SISTEMA DE PREPAGO PARA MEDIDORES DE ENERGíA ELéCTRICA POR TARJETA INTELIGENTE SIN CONTACTO CON DISPOSITIVO AUTOMáTICO DE

CORTE DE SUMINISTRO

CAMPO DE LA INVENCIóN

La presente invención se refiere a un sistema de prepago para medidores d e e nergía eléctrica, y m ás p articularmente a un sistema y método más eficiente para controlar el suministro de energía , eléctrica y obtener información relevante del medidor mediante el uso de tarjetas inteligentes sin contacto.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

Las compañías suministradoras de energía eléctrica han realizado tradicionalmente Ia lectura y elaboración de facturas para cobrar los servicios de suministro después de que han sido utilizados estos servicios por el cliente consumidor. Recientemente, se han propuesto en el estado de Ia técnica sistemas de prepago para el suministro de servicios públicos por ejemplo luz, agua o gas, como una forma de superar algunos de los inconvenientes de los sistemas de cobranza tradicionales.

Una clase de sistemas de prepago fue diseñada de tal forma que Ia compra del suministro de electricidad (agua o gas) se hace directamente en una estación central y Ia información con respecto de Ia cantidad comprada luego es comunicada al sitio del cliente donde se consume el suministro. En el sitio (local, establecimiento, hogar, etc.) del cliente se instala un dispositivo de medición que recibe Ia información de Ia comunicación del prepago y acredita Ia cantidad comprada en Ia estación central. Típicamente, el dispositivo de medición de electricidad se

instala en el exterior del negocio u hogar y una terminal q ue l ee Ia información de prepago se coloca con el medidor o se conecta por medio de un cable o vía los cables de s uministro eléctrico al m edidor, e l cual en cambio s e localiza e n el i nterior. U na desventaja con esta clase de sistemas de prepago es que son difíciles de instalar y caros. Otro problema con este sistema típico de prepago es que no proporciona ninguna comunicación de regreso acerca de Ia información del consumo, como se utiliza el crédito, donde o que medidor está utilizando el crédito, e información sobre ilícitos y manipulación del medidor.

Otra clase de sistemas de prepago conocido también se basa en Ia compra del suministro de electricidad directamente en una estación central o estaciones previamente determinadas, siendo Ia información de Ia cantidad de suministro comprada almacenada en una tarjeta magnética o en tarjetas inteligentes de contacto. Este sistema de prepago particular requiere el uso de un medidor electrónico que comprende un dispositivo lector de Ia tarjeta o llave magnética y una serie de dispositivos de control adicionales para controlar el suministro de Ia energía eléctrica.

Ejemplos del tipo de sistema de prepago anteriormente mencionado se divulgan en Ia patente de los Estados Unidos de América No. 4,240,030 titulada "Intelligent Electric Utility meter" concedida a Jess R. Baterman y colaboradores el 16 de diciembre de 1960, Ia cual describe un medidor inteligente que usa una tarjeta magnética insertable para regular el suministro de energía. La patente de los Estados Unidos de América No. 4,629,874 titulada "Prepayment metering system" concedida el 16 d e diciembre d e 1980, describe un sistema que emplea una tarjeta inteligente y elementos adicionales para determinar el crédito para regular el suministro de energía. La patente de los Estados Unidos de América No. 4,731 ,575 "Prepayment metering system using encoded purchase cards" concedida el 15 de marzo de 1988 a Joseph W. Sloan, divulga un sistema que utiliza tarjetas de cinta magnética codificada para

transferir la información de compra desde Ia oficina de cobranza hasta el consumidor. La patente de los Estados Unidos de América No. 4,795,892 "Pre-paid commodity system" concedida el 3 de enero de 1989, cedida a CIC Systems, Inc., consiste en un sistema que emplea un prepago activado por tarjeta para Ia venta del suministro de electricidad, agua, gas, etc. La patente de los Estados Unidos de América No.

4,803,632 titulada "Intelligent utility meter system" concedida a Utility Systems Corp., el 7 de febrero de 1989, describe un medidor tipo procesador de datos externo que tiene una pantalla que utiliza un equipo lector para acceder y recuperar información, y un dispositivo lector de pago por tarjeta incluido en Ia pantalla localizado en el interior del inmueble. La patente de los Estados Unidos de América No. 4,908,769 titulada

"Commodity metering systems" concedida a Schlumberger Electronics (UK) Ltd., el 13 de marzo de 1990, divulga un sistema de medición por prepago que comprende una llave electrónica y un receptáculo para recibir Ia llave electrónica. La patente de los Estados Unidos de América No. 5,146,047 titulada "Prepayment metering system using encoded purchase cards from múltiple locations" concedida a CIC Systems, Inc., el 8 de septiembre de 1992, se relaciona con un sistema de prepago para suministrar servicios públicos utilizando tarjetas d e cinta magnética. L a patente dé l os Estados Unidos de América No. 5,668,538 titulada "Modular electricity meter arrangement having remotely controllable switch" concedida a Siemens Measurements Ltd., el 16 de septiembre de 1997, describe una disposición de medidor que comprende un módulo de prepago que tiene aberturas para insertar tarjetas inteligentes, tarjetas de memoria, etc. La patente de los Estados Unidos de América No. 6,529,883 titulada "Prepayment energy metering system with two-way smart card Communications" concedida a David M. Yee y colaboradores el 4 de marzo de 2003, describe un sistema de prepago de medición de energía que emplea una tarjeta inteligente para proporcionar Ia comunicación de datos de dos vías para el envío de información del cliente al proveedor del servicio.

Sin e mbargo, una desventaja con este tipo de medidores de prepago con lector de tarjeta magnética o tarjeta inteligente de contacto radica en que el lector al estar expuesto para recibir las tarjetas de prepago se hace vulnerable a daños (intencionales o no intencionales) por parte del usuario o en ambientes salinos y de alta humedad relativa. Otro problema surge cuando el lector de tarjetas está conectado por medio de un cable al medidor, ya que dicho cable también es susceptible a sufrir daños. Asimismo, cuando el lector está incorporado al medidor, el medidor tiene que someterse a cambios físicos importantes aumentando su volumen y haciéndolo vulnerable a daños por exponer parte del mismo al medio ambiente, independientemente de tornarlos incompatibles con conectores ya existentes en el mercado como los conectores tipo S o A.

