CN206710505U - 一种基于nfc功能的用电检查手持终端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电力领域检查设备技术领域，具体地讲公开了一种基于NFC功能的用电检查手持终端。其结构包括有一个）管理外设功能单元、负责调用任务的并包括有电池单元的中央处理单元；一个能够与所述中央处理单元实现数据交互获取的存储单元；一个能够与所述中央处理单元实现数据交互获取电能表内部相关信息的NFC单元；能够实现将所检查的电能表的数据的采集，并将所采集的数据通过所述中央处理单元处理、存储到所述存储单元中的数据采集机构。该基于NFC功能的用电检查手持终端能够实现电能表的使用异常的检查，同时还能够对检查人员进行现场监督。具有使用方便的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于电力领域检查设备技术领域，具体的讲涉及一种基于NFC功能的用电检查手持终端。
背景技术
随着经济的发展，对电能的需求不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整个电力生产的发展，各种类型的电力用户不断增多，用户侧用电异常问题也越来越多，不仅给国家和电力经营部门造成一定的影响，而且还严重干扰了正常的供用电秩序，甚至引发火灾，使供电设备损坏甚至造成大面积停电，影响公共电网安全和社会稳定，甚至一些不法分子私自在供电设施上乱接线造成人身事故的安全问题也时有发生。由于居民用户数量庞大，年用电量总数也及其庞大，因此居民用户的用电异常已经不能被忽视，必须要采用相应措施来减少居民用户用电异常事件的发生，给国家及供电企业挽回经济损失。所以用电检查工作对于供电企业来说越来越重要。用电检查是供电企业依据规则、规范标准或事例经验对用电客户进行安全、隐患、计量、质量、设施性能诸方面的管理、检测、评估的行为，是提供研究今后用电工作的最基本依据，是对广大电力用户提供优质服务的重要方面。
针对目前用电检查不到位，用电检查人员现场情况记录不准确的情况，电力企业已经采取了相关措施来应对，例如：增强线损管理、完善查电制度、提高抄表次数等，所带的用电检查工具大多数是万用表及各类相应的用电监测设备。这种被动式查证不能主动发现大量隐匿用电异常事件，而且对用电稽查人员的经验要求很高。加之，居民用户数目庞大，单凭有限的人力资源，查处起来费时、费力、查处难度高，效率低。因此，为了突破这种传统的查处方式，有效查处居民用户用电异常案件，帮助电力企业现场检查人员快速及准确定位，一些企业已经研发了一些针对居民用户用电异常稽查的工具和手持装置，这些工具主要根据校验电能表实际脉冲数对应的电能与标准理论脉冲对应的电能作对比，经过多次测量，发现误差超出阈值时，就认为用户用电出现异常。
但随着居民用户用电异常案件持续高发，会出现替换电表、更改电表信息、使电表失压、失流、断相等方法导致用电异常，有时还需要安全、快速、低功耗地读取电子铅封和电表内部信息，并确认用电检查人员到场检查情况等。因此，传统只校验电表脉冲方法已经不能满足用电检查人员的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种能够实现现场用电检查工具，即一种基于NFC功能的用电检查手持终端。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：包括有
（一个）管理外设功能单元、负责调用任务的并包括有电池单元的中央处理单元；
一个能够与所述中央处理单元实现数据交互获取的存储单元；
一个能够与所述中央处理单元实现数据交互获取电能表内部相关信息的NFC单元；
能够实现将所检查的电能表的数据的采集，并将所采集的数据通过所述中央处理单元处理、存储到所述存储单元中的数据采集机构。
在构成上述一种基于NFC功能的用电检查手持终端的技术方案中，还可以包括以下附加技术特征：
——所述的数据采集机构可以是
与所述中央处理单元通过所述电能表的红外线通信端口读取该电能表的相关信息、并能够将所读取结果存储到所述存储单元中的红外单元，或\和
与所述的中央处理单元连接的光电转换单元，该光电转换单元的功能是捕捉电能表脉冲指示灯的闪烁，并将捕获的电能表闪烁光信号转化为电信号，通过串口的方式传输到中央处理单元的I/O内，中央处理单元通过内部计算，将光电信号转换为电能信号，并存储到存储单元中。
——能够实现中央处理单元功能操作的由功能参数设置键和数字键组成的键盘单元；
——能够实现所述中央处理单元功能显示的液晶显示单元；
——用来通过所述中央处理单元控制电子负载通断状态的RF射频传输单元；
——用来通过所述中央处理单元与现场的集中器或主站之间进行远程的数据交换GPRS传输单元；
——通过所述中央处理单元用于获取后台营销系统数据，并存储在存储单元中的USB单元；
——防止所述中央处理单元受到来自外界电磁场的干扰的看门狗保护单元；
——电源管理单元。
