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0引言
目前，國內市場上流行的預付費電度表大都是IC卡電度表，通常的IC卡是將一微電子芯片鑲嵌于符合ISO7816標準的PVC(或ABS等)塑料基片中，封裝成外形尺寸與磁卡類似的卡片.為降低成本，IC卡電度表中的IC卡由焊有一片EPROM的一小塊印刷電路板構成，也稱為電卡．由于其接觸式結構，使用不方便．在某些地區，為防竊電，各用戶的電度表都集中安裝并封閉在居民樓的樓道里的電表柜中，以至于無法采用現有的IC卡電度表．若采用非接觸式IC卡(RF卡)，由于基站芯片價格和傳輸距離等原因，目前還不適合用于預付費電度表．另一方面，由于預付費電度表要解決電費存儲、接收發送、數據加密等問題，在技術上與市場上流行的紅外式復費率電度表并不相同，有其自己的特點和難點．為此，我們研制了一種紅外式電費預付費系統，其使用方便，成本低，適于推廣應用．
1預付費系統的原理
紅外式電費預付費系統由電度表控制板、紅外交費器(紅外)、收費器和電費管理數據庫四部分組成，如圖1所示．
1.1各部分的功能
1)電度表控制板加裝于現有的電度表表盒中，它的功能包括：①通過紅外收發器，與紅外交費器交換數據，接收、發送相關數據；②記錄電度表的轉數；③顯示交費金額、剩余電費；④控制用戶電源通斷．
2)紅外交費器，為方便亦稱紅外卡，用于替代IC卡(電卡)，它的作用是①存儲交費金額；②通過紅外收發器與電度表控制板和收費器交換數據；③控制電度表的LED顯示交費金額、剩余電費等數據．
3)收費器是一具有RS一232接口的紅外收發器．①它接收從紅外卡發來的紅外數據，經處理后由RS一232接口送至PC機的電費管理數據庫中，供電業部門進行管理；②用戶在交費后，電費管理數據庫中的交費金額通過RS一232接口送給收費器，經收費器的紅外發送器發送至紅外卡中．
1.2交費過程
1)用戶欲交費時，先用紅外卡讀取電度表控制板中存儲的電度表的編號、密碼及剩余電費等數據．
2)在收費站，將紅外卡中的電度表數據發送給收費器，送至PC機的電費管理數據庫中．
3)用戶交費后，紅外卡接收到收費器發送來的相應的交費金額，并存儲在紅外卡中．
4)用戶回家后，用紅外卡將交費金額發送至電度表中，電度表顯示交費金額，供用戶核對
2硬件設計
2.1電度表控制板的硬件設計
電度表控制板的電原理如圖2所示．該控制板采用Z86E08OTP單片機為核心進行設計，其內含2kPROM；具有可編程看門狗定時器；6個矢量中斷，優先權可隨意設定；256個累加器方便應用軟件的編寫[4]．圖2中RD和TD為紅外收發器，其中TD為紅外發光二極管，由Z86單片機輸出口線P01驅動，紅外數據發射子程序將發送的編碼數據轉換成載波頻率為38kHz的信號經P10驅動TD發射出紅外信號．其波形如圖3fa)所示．RD為一紅外接收元件NJL41H380，可接收載波頻率為38kHz的紅外編碼數據，RD的輸出波形如圖3(1))所示闡．RD的輸出送至Z86單片機的P31，P3l是外部中斷輸入Q2，下降沿觸發，在中斷服務子程序中對接收的編碼數據進行解碼．OPrrO是一光電開關，用于將電度表表盤的轉數轉換成電脈沖信號，經U5構成的施密特電路整形后送單片機的P33進行計數．P33是外部中斷輸入Q1，為保證電度表轉數的準確，設定中斷優先級為Ql>IRQ2．輸出口線P00驅動繼電器J的通斷，根據用戶的預付費情況對用戶電源進行通斷控制．Z86單片機P2口的P20設定為輸入線，P21～P27設定為輸出線．串行存儲芯片9346用于存儲電表轉數、電費、編號和密碼等數據．4位小型LED用于顯示剩余電費和交費額等數據，譯碼／鎖存／驅動器U3完成BCD到七段碼的轉換和鎖存，譯碼／馬區動器U2用于位選．
2.2紅外卡的硬件設計
紅外卡的電原理如圖4所示．RD和TD為紅外收發器，其工作原理與電度表控制板相同．按鈕開關S1，S2，S3和S4用于方式切換，P24～P27設定為輸入線，利用軟件查詢方式使紅外卡分別工作在電度表數據接收發射LED顯示及交費金額接收發射等方式．U2用于存儲交費金額、編號和密碼等數據．Z86C04單片機的工作電壓為3．0～5．5V．紅外卡尺寸為10Cln×5Cln×1．5Cln．
2.3收費器
收費器采用Z86E06單片機，其紅外收發電路與圖2相同．擴展一RS一232接口芯片與PC機的RS一232接口相連，如圖5所示．
3軟件設計
數據的收發存儲采用BCD碼，編碼格式為
指令標志位控制電度表的工作方式，如顯示、接收及發送等．在軟件設計中除采用Z8單片機所提供看門狗定時器(WDT)功能外，還采用了軟件陷阱、指令冗余及軟件容錯等方法，使系統抗干擾能力強，工作可靠.
