技术文章

胡冠楠

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定

摘要：介绍了一种红外式电费预付费系统的工作原理和设计方法，给出了主要硬件电路及电度表控制板、红外卡和收费器，同时给出了应用程序的流程图和设计思想，经实际运行证明，该系统抗干扰能力强、成本低、使用方便，适于推广应用。

关键词：预付费；预付费电度表；单片机

0引言

目前，国内市场上流行的预付费电度表大都是IC卡电度表，通常的IC卡是将一微电子芯片镶嵌于符合ISO7816标准的PVC(或ABS等)塑料基片中，封装成外形尺寸与磁卡类似的卡片.为降低成本，IC卡电度表中的IC卡由焊有一片EPROM的一小块印刷电路板构成，也称为电卡．由于其接触式结构，使用不方便．在某些地区，为防窃电，各用户的电度表都集中安装并封闭在居民楼的楼道里的电表柜中，以至于无法采用现有的IC卡电度表．若采用非接触式IC卡(RF卡)，由于基站芯片价格和传输距离等原因，目前还不适合用于预付费电度表．另一方面，由于预付费电度表要解决电费存储、接收发送、数据加密等问题，在技术上与市场上流行的红外式复费率电度表并不相同，有其自己的特点和难点．为此，我们研制了一种红外式电费预付费系统，其使用方便，成本低，适于推广应用．

1预付费系统的原理

红外式电费预付费系统由电度表控制板、红外交费器(红外)、收费器和电费管理数据库四部分组成，如图1所示．

1.1各部分的功能

1)电度表控制板加装于现有的电度表表盒中，它的功能包括：①通过红外收发器，与红外交费器交换数据，接收、发送相关数据；②记录电度表的转数；③显示交费金额、剩余电费；④控制用户电源通断．

2)红外交费器，为方便亦称红外卡，用于替代IC卡(电卡)，它的作用是①存储交费金额；②通过红外收发器与电度表控制板和收费器交换数据；③控制电度表的LED显示交费金额、剩余电费等数据．

3)收费器是一具有RS一232接口的红外收发器．①它接收从红外卡发来的红外数据，经处理后由RS一232接口送至PC机的电费管理数据库中，供电业部门进行管理；②用户在交费后，电费管理数据库中的交费金额通过RS一232接口送给收费器，经收费器的红外发送器发送至红外卡中．

1.2交费过程

1)用户欲交费时，先用红外卡读取电度表控制板中存储的电度表的编号、密码及剩余电费等数据．

2)在收费站，将红外卡中的电度表数据发送给收费器，送至PC机的电费管理数据库中．

3)用户交费后，红外卡接收到收费器发送来的相应的交费金额，并存储在红外卡中．

4)用户回家后，用红外卡将交费金额发送至电度表中，电度表显示交费金额，供用户核对

2硬件设计

2.1电度表控制板的硬件设计

电度表控制板的电原理如图2所示．该控制板采用Z86E08OTP单片机为核心进行设计，其内含2kPROM；具有可编程看门狗定时器；6个矢量中断，优先权可随意设定；256个累加器方便应用软件的编写[4]．图2中RD和TD为红外收发器，其中TD为红外发光二极管，由Z86单片机输出口线P01驱动，红外数据发射子程序将发送的编码数据转换成载波频率为38kHz的信号经P10驱动TD发射出红外信号．其波形如图3fa)所示．RD为一红外接收元件NJL41H380，可接收载波频率为38kHz的红外编码数据，RD的输出波形如图3(1))所示阐．RD的输出送至Z86单片机的P31，P3l是外部中断输入Q2，下降沿触发，在中断服务子程序中对接收的编码数据进行解码．OPrrO是一光电开关，用于将电度表表盘的转数转换成电脉冲信号，经U5构成的施密特电路整形后送单片机的P33进行计数．P33是外部中断输入Q1，为保证电度表转数的准确，设定中断优先级为Ql>IRQ2．输出口线P00驱动继电器J的通断，根据用户的预付费情况对用户电源进行通断控制．Z86单片机P2口的P20设定为输入线，P21～P27设定为输出线．串行存储芯片9346用于存储电表转数、电费、编号和密码等数据．4位小型LED用于显示剩余电费和交费额等数据，译码／锁存／驱动器U3完成BCD到七段码的转换和锁存，译码／马区动器U2用于位选．

2.2红外卡的硬件设计

红外卡的电原理如图4所示．RD和TD为红外收发器，其工作原理与电度表控制板相同．按钮开关S1，S2，S3和S4用于方式切换，P24～P27设定为输入线，利用软件查询方式使红外卡分别工作在电度表数据接收发射LED显示及交费金额接收发射等方式．U2用于存储交费金额、编号和密码等数据．Z86C04单片机的工作电压为3．0～5．5V．红外卡尺寸为10Cln×5Cln×1．5Cln．

2.3收费器

收费器采用Z86E06单片机，其红外收发电路与图2相同．扩展一RS一232接口芯片与PC机的RS一232接口相连，如图5所示．

3软件设计

数据的收发存储采用BCD码，编码格式为

指令标志位控制电度表的工作方式，如显示、接收及发送等．在软件设计中除采用Z8单片机所提供看门狗定时器(WDT)功能外，还采用了软件陷阱、指令冗余及软件容错等方法，使系统抗干扰能力强，工作可靠.

3.1电度表控制板的软件设计

电度表控制板的主程序流程如图6所示．当剩余电费少于10度时，LED亮，显示剩余电费数值，提示用户应去交费．当接收到交费数据后，LED显示该值，以供用户核对．正常工作时LED不亮．

3.2红外卡的软件设计

红外卡的软件流程如图7所示．用户欲查看剩余电费时，可按下S4键向电度表控制板发出指令，电度表控制板上的LED亮，显示剩余电费数值．

3.3电费管理数据库软件

电费管理数据库软件功能图如图8所示．

4、安科瑞Acrelcloud-3200预付费水电云平台

4.1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。

4.2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。

4.3系统结构

4.4系统功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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。

4.4.5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况。

4.4..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。

4.4.7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。

4.4.8公共区域用电分摊

Z定某块表为主表，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。

4.4.9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。

4.4.10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。

5、系统硬件配置

6结语

为提高用电管理水平，增加经济效益，电力公司正在推行营业制度的改革，改革的目标之一是逐步实现电费预付费系统和远程自动抄表技术．研制的红外式电费预付费系统样机经试用表明，其使用方便，性能可靠，并已经通过有关部门组织的技术鉴定．若能推广应用，其经济和社会效益是很大的．

参考文献

[1]陆永宁．IC卡应用系统[M]．南京：东南大学出版社，2000．

[2]史百舟．IC卡电度表的研制．郑州大学学报(自然科学版)，2000,32(3)：38—40.

[3]王爱英．智能卡技术口．北京：清华大学出版社，2000．

[4]董伯明译．Z8单片机原理应用及技术手册[M]．上海：复旦大学出版社，1994．

[5]蒋凤仙．红外遥控自动收费系统．电子技术，1996,(2)：24—25．

[6]周航慈．单片机应用程序设计技术口．北京航空航天大学出版社，1992．

[7]王秋光，马怀俭.红外式电费预付费系统

[8]安科瑞企业微电网设计与应用手，2019.11版.