本实用新型所提供的一种基于NFC功能的用电检查手持终端与现有技术相比具有以下优点：其一，该用电检查手持终端，相对于传统的用电查处工具，不仅具有校验电表功能，而且对替换电表、更改电表信息、电表失压、失流、断相等用电异常案件可以进行查处；其二，由于该电检查手持终端具有NFC通讯功能，相对传统的RFID通讯功能更加安全和可靠；使得该电检查手持终端具有成本低廉、方便易用、超低功耗、通信带宽高、传输速度快、更富直观性等优点，弥补了目前查处用电异常设备的不足；将NFC获取的电子铅封数据与USB获取的后台主站营销系统数据作比对来查处用电异常的方法，提高了用电检查人员的工作效率，也提高了工作质量，同时也防止了因工作繁琐任务重而造成的下级对上级的工作应付。
附图说明
图1：为一种基于NFC功能的用电检查手持终端的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型所提供的基于NFC功能的用电检查手持终端的结构和工作原理作进一步的详细说明。
如图1所示，为本实用新型所提供的基于NFC功能的用电检查手持终端的结构示意图。构成该用电检查手持终端的结构包括
（一个）设置有电池单元12的中央处理单元1；该中央处理单元是保证正常工作的最小系统，负责调用电检查手持终端整个构成的任务，管理所有系统外设。该中央处理单元的主控芯片主要选用TI公司生产的AM3359（芯片选用不限于此），该芯片主频为800MHz，ARMCortex™-A8,32-Bit RISC Microprocessor，芯片主体功能包括：支持移动双倍速率同步动态随机存储器；支持通用存储器 (NAND，NOR，SRAM等)支持高达16位 ECC；2个具有集成物理层的 USB 2.0 高速 OTG 率）端口；24位LCD控制器；
与上述中央处理单元1实现数据交互获取电能表内部的相关信息的NFC单元2，该NFC单元2可对所检查的电能表或电表箱的电子封印进行识别，交互并获取电能表内部的相关信息：如生产日期、资产编号，客户端号等，NFC单元读取的这些信息存储到存储单元中，可用作与后台主站营销系统的信息进行比对，以检测检查用户是否更换过电能表；
与上述中央处理单元1实现数据交互的存储单元3；
通过所检查电能表的红外线通信端口读取电能表的相关信息、将读取结果存储到存储单元中并能够实现数据交互获取的红外单元4；即该红外单元通过所检查电能表的红外线通信端口读取电能表的相关信息，读取结果存储到存储单元3中。在本文设计中，中央处理单元发出的信号如何被红外发射管识别，发射管能否正常发射红外信号是发射电路要解决的关键问题。通常，红外发光二极管分为两种结构形式：一种是遥控发射型红外发光二极管（即最常用的手持遥控器所用的红外发射二极管）；第二种是近距离发射型红外发光二极管，这种二极管把红外光的发射与接收共集为一体。该红外单元主要采用第一种（第二种也可以实现通过所检查电能表的红外线通信端口读取电能表的相关信息、将读取结果存储到存储单元中的功能）；构成该红外单元的红外接收探头主要由集成电路外加阻容元件，红外线接收管及滤波光片等组成，电路设计相对繁琐，在实际应用中不方便。本文主要使用的红外遥控接收头是SM0038（红外接收探头选取不仅限于此）集红外接收管，前置放大解调等于一体，无外部电路，体积小，密封性好，灵敏度高，应用简单，用小功率红外发射管发射信号接收距离达35米，并且价格低廉。它仅有三条管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在5V左右，接收频率为38kHz，它的主要功能包括放大，选频，解调几大部分，要求输入信号需是已经被调制的信号。从而使电路达到最简化，灵敏度和抗干扰性都非常好，是一个接收红外信号的理想装置；
能够与捕捉所检查的电能表脉冲指示灯的闪烁、并将捕获的电能表闪烁光信号转化为电信号、通过串口的方式传输到所述中央处理单元的I/O内，该中央处理单元将光电信号转换为电能信号并能够实现存储的光电转换单元5；用电检查人员将用电检查手持终端的光电转换探头完全贴近电能表脉冲指示灯处，按照事先设置好的参数，启动光电转换单元功能来捕捉电能表灯光闪烁的信号变化，并记录闪烁次数，根据用电检查手持终端内部软件算法，将记录到的电能表灯光闪烁次数转换为电能量，并通过串口的方式将次电能量传输到中央处理单元的I/O内，以实现电能表显示的用电功率的检测；
上述与中央处理单元1实现数据交互获取的存储单元3；该存储单元除存储上文提到的光电转换单元、红外单元和NFC单元获得的数据之外，还存储从主站系统导出的电能表的相关数据，数据结构包括：序号、电能表表号、电能表计量电量与标准负载电量比值、后级线路电流值、有无用电异常标志。存储单元可支持SD卡为主要数据存储器。除此之外，还支持移动双倍速率同步动态随机存储器；支持通用存储器 (NAND、NOR、SRAM等)支持高达16位ECC；SGX530 3D图形引擎；设备具有512M的NAND FLASH,512M的RAM(2*256MB DDR3 SDRAM)；
用来通过上述中央处理单元1控制电子负载通断状态的RF射频传输单元6；即该RF射频传输单元主要用来控制电子负载通断状态，当标准电子负载长时间接入电路中会出现发热现象，此时，可以采用无线的方式控制电子负载从电路中切断。本文射频通信单元采用Nordic公司的nRF905单片无线收发器（RF芯片选取不限于此）。其工作电压为1.9-3.6V，工作于433/868/915MHz3个ISM频道（可以免费使用）。nRF905可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，在接收模式时电流为12.5mA。 nRF905单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。