Todavía otra clase de sistemas de prepago para controlar el suministro de energía eléctrica son aquellos que incorporan medios de corte de suministro cuando se ha agotado el crédito. Un ejemplo de dicho sistema se divulga en Ia patente de los Estados Unidos de América No. 5,959,549 titulada "Communal metering system" concedida a A ndreas J . Synesiou y colaboradores, el 28 de septiembre de 1999, Ia cual describe un sistema de medición que suministra electricidad previamente pagada a una pluralidad de clientes, en donde el suministro y corte de energía se efectúa de manera remota. Una desventaja con esta clase de sistemas de prepago para control del suministro de energía eléctrica es que requieren de equipos para Ia transmisión y recepción de información (por ejemplo, MODEM) hacia y desde Ia central, además de ser caros. Otro problema con este sistema es que no proporciona ninguna información sobre ilícitos y manipulación del medidor.

Teniendo en cuenta los defectos de Ia técnica anterior, es un objeto de Ia presente invención proporcionar un sistema de prepago para controlar de manera eficiente el suministro de energía eléctrica en medidores electrónicos instalados en el inmueble del cliente.

Es otro objeto de Ia presente invención proporcionar un sistema de prepago de medición de energía que utilice un medidor herméticamente cerrado y una tarjeta inteligente sin contacto.

Todavía otro objeto de Ia presente invención es proporcionar un sistema de prepago de medición de energía que incorpore un dispositivo automático de corte de suministro de energía.

Aún otro objeto de Ia presente invención es proveer un sistema de prepago de medición de energía que mediante el uso de tarjeta inteligente sin contacto proporcione al proveedor del suministro información del consumo, como se utiliza el crédito, donde o que medidor está utilizando el crédito, e información sobre ¡lícitos y manipulación del medidor.

Es un objeto más de Ia presente invención proporcionar un método de prepago para el suministro de energía eléctrica por medio de un sistema de tarjeta - lector sin contacto.

BREVE DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

La presente invención se refiere al uso de un medidor completamente integrado de una s ola pieza, cubierto totalmente y s in contacto con e l exterior, q ue incorpora un sistema de prepago y un método más eficiente para controlar el suministro de energía eléctrica y obtener información relevante del medidor mediante tarjetas inteligentes sin contacto.

El sistema de prepago de Ia presente invención comprende una tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía que se encarga de detectar y validar una tarjeta de prepago así como controlar el sistema de prepago y el suministro de energía al medidor. En una modalidad preferida, Ia tarjeta de control de prepago s in contacto y corte de s uministro de e nergía incluye un elemento lector -

escritor de tarjetas inteligentes sin contacto, un microcontrolador, un detector de cruce por cero del voltaje CA de suministro, un controlador del elemento de corte de suministro y una fuente de a limentación d e d icha tarjeta d e control. E l sistema d e prepago de Ia presente invención no busca todo el tiempo a una tarjeta de prepago sin contacto, ya que desperdiciaría mucha energía para una operación que realiza sólo pocas veces, así que Ia búsqueda de Ia tarjeta de prepago sólo se da unos cuantos segundos cada minuto.

El método de prepago de energía eléctrica utilizando una tarjeta inteligente sin contacto y un medidor electrónico de energía eléctrica con lector - escritor interno de tarjetas inteligentes sin contacto, comprende los pasos de intercambiar información entre el medidor y Ia tarjeta inteligente sin contacto por medio de radiofrecuencia; autentificar Ia tarjeta inteligente de prepago y el lector - escritor interno de tarjetas inteligentes sin contacto, en forma mutua, por medio de dos o más firmas digitales y e! número de serie del medidor; descargar y almacenar el crédito de Ia tarjeta inteligente de prepago en Ia memoria del medidor electrónico; y grabar Ia información generada sobre el estado del medidor en Ia tarjeta inteligente sin contacto de prepago.

BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

Los aspectos que se consideran característicos de Ia presente invención se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, Ia invención misma, tanto por su organización como por su método de operación, conjuntamente con otros objetos y ventajas de Ia misma, se comprenderán mejor en Ia siguiente descripción de ciertas modalidades, cuando se lea en relación con los dibujos que se acompañan, en los cuales números de referencia similares identifican elementos idénticos, en donde:

La Figura 1 es un diagrama simplificado que ilustra el sistema de prepago de medición de energía de acuerdo con una modalidad preferida de Ia presente invención.

La Figura 2 es un diagrama funcional en bloques simplificado de un sistema de prepago incorporado en un medidor electrónico de acuerdo con una modalidad preferida de Ia presente invención.

Las Figuras 3 y 3A son diagramas de flujo útiles para explicar Ia operación del sistema de prepago de medición de energía de las Figuras 1 y 2.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN

El término "Tarjeta sin contacto" como se utiliza en Ia presente, se refiere al intercambio de una señal entre una tarjeta y un módulo lector - escritor sin el uso de elementos galvánicos (por ejemplo, Ia ausencia de un contacto ohmico del módulo lector-escritor hacia el circuito integrado insertado dentro de Ia tarjeta), donde

Ia potencia que hace funcionar al circuito integrado insertado en Ia tarjeta es tomada de Ia señal generada por el módulo lector-escritor, Ia comunicación y potencia hacia dichos circuitos integrados se da por medio de acoplamiento inductivo. Una tarjeta sin contacto por Io tanto puede estar separada desde una distancia no constante de algunos milímetros hasta varios centímetros del módulo lector escritor y aún así haber transmisión de datos entre ellos.

El término "Tarjeta Inteligente" se refiere a una tarjeta de tamaño similar a una tarjeta de crédito plástica, con un circuito integrado (microprocesador, memoria o circuito dedicado), con un lector que tiene el poder de procesamiento de servir para varias aplicaciones, con una gran seguridad.

Los términos "Firma digital" o "Llave digital" significan una secuencia de datos, con los que se puede descifrar una señal codificada con esta misma secuencia

de datos.

