淺談無線預付費電表系統(tǒng)設計及應用

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【摘要】針對目前市場上普遍以Ic卡作為售電介質(zhì)的預付費售電系統(tǒng)存在的問題，介紹了一種新型的無線預付費售電系統(tǒng)及其構(gòu)成，并給出了整個系統(tǒng)設計的完整方案。整個系統(tǒng)包括用戶終端和電力管理系統(tǒng)端，它們之間通過雙工通信可以將用戶用電信息和管理系統(tǒng)端相關的電價改革信息以及分時段計費信息及時進行相互通信。用戶可以通過用戶終端方便地進行充值和查詢等。

關鍵詞：無線預付費電表，預付費售電管理系統(tǒng)，Ic卡電表，雙工通信

引言

目前，民用照明用電和工業(yè)用電大多采用傳統(tǒng)的感應式電度表計量，用電管理方法為人工抄表，記錄每月用電量，“先用電，后交費”。隨著用電量的不斷變大，這種電能計量管理方法顯示出許多缺點，集中表現(xiàn)在：人工抄表難，勞動強度大，浪費人力、物力、財力；電費收取難，用戶“先用電”意味著電業(yè)管理部門須預付巨額的電費，已用電費的按時收取受諸多因素的影響，給管理部門帶來經(jīng)濟損失；防偷盜電難，傳統(tǒng)電表由于自身的原理和結(jié)構(gòu)，給盜電者以可乘之機。

隨著國家電力體制改革的進行和公眾對電力消費的需求越來越高，落后的售電管理方式亟待改變。隨著嵌入式系統(tǒng)和VLSI的快速發(fā)展，人們提出了多種智能化電管理系統(tǒng)，以改變傳統(tǒng)售電方式存在的問題。

本文首先介紹目前市場上的智能化用電管理系統(tǒng)存在的問題，提出一種新型無線預付費電表系統(tǒng)的設計原理和設計方法，本系統(tǒng)利用無線藍牙技術和計算機軟件技術實現(xiàn)用電管理的自動化和信息化。

1. 目前市場上智能化用電管理系統(tǒng)的優(yōu)缺點

智能化用電管理系統(tǒng)以計算機為控制核心，改變傳統(tǒng)“先用電，后付費”的用電模式，實行“先購電，后用電”的管理辦法，供電管理部門可以免除人工抄表，提高勞動生產(chǎn)率，解決收費難的問題，節(jié)省大量的資金，并可有效防止反轉(zhuǎn)、分流等盜電現(xiàn)象，從而具有一定的防偷盜電功能。通過電子鑰匙作為傳輸媒介，可以及時全面地掌握用電信息，實現(xiàn)控制、統(tǒng)計、報表的全面自動化管理。

目前，國內(nèi)采用*多的是Ic卡作為售電介質(zhì)的預付費售電系統(tǒng)。這種電表可以避免因人工人戶抄表、多戶共用一表帶來的各種問題。但IC卡電表存在以下問題：抗干擾能力差，特別是開放的讀寫窗口，易受外界攻擊；IC卡電表被攻擊造成控制系統(tǒng)失效后，很難取證認定，極易發(fā)生用電糾紛；價格高，壽命短，綜合效益差，使用風大；難以適應電價變動的要求。

由于IC卡電表系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)采集終端容易遭受攻擊，使得數(shù)據(jù)終端器容易出現(xiàn)工作故障，如造成閥門打開而不計費給電力公司造成巨大損失等。因此，原國家電力公司決定：在“一戶一表”改造工程中不宜選用IC卡電能表。

由于目前預付費電表存在的問題，本文提出一款采用封閉的數(shù)據(jù)采集終端和全雙工通信方式的無線預付費電表，以克服目前智能化預付費電表的不足。

二、無線預付費電表系統(tǒng)的總體設計

無線預付費電表系統(tǒng)分為軟、硬件兩個部分。軟件主要是預付費售電管理系統(tǒng)軟件，硬件包括PC、電話線路或互聯(lián)網(wǎng)絡、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、無線預付費電表。PC、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器置于電力部門，無線數(shù)據(jù)終端調(diào)制解調(diào)器、無線預付費電表屬于用戶。

無線預付費電表可以完成將電表的電度數(shù)、電流、電壓等數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)射。用戶家中放置終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器可以實現(xiàn)對發(fā)送數(shù)據(jù)的有效接收，同時，終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器可以通過電話線或電力網(wǎng)與預付費售電管理系統(tǒng)實現(xiàn)有效通信。

當用戶通過電話線或電力網(wǎng)進行撥號、聯(lián)網(wǎng)后，用戶按照管理系統(tǒng)的需要設置用戶名和密碼后，就可以將管理權(quán)限交給終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器通過電話線或電力網(wǎng)完成與管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的通信，根據(jù)預付費售電管理系統(tǒng)設計實現(xiàn)充值、查詢等功能。本系統(tǒng)總體設計如圖1所示。

