一种电表安全交互蓝牙光电头的制作方法

1.本实用新型涉及电气设备技术领域，尤其涉及一种电表安全交互蓝牙光电头。

背景技术：

2.随着社会工业化和城市化，电网建设不断加强，新型的蓝牙智能电表的安装数量在逐年提升，故而，相匹配的蓝牙智能电能表现场抄读装置的需求也在逐步增加。
3.目前，电能表的现场抄读装置大多使用便携式的蓝牙光电头，蓝牙光电头通过蓝牙通讯将电能表传输的数据发送到移动终端完成抄读，不但可以免去接近电能表的安全隐患和拆卸电表的烦恼，而且大大增强了抄读的效率。
4.但是，目前市面上的蓝牙光电头和移动终端连接后，数据传输是直接透明的，数据交互过程没有进行规定性的加密，从而导致传输数据容易被破解。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型实施例的目的是提供一种电表安全交互蓝牙光电头，能对传输的数据进行加密，极大增强传输数据的安全性。
6.本实用新型实施例提供一种电表安全交互蓝牙光电头，包括安全加密模块、mcu模块、红外转换模块、电源模块以及蓝牙通信模块，所述红外转换模块包括红外接收单元和红外发送单元，所述红外接收单元和所述红外发送单元均与所述mcu模块连接，所述电源模块分别与所述安全加密模块、所述mcu模块、所述蓝牙通信模块、所述红外接收单元和所述红外发送单元连接，所述安全加密模块和所述蓝牙通信模块均与所述mcu模块连接。
7.可选地，所述的电表安全交互蓝牙光电头还包括指示灯模块，所述指示灯模块分别与所述mcu模块和所述电源模块连接。
8.可选地，所述指示灯模块包括两种颜或两种颜以上的发光二极管。
9.可选地，所述电源模块包括接口单元、电压转换单元和充电单元，所述接口单元分别与所述电压转换单元和所述充电单元连接，所述充电单元与所述电压转换单元连接，所述电压转换单元分别与所述安全加密模块、所述mcu模块、所述蓝牙通信模块、所述红外接收单元和所述红外发送单元连接。
10.可选地，所述安全加密模块包括esam芯片和esam芯片外围电路。
11.可选地，所述mcu控制单元包括fm33a0芯片和fm33a0芯片外围电路。
12.可选地，所述电压转换单元包括tps76933芯片和tps76933芯片外围电路。
13.可选地，所述充电单元包括tp4056芯片和tp4056芯片外围电路。
14.可选地，所述fm33a0芯片外围电路包括低压告警电路。
15.可选地，所述tp4056芯片外围电路包括锂电池。
16.实施本实用新型实施例包括以下有益效果：本实用新型中的一种电表安全交互蓝牙光电头包括安全加密模块、mcu模块、红外转换模块、电源模块以及蓝牙通信模块，所述红外转换模块包括红外接收单元和红外发送单元，所述红外接收单元和所述红外发送单元均
与所述mcu模块连接，所述电源模块分别与所述安全加密模块、所述mcu模块、所述蓝牙通信模块、所述红外接收单元和所述红外发送单元连接，所述安全加密模块和所述蓝牙通信模块均与所述mcu模块连接。移动终端通过蓝牙通信模块与mcu模块传输信号，mcu模块与主站进行终端身份认证，认证通过后mcu模块将移动终端传输的信号输入安全加密模块进行解密，并输入红外发射单元发射到电能表接收端，电能表随之通过红外光信号返回所需数据到红外接收单元，进而转换为电信号通过mcu模块输入安全加密模块进行数据加密，然后通过mcu模块将加密数据传输到蓝牙通信单元，蓝牙通信单元将数据发送到移动终端完成抄读，通过在数据传输过程中进行加密和终端身份认证，极大增强传输数据的安全性。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例提供的一种电表安全交互蓝牙光电头的原理框图；
18.图2是本实用新型实施例提供的电源模块原理框图；
19.图3是本实用新型实施例提供的指示灯模块原理框图；
20.图4是本实用新型实施例提供的cpu模块电路原理图；
21.图5是本实用新型实施例提供的安全加密模块电路原理图；
22.图6是本实用新型实施例提供的充电单元电路原理图；
23.图7是本实用新型实施例提供的电压转换单元电路原理图；
24.图8是本实用新型实施例提供的外红接收单元电路原理图；
25.图9是本实用新型实施例提供的红外发送单元电路原理图；
26.图10是本实用新型实施例提供的指示灯模块电路原理图；
27.图11是本实用新型实施例提供的蓝牙通信模块电路原理图。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
