0引言

目前，國內市場(chǎng)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(lèi)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(chēng)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(hù)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(wú)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(jià)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(fā)送、數據加密等問(wèn)題，在技術(shù)上與市場(chǎng)上流行的紅外式復費率電度表并不相同，有其自己的特點(diǎn)和難點(diǎn)．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(guò)紅外收發(fā)器，與紅外交費器交換數據，接收、發(fā)送相關(guān)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(hù)電源通斷．

2)紅外交費器，為方便亦稱(chēng)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(guò)紅外收發(fā)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(fā)器．①它接收從紅外卡發(fā)來(lái)的紅外數據，經(jīng)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(yè)部門(mén)進(jìn)行管理；②用戶(hù)在交費后，電費管理數據庫中的交費金額通過(guò)RS一232接口送給收費器，經(jīng)收費器的紅外發(fā)送器發(fā)送至紅外卡中．

1.2交費過(guò)程

1)用戶(hù)欲交費時(shí)，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(fā)送給收費器，送至PC機的電費管理數據庫中．

3)用戶(hù)交費后，紅外卡接收到收費器發(fā)送來(lái)的相應的交費金額，并存儲在紅外卡中．

4)用戶(hù)回家后，用紅外卡將交費金額發(fā)送至電度表中，電度表顯示交費金額，供用戶(hù)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(jìn)行設計，其內含2kPROM；具有可編程看門(mén)狗定時(shí)器；6個(gè)矢量中斷，優(yōu)先權可隨意設定；256個(gè)累加器方便應用軟件的編寫(xiě)[4]．圖2中RD和TD為紅外收發(fā)器，其中TD為紅外發(fā)光二極管，由Z86單片機輸出口線(xiàn)P01驅動(dòng)，紅外數據發(fā)射子程序將發(fā)送的編碼數據轉換成載波頻率為38kHz的信號經(jīng)P10驅動(dòng)TD發(fā)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(fā)，在中斷服務(wù)子程序中對接收的編碼數據進(jìn)行解碼．OPrrO是一光電開(kāi)關(guān)，用于將電度表表盤(pán)的轉數轉換成電脈沖信號，經(jīng)U5構成的施密特電路整形后送單片機的P33進(jìn)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(yōu)先級為Ql>IRQ2．輸出口線(xiàn)P00驅動(dòng)繼電器J的通斷，根據用戶(hù)的預付費情況對用戶(hù)電源進(jìn)行通斷控制．Z86單片機P2口的P20設定為輸入線(xiàn)，P21～P27設定為輸出線(xiàn)．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(dòng)器U3完成BCD到七段碼的轉換和鎖存，譯碼／馬區動(dòng)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(fā)器，其工作原理與電度表控制板相同．按鈕開(kāi)關(guān)S1，S2，S3和S4用于方式切換，P24～P27設定為輸入線(xiàn)，利用軟件查詢(xún)方式使紅外卡分別工作在電度表數據接收發(fā)射LED顯示及交費金額接收發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)送等．在軟件設計中除采用Z8單片機所提供看門(mén)狗定時(shí)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(shí)，LED亮，顯示剩余電費數值，提示用戶(hù)應去交費．當接收到交費數據后，LED顯示該值，以供用戶(hù)核對．正常工作時(shí)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(hù)欲查看剩余電費時(shí)，可按下S4鍵向電度表控制板發(fā)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(dòng)關(guān)閥。主要完成電能表/水表參數設置，商戶(hù)售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現物業(yè)公司遠程實(shí)時(shí)操作實(shí)時(shí)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(mén)、商業(yè)廣場(chǎng)和物業(yè)小區，提高用電用水管理水平，解決收費難問(wèn)題的理想產(chǎn)品。

4.2應用場(chǎng)所

本平臺適用于公寓出租戶(hù)、商業(yè)廣場(chǎng)、公寓酒店、物業(yè)小區、寫(xiě)字樓、物流倉儲、高校、連鎖超市、智慧園區、農貿市場(chǎng)等場(chǎng)所。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1房間監控

