浅谈无线预付费电表系统设计及应用
浅谈无线预付费电表系统设计及应用
韩欢庆
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】针对目前市场上普遍以Ic卡作为售电介质的预付费售电系统存在的问题，介绍了一种新型的无线预付费售电系统及其构成，并给出了整个系统设计的完整方案。整个系统包括用户终端和电力管理系统端，它们之间通过双工通信可以将用户用电信息和管理系统端相关的电价改革信息以及分时段计费信息及时进行相互通信。用户可以通过用户终端方便地进行充值和查询等。
关键词：无线预付费电表，预付费售电管理系统，Ic卡电表，双工通信
引言
目前，民用照明用电和工业用电大多采用传统的感应式电度表计量，用电管理方法为人工抄表，记录每月用电量，“先用电，后交费”。随着用电量的不断变大，这种电能计量管理方法显示出许多缺点，集中表现在：人工抄表难，劳动强度大，浪费人力、物力、财力；电费收取难，用户“先用电”意味着电业管理部门须预付巨额的电费，已用电费的按时收取受诸多因素的影响，给管理部门带来经济损失；防偷盗电难，传统电表由于自身的原理和结构，给盗电者以可乘之机。
随着国家电力体制改革的进行和公众对电力消费的需求越来越高，落后的售电管理方式亟待改变。随着嵌入式系统和VLSI的快速发展，人们提出了多种智能化电管理系统，以改变传统售电方式存在的问题。
本文首先介绍目前市场上的智能化用电管理系统存在的问题，提出一种新型无线预付费电表系统的设计原理和设计方法，本系统利用无线蓝牙技术和计算机软件技术实现用电管理的自动化和信息化。
- 目前市场上智能化用电管理系统的优缺点
智能化用电管理系统以计算机为控制核心，改变传统“先用电，后付费”的用电模式，实行“先购电，后用电”的管理办法，供电管理部门可以免除人工抄表，提高劳动生产率，解决收费难的问题，节省大量的资金，并可有效防止反转、分流等盗电现象，从而具有一定的防偷盗电功能。通过电子钥匙作为传输媒介，可以及时全面地掌握用电信息，实现控制、统计、报表的全面自动化管理。
目前，国内采用*多的是Ic卡作为售电介质的预付费售电系统。这种电表可以避免因人工人户抄表、多户共用一表带来的各种问题。但IC卡电表存在以下问题：抗干扰能力差，特别是开放的读写窗口，易受外界攻击；IC卡电表被攻击造成控制系统失效后，很难取证认定，极易发生用电纠纷；价格高，寿命短，综合效益差，使用风大；难以适应电价变动的要求。
由于IC卡电表系统的用户数据采集终端容易遭受攻击，使得数据终端器容易出现工作故障，如造成阀门打开而不计费给电力公司造成巨大损失等。因此，原国家电力公司决定：在“一户一表”改造工程中不宜选用IC卡电能表。
由于目前预付费电表存在的问题，本文提出一款采用封闭的数据采集终端和全双工通信方式的无线预付费电表，以克服目前智能化预付费电表的不足。
二、无线预付费电表系统的总体设计
无线预付费电表系统分为软、硬件两个部分。软件主要是预付费售电管理系统软件，硬件包括PC、电话线路或互联网络、管理端数据调制解调器、终端数据调制解调器、无线预付费电表。PC、管理端数据调制解调器置于电力部门，无线数据终端调制解调器、无线预付费电表属于用户。
无线预付费电表可以完成将电表的电度数、电流、电压等数据通过无线方式发射。用户家中放置终端数据调制解调器可以实现对发送数据的有效接收，同时，终端数据调制解调器可以通过电话线或电力网与预付费售电管理系统实现有效通信。
当用户通过电话线或电力网进行拨号、联网后，用户按照管理系统的需要设置用户名和密码后，就可以将管理权限交给终端数据调制解调器，终端数据调制解调器通过电话线或电力网完成与管理端数据调制解调器的通信，根据预付费售电管理系统设计实现充值、查询等功能。本系统总体设计如图1所示。
图1无线预付费电表系统的总体设计框图
1.无线预付费电表设计
无线预付费电表的设计框图如图2所示。
图2无线预付费电表的设计框图
机心采用通用的电表机心，通过传感器将电压、电度数、电流等参数转换为电信号，通过A／D变换将数据送到单片机中，单片机进行数据处理，LED(发光二极管)显示用户累计用电和剩余电量，EEPROM主要存放用户的电表信息，包括用户充值记录、用户余额、累计用电量、剩余电量、用户名和密码等。当系统正常工作时，单片机验证用户名、密码和用户余额，满足供电条件就打开供电阀门开关，不满足供电条件就关闭供电阀门开关，同时可以按照程序设置，在规定时间段将无线预付费电表中的数据信息通过无线收发模块发送到用户终端数据调制解调器中。或者采用用户终端数据调制解调器发送控制命令，然后由无线预付费电表将数据信息传送到用户终端数据调制解调器。
2.预付费售电管理系统设计
预付费售电管理系统主要由PC、管理端数据调制解调器组成。计算机在系统软件、应用软件和数据库的支持下，负责有关信息的处理、存储和显示。这些信息包括：用户信息(用户名和密码)、用户购电信息、系统总的售电信息、配置信息等。
用户通过电话线或电力网与预付费售电管理系统之间建立通信，用户输入用户名和密码通过预付费售电管理系统的安全验证，用户端的终端调制解调器与预付费售电管理系统建立通信，将用户的用电信息传送到预付费售电管理系统的数据库中，建立用户用电信息数据库。