29.参照图1，本实用新型实施例提供一种电表安全交互蓝牙光电头，包括安全加密模块、mcu模块、红外转换模块、电源模块以及蓝牙通信模块，所述红外转换模块包括红外接收单元和红外发送单元，所述红外接收单元和所述红外发送单元均与所述mcu模块连接，所述电源模块分别与所述安全加密模块、所述mcu模块、所述蓝牙通信模块、所述红外接收单元和所述红外发送单元连接，所述安全加密模块和所述蓝牙通信模块均与所述mcu模块连接。
30.其中，安全加密模块，用于实现数据的加密、解密、签名、验签、身份认证、访问权限控制以及通信线路保护等多种功能，保护数据在存储、传输和交互过程中的安全。
31.mcu模块，用于控制整个光电头的工作，将蓝牙通信模块收到的移动终端已加密的第一数据输入安全加密模块的进行解密，将解密后的第一数据输入红外转换模块并通过红外转换模块接收电能表返回的第二数据，第二数据输入安全模块加密后通过蓝牙通信模块输出到移动终端。
32.红外接收单元，用于接收电能表发出的红外光信号，将红外光信号转换为电信号输入mcu模块；红外发送单元，用于将mcu模块输入电信号转为红外光信号发送给电能表的
光电接口端。
33.电源模块，用于提供光电头各模块的工作电压。
34.蓝牙通信模块，与移动终端无线连接，完成移动终端与mcu模块之间的通信。
35.具体的，移动终端向蓝牙通信模块发送已加密的第一数据，蓝牙通信模块将第一数据输入到mcu模块，mcu模块与服务器主站端进行认证签名，认证通过后将第一数据输入安全加密模块进行解密，解密后的第一数据通过mcu模块输入到红外发送单元并转换为红外光信号发送到电能表的光电接口端，根据第一数据电能表返回所需的第二数据，并通过光电发射端发送到红外接收单元，红外接收单元将收到的红外光信号转换为电信号，从而输入mcu模块，mcu模块将输入的电第二数据输出到安全加密模块进行规定性的加密，加密后通过mcu模块输入到蓝牙通信模块，蓝牙通信模块将第二数据发送到移动终端，从而完成电能表抄写。
36.参照图2，可选地，所述电源模块包括接口单元、电压转换单元和充电单元，所述接口单元分别与所述电压转换单元和所述充电单元连接，所述充电单元与所述电压转换单元连接，所述电压转换单元分别与所述安全加密模块、所述mcu模块、所述蓝牙通信模块、所述红外接收单元和所述红外发送单元连接。
37.其中，接口单元与外界电源连接，包括usb接口单元等，为电压转化单元提供电源以及为充电单元充电。
38.电压转换单元，用于转换接口单元输入的电压，接口单元为充电单元充电期间给光电头各模块供电。
39.充电单元，用于存储电能，在接口单元与外界电源断开时给光电头各模块供电。
40.具体的，电源模块通过usb接口输入5v的电压，电压转换单元将5v电压转换为3.3v电压输入mcu模块电源端、蓝牙通信模块电源端、红外发送单元电源端、红外接收单元电源端以及安全加密模块电源端，usb接口输入的电压为充电单元进行充电，充电完成时断开usb接口输入的电压，此时充电单元的锂电池输出电压到电压转换单元，电压转换单元提供3.3v的电压输入到mcu模块电源端、蓝牙通信模块电源端、红外发送单元电源端、红外接收单元电源端以及安全加密模块电源端。
41.参照图3，指示灯模块原理框图，可选地，所述的电表安全交互蓝牙光电头还包括指示灯模块，所述指示灯模块分别与所述mcu模块和所述电源模块连接。
42.其中，指示灯模块包括多种颜的发光二极管，可根据mcu模块的指令发出不同颜的光。
43.具体的，当充电单元充满电以后mcu模块控制指示灯模块发出绿的光，当充电单元未充满电时mcu模块控制指示灯模块发出红的光，有数据交互时mcu模块控制指示灯模块发出蓝的光。
44.参照图4，可选地，所述mcu控制单元包括fm33a0芯片和fm33a0芯片外围电路。
45.具体的，fm33a0芯片，fm33a0芯片是一种低功耗的mcu芯片，设有多种外设接口，处理信息效率高，功能多样。j4为串行外设接口(serial peripheral interface，简称spi)，完成fm33a0芯片与其他模块以串行方式进行通信；c19为滤波电容，去除fm33a0芯片接入电源的噪声，c1为fm33a0芯片的去耦电容，去除芯片上产生的噪声，维持芯片的稳定运行。
46.参照图4，可选地，所述fm33a0芯片外围电路包括低压告警电路。
47.具体的，低压告警电路与充电单元连接，当充电单元的输出电压低于低压告警电路电压时fm33a0芯片发出警告，c20为低压告警电路输入电流的去耦电容，当bat端点输入的电压低于预警电压时，流过电阻r11的电流变小，电流输入到fm33a0芯片时，fm33a0芯片由此发出低压告警。
48.参照图5，可选地，所述安全加密模块包括esam芯片和esam芯片外围电路。