圖1無線預付費電表系統(tǒng)的總體設計框圖

1.無線預付費電表設計

無線預付費電表的設計框圖如圖2所示。

圖2無線預付費電表的設計框圖

機心采用通用的電表機心，通過傳感器將電壓、電度數(shù)、電流等參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，通過A／D變換將數(shù)據(jù)送到單片機中，單片機進行數(shù)據(jù)處理，LED(發(fā)光二極管)顯示用戶累計用電和剩余電量，EEPROM主要存放用戶的電表信息，包括用戶充值記錄、用戶余額、累計用電量、剩余電量、用戶名和密碼等。當系統(tǒng)正常工作時，單片機驗證用戶名、密碼和用戶余額，滿足供電條件就打開供電閥門開關，不滿足供電條件就關閉供電閥門開關，同時可以按照程序設置，在規(guī)定時間段將無線預付費電表中的數(shù)據(jù)信息通過無線收發(fā)模塊發(fā)送到用戶終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器中。或者采用用戶終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器發(fā)送控制命令，然后由無線預付費電表將數(shù)據(jù)信息傳送到用戶終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器。

2.預付費售電管理系統(tǒng)設計

預付費售電管理系統(tǒng)主要由PC、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器組成。計算機在系統(tǒng)軟件、應用軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，負責有關信息的處理、存儲和顯示。這些信息包括：用戶信息(用戶名和密碼)、用戶購電信息、系統(tǒng)總的售電信息、配置信息等。

用戶通過電話線或電力網(wǎng)與預付費售電管理系統(tǒng)之間建立通信，用戶輸入用戶名和密碼通過預付費售電管理系統(tǒng)的安全驗證，用戶端的終端調(diào)制解調(diào)器與預付費售電管理系統(tǒng)建立通信，將用戶的用電信息傳送到預付費售電管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，建立用戶用電信息數(shù)據(jù)庫。

用戶需要對電表充值時，可通過購買電力部門發(fā)行的充值卡或銀行卡的方式，通過系統(tǒng)安全驗證后，將需要充值的金額信息通過電話線或電力網(wǎng)傳送到預付費售電管理系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)庫中，預付費售電管理系統(tǒng)通過用戶終端調(diào)制解調(diào)器，將用戶充值信息通過無線信道發(fā)送到用戶無線預付費電表的EEPROM中存儲，完成對用戶電表的充值過程。整個系統(tǒng)的設計采用類似目前201電話卡和業(yè)務的方法。

3.系統(tǒng)特色和節(jié)能增效

a)通過預付費售電管理系統(tǒng)和用戶端調(diào)制解調(diào)器，將*新電價或分時電價存儲在用戶電表的EEPOM中，可以隨時更新電價信息，當電價調(diào)整時，無線預付費電表根據(jù)*新電價信息進行電費結(jié)算，避免由于電價變動引起的用戶與供電部門之間的矛盾。

b)實現(xiàn)計算機自動抄表、收費，不僅節(jié)省了大量

人力物力，而且抄錄的數(shù)據(jù)更多、更準確、更便于利用。例如根據(jù)無線預付費電表反饋的數(shù)據(jù)信息，供電部門可以及時了解用戶的用電和購電情況，同時，供電部門可以根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫確定某一片區(qū)用戶的用電情況，適當?shù)貙﹄娋W(wǎng)進行調(diào)整。

C)在我國，電能向來都是先用電后付費，容易造成拖欠電費、抗交電費等弊端，嚴重制約了電力工業(yè)的發(fā)展。要根本解決上面問題，改用先交費后用電原則，使電能成為真正的商品，為電力工業(yè)的發(fā)展提供可靠的資金保障。

d)分時計費制度的推廣是用經(jīng)濟杠桿調(diào)節(jié)負荷，從而有效提高電力設備的利用率，無線預付費電表能有效實現(xiàn)分時計電。

e)可以減少竊電引起的損失。由于無線預付費電表采用整體化設計，沒有外部IC卡接口，同時，無線收發(fā)模塊采用加密設置，安全性能可靠，能有效防止通過解密技術手段進行的竊電行為。

三、安科瑞Acrelcloud-3200預付費水電云平臺

1.概述

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預付費電能表及DTSY-1352三相電子式預付費電能表配套的售電管理系統(tǒng)。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統(tǒng)，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。主要完成電能表/水表參數(shù)設置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡便，實現(xiàn)物業(yè)公司遠程實時操作實時監(jiān)控，具有良好的人機界面，能夠有效的統(tǒng)計和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門、商業(yè)廣場和物業(yè)小區(qū)，提高用電用水管理水平，解決收費難問題的理想產(chǎn)品。

2.應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、商業(yè)廣場、公寓酒店、物業(yè)小區(qū)、寫字樓、物流倉儲、高校、連鎖超市、智慧園區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場等場所。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.系統(tǒng)功能

4.1房間監(jiān)控

清晰簡潔的展示所有房間狀態(tài)信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費用狀態(tài)等，進入房間詳情可對房間當前實時信息進行查看，并可了解當天用電量和使用金額情況，可對房間內(nèi)的電表進行各種遠程控制操作，比如開戶、電價設置，售電、退電、報警金額設置、分合閘操作等等。

四、系統(tǒng)硬件配置

五、結(jié)束語

無線預付費電表的推廣使用，符合飛速發(fā)展的電力工業(yè)對電能的計量、控制與管理的新要求，對于電力系統(tǒng)的節(jié)能增效、拉動國民經(jīng)濟快速發(fā)展起積極作用。

參考文獻

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