El término "Ilícitos" como se emplea en Ia presente invención se refiere a toda actividad realizada que tenga como fin alterar el registro de consumo de energía eléctrica consumida por el usuario en el medidor. El término "Desconexiones" se Ie dice al hecho de desenergizar el medidor de energía eléctrica sin cortar el suministro de energía eléctrica al usuario de tal modo que el medidor no pueda registrar el consumo de energía del usuario durante el tiempo que esté desenergizado el medidor. El término "Inversiones" significa el cambiar Ia posición mecánica del medidor en socket de conexión, con el fin de que descuente o cuente menos energía de Ia consumida realmente. El término

"Derivaciones" se utiliza en Ia presente para dar a entender el puente de mínima resistencia eléctrica colocado de manera externa al medidor, realizado con el fin de que no toda Ia corriente usada por el usuario pase por los sensores del medidor y por Io tanto sense menos corriente de Ia verdaderamente consumida por el usuario, estos puentes son conocidos vulgarmente como "diablitos".

El término "Anticolisión" es un arbitreo entre tarjetas en Ia que dependiendo del número de serie de las tarjetas se selecciona sólo una, está especificado en Ia ISO 14443-3A y ISO14443-4A

La presente invención proporciona un sistema y método de prepago para Ia medición de energía eléctrica con comunicación de datos sin contacto, en donde el medidor electrónico está completamente integrado de una sola pieza, cubierto totalmente y sin contacto con el exterior. De acuerdo con Ia modalidad preferida, el sistema y método de prepago de medición de energía reduce los costos de instalación proporcionando un medidor electrónico integral que permite Ia comunicación de datos tanto al medidor del usuario como al proveedor del suministro de Ia energía eléctrica sin utilizar las líneas de energía existentes o equipos de transmisión de comunicaciones vía MODEM adicionales. Además, y de acuerdo con

las modalidades preferidas de Ia invención presente, Ia comunicación de datos sin contacto se proporciona a través de u n módulo de p repago de tarjeta i nteligente - lector-escritor sin contacto integrado en el medidor electrónico, en donde Ia tarjeta inteligente transfiere directamente al medidor d atos d el monto comprado y también recibe y almacena información sobre variables del funcionamiento del medidor así como ilícitos que son transferidos en Ia base de datos del proveedor del suministro de energía cuando se recarga Ia tarjeta inteligente sin contacto. El sistema de prepago de energía permite el pago del servicio de suministro antes del consumo a través del uso de una tarjeta inteligente sin contacto. La tarjeta inteligente sin contacto se carga con fondos en una terminal de punto de venta o directamente en Ia central del proveedor de suministro de energía.

En Ia presente invención, el cliente recibe Ia electricidad proveniente de Ia estación generadora sobre las líneas de transmisión directamente en su medidor y no es n ecesario conectar el medidor a ninguna terminal de comunicación o equipo externo que sirva de enlace (por ejemplo, enlace infrarrojo, conexión directa por cable, un enlace de RF o comunicación por medio de Ia línea de CA) para controlar el suministro de electricidad.

La Figura 1 ilustra un diagrama simplificado de un sistema de prepago para medición de energía de acuerdo con una modalidad preferida de Ia presente invención. C omo se muestra en i a Figura 1 , sistema de prepago p ara medición d e energía incluye de preferencia terminales de punto de venta 20 que pueden ubicarse en Ia estación central y/o en oficinas de cobranza del proveedor. Las terminales de punto de venta 20 están equipadas con un módulo lector - escritor de tarjetas inteligentes 23, el cual puede ser de tipo convencional para tarjetas sin contacto o puede ser uno de desarrollo específico. La terminal de punto de venta 20 cuenta con una interfaz de comunicación 27 para interconectarse a través de un servidor 21 con un sistema de cobranza que mantiene informado sobre las cuentas de los clientes y Ia

información almacenada en Ia base de datos 22 del proveedor. El método de comunicación empleado en Ia ¡nterfaz 27 puede ser, por ejemplo, a través de un MODEM u tilizando Ia red de I nternet o una i ntranet, o b ien un enlace dedicado. La base de datos 22 almacenará además de Ia cantidad de Kwh prepagados comprados por el usuario, los Kwh medidos durante Ia vida del medidor, así como los ilícitos realizados por el usuario para su análisis y toma de medidas por Ia compañía suministradora de energía eléctrica.

Con el objeto de proporcionar una comunicación segura así como validar Ia transmisión - recepción de datos entre Ia terminal de punto de venta 20 y el servidor 21 , el sistema de prepago para medición de energía incluirá un par de módulos de seguridad 24 y 25 que, como se observa en Ia Figura 1 , que se instalan tanto e n el servidor como en l os puntos d e venta. P referiblemente, los módulos de seguridad 24 y 25 proporcionan funciones de encriptado y desencriptado para Ia transmisión de datos entre el servidor 21 y Ia terminal de punto de venta 20, por ejemplo mediante el uso de llaves digitales en donde los datos sólo podrán ser desencriptados con el uso de dichas llaves digitales, por Io que cuando se transmiten datos desde Ia terminal de punto de venta hacia servidor y viceversa, aún cuando Ia transmisión de datos sea interceptada éstos no pueden ser descifrados si no se tienen las llaves de desencriptado. Los datos transmitidos entre Ia terminal de punto de venta 20 y Ia tarjeta inteligente de prepago 15 son encriptados por el modulo de seguridad

