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淺談預付費多用戶電能管理係統的設計與應用

更新時間：2023-10-26

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hth下载地址陳聰

【摘要】：該設計解決(jue) 了IC卡預付費電能表存在的問題，同時繼承了先購電後用電的管理模式。電力部門的管理微機通過RS485網絡對電能表進行管理，以防止用戶竊電；選用射頻卡作為(wei) 用戶卡以解決(jue) IC卡易被汙染和損壞的問題。

【關(guan) 鍵詞】：IC卡預付費電能表；RS485網絡：射頻卡

0引言

IC卡預付費電能表采用先購電後用電的管理模式，在一定程度上解決(jue) 了電力部門收取電費難的問題。然而IC卡預付費電能表存在很大的問題，首先是由於(yu) 電力部門缺乏對IC卡電能表用戶的監管，當IC卡被破密後，很難發現和查處，導至國家損失大量的電費；其次IC卡易被汙染和損壞等。

本設計的主要目的就是為(wei) 了解決(jue) IC卡預付費電能表的存在的問題，同時繼承了先購電後用電的管理模式。電力部門的管理微機通過RS485網絡對電能表進行管理，以防止用戶竊電；選用射頻卡作為(wei) 用戶卡以解決(jue) IC卡易被汙染和損壞的問題。

1電能表管理係統

為(wei) 了降低成本，管理微機既作為(wei) 電能表用電管理上位機，同時還和發卡機一起完成發卡任務。電能表管理係統如圖1所示。

圖1電能表管理係統圖

管理微機與(yu) 發卡機通過COM1來實現通信，采用RS232C通信接口標準。管理微機與(yu) 電能表通過COM2來實現通信，采用RS485通信接口標準。

發卡機具備射頻卡讀寫(xie) 功能。其主要作用是讀寫(xie) 射頻卡，與(yu) 管理微機一起實現用戶的開戶、交費、注銷、電量查詢等功能。

2基於(yu) 射頻識別技術的電能表其主要的工作原理

用戶用電前需要先到電力管理部門購買(mai) 射頻卡和預交電費，由管理部門把用戶的信息及購電量錄入管理微機並由發卡機寫(xie) 入射頻卡。
當用戶持有效射頻卡掠過電能表時，電能表內(nei) 的讀寫(xie) 模塊首先對射頻卡進行驗證，通過驗證後讀取射頻卡的信息，當卡內(nei) 電費充足時為(wei) 用戶供電，同時把用戶信息寫(xie) 入EEPROM，且電能表開始計量用電量。
電能表采用遞加計量的方式，用電量存儲(chu) 在EEPROM中，且用電量每增1度存儲(chu) 器存儲(chu) 一次。電能計量精度為(wei) 0.01度。
管理微機采用RS485串行通信接口標準定時向網絡上的各個(ge) 電表采集用電數據，用電數據經管理微機處理後列出兩(liang) 個(ge) 名單(電量小於(yu) 10度的黃名單與(yu) 電量為(wei) 0的黑名單)向網絡中的電能表廣播。電能表在確認用戶卡上了黃名單後聲音與(yu) 指示燈報警，提醒用戶及時充值，但電能表繼續為(wei) 用戶供電；電能表在確認用戶卡上了黑名單後，聲音與(yu) 指示燈報警，且停止為(wei) 該用戶供電，退出該用戶卡，電能表處於(yu) 待機狀態。
用戶想終止用電，隻需將射頻卡再次靠近電能表，電能表再次讀取射頻卡內(nei) 的信息，把卡內(nei) 電量減去本次用電量，且把運算結果回寫(xie) 射頻卡內(nei) 。同時電能表斷開繼電器，停止為(wei) 該用戶供電。
電能表在為(wei) 某用戶供電過程中，其它射頻卡則不能刷卡用電，隻有在電能表待機時才能接受另一用戶卡的刷卡。由於(yu) 有效讀卡距離僅(jin) 為(wei) lOOmm左右，因此當有卡路過某電能表時，卡與(yu) 電能表距離較遠不會(hui) 觸發電能表。
一張卡可以在不同的電能表中使用，且可以在多個(ge) 電能表上同時使用。
在用電過程中如出現斷電，通過備用電池將用戶本次用電量存入EEPROM中。來電後，電能表繼續為(wei) 該用戶供電。如用戶不想下次來電後繼續供電，隻需將射頻卡再次靠近電能表，取消供電，來電後電能表將處於(yu) 待機狀態。