3.1電度表控制板的軟件設計
電度表控制板的主程序流程如圖6所示．當剩余電費少于10度時，LED亮，顯示剩余電費數值，提示用戶應去交費．當接收到交費數據后，LED顯示該值，以供用戶核對．正常工作時LED不亮．
3.2紅外卡的軟件設計
紅外卡的軟件流程如圖7所示．用戶欲查看剩余電費時，可按下S4鍵向電度表控制板發出指令，電度表控制板上的LED亮，顯示剩余電費數值．
3.3電費管理數據庫軟件
電費管理數據庫軟件功能圖如圖8所示．
4、安科瑞Acrelcloud-3200預付費水電云平臺
4.1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。
4.2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。
4.3系統結構
4.4系統功能
4.4.1房間監控
清晰簡潔的展示所有房間狀態信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費用狀態等，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。
4.4.2電戶開表
系統針對商鋪開戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價方案，單一電價、尖峰平谷電價、階梯電價等:支持預先設置開戶信息后期一鍵開戶;支持設置電表合額告警默認三級告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾號推送等。
4.4.3充電繳費
可以對已開戶的電表進行遠程充值，電費實時下發到電表。電表會根據電度走字實時扣除電費同時系統也支持早臺計費，金額下發到系統賬戶，到賬快速穩定。
4.4.4財務管理
訂單總覽，包含系統里所有水電充值退費記錄，以及物業費扣費流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時間跨度等不同維度統計水電費收入情況，收入組成。
4.4.5報表
系統還提供了多個報表以供查詢。用電綜合報表，幫助財務統計每個月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費，能耗同比分析，可以比較每個月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報表，按日，月，年三個不同維度查詢電表每個階段的用能情況。
4.4..6批量操作
為了方便用戶對大量儀表進行管理和設置，可以在系統中新建批量操作任務，比如設置電價、電表控制、儀表設置、充值等，批量任務可以立即執行，也可以定時執行。
4.4.7自定義收費方案
為了靈活應對用戶多種多樣的收費方案，比如物業費，房租，服務費等，系統支持用戶自定義收費項目。收費方式可設置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設置周期性收費或者一次性收費，可以按固定金額收費或者按房間面積算等等。
4.4.8公共區域用電分攤
規定某塊表為主表，然后分配關聯子表，系統每個月自動將主表的用電按比例算成電費從子表中扣除，這樣可以剩余人工統計的麻煩。公攤方式多樣，可以根據比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費方式有直接扣費或者生成維費賬單。
4.4.9后付費模式
按日期生成后付費用戶周期用電費用，對數據進行確認后生成繳費賬單方便追蹤客戶繳費情況可導出繳費賬單以及欠費賬單通知客戶。
4.4.10公眾號在線支付
用戶可以在微信小程序或者微信公眾號自助查詢電表使用情況以及繳費。
5、系統硬件配置
應用場合 | 型號 | 圖片 | 功能 |
預付費水電 云平臺 | AcrelCloud-3200 |
| 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。 |
通訊管理機 | Anet-1E2S1-4G |
| 1、電力抄表，數據轉發，斷點續傳，命令透傳，邊緣計算 2、通訊方式:下行2路RS485通訊上行網口/4G |
Anet-2E4SM |