能够实现中央处理单元功能显示的液晶显示单元7；即该液晶显示单元主要用于显示键盘输入对应的各设功能设置项、终端的状态参数、用电异常弹出的界面等。除此之外，还用于显示状态，如与理论消耗电能的误差、校验状态提示、电能表信息及存在用电异常的可能性等。用电检查人员，也可在液晶屏上直接手动输入要记录的用电检查情况。
能够实现中央处理单元功能操作的由功能参数设置键和数字键组成的键盘单元8；其中，功能参数设置键主要用于手持终端的功能设置输入，应包括输入计量数据的修正值、数据读取后的状态、光提示、用电异常提示等，数字键主要设置用电异常的过程阈值，参数数字量等。
用来通过中央处理单元1与现场的集中器或主站之间进行远程的数据交换GPRS传输单元9；即为了现场工作人员的集抄更加方便，替代传统的手工集抄，本装置增加了GPRS射频通信模块，现场工作人员可以通过带有GPRS功能的装置与现场的集中器或主站之间进行远程的数据交换，实现手持终端对接收器设置和数据的远程提取等功能；除此之外，通过GPRS功能，还可将用电检查人员的地点、所检查的表号、资产编号等相关信息上传给电力公司管理系统，证明用电检查人员已到达现场查过表的情况及状态。本文GPRS模块主要使用的是通信市场主流的MC52i模块（模块选用不仅限于此）。该模块已集成网络协议，而且操作方便、接口简单、低功耗等特点，广泛应用于终端、手持机等设备。
通过中央处理单元1用于获取后台营销系统数据，并存储在存储单元中的USB单元10；即该USB单元主要用于获取后台营销系统数据，并存储在存储单元中，该数据主要用来作为用电检查的依据，比对从现场电能表读取的数据；也可读取现场排查数据拷贝到PC端，当读取现场数据到PC端时，可以把存储器虚拟一个U盘设备，用户只需要以U盘的形式即可把现场数据拷贝到PC端；除此之外，该USB单元可用来充电使用，充电电路与手机电路基本相同。
防止中央处理单元1受到来自外界电磁场的干扰的看门狗保护单元13；即有时现场工作环境恶劣，手持终端常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞，而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个设备陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以采用SP706REN芯片（芯片选取不仅限于此）用于监测单片机程序运行状态。SP706REN是一款低功耗、高可靠、低价格的MCU复位监控芯片复位，具有去抖手动复位输入、精密的低电压监控、独立的看门狗定时器超时复位等特点。
构成该手持终端系统的电源管理单元11；即该手持终端需要的电压主要包括：电容屏背光驱动电压20V；USB通信单元电压5V；GPRS通信模块电压4V;系统外设模块电压3.3V；MCU需求电压1.8V、1.5V、1.2V、1.1V。本文整体电源方案设计选用5V-2A适配器供电，供电给整机使用的同时需要给锂电池充电；Mini-usb口供电，保证利用Mini-usb口进行数据通信时给锂电池充电；锂电池供电，由于锂电池的输出电压为3.7V，电流为4A，当适配器和mini-usb无连接时候保证锂电池供电给系统，由于系统内需要5V电压，所以需要电池管理芯片将电池输出的3.7V升压到5V,然后在整体给系统供电；由于屏幕背光灯需要20V左右的电压，系统配置了专门的屏幕背光电源驱动芯片，将系统输入的5V电压，升高至20V；GPRS模块推荐电压为4V，最高功耗为2A,因此本文配置了一款GPRS LDO电源芯片，将5V电压转换为4V，配置给GPRS模块供电，电源方案不仅限于此，只要实现对应的功能即可。
该基于NFC功能的用电检查手持终端的工作原理为：
用电检查手持终端实现的现场用电检查方法主要分为以下四个步骤，叙述如下：
步骤1：采集电力用户信息及电能量
用电检查手持终端通过主站（电力公司的营销系统）获取电力用户信息，同时通过红外、NFC分别读取用电信息、用户信息、生产日期、资产编号，客户端号等。
步骤2：用户信息匹配及数据过滤
用电检查手持终端通过内部设置信息匹配选项，把从主站获取的信息与在现场从电能表获取的信息进行匹配度比对，从而完成数据过滤。
步骤3：软件算法识别
若在步骤二中未发现用电异常，则进行步骤三继续判断（否则直接进行异常结果显示），即利用软件算法判断，完成用电异常的分析。这里主要判断日冻结电量、事件记录、负荷记录等。
步骤4：现场精度校验
在用户电能表出线侧接入标准电子负载，进行脉冲计数校验误差判断。最后显示结果，最终判断用户是否存在用电异常。
上述使用电检查手持终端实现的现场用电检查时：