3電能表係統硬件構成

電能表硬件結構如圖2所示，整個(ge) 係統由七大部分組成：射頻卡讀寫(xie) 模塊、電能計量模塊、存儲(chu) 器模塊、通訊模塊、顯示模塊、電源模塊以及繼電器和聲光報警等。係統采用模塊化設計思想，以MCU為(wei) 核心，將其他模塊有機的整合在一起，形成一個(ge) 統一的係統。以下各節是係統各部分的具體(ti) 設計方案。

圖2係統結構方框圖

4軟件模塊的構成

4.1軟件模塊的劃分

軟件采用模塊化設計，共劃分為(wei) 五大模塊(如圖3)，分別為(wei) 與(yu) 管理微機的通訊模塊、電能計量模塊、聲光報警模塊、射頻卡讀寫(xie) 模塊以及黑黃名單的驗證模塊。為(wei) 了實現每個(ge) 大模塊的功能，又把每個(ge) 大模塊劃分為(wei) 若幹個(ge) 相應的功能子程序或小模塊。主程序的作用是係統的初始化、中斷管理和監視以及各功能模塊的調用等。

圖3軟件模塊結構圖

4.2主程序設計

設定MCU內(nei) 部RAM的78H作為(wei) 黑、黃名單標誌單元，當78H數據為(wei) #FFH時，指示用戶卡已上黑名單；當78H數據為(wei) #FEH時，指示用戶卡已上黃名單；為(wei) 其它數據則表明用戶卡未上黑(黃)名單。在進行黑、黃名單驗證時，程序根據驗證結果對RAM的78H寫(xie) 入對應的值，以供主程序判斷。RAM的79H作為(wei) 在有無刷卡標誌單元，如電表當前已有用戶卡在消費，79H的內(nei) 容為(wei) #FFH；當無用戶卡在消費(電表處於(yu) 待機狀態)時，79H的內(nei) 容為(wei) #00H；當正在消費的用戶卡第二次刷卡後，79H的內(nei) 容為(wei) #FEH，此時主程序檢測到這一狀態後，斷開用戶供電，計算本次用電後用戶的電費餘(yu) 額，且將餘(yu) 額回寫(xie) 射頻卡。

主程序流程圖如圖4，係統上電時進行係統初始化，開放外部中斷0及串行口中斷，然後等待中斷。當無刷卡中斷時，則不斷循環檢測卡片標誌單元79H。當刷卡時，射頻接口模塊通過INT0請求中斷，MCU響應中斷請求，調用讀卡子程序，此時分為(wei) 兩(liang) 種情況：1、如電能表處於(yu) 待機狀態，則接收刷卡，讀出卡內(nei) 信息，同時，置RAM中79H的值為(wei) #FFH，然後返回主程序。主程序調用黑黃名單驗證子程序，如用戶卡已上電量不足的黑名單則報警同時返回主程序；當用戶卡上電量小於(yu) 10度的黃名單時報警但繼續為(wei) 該用戶供電，直到電費全部用完後停止供電；當用戶卡不上黑黃名單時，則正常為(wei) 該用戶供電，同時調用電能計量程序。2、如電能表處於(yu) 非待機狀態，說明電能表正在為(wei) 一用戶卡供電，此時首先判斷本次的刷卡卡號與(yu) 正在用電的用戶卡號是否相同，如相同則為(wei) 該用戶的二次刷卡，射頻接口程序把RAM的79H置#00H，然後返回主程序。主程序在檢測出79H的數據為(wei) #00H後，判斷為(wei) 是用戶取消供電，主程序調用電量核算程序，把該用戶的卡內(nei) 餘(yu) 額電量減去本次的用電量得到新的電量餘(yu) 額，然後調用寫(xie) 卡子程序把新的電量餘(yu) 額回寫(xie) 卡內(nei) ；如本次刷卡卡號與(yu) 正在用電的用戶卡號不同，則本次刷卡無效。

電能表在執行電能計量程序的過程中，也能響應中斷程序。在每次執行了黑黃名單接收程序後，進行一次黑黃名單驗證，根據驗證結果對RAM的78H寫(xie) 入對應的值，然後返回電能計量程序。計量程序檢測78H的值，如為(wei) #FFH表明用戶卡已上新的黑名單，調用報警程序，然後切斷用戶供電，返回主程序。

圖4主程序流程圖

4.3電能計量程序設計

電能計量子程序流程圖如圖5所示。電能計量采用遞加的方式，單片機的P3.4(TO)端輸入用電計量脈衝(chong) ，計滿3200個(ge) 脈衝(chong) 為(wei) 一度電，用電量加1，數碼顯示加1。用電量存儲(chu) 在EEPROM中，每增1度電則電量重新存儲(chu) 一次，管理微機定時從(cong) 各個(ge) 電表的EEPROM中采集用電數據。