| 1.電力抄表，數據轉發，斷點續傳，命令透傳，邊緣計算 Anet-2E4SM 2.通訊方式:下行4路RS485通訊，上行2路以太網通訊 | |
Anet-2E8S1 |
| 1.電力抄表，數據轉發，斷點續傳，命令透傳，邊緣計算 Anet-2E4SM 2.通訊方式:下行4路RS485通訊，上行2路以太網通訊 | |
AWT100-4G |
| 1路下行485，上行可選配4G、WIFI、網口 | |
AF-GSM500-4G |
| 1.內置嵌入式系統，數據采集支持2或6路RS485總線接入 2.支持LORA無線通訊 3.數據上傳支持MODBUSTCP/MQTT/HJ212等多種協議 4.可選擇RJ45或4G上傳方式 5.具備協議轉換、斷點續傳、斷電報警等功能 6.內嵌8GSD卡，用于數據存儲和事件記錄 | |
物聯網電表 | DDSY1352-NK 單相預付費電表 |
| 1.支持全電力參數測量(U、I、P、Q、S、PF、F) DDSY1352-NK2.支持雙向有功、無功、復費率電能計量 單相預付費電表3.支持*大需量及發生時間統計;4支持兩路開關量輸出5.內置100A大容量磁保持繼電器，可實現內部分合閘 6.ModbusRTU規約/DL/T645-07規約可自適應 7.充值方式:支持刷卡充值和遠程充值;8.支持預付費功能;9.支持時控功能; 10.支持惡性負載識別功能 11.支持強控功能: 12.通訊方式:RS485/4G/NB |
DDSY1352-NK 三相預付費電表 |
| ||
DDSY1352-nDM |
| 1.預付費管理控制 2.支持支路時間管理控制 3.支持支路負載管理控制 4.遠程充值 5.支持支路強控 6.夜間小功率控制 7.支持空調模式 8.支持白名單設置 9.支持全電力參數測量（U、I、P、Q、S、PF、F）； 10.支持總電能計量，支路電能計量 11.跳閘記錄查詢 12.通訊方式：RS485/4G | |
ADF300L 多用戶計量箱 |
| 1.支持全電力參數測量(U、I、P、Q、S、PF、F)2.支持雙向有功、無功、復費率電能計量物聯網電表 3.支持*大需量及發生時間統計; 4支持兩路開關量輸出 5內置100A大容量磁保持繼電器，可實現內部分合閘 6.ModbusRTU規約/DL/T645-07規約可自適應7.充值方式:支持刷卡充值和遠程充值;8支持預付費功能9.支持時控功能;10.支持惡性負載識別功能11.支持強控功能;12.通訊方式:RS485/4G | |
ADF400L 多用戶計量箱 |
| 1.支持全電力參數測量(U、I、P、Q、S、PF、F) 2.支持雙向有功、無功、復費率電能計量物聯網電表 3.支持*大需量及發生時間統計; 4支持兩路開關量輸出 5內置100A大容量磁保持繼電器，可實現內部分合閘 6.ModbusRTU規約/DL/T645-07規約可自適應 7.充值方式:支持刷卡充值和遠程充值; 8支持預付費功能 9.支持時控功能; 10.支持惡性負載識別功能 11.支持強控功能; 12.通訊方式:RS485/4G | |
物聯網水表 | LXSY-O-M/NB |
| 1.預付費功能 2.閥門自動維護功能 3.防水設計 4.防強磁干擾功能 5.低功耗設計 6.通訊方式:MBUS/NB |
6結語
為提高用電管理水平，增加經濟效益，電力公司正在推行營業制度的改革，改革的目標之一是逐步實現電費預付費系統和遠程自動抄表技術．研制的紅外式電費預付費系統樣機經試用表明，其使用方便，性能可靠，并已經通過有關部門組織的技術鑒定．若能推廣應用，其經濟和社會效益是很大的．
參考文獻
[1]陸永寧．IC卡應用系統[M]．南京：東南大學出版社，2000．
[2]史百舟．IC卡電度表的研制．鄭州大學學報(自然科學版)，2000,32(3)：38—40.
[3]王愛英．智能卡技術口．北京：清華大學出版社，2000．
[4]董伯明譯．Z8單片機原理應用及技術手冊[M]．上海：復旦大學出版社，1994．
[5]蔣鳳仙．紅外遙控自動收費系統．電子技術，1996,(2)：24—25．
[6]周航慈．單片機應用程序設計技術口．北京航空航天大學出版社，1992．
[7]王秋光，馬懷儉.紅外式電費預付費系統
[8]安科瑞企業微電網設計與應用手，2019.11版.
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