49.具体的，esam芯片，是一颗具有操作系统的安全芯片，可以完成数据的加密解密、双向身份认证、访问权限控制、通信线路保护、临时密钥导出、数据文件存储等多种功能。j6为spi，完成esam芯片与fm33a0芯片的串行通信，j6的端点3“etxd”连接fm33a0芯片的端点7“etxd”，j6的端点4“erxd”连接fm33a0芯片的端点6“erxd”；c2和c11为串行方式进行通信电源端的去耦电容，去除电源噪声。
50.参照图6，可选地，所述充电单元包括tp4056芯片和tp4056芯片外围电路。
51.具体的，tp4056是单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。tp4056可以适合usb电源和适配器电源工作，可便携式应用。prog(引脚2)为恒流充电电流设置和充电电流监测端，从prog管脚连接一个外部电阻r20到地端对充电电流进行编程；stdby(引脚6)为电池充电完成指示端，当电流充电完成时stdby被内部开关拉到低电平，表示充电完成，否则，stdby管脚将处于高阻态；ghrg(引脚7)为漏极开路输出的充电状态指示端，向电池充电时，chrg管脚被内部开关拉到低电平，表示充电正在进行，否则chrg管脚处于高阻态。
52.参照图6，可选地，所述tp4056芯片外围电路包括锂电池。
53.具体的，j1为锂电池，用于存储电能；c13为锂电池的去耦电容，过滤噪声；s1为开关，选择锂电池输出电压输入到电压转换单元。usb接口输入电压，通过充电芯片tp4056给锂电池充电，充电时不输出电压，充电完成后usb接口的输入电压断开，锂电池输出电压给电压转换单元，进而给光电头各模块供电。
54.参照图7，可选地，所述电压转换单元包括tps76933芯片和tps76933芯片外围电路。
55.具体的，tps76933芯片是一种超低静态功耗、低压降线性稳压器，输出电压在1.2v至5.5v范围内。c10、c9为tps76933芯片电源输出端的去耦电容，过滤噪声；d2为二极管，防止电流倒流，c21为充电单元输出电压的去耦电容，过滤输入tps76933芯片电压的噪声；usb接口输入电压(usb5v)时将输入的电压转换为vcc(3.3v)输出到各模块，usb接口的输入电压断开时开关s1闭合，锂电池的输出电压(bat1)输入到电压转换单元，通过电压转换单元转换为vcc(3.3v)电压输出到各模块。
56.具体的，参照图8，红外接收单元电路原理图，芯片vs1738将电能表的发送过来的红外光信号转换为电信号(rxd0)输出到fm33a0芯片的第17脚。
57.具体的，参照图9，红外发送单元电路原理图，三极管q1将fm33a0芯片的第18脚txd0端输入的电信号放大输入发光二极管d1，发光二极管d1将电信号转换为光信号发送到电能表的光电接口端。
58.参照图10，可选地，所述指示灯模块包括两种颜或两种颜以上的发光二极管。
59.具体的，j5为spi接口，与fm33a0芯片进行通信，j5的端点2连接fm33a0芯片的端点21“blue”，j5的端点3连接fm33a0芯片的端点23“red”，j5的端点4连接fm33a0芯片的端点24“green”；充电完成时fm33a0芯片通过j5输出电信号给发光二极管d5，d5发出绿的光；充电未完成时fm33a0芯片通过j5输出电信号给发光二极管d4，d4发出红的光；有数据在传输时fm33a0芯片通过j5输出电信号给发光二极管d6，d6发出蓝的光。
60.具体的，参考图11，蓝牙通信单元电路原理图，bt2为蓝牙通信接口，bt2的端点3“mtxd”与fm33a0芯片的端点9“mtxd”连接，将移动终端的第一数据输入fm33a0芯片；bt2的端点4“mrxd”与fm33a0芯片的端点8“mrxd”连接，将fm33a0芯片输出的第二数据通过bt2发送给移动终端。
61.本实用新型一种电表安全交互蓝牙光电头的工作原理为：
62.使用光电头进行电能数据抄写时，移动终端先与蓝牙通信模块建立连接，mcu模块的fm33a0芯片与服务器主站进行认证签名，认证通过后移动终端根据需要抄写的内容发送相应的加密第一数据给蓝牙通信模块，蓝牙通信模块将接收的第一数据输入mcu模块的fm33a0芯片，第一数据通过串行接口输入安全加密模块的esam芯片，esam芯片对第一数据进行解密后通过fm33a0芯片上的串行接口输入到红外发送单元，红外发送单元将第一数据转换为红外光信号发送到电能表的光电接口端，电能表进而通过光电发射端发射所需第二数据的红外光信号到红外接收单元，红外接收单元将红外光信号转换为电信号通过fm33a0芯片串行接口输入到安全加密模块的esam芯片，esam芯片对输入的第二数据进行加密，通过fm33a0芯片串行接口输入到蓝牙通信模块，蓝牙通信模块将加密后的第二数据发送给移动终端，从而完成电能表数据抄写。
