淺談無線預付費電表系統設計及應用

更新時間：2023-12-20

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

【摘要】針對目前市場上普遍以Ic卡作為售電介質的預付費售電系統存在的問題，介紹了一種新型的無線預付費售電系統及其構成，并給出了整個系統設計的完整方案。整個系統包括用戶終端和電力管理系統端，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，Ic卡電表，雙工通信

引言

目前，民用照明用電和工業用電大多采用傳統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，給管理部門帶來經濟損失；防偷盜電難，傳統電表由于自身的原理和結構，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。隨著嵌入式系統和VLSI的快速發展，人們提出了多種智能化電管理系統，以改變傳統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存在的問題，提出一種新型無線預付費電表系統的設計原理和設計方法，本系統利用無線藍牙技術和計算機軟件技術實現用電管理的自動化和信息化。

一、目前市場上智能化用電管理系統的優缺點

智能化用電管理系統以計算機為控制核心，改變傳統“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，提高勞動生產率，解決收費難的問題，節省大量的資金，并可有效防止反轉、分流等盜電現象，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，實現控制、統計、報表的全面自動化管理。

目前，國內采用*多的是Ic卡作為售電介質的預付費售電系統。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失效后，很難取證認定，極易發生用電糾紛；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卡電表系統的用戶數據采集終端容易遭受攻擊，使得數據終端器容易出現工作故障，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據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的總體設計

無線預付費電表系統分為軟、硬件兩個部分。軟件主要是預付費售電管理系統軟件，硬件包括PC、電話線路或互聯網絡、管理端數據調制解調器、終端數據調制解調器、無線預付費電表。PC、管理端數據調制解調器置于電力部門，無線數據終端調制解調器、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、電流、電壓等數據通過無線方式發射。用戶家中放置終端數據調制解調器可以實現對發送數據的有效接收，同時，終端數據調制解調器可以通過電話線或電力網與預付費售電管理系統實現有效通信。

當用戶通過電話線或電力網進行撥號、聯網后，用戶按照管理系統的需要設置用戶名和密碼后，就可以將管理權限交給終端數據調制解調器，終端數據調制解調器通過電話線或電力網完成與管理端數據調制解調器的通信，根據預付費售電管理系統設計實現充值、查詢等功能。本系統總體設計如圖1所示。

圖1 無線預付費電表系統的總體設計框圖

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、電流等參數轉換為電信號，通過A／D變換將數據送到單片機中，單片機進行數據處理，LED(發光二極管)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，在規定時間段將無線預付費電表中的數據信息通過無線收發模塊發送到用戶終端數據調制解調器中。或者采用用戶終端數據調制解調器發送控制命令，然后由無線預付費電表將數據信息傳送到用戶終端數據調制解調器。

2.預付費售電管理系統設計

預付費售電管理系統主要由PC、管理端數據調制解調器組成。計算機在系統軟件、應用軟件和數據庫的支持下，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、系統總的售電信息、配置信息等。

用戶通過電話線或電力網與預付費售電管理系統之間建立通信，用戶輸入用戶名和密碼通過預付費售電管理系統的安全驗證，用戶端的終端調制解調器與預付費售電管理系統建立通信，將用戶的用電信息傳送到預付費售電管理系統的數據庫中，建立用戶用電信息數據庫。

用戶需要對電表充值時，可通過購買電力部門發行的充值卡或銀行卡的方式，通過系統安全驗證后，將需要充值的金額信息通過電話線或電力網傳送到預付費售電管理系統的用戶數據庫中，預付費售電管理系統通過用戶終端調制解調器，將用戶充值信息通過無線信道發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。整個系統的設計采用類似目前201電話卡和*****業務的方法。

3.系統特色和節能增效

a)通過預付費售電管理系統和用戶端調制解調器，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，當電價調整時，無線預付費電表根據*新電價信息進行電費結算，避免由于電價變動引起的用戶與供電部門之間的矛盾。

b)實現計算機自動抄表、收費，不僅節省了大量

人力物力，而且抄錄的數據更多、更準確、更便于利用。例如根據無線預付費電表反饋的數據信息，供電部門可以及時了解用戶的用電和購電情況，同時，供電部門可以根據系統數據庫確定某一片區用戶的用電情況，適當地對電網進行調整。

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的發展。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，為電力工業的發展提供可靠的資金保障。

d)分時計費制度的推廣是用經濟杠桿調節負荷，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。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，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/水表參數設置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡便，實現物業公司遠程實時操作實時監控，具有良好的人機界面，能夠有效的統計和管理數據。安裝方便，是用電管理部門、商業廣場和物業小區，提高用電用水管理水平，解決收費難問題的理想產品。

2.應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、商業廣場、公寓酒店、物業小區、寫字樓、物流倉儲、高校、連鎖超市、智慧園區、農貿市場等場所。

3.系統結構