用户需要对电表充值时，可通过购买电力部门发行的充值卡或银行卡的方式，通过系统安全验证后，将需要充值的金额信息通过电话线或电力网传送到预付费售电管理系统的用户数据库中，预付费售电管理系统通过用户终端调制解调器，将用户充值信息通过无线信道发送到用户无线预付费电表的EEPROM中存储，完成对用户电表的充值过程。整个系统的设计采用类似目前201电话卡和手机**卡业务的方法。
3.系统特色和节能增效
a)通过预付费售电管理系统和用户端调制解调器，将*新电价或分时电价存储在用户电表的EEPOM中，可以随时更新电价信息，当电价调整时，无线预付费电表根据*新电价信息进行电费结算，避免由于电价变动引起的用户与供电部门之间的矛盾。
b)实现计算机自动抄表、收费，不仅节省了大量
人力物力，而且抄录的数据更多、更准确、更便于利用。例如根据无线预付费电表反馈的数据信息，供电部门可以及时了解用户的用电和购电情况，同时，供电部门可以根据系统数据库确定某一片区用户的用电情况，适当地对电网进行调整。
C)在我国，电能向来都是先用电后付费，容易造成拖欠电费、抗交电费等弊端，严重制约了电力工业的发展。要根本解决上面问题，改用先交费后用电原则，使电能成为真正的商品，为电力工业的发展提供可靠的资金保障。
d)分时计费制度的推广是用经济杠杆调节负荷，从而有效提高电力设备的利用率，无线预付费电表能有效实现分时计电。
e)可以减少窃电引起的损失。由于无线预付费电表采用整体化设计，没有外部IC卡接口，同时，无线收发模块采用加密设置，安全性能可靠，能有效防止通过解密技术手段进行的窃电行为。
三、安科瑞Acrelcloud-3200预付费水电云平台
1.概述
AcrelCloud-3200预付费水电云平台是安科瑞公司研制的与DDSY-1352单相电子式预付费电能表及DTSY-1352三相电子式预付费电能表配套的售电管理系统。另外可以选配远传阀控水表组成水电一体预付费系统，达到先交费后用水的目的，剩余水量用完自动关阀。主要完成电能表/水表参数设置，商户售电/售水管理及能耗管理工作，操作简便，实现物业公司远程实时操作实时监控，具有良好的人机界面，能够有效的统计和管理数据。安装方便，是用电管理部门、商业广场和物业小区，提高用电用水管理水平，解决收费难问题的理想产品。
2.应用场所
本平台适用于公寓出租户、商业广场、公寓酒店、物业小区、写字楼、物流仓储、高校、连锁超市、智慧园区、农贸市场等场所。
3.系统结构
4.系统功能
4.1房间监控
清晰简洁的展示所有房间状态信息，所属楼栋楼层，在线失连情况，费用状态等，进入房间详情可对房间当前实时信息进行查看，并可了解当天用电量和使用金额情况，可对房间内的电表进行各种远程控制操作，比如开户、电价设置，售电、退电、报警金额设置、分合闸操作等等。
4.2电户开表
系统针对商铺开户不仅支持一户一表，也支持一户挂多表的需要;支持自定义电价方案，单一电价、尖峰平谷电价、阶梯电价等:支持预先设置开户信息后期一键开户;支持设置电表合额告警默认三级告警，告警金额和次也可以自定义，推送方式支持手机短信，APP推送，邮件、语音外呼、公众号推送等。
4.3充电缴费
可以对已开户的电表进行远程充值，电费实时下发到电表。电表会根据电度走字实时扣除电费同时系统也支持早台计费，金额下发到系统账户，到账快速稳定。
4.4财务管理
订单总览，包含系统里所有水电充值退费记录，以及物业费扣费流水记录。收入概况，可以从日，月，年，时间跨度等不同维度统计水电费收入情况，收入组成。
4.5报表
系统还提供了多个报表以供查询。用电综合报表，帮助财务统计每个月商铺总用电量，尖峰平谷用电量以及电费，能耗同比分析，可以比较每个月份与去年同期相比的用能差距。能耗日月年报表，按日，月，年三个不同维度查询电表每个阶段的用能情
4.6批量操作
为了方便用户对大量仪表进行管理和设置，可以在系统中新建批量操作任务，比如设置电价、电表控制、仪表设置、充值等，批量任务可以立即执行，也可以定时执行。
4.7自定义收费方案
为了灵活应对用户多种多样的收费方案，比如物业费，房租，服务费等，系统支持用户自定义收费项目。收费方式可设置直接从账户扣除或者生成催缴账单，可设置周期性收费或者一次性收费，可以按固定金额收费或者按房间面积换算等等。
4.8公共区域用电分摊
某块表为主表，然后分配关联子表，系统每个月自动将主表的用电按比例换算成电费从子表中扣除，这样可以剩余人工统计的麻烦。公摊方式多样，可以根据比例公摊，按房间面积公摊，按用量公排，收费方式有直接扣费或者生成维费账单。
4.9后付费模式
按日期生成后付费用户周期用电费用，对数据进行确认后生成缴费账单方便追踪客户缴费情况可导出缴费账单以及欠费账单通知客户。
4.10公众号在线支付
用户可以在微信小程序或者微信公众号自助查询电表使用情况以及缴费。
无线预付费电表的推广使用，符合飞速发展的电力工业对电能的计量、控制与管理的新要求，对于电力系统的节能增效、拉动国民经济快速发展起积极作用。
参考文献
[1]程杰，陈惠明，陆荣镒．Ic卡预付费售电管理系统的研究与开发．电子工程师，2003，29(5)：1～3
[2]苏建元．Ic多功能电能表的应用．节能，1999，(J2)：21～23
[3]张松，方小马，廖科.无线预付费电表系统设计
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11版
作者简介
李明君，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事与预付费系统的研发与应用