63.实施本实用新型实施例包括以下有益效果：本实用新型中的电表安全交互蓝牙光电头，包括安全加密模块、mcu模块、红外转换模块、电源模块以及蓝牙通信模块，所述红外转换模块包括红外接收单元和红外发送单元，所述红外接收单元和所述红外发送单元均分别与所述mcu模块和所述电源模块连接，所述电源模块分别与所述安全加密模块、所述mcu模块、所述蓝牙通信模块、所述红外接收单元和所述红外发送单元连接，所述安全加密模块和所述蓝牙通信模块均与所述mcu模块连接。移动终端与蓝牙模块连接时mcu模块的fm33a0芯片与服务器主站进行认证签名，认证通过后移动终端通过蓝牙模块输入数据，安全加密模块对终端数据进行解密和对返回的电能表数据进行规定性的加密，使得数据在传输过程中具有很高的安全性，不易被破解。
64.以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：

1.一种电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，包括安全加密模块、mcu模块、红外转换模块、电源模块以及蓝牙通信模块，所述红外转换模块包括红外接收单元和红外发送单元，所述红外接收单元和所述红外发送单元均与所述mcu模块连接，所述电源模块分别与所述安全加密模块、所述mcu模块、所述蓝牙通信模块、所述红外接收单元和所述红外发送单元连接，所述安全加密模块和所述蓝牙通信模块均与所述mcu模块连接。2.根据权利要求1所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述的电表安全交互蓝牙光电头还包括指示灯模块，所述指示灯模块分别与所述mcu模块和所述电源模块连接。3.根据权利要求2所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述指示灯模块包括两种颜或两种颜以上的发光二极管。4.根据权利要求1-3任一项所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述电源模块包括接口单元、电压转换单元和充电单元，所述接口单元分别与所述电压转换单元和所述充电单元连接，所述充电单元与所述电压转换单元连接，所述电压转换单元分别与所述安全加密模块、所述mcu模块、所述蓝牙通信模块、所述红外接收单元和所述红外发送单元连接。5.根据权利要求1所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述安全加密模块包括esam芯片和esam芯片外围电路。6.根据权利要求1所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述mcu模块包括fm33a0芯片和fm33a0芯片外围电路。7.根据权利要求4所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述电压转换单元包括tps76933芯片和tps76933芯片外围电路。8.根据权利要求4所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述充电单元包括tp4056芯片和tp4056芯片外围电路。9.根据权利要求6所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述fm33a0芯片外围电路包括低压告警电路。10.根据权利要求8所述的电表安全交互蓝牙光电头，其特征在于，所述tp4056芯片外围电路包括锂电池。

技术总结

本实用新型公开了一种电表安全交互蓝牙光电头，包括安全加密模块、MCU模块、红外转换模块、电源模块以及蓝牙通信模块，红外转换模块包括红外接收单元和红外发送单元，红外接收单元和红外发送单元均与MCU模块连接，MCU模块分别与安全加密模块和蓝牙通信模块连接。移动终端与蓝牙模块连接时MCU模块与服务器主站进行认证签名，通过后输入第一数据，安全加密模块对第一数据进行解密，通过红外发送单元发送给电能表，电能表返回第二数据给红外接收单元，最后输入安全加密模块进行规定性的加密后通过蓝牙通信模块发送给移动终端，数据在传输过程中具有很高的安全性，不易被破解。本实用新型实施例可广泛应用于电气设备技术领域。新型实施例可广泛应用于电气设备技术领域。新型实施例可广泛应用于电气设备技术领域。