1.红外单元， 用电检查人员将用电检查手持终端的红外端口正对电能表的红外端口，距离约为0.4~4m，发射和接收轴线夹角不大于15°，按照事先设置好的参数（通讯协议、波特率、功率等）来启动红外功能，读取电能表的相关信息，用电检查人员也可根据红外功能对电能表进行编程、校时、数据管理等。
2. RF射频传输单元， RF射频传输单元主要用来控制电子负载通断状态。标准电子负载主要为纯阻性负载，在接入用户电表端工作时间不宜过长，接入时间过长，会出现发热现象，严重时可烧坏电子负载内部电路。在电子负载与用户电表之间采用电子开关进行连接，并通过RF射频电路来控制电子开关的通断，当标准电子负载长时间接入电路中出现发热现象时，利用用电检查手持终端的RF射频传输功能与电子负载内部RF射频进行通信，从而关断电子开关，防止因为发热导致电子负载的烧毁。
3. NFC单元， 用电检查人员可将用电检查手持终端的NFC端口靠近电能表或电表箱的电子铅封处（距离越近，读取效果越好），按照事先设置好的NFC参数（通讯协议、波特率、功率等）来启动NFC功能进行NFC射频识别，交互并获取电能表内部的相关信息，如生产日期、资产编号，客户端号等。
4. 光电转换单元， 用电检查人员将用电检查手持终端的光电转换探头完全贴近电能表脉冲指示灯处，按照事先设置好的参数，启动光电转换单元功能来捕捉电能表灯光闪烁的信号变化，并记录闪烁次数，根据用电检查手持终端内部软件算法，将记录到的电能表灯光闪烁次数转换为电能量，并通过串口的方式将次电能量传输到中央处理单元的I/O内。
Claims (9)
1.一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：包括有
管理外设功能单元、负责调用任务的并包括有电池单元的中央处理单元；
一个能够与所述中央处理单元实现数据交互获取的存储单元；
一个能够与所述中央处理单元实现数据交互获取电能表内部相关信息的NFC单元；
能够实现将所检查的电能表的数据的采集，并将所采集的数据通过所述中央处理单元处理、存储到所述存储单元中的数据采集机构。
2.如权利要求1所述的一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：所述的数据采集机构可以是
与所述中央处理单元通过所述电能表的红外线通信端口读取该电能表的相关信息、并能够将所读取结果存储到所述存储单元中的红外单元，或\和
与所述的中央处理单元连接的光电转换单元，该光电转换单元的功能是捕捉电能表脉冲指示灯的闪烁，并将捕获的电能表闪烁光信号转化为电信号，通过串口的方式传输到中央处理单元的I/O内，中央处理单元通过内部计算，将光电信号转换为电能信号，并存储到存储单元中。
3.如权利要求1所述的一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：能够实现中央处理单元功能操作的由功能参数设置键和数字键组成的键盘单元。
4.如权利要求1所述的一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：能够实现所述中央处理单元功能显示的液晶显示单元。
5.如权利要求1所述的一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：用来通过所述中央处理单元控制电子负载通断状态的RF射频传输单元。
6.如权利要求1所述的一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：用来通过所述中央处理单元与现场的集中器或主站之间进行远程的数据交换GPRS传输单元。
7.如权利要求1所述的一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：通过所述中央处理单元用于获取后台营销系统数据，并存储在存储单元中的USB单元。
8.如权利要求1所述的一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：防止所述中央处理单元受到来自外界电磁场的干扰的看门狗保护单元。
9.如权利要求1所述的一种基于NFC功能的用电检查手持终端，其特征在于：所述的中央处理单元设置有电源管理单元。
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| CN110609253A (zh) * | 2019-10-30 | 2019-12-24 | 深圳供电局有限公司 | 一种电能表光电装置及红外发射控制方法 |
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2017
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|---|---|---|---|---|
| CN108872923A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-23 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种费控卡表交互故障诊断系统 |
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