24 mediante el uso de llaves digitales escritas en las tarjetas inteligentes 15. El módulo de seguridad 24 proporciona además Ia seguridad de datos para las transacciones que realice Ia tarjeta inteligente sin contacto 15 y módulo escritor-lector de tarjeta inteligente 23. De preferencia, Ia tarjeta inteligente sin contacto 15 y el medidor electrónico 18 comprenden además módulos de encriptado / desencriptado instalados en su microcontrolador respectivo y/o circuito/s integrado/s (Cl) de uso especifico para sistemas de prepago para efectuar dicha función de intercambio de información

encriptada. En una modalidad particularmente preferida, el módulo de encriptado del medidor electrónico se ubica en el microcontrolador de una tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía o puede estar en el Lector de tarjetas inteligentes sin contacto. Al momento de contratar o renovar el servicio de suministro de energía eléctrica, Ia compañía suministradora instalará un medidor electrónico con el sistema de prepago de Ia presente invención en el domicilio del usuario 19 y Ie entregará una tarjeta inteligente sin contacto de prepago 15 reutilizable previamente cargada con cierta cantidad de Kwh prepagados en un punto de venta 20. En una modalidad preferida, Ia tarjeta inteligente sin contacto de prepago 15 se personaliza con información que se almacena en Ia memoria del microcontrolador, dicha información siendo el número de medidor, número de contrato, última fecha de carga de Ia tarjeta, llaves de seguridad (por ejemplo, firmas digitales tal como aquellas especificadas en el sistema de encriptado Mifare© [en donde, en su modalidad preferida, una llave A que sirve para descargar cierta cantidad de Kwh prepagados y una B que puede cargar y descargar cierta cantidad de Kwh prepagados en un sector de Ia tarjeta], o un sistema de encriptado triple DES, etc.), datos de cantidad d e Kwh prepagados, cantidad d e Kwh prepagados, a transferir al medidor por descarga. En una modalidad particularmente preferida, Ia memoria del microcontrolador de Ia tarjeta de prepago sin contacto es capaz de recibir y almacenar información generada por el medidor electrónico respecto de Ia energía consumida por el usuario durante Ia vida del medidor e Ilícitos cometidos al medidor.

Para iniciar el suministro de energía el usuario aproximará Ia tarjeta inteligente sin contacto de prepago 15 al lector - escritor sin contacto del medidor electrónico 18, dicho lector - escritor del medidor electrónico validará Ia tarjeta de prepago 15 y descargará Ia cantidad de Kwh prepagados, comprados total o parcialmente. La determinación de Ia descarga total o parcial de Ia cantidad de Kwh

prepagados, comprado de Ia tarjeta 15 al medidor 18 dependerá del valor grabado en Ia tarjeta respecto de Ia cantidad de Kwh prepagados, a transferir al medidor por descarga o cuando el crédito sea menor a este valor de descarga. E n Ia p resente invención el término "cantidad de Kwh prepagados, a transferir por descarga" es una cantidad predeterminada definida por el usuario o por Ia compañía suministradora del servicio, este número digamos que fuera cincuenta, cuando se acerque Ia tarjeta al medidor de prepago las descargas serán de 50 en 50 Kwh, excepto cuando Ia cantidad de Kwh prepagados, restante en Ia tarjeta sea menor a 50, en este caso se descargará Ia totalidad de Ia cantidad de Kwh prepagados, de Ia tarjeta en el medidor. Simultáneamente o después de descargar Ia cantidad de Kwh prepagados, el lector - escritor sin contacto del medidor cargará en Ia tarjeta toda información generada por el medidor electrónico respecto de Ia energía consumida por el usuario durante Ia vida del medidor e Ilícitos cometidos al medidor. El medidor electrónico 18 desplegará continuamente en su pantalla Ia información sobre Ia cantidad restante del suministro de energía eléctrica prepagado para que el usuario acuda oportunamente a una terminal de punto de venta 20 para recargar con fondos Ia tarjeta inteligente sin contacto 15. La terminal de punto de venta 20 acepta, lee y e scribe datos hacia y desde una tarjeta inteligente de prepago 15 específica para el sistema de prepago de medición de electricidad como es ordenado por el programa del proveedor. Como se mencionó, Ia tarjeta se recarga en una terminal de punto de venta 20, pero también se descargan los datos recolectados por Ia tarjeta sobre el medidor electrónico para su envío a Ia base de datos 22 para que sean revisados por Ia compañía suministradora de la Energía Eléctrica. La terminal de punto de venta 20 acepta cantidades tanto en pesos (o cualquier otra moneda dependiendo del país) como en kilowatts/hora y comunica está transacción de regreso al servidor 21 del proveedor de servicio para su almacenamiento en Ia base de datos 22. Sin embargo, dicha información al grabarse en Ia tarjeta inteligente de prepago 15 para que el usuario Ia descargue Ia cantidad de

Kwh prepagados en el medidor 18 está en Ia forma de Kwh. Por Io tanto, Ia pantalla del medidor desplegará dicha información prepagada en Ia forma de Kwh.

La Figura 2 ilustra un diagrama funcional simplificado en bloques de un medidor electrónico que incorpora el sistema de prepago sin contacto para controlar el suministro de energía eléctrica y obtener información relevante del mismo, apropiado para usarse de acuerdo con una modalidad preferida de Ia presente invención. El medidor electrónico 18 de energía con prepago incluye una tarjeta de m edición de energía eléctrica 9, una tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía 3, un dispositivo de corte de suministro de energía 1 , y una antena 14. La tarjeta de medición de energía eléctrica 9 comprende un módulo de medición de energía 10 que registra Ia energía eléctrica consumida por el usuario; un microcontrolador 11 para controlar el funcionamiento del módulo de medición de energía 10 y que tiene una memoria Flash donde se almacena Ia información prepagada de energía eléctrica descargada de Ia tarjeta de control de prepago sin contacto 3, así como información generada en el módulo de medición 10 respecto de

Ia energía consumida por el usuario durante Ia vida del medidor e Ilícitos cometidos al medidor (por ejemplo, como desconexiones, inversiones, presencia de derivaciones, etc.); una pantalla de cristal líquido 13 controlada por el microcontrolador 11 Ia cual despliega entre otras variables Ia información de energía disponible por el usuario previamente pagada, cuando se puede descargar Ia cantidad de Kwh prepagados de una tarjeta sin contacto 15, e información especial indica al usuario colocar Ia tarjeta en Ia cercanía del medidor para iniciar Ia descarga de Ia cantidad de Kwh prepagados; y una fuente de alimentación independiente 12 para el módulo de medición 10 y el microcontrolador 11 de Ia tarjeta de medición de energía 9. La fuente de energía funciona cuando hay suministro de energía eléctrica, funciona a Io más un segundo cuando hay una falla de suministro, tiempo suficiente para respaldar Ia información de cualquier transacción de energía.

La tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía 3 es el módulo principal encargado de detectar y validar una tarjeta de prepago 1 5 así como controlar el sistema de prepago y el suministro de energía al medidor. En una modalidad preferida, Ia tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía 3 comprende: un elemento lector - escritor de tarjetas inteligentes sin contacto 8 que tiene además un generador de radiofrecuencia, un microcontrolador 7, un detector de cruce por cero de voltaje CA de suministro 6, un controlador del elemento de corte de suministro 5 y una fuente de alimentación 4 de dicha tarjeta de control 3. La tarjeta d e control de p repago sin contacto y corte de suministro de energía 3 no busca todo el tiempo a una tarjeta de prepago sin contacto

15, ya que desperdiciaría mucha energía para una operación que realiza sólo pocas veces, así que Ia búsqueda de Ia tarjeta de prepago 15 sólo se da unos cuantos segundos cada minuto.

El elemento lector - escritor de tarjetas sin contacto 8 del sistema de prepago sin contacto de Ia presente invención proporciona, en un primer modo, Ia información de Ia tarjeta inteligente de prepago 15 a un microcontrolador 11 del medidor electrónico 18 por medio del microcontrolador 7 . E n u n s egundo modo, el elemento lector - escritor de tarjetas sin contacto 8 proporciona Ia información del microcontrolador 1 1 del medidor 18 a Ia tarjeta inteligente 15 a través de dicho microcontrolador 7. La comunicación de información entre Ia tarjeta inteligente sin contacto 15 y el medidor electrónico 18 se efectúa a través de una antena de circuito impreso y una insertada en el Ia tarjeta de prepago sin contacto ( del medidor y de Ia tarjeta de prepago 14 y 17, respectivamente, las cuales son sensibles a Ia banda de radiofrecuencia en Ia que se transmite. Preferiblemente, el elemento lector - escritor de tarjetas 8 es un circuito integrado que detecta Ia presencia de una tarjeta de prepago sin contacto, interpreta los comandos de Ia tarjeta de prepago sin contacto, y genera y envía una señal de potencia de radiofrecuencia. Dicha antena 14 capta

también los cambios d e Ia s eñal de potencia de radiofrecuencia enviada, siendo el protocolo de transmisión de datos por radiofrecuencia el especificado en el estándar ISO 14443-3A, e incluso el especificado por el estándar ISO 14443-4A o cualquier otro protocolo de transmisión de datos por radiofrecuencia adecuado para tal fin. El elemento lector - escritor de tarjeta sin contacto 8 genera y envía una señal de potencia de radiofrecuencia a través de Ia antena 14 del medidor 18. El cambio de Ia señal de potencia de radiofrecuencia percibido por Ia antena 14 es ocasionado por Ia presencia de una tarjeta inteligente sin contacto de prepago 15. Al detectar el elemento lector - escritor de tarjeta sin contacto 8 I a presencia d e una tarjeta de prepago 15, lee y transfiere el monto prepagado de Ia tarjeta de prepago sin contacto 15 al microcontrolador 7 previa verificación y validación de Ia tarjeta 15 por medio de un módulo de encriptado / desencriptado de dicho lector - escritor de tarjetas sin contacto 8. Es decir, el módulo de encriptado / desencriptado del lector - escritor de tarjetas sin contacto 8 verifica y valida por medio de las firmas digitales Ia información grabada en Ia memoria del microcontrolador o Cl de uso específico para tarjetas de prepago 16 de Ia tarjeta 15 tal como, por ejemplo, el número de medidor, número de contrato, última fecha de carga de Ia tarjeta, llaves de seguridad, datos de Ia cantidad de Kwh prepagados, cantidad de Kwh prepagados a transferir al medidor por descarga, etc. Si está información no es verificada y validada, el lector no descargará el monto o información de prepago de Ia tarjeta 15 en el medidor electrónico 18.

Una vez verificada y validada Ia tarjeta de prepago sin contacto 15, los datos del monto prepagado de suministro de energía eléctrica son descargados de Ia tarjeta i nteligente sin contacto 1 5 a Ia tarjeta d e m edición de e nergía e léctrica 9 , a través de Ia tarjeta de control de prepago 3, en donde Ia tarjeta de medición de energía eléctrica 9 se encarga de reducir el monto de energía según el usuario Ia va consumiendo. Por Io general, Ia información del monto o cantidad de Kwh prepagados

se almacena en Ia memoria Flash del microcontrolador 11 de Ia tarjeta de medición de energía eléctrica 9 y dicho microcontrolador 11 se encarga de controlar Ia reducción del monto prepagado de suministro de energía eléctrica conforme el usuario consume un Kwh con base en Ia información de consumo enviada por dicho módulo de medición de energía.

De manera alterna, Ia información relevante sobre los datos históricos del medidor que se grabarán en Ia tarjeta inteligente de prepago sin contacto 15 se almacenan también en Ia memoria Flash del microcontrolador 11 de Ia tarjeta de medición 9. Por Io tanto, el intercambio de información entre el medidor electrónico 18 y Ia tarjeta inteligente 15 es realizado particularmente por el microcontrolador 7 de Ia tarjeta de control de prepago 3 y el microcontrolador 1 1 de Ia tarjeta de medición a través de una interfase serial. En otras palabras, el microcontrolador 11 es el elemento que almacena Ia información en su memoria Flash, mientras que el microcontrolador 7 cuando detecta Ia presencia de una tarjeta 15 lee los datos almacenados en Ia memoria Flash del microcontrolador 11 por medio de una interfase serial y también lee los datos de Ia tarjeta de prepago 15 por medio del lector-escritor de tarjetas de prepago 8, y sirve de intermediario para transferir Ia información de un sistema a otro.

En una modalidad alterna de Ia presente invención, el sistema de prepago para medidores de energía eléctrica por tarjeta inteligente sin contacto incluye un dispositivo automático de corte de suministro de Ia energía eléctrica al usuario 19.