清晰簡(jiǎn)潔的展示所有房間狀態(tài)信息，所屬樓棟樓層，在線(xiàn)失連情況，費用狀態(tài)等，進(jìn)入房間詳情可對房間當前實(shí)時(shí)信息進(jìn)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(jìn)行各種遠程控制操作，比如開(kāi)戶(hù)、電價(jià)設置，售電、退電、報警金額設置、分合閘操作等等。

4.4.2電戶(hù)開(kāi)表

系統針對商鋪開(kāi)戶(hù)不僅支持一戶(hù)一表，也支持一戶(hù)掛多表的需要;支持自定義電價(jià)方案，單一電價(jià)、尖峰平谷電價(jià)、階梯電價(jià)等:支持預先設置開(kāi)戶(hù)信息后期一鍵開(kāi)戶(hù);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(yǔ)音外呼、公眾號推送等。

4.4.3充電繳費

可以對已開(kāi)戶(hù)的電表進(jìn)行遠程充值，電費實(shí)時(shí)下發(fā)到電表。電表會(huì )根據電度走字實(shí)時(shí)扣除電費同時(shí)系統也支持早臺計費，金額下發(fā)到系統賬戶(hù)，到賬快速穩定。

4.4.4財務(wù)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(yè)費扣費流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時(shí)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(gè)報表以供查詢(xún)。用電綜合報表，幫助財務(wù)統計每個(gè)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(gè)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(gè)不同維度查詢(xún)電表每個(gè)階段的用能情況。

4.4..6批量操作

為了方便用戶(hù)對大量?jì)x表進(jìn)行管理和設置，可以在系統中新建批量操作任務(wù)，比如設置電價(jià)、電表控制、儀表設置、充值等，批量任務(wù)可以立即執行，也可以定時(shí)執行。

4.4.7自定義收費方案

為了靈活應對用戶(hù)多種多樣的收費方案，比如物業(yè)費，房租，服務(wù)費等，系統支持用戶(hù)自定義收費項目。收費方式可設置直接從賬戶(hù)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換算等等。

4.4.8公共區域用電分攤

某塊表為主表，然后分配關(guān)聯(lián)子表，系統每個(gè)月自動(dòng)將主表的用電按比例換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(hù)周期用電費用，對數據進(jìn)行確認后生成繳費賬單方便追蹤客戶(hù)繳費情況可導出繳費賬單以及欠費賬單通知客戶(hù)。

4.4.10公眾號在線(xiàn)支付

 用戶(hù)可以在微信小程序或者微信公眾號自助查詢(xún)電表使用情況以及繳費。

5、系統硬件配置

6結語(yǔ)

為提高用電管理水平，增加經(jīng)濟效益，電力公司正在推行營(yíng)業(yè)制度的改革，改革的目標之一是逐步實(shí)現電費預付費系統和遠程自動(dòng)抄表技術(shù)．研制的紅外式電費預付費系統樣機經(jīng)試用表明，其使用方便，性能可靠，并已經(jīng)通過(guò)有關(guān)部門(mén)組織的技術(shù)鑒定．若能推廣應用，其經(jīng)濟和社會(huì )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(xué)出版社，2000．

[2]史百舟．IC卡電度表的研制．鄭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2000,32(3)：38—40.

[3]王愛(ài)英．智能卡技術(shù)口．北京：清華大學(xué)出版社，2000．

[4]董伯明譯．Z8單片機原理應用及技術(shù)手冊[M]．上海：復旦大學(xué)出版社，1994．

[5]蔣鳳仙．紅外遙控自動(dòng)收費系統．電子技術(shù)，1996,(2)：24—25．

[6]周航慈．單片機應用程序設計技術(shù)口．北京航空航天大學(xué)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(yè)微電網(wǎng)設計與應用手，2019.11版.