4.4射頻接口程序

MFRC500能執行有限的一些指令，並將這些指令傳(chuan) 輸到MIFARE1用戶卡片上，單片機對MFRC500的某一指令操作不是簡單的一條指令所能完成的，需要有一個(ge) 程序序列來完成，其中有對MFRC500硬件內(nei) 核寄存器的設置以及判斷。在進行讀寫(xie) 數據或增、減值操作之前還需要經過複位應答、防碰撞、選卡及認證過程。操作流程圖如圖6所示。本設計采用基於(yu) KeilC的C語言進行編程，調用Philips公司提供的基本庫函數來實現各種功能。

圖5電能計量程序圖圖6操作流程

4.5軟件調試及仿真

本設計采用KeiluVision2調試單片機軟件，管理微機的管理數據庫采用SQLserver2000編寫(xie) 。通過幾次軟件修改與(yu) 電路調試現已實驗成功，電度表能達到設計所預期的功能，包括多張用戶射頻卡的讀寫(xie) ，與(yu) 主機的通訊，電能計量、顯示、存儲(chu) 等。

5預付費遠程電能管理係統結構

預付費遠程電能管理係統使用hth下载地址智能管理軟件，通過用戶安裝的通訊設備與(yu) 智能電能表進行通訊，實現對多用戶智能電能表的抄表、控製、管理。其組成結構如圖2所示：

圖7預付費遠程電能管理係統結構圖

5.1管理層

管理層是係統的*上層部分，通過對現場所采集的各項數據進行分析、計算和處理，將*終得到的結論以圖形、聲音等方式展示出來，使管理人員隨時掌握現場的運行情況。主要包括係統軟件和配套的硬件設施，如服務器、射頻讀卡器。

5.2通訊層

通訊管理層是係統間數據傳(chuan) 輸的橋梁，主要作用是集中處理485總線上的所有儀(yi) 表信息，完成遠程抄表和數據上傳(chuan) 的功能，以及處理服務器端的各類遙控執行指令。主要設備有通訊適配器、網絡適配器、物聯網模塊。

5.3設備層

設備層是數據測量的基礎，是構建係統的必要元素，主要包括係統網絡中用於(yu) 測量用電信息的各類之智能電表。

6預付費遠程電能管理係統技術特點

智能網絡電表采用國際超大規模集成電路及SMT工藝製造，集成化程度高，體(ti) 積小，功耗低、精度高；

係統網絡通訊使用防雷電路，內(nei) 部強電與(yu) 弱電采用鍍鋅屏蔽板進行隔離，對通訊電路與(yu) 其他電路分離處理，使之具備更強的抗幹擾能力；

智能網路電表內(nei) 部采用多CPU結構，一個(ge) 主管計量，一個(ge) 主管通訊、顯示和指示，一個(ge) 負責檢測狀態，各CPU相互獨立工作，互不影響；

過載保護(限流)功能：當用戶使用的負載超過規定負載時，係統將啟動過載保護，自動切斷該用戶電源供電；

控製功能：係統可以對用戶進行遠程通斷電控製；斷電自動回複功能：在規定的斷電次數內(nei) ，用戶觸發過載保護後，待負載降至允許範圍內(nei) 係統將自動恢複供電；係統可依據實際需求對單三相戶數進行設置，但不能超過電表已配置回路數；

數據安全：係統網絡使用加密算法對各項數據進行加密處理，保證信息安全。

7預付費遠程電能管理係統功能特點

本係統采用DD/TSY1352型智能電表，具備體(ti) 積小、精度高、管理功能強大等特點，可以實現對用戶用電的精確管理，包括預付費、惡性負載識別、定時斷送電、電價(jia) 調整、用戶用電狀態監控、在線控製、透支用電、數據統計查詢分析等智能管理功能，可以對項目的能耗情況及實時能耗量進行有效的監控及管理。

產(chan) 品遠傳(chuan) 遠控，節省人力，實現強大管理功能，可通過多種方式方便組網，如RS485專(zhuan) 線、電話網絡、以太網、光纖、無線、GPRS等；組網後，管理方隻需要一個(ge) 人，就可以通過電腦對所有用戶的用電情況進行監測及管理，避免了大量工作人員現場抄表或插卡售電，節省的大量的人力及精力，特別適合用戶數量眾(zhong) 多的大型商業(ye) 、寫(xie) 字樓的用電管理；

係統具備分級授權的功能，各軟件操作人員由自己的賬號及權限，各司其責，提高工作效率，係統會(hui) 自動記錄每個(ge) 操作員登陸後進行的操作，防止工作人員亂(luan) 操作；

係統采用無卡式售電，用戶買(mai) 的電，直接充值到用戶電表上，不需要在買(mai) 電後再跑回去插卡，使用方便；將電純粹作為(wei) 一種商品對待，可買(mai) 可退，可批量售電，可預置，可清零，可打印單據；