Con referencia particular a Ia Figura 2, en ella se muestra que Ia tarjeta de control de prepago incluye a demás un d etector de c ruce p or cero d e energía eléctrica 6 y u n controlador del dispositivo de corte de suministro 5 que controla a un dispositivo de corte / restablecimiento de suministro de energía 1. En una modalidad preferida de Ia presente invención, el microcontrolador 7 de Ia tarjeta de control de prepago 3 sabe cuanta energía eléctrica Ie queda por consumir al usuario porque lee esta información de I a tarjeta de m edición de e nergía e léctrica 9. P or I o tanto, el microcontrolador 7

controlará el suministro o corte de energía eléctrica al usuario 19.

Típicamente, el corte de Ia energía eléctrica del usuario 19 se dará cuando el monto disponible de energía almacenado en Ia tarjeta de medición de energía eléctrica 9 del medidor 18, que es leído por el microcontrolador 7, sea igual a cero. El suministro de energía eléctrica se reestablecerá cuando el monto disponible de energía almacenado en Ia tarjeta de medición de energía eléctrica 9 del medidor 18, que es leído por el microcontrolador 7, sea mayor que cero. En todo momento, el microcontrolador 7 d e Ia tarjeta de p repago 3 leerá e l m onto d isponible d e energía eléctrica del usuario en Ia tarjeta de medición de energía 9. El corte y/o restablecimiento d el suministro de e nergía s e p rovee p or medio de u n controlador de dispositivo de corte d e s uministro y alarma d e falla d e energía 5, en donde el dispositivo de corte/restableciemiento de suministro 1 puede ser en una modalidad preferida un relevador. El suministro de energía puede cortarse por medio del controlador de relevador y alarma de falla de energía 5, este controlador 5 tiene como función tanto abrir como cerrar el relevador 1 cuando el microcontrolador

7 s e I o requiera a t ravés de una señal de corte o abertura, el controlador 5 abre o cierra mediante un dispositivo de estado sólido 2 el relevador. También, el controlador de relevador y alarma de falla de energía 5 también avisa al microcontrolador 7 si se ha presentado una falla de energía, éste se entera de Ia fallas de energía eléctrica por medio de un detector de cruce por cero 6, para que tome las previsiones necesarias y no se pierda información durante una falla del suministro eléctrico. Todos estos están alimentados por Ia fuente de alimentación 4.

Cuando el microcontrolador 7 lee un monto disponible de energía almacenado en Ia tarjeta de medición de energía eléctrica igual a cero, dicho microcontrolador 7 enviará una señal de corte al control de relevador y falla de energía

5. El control de relevador y falla de energía 5 comprende un microcontrolador (no mostrado) que tiene tres puertos de entrada y dos de salida. Un puerto de entrada del

microcontrolador sirve para indicarle que debe cerrar el relevador de corte o suministro de energía 1. Otro puerto de entrada del microcontrolador sirve para indicarle que debe abrir el relevador de corte o suministro de energía 1 , mientras que el último puerto de entrada del microcontrolador Ie indica el cruce por cero de Ia línea de CA (es decir, por Ia tierra del circuito o cero voltios), Ia señal que indica el cruce por cero también Ie indica Ia polaridad hacia a donde a cruzado el suministro de CA. En otras palabras, este último puerto de entrada indica el momento donde Ia fase se ha vuelto positiva con respecto al neutro (que es Ia tierra del Ia tarjeta de módulo de prepago 3) y viceversa (Ia fase se ha vuelto negativa con respecto al neutro). Esta función se da por el detector de cruce por cero de energía eléctrica 6 (este es un circuito detector de nivel con histéresis realizado con Amplificadores Operacionales y un divisor de voltaje), el cruce por cero sirve para dos propósitos, uno cuando el microcontrolador del control de relevador y falla de energía 5 (no mostrado) detecta que no hay cruces por cero se infiere que el suministro de energía eléctrica se ha visto suspendido y eso generará una falta de suministro de energía eléctrica en Ia tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía 3, en ese momento manda por una de sus salidas una señal para Indicarle al microcontrolador 7 que debe guardar Ia información pertinente para su buen funcionamiento y para no perder datos en las transacciones que pudiera estar realizando. El segundo propósito tiene como función el abrir y cerrar el relevador 1 , este relevador para cerrarse debe de recibir un señal de corriente directa (CD) entre sus terminales de activación, y para abrirse debe de recibir una señal en CD también pero en sentido inverso al señal que Io cierra, así que para activarlo al detectar el cruce por cero y polaridad del suministro eléctrico de CA, uno puede abrir el relevador activando un dispositivo de estado sólido 22 cuando Ia polaridad de Ia fase sea negativa con respecto al neutro y cerrarlo activando el dispositivo de estado sólido 2 cuando Ia fase es positiva con respecto al neutro. Por el contrario, cuando el microcontrolador 7 lee un monto disponible de energía mayor a

cero, dicho microcontrolador 7 enviará una señal de suministro al mlcrocontrolador del control de relevador y falla de energía, Ia cual activa el dispositivo de estado sólido 2 del detector de cruce por cero de energía 6 durante un ciclo de línea positivo. Se debe entender que el controlador de dispositivo de corte de suministro y alarma de falla de energía 5 puede ser incorporado en una pequeña tarjeta o como una función adicional del microcontrolador 7 de Ia tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía 3.

Como se mencionó anteriormente, Ia tarjeta inteligente 15 será reusable y específica para cada medidor, es decir no podrá ser utilizada más que en un medidor. La tarjeta inteligente incluye un microcontrolador o circuito de uso especifico en tarjetas de prepago sin contacto 16 y una antena 17. La información personalizada de Ia tarjeta se graba en Ia memoria interna del microcontrolador 16. Preferiblemente, Ia tarjeta i nteligente puede s er d el tamaño d e una tarjeta de crédito convencional y seguir el estándar ISO 14443-1 , 14443-2, 14443-3, 14443-4, aunque esto no es obligatorio. Asimismo, e l uso de tarjetas inteligentes de prepago sin contacto en un sistema de prepago de suministro de energía eléctrica para medidores de electricidad de Ia presente invención tiene tres funciones principales: 1 ) descargar Ia cantidad de Kwh prepagados a agregar al medidor electrónico de energía; 2) recibir los datos de energía consumida durante Ia v ida del medidor, I lícitos cometidos a l medidor, tales como desconexiones, inversiones y presencia de derivaciones, sin Ia necesidad de contratar un lecturista o incorporar sistemas sofisticados y costosos; y 3) evitar descomposturas y desgaste mecánico del medidor.

