103995163 A 5/5页 7 0025 实施例8： 利用射频技术通信的预付费电度表的电能信息处理方法，包括以下步骤： 步骤A：传感电能信号，设置在电源线上的传感器通过传感监测。
25、诸如用户用电的有功 功率值信息和电能值信息类的电能信号； 步骤B：电能信号耦合，经步骤A，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以确 定用户的用电量； 步骤C：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D：用电信息处理，经步骤C和步骤D后，MCU单片机将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以备发送到电力系统的后台进行统计和结算。 0026 本发明克服上述不足之处，在电度表的预付费电路上采用射频技术芯片制成信息 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，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，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。 0027 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。 说 明 书CN 103995163 A 1/1页 8 图1 说 明 书 附 图CN 103995163 A 。