係統具備智能用電管理功能，可以在線控製每個(ge) 房間或整棟建築的通電斷電，方便處理突發事件或進行設備檢修；可以限製每個(ge) 用戶使用的*大負荷，保障主電網供電穩定；

係統具備惡性負載識別功能。係統將熱得快、電茶壺、電吹風等容易引起火災等安全隱患的用電設備定義(yi) 為(wei) 惡性負載，可以自動識別此類惡性負載，並選擇禁止使用或允許使用。係統通過多種參數對負載類型進行識別，識別精確度高，且可以識別市麵上流通的智能插座等改變惡性負載設備電氣特性的產(chan) 品，杜絕用戶通過智能插座使用惡性負載。

係統具備定時功能，每天都可以設置八個(ge) 時間段，到時間段自動執行通電或斷電操作，方便了商戶的用電管理，避免了工作人員挨個(ge) 拉閘的繁瑣操作。

係統具備同一房間多個(ge) 回路計量、分路管理功能。照明、插座、空調等可以各設一個(ge) 回路，每個(ge) 回路可以執行獨立的通斷電狀態及管理設置，統一計費。

係統可以實時查詢用戶的用電狀態、斷電記錄等，包括用戶當前工作狀態及功率、功率因數等，*近10次斷電時間及原因；便於(yu) 管理方實時掌握用戶用電情況，同時用戶對用電有疑義(yi) 時可以方便地調出記錄；

係統具備低電量報警功能，當用戶電量低於(yu) 預警值時，電表顯示窗上會(hui) 不停閃爍，並可以選擇是否斷電一分鍾進行報警；同時操作員可以通過軟件打印處報表張貼出來，提醒用戶買(mai) 電；若項目配備了短信或語音模塊、液晶可視查詢終端、LED大屏幕等輔助設備，還可以通過這些輔助設備進行自動報警，如給客戶發低電量提醒短信等；

係統具備統計查詢功能，係統的所有管理操作以及用戶的所有用電信息都可以進行統計分析，係統自動計算並生成報表，例如售電記錄、用戶用電量記錄等，為(wei) 管理方提供直觀而詳盡管理依據，可以隨時看到電費收支情況，及時調整用電策略；

係統具備水電氣暖多能耗管理功能，通過一套係統及相應基表，就可以對整個(ge) 項目的用電、用水等能耗進行綜合管理；係統具備卡片式管理功能，每個(ge) 用戶一張感應卡（可兼容

其他廠家一卡通），通過卡片隨時查詢自己的用電信息，在通訊網絡出現故障時也可以通過卡片實現買(mai) 電、恢複供電等應急功能。

產(chan) 品采用標準的接口以及通訊協議，可以通過RS485接口、交互式數據庫或TCP/IP接口等，與(yu) 一卡通、消防、門禁、樓宇自控、財務等其他係統進行數據的共享，實現集團綜合管理，更好地體(ti) 現管理的智能化、一體(ti) 化；集團各部門可以通過互聯網絡聯合管理集團用電，隻要有互聯網信號的地方，就可以通過相應權限的賬號進入能耗管理係統進行管理。

8hth下载地址Acrelcloud-3200預付費水電雲(yun) 平台應用方案

AcrelCloud-3200預付費水電雲(yun) 平台是hth下载地址公司研製的與(yu) 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係統。另外可以選配遠傳(chuan) 閥控水表組成水電一體(ti) 預付費係統，達到先交費後用水的目的，剩餘(yu) 水量用完自動關(guan) 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(ye) 公司遠程實時操作實時監控，具有良好的人機界麵，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(ye) 廣場和物業(ye) 小區，提高用電用水管理水平，解決(jue) 收費難問題的理想產(chan) 品。

8.1應用場所

本平台適用於(yu) 公寓出租戶、商業(ye) 廣場、公寓酒店、物業(ye) 小區、寫(xie) 字樓、物流倉(cang) 儲(chu) 、高校、連鎖超市、智慧園區、農(nong) 貿市場等場所。

8.2係統結構

8.3係統功能

8.3.1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，並可了解當天用電量和使用金額情況，可對房間內(nei) 的電表進行各種遠程控製操作，比如開戶、電價(jia) 設置，售電、退電、報警金額設置、分合閘操作等等。

8.3.2電戶開表

係統針對商鋪開戶不僅(jin) 支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義(yi) 電價(jia) 方案，單一電價(jia) 、尖峰平穀電價(jia) 、階梯電價(jia) 等:支持預先設置開戶信息後期一鍵開戶;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(yi) ，推送方式支持手機短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾(zhong) 號推送等。