En operación, el sistema de prepago de energía eléctrica por tarjeta inteligente sin contacto de Ia presente invención es cargado al medidor a través de Ia tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía que lleva a cabo las operaciones de detectar y validar una tarjeta de prepago, así como controlar el sistema de prepago y suministro de energía al medidor de acuerdo con el diagrama

de flujo de las Figuras 3 y 3A. De manera particular , el microcontrolador 7 de Ia tarjeta de control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía 3 controla el sistema de prepago de Ia presente invención, así como las comunicaciones en Io referente al prepago entre el medidor 18, Ia tarjeta de prepago 15 y Ia tarjeta de medición de energía 9, y tiene un funcionamiento independiente al resto de los microcontroladores del sistema.

Antes de iniciar las funciones de control y comunicaciones, el microcontrolador 7 inicializa los puertos seriales de comunicación con los que se comunicará con el microcontrolador 11 y configura al lector - escritor de tarjetas inteligentes sin contacto 8 para que funcione de acuerdo con, por ejemplo, el estándar

ISO 14443-4A. U na vez inicializado los puertos y configurado el lector - escritor, el microcontrolador 7 lée l os datos almacenados e n Ia tarjeta d e medición d e energía eléctrica 9, como son # de serie cliente, Kwh almacenados durante Ia vida del medidor, # desconexiones, inversiones, derivaciones y energía acumulada durante Ia presencia de derivaciones (el número de serie del medidor sólo se leerá en esta parte del programa porque éste nunca cambia). Después de leer los datos, se ¡nicializa un temporizador interno del microcontrolador 7 para que generé una interrupción cada 70 milisegundos para que dicho microcontrolador 7 efectúe una tarea específica. El microcontrolador 7 luego se pone en estado inactivo, es decir deja de hacer cualquier cosa y se pone a "dormir" para ahorrar el máximo de energía, es de vital importancia ahorrar energía para estar dentro de norma y no causar pérdidas monetarias innecesarias a Ia compañía suministradora de energía eléctrica. El microcontrolador 7 sólo puede salir del estado inactivo por Ia interrupción del temporizador o por Ia interrupción de Ia falla de suministro de energía. Por Io tanto, el microcontrolador 7 de Ia tarjeta control de prepago sin contacto y corte de suministro de energía 3 se queda en espera de una interrupción, el microcontrolador estará en este estado Ia mayor parte del tiempo.

De e sta manera, si e l temporizador genera u na señal d e interrupción (bloque 90) el microcontrolador 7 deja el estado inactivo y lee el saldo del medidor, los Kwh acumulados, el número de desconexiones, interrupciones, derivaciones e inversiones (bloque 100). En caso contrario, el microcontrolador 7 regresa al estado Inactivo para ahorrar el máximo de energía en espera de una señal de interrupción

(bloque 80).

Una vez que ei microcontrolador 7 realiza Ia función de leer los datos almacenados en Ia tarjeta de medición de energía 9 (bloque 100), éste verifica y cambia el estado del relevador 1 con respecto al saldo prepagado del usuario. El microcontrolador 7 con base en Ia información obtenida en el bloque 100 verifica que el saldo prepagado d e suministro sea mayor que 0 (bloque 110), si e l saldo n o e s mayor a 0 entonces verifica si el relevador 1 está abierto (bloque 120). Si el resultado de verificar el estado del relevador 1 del bloque 120 es negativo, entonces el microcontrolador 7 envía una señal al controlador del dispositivo de corte de suministro y alarma de falla de energía 5 quién ejecuta Ia función de abrir el relevador 1 (bloque

130) p ara cortar el suministro de energía eléctrica al medidor 18. Luego de abrir el relevador 1 en el bloque 130, el microcontrolador 7 lee Ia información desplegada en Ia pantalla del medidor 18 (bloque 160) . Sin embargo, si el resultado que se determina en el bloque 120 es satisfactorio, es decir el relevador 1 está abierto, entonces el microcontrolador 7 lee Ia información desplegada en Ia pantalla del medidor 18 (bloque

160).

Por el contrario, si el saldo leído en el bloque 110 es mayor a cero entonces el microcontrolador 7 verifica si el relevador 1 está cerrado (bloque 140). Si el resultado de verificar el estado del relevador 1 del bloque 140 es negativo, entonces el microcontrolador 7 envía una señal al controlador del dispositivo de corte de suministro y alarma de falla de energía 5 quién ejecutará Ia función de cerrar el relevador 1 (bloque 150) para permitir el suministro de energía eléctrica al medidor 18.

Luego de cerrar el relevador 1 en el bloque 150, el microcontrolador 7 lee Ia información desplegada en Ia pantalla del medidor 18 (bloque 160). Sin embargo, si el resultado que se determina en ei bloque 140 es afirmativo, es decir el relevador 1 está cerrado, entonces el microcontrolador 7 lee Ia información desplegada en Ia pantalla del medidor 18 (bloque 160).

Posterior a Ia verificación del estado en que se encuentra el relevador 1 como se describió en los bloques 110 a 160, el microcontrolador 7 verifica por medio del microcontrolador 11 del módulo de medición de energía 10 que pantalla se encuentra desplegada e n e l medidor ( bloque 170). S i I a p antalla desplegada en el bloque 170 es Ia de "Prepago", luego el microcontrolador 7 verifica si está encendido el generador de radio frecuencia (bloque 180) del elemento lector - escritor de tarjetas inteligentes sin contacto 8 para iniciar Ia búsqueda de una tarjeta de prepago. Si Ia determinación en el bloque 180 es negativa, se genera una señal para encender Ia radio frecuencia (bloque 190) y luego el microcontrolador 7 regresa al estado inactivo para ahorrar el máximo de energía en espera de una señal de interrupción (bloque 80) y reinicia Ia rutina descrita en los bloques 90 a 180. En caso afirmativo en el bloque 180, es decir está encendida Ia radio frecuencia, entonces se comenzará a emitir Ia señal de radio frecuencia a través de Ia antena 14 para detectar Ia presencia de una tarjeta inteligente sin contacto 15 en su cercanía (bloque 220). Cuando Ia p antalla desplegada en el bloque 170 corresponde a Ia de

"Kwh, inversiones, desconexiones, derivaciones", el microcontrolador 7 revisa si está apagada Ia emisión de radio frecuencia (bloque 200), en el caso que estuviera apagada Ia emisión de radio frecuencia el microcontrolador 7 regresa al estado inactivo para ahorrar el máximo de energía en espera de una señal de interrupción (bloque 80) y reinicia I a rutina descrita e n I os b loques 90 a 1 80. S i e I resultado d e verificar el estado de Ia emisión de radio frecuencia es negativo, es decir está encendida Ia emisión de radio frecuencia, entonces el microcontrolador 7 apaga o

desactiva las emisiones de radio frecuencia (bloque 210) y luego el microcontrolador 7 regresa al estado inactivo para ahorrar el máximo de energía en espera de una señal de interrupción (bloque 80) y reinicia Ia rutina descrita en los bloques 90 a 180.

El microcontrolador 7 después de llevar a cabo las funciones de leer los datos almacenados en Ia tarjeta de medición de energía 9, verificar y cambiar el estado del relevador 1 , y checar que pantalla se encuentra desplegada en el medidor para activar / desactivar Ia emisión de radio frecuencia, procederá a detectar Ia presencia de una tarjeta inteligente de prepago sin contacto 15 y realizar Ia transacción de descarga del prepago. Como se mencionó anteriormente cuando el microcontrolador confirma que está encendida Ia radio frecuencia, el microcontrolador emitirá una señal de radio frecuencia a través de Ia antena 14 ejecutando una función de llamado de búsqueda de tarjetas 15 (bloque 220) de acuerdo con el estándar ISO 14443-3A. Después de que se lleva a cabo Ia función de llamado de búsqueda de tarjetas del bloque 220, el microcontrolador 7 verifica si hay una tarjeta inteligente 15 dentro del campo de detección (bloque 230). Si existe una tarjeta inteligente dentro del campo de detección en el bloque 230, se efectúa una anticolisión (bloque 240) para determinar si hay más de una tarjeta inteligente en el campo de detección (en caso de que haya más de una tarjeta inteligente 15, una será desactivada según Ia norma ISO 14443-3A). Si no existe una tarjeta inteligente 15 dentro del campo de detección en dicho bloque 230, el microcontrolador 7 regresa al estado inactivo para ahorrar el máximo de energía en espera de una señal de interrupción (bloque 80) y reinicia Ia rutina descrita en los bloques 90 a 180.

Una vez que se detecta una tarjeta dentro del campo, el sistema selecciona Ia tarjeta (bloque 250) de acuerdo con el protocolo de transmisión de datos por radiofrecuencia (por ejemplo, el especificado en el estándar ISO 14443-3A, e incluso el especificado por el estándar ISO 14443-4A). Después de seleccionar Ia

tarjeta en el bloque 250, el microcontrolador 7 autentifica Ia tarjeta con Ia firma digital de descarga de Ia cantidad de Kwh prepagados y con el número de serie del medidor (bloque 260). El microcontrolador verifica luego si Ia tarjeta inteligente corresponde al medidor (bloque 270), si Ia tarjeta no corresponde a este medidor el microcontrolador 7 regresa al estado inactivo para ahorrar el máximo de energía en espera de una señal de interrupción (bloque 80) y reinicia Ia rutina descrita en los bloques 90 a 180.. Sin embargo, si Ia tarjeta corresponde a este medidor entonces leerá el saldo de Ia tarjeta (bloque 280). En este punto, el microcontrolador 7 verifica si Ia tarjeta inteligente de prepago tiene saldo (bloque 290), si Ia determinación en el bloque 290 es negativa el microcontrolador 7 regresa al estado inactivo para ahorrar el máximo de energía en espera de una señal de interrupción (bloque 80) y reinicia Ia rutina descrita en los bloques 90 a 180. Si el resultado de verificar el bloque 290 se determina que es afirmativo, entonces el microcontrolador permitirá Ia descarga de saldo de Ia tarjeta inteligente 15 en Ia memoria Flash del microcontrolador 11 de Ia tarjeta de medición de energía 9 por m edio de I a tarjeta d e control d e prepago s in contacto ( bloque 300).

Puede darse el caso que no se descargue todo el saldo prepago en una sola descarga, ya que el saldo a descargar depende de Ia cantidad grabada en Ia tarjeta en Ia variable " Cantidad d e Kwh prepagados a transferir por descarga". En seguida de descargar el saldo en el bloque 300, el sistema lee el saldo restante en el medidor (bloque 310) y suma el saldo descargado de Ia tarjeta 15 al saldo restante en el medidor (bloque 320). El nuevo valor del saldo prepagado que resulta en Ia operación realizada en el bloque 320 se envía a Ia memoria Flash del medidor de energía (bloque 330) por medio del microcontrolador 11. Después de recibir el nuevo valor del saldo o al mismo tiempo, el microcontrolador 1 1 envía a Ia tarjeta inteligente 15 (bloque 340) Ia información generada en el módulo de medición 10 respecto de Ia energía consumida por el usuario durante Ia vida del medidor e Ilícitos cometidos al medidor (por ejemplo, como desconexiones, inversiones, presencia de derivaciones,

etc.). Después de enviar Ia información a Ia tarjeta inteligente 15, el microcontrolador 7 regresa al estado inactivo para ahorrar el máximo de energía en espera de una señal de interrupción (bloque 80) para reiniciar Ia rutina descrita en los bloques 90 a 180.

Aunque se han ilustrado y descrito formas de realización particulares de Ia presente invención, será obvio para quienes tienen conocimientos en Ia materia que podrán hacerse diversos otros cambios y modificaciones sin apartarse del espíritu y los alcances de Ia invención. Por Io tanto, se pretende proteger en las reivindicaciones anexas cualquier cambio y modificaciones que estén dentro del alcance de esta invención.