兩種電表收費(fèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方案-預(yù)付費(fèi)和自動(dòng)抄表

　　本文詳細(xì)地介紹了兩種用電收費(fèi)方式——預(yù)付費(fèi)和自動(dòng)抄表的類型、特點(diǎn)、功能及其發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，也給出了典型的應(yīng)用電路。

　　This paper introduces in detail the types, specification, function and development direction oftwo tolling methods—pre-tolling and automatic reading. and also presents a typical application circuit.  ：

電表預(yù)付費(fèi)自動(dòng)抄表IC 卡通訊網(wǎng)絡(luò)

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力已經(jīng)成為國(guó)家的最重要能源。就民用電力來(lái)說(shuō)，由于人民物質(zhì)生活的極大豐富，生活質(zhì)量迅速提高，對(duì)電力的需求也越來(lái)越大。但是，當(dāng)前居民用電的管理過(guò)于落后，居民用電絕大多數(shù)實(shí)行“分表制”，即若干集中居住的家庭（一個(gè)居住單元或若干居住單元的集合）使用一個(gè)總的電表，每戶裝一個(gè)分電表，電力部門(mén)抄表員抄收總電表的電量，作為居民交付電費(fèi)的依據(jù)。居委會(huì)或物業(yè)管理部門(mén)還需去抄取各家電表的讀數(shù)，按比例收取電費(fèi)。這種用電管理模式，給居民帶來(lái)諸多不便，而且增加了管理人員的工作。為了適應(yīng)社會(huì)的需要，保證用戶安全、合理用電，電力部門(mén)提出了許多切實(shí)可行的管理方法。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)際應(yīng)用，收效較好的方案有：預(yù)付費(fèi)和自動(dòng)抄表。這兩種方式均采用先進(jìn)的微計(jì)算機(jī)技術(shù)，體現(xiàn)了當(dāng)今科學(xué)的發(fā)展水平，代表了我國(guó)用電管理的發(fā)展方向。

2．1．預(yù)付費(fèi)電表的類型及特點(diǎn)

　　預(yù)付費(fèi)電表可以根據(jù)其使用的載體（記錄購(gòu)電量）分為電卡式、IC 卡式和磁卡式。其中，磁卡成本低廉，但其防磁性差，易損壞，且保密性不強(qiáng)；電卡一般為某個(gè)公司自己定做的小型板卡，其成本偏高，對(duì)發(fā)卡單位來(lái)說(shuō)，通用性差，保密性值得懷疑；IC 卡則具有價(jià)格適中，便于攜帶，保密性好等特點(diǎn)。所以，目前電力管理部門(mén)大多采用IC 卡預(yù)付費(fèi)電表。

．電表自動(dòng)抄表系統(tǒng)類型及特點(diǎn)

　　電表自動(dòng)抄表系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)，通過(guò)某種通訊方式（如電力線載波、電話線、雙絞線、無(wú)線通訊或紅外方式）自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)用戶的用電量，并送達(dá)至遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理中心，在整個(gè)過(guò)程中，無(wú)需人工參與，方便了用戶，提高了管理效率?，F(xiàn)就自動(dòng)抄表系統(tǒng)中所使用的通訊方式作一些簡(jiǎn)單的描述：電力載波方式電力載波方式的自動(dòng)抄表系統(tǒng)是較早使用的通訊方式，大致分為以下幾種：由分立元件組成的FSK 電力載波方式，通常通訊速率在300~1200 之間，可靠性較差，且故障率較高，目前已基本上被淘汰；FSK 電力載波集成電路方案包括SGS-Thomson 的ST7536（1200bps）,National 的LM1893 （300-1200bps），它們的故障率大大地降低，但在國(guó)內(nèi)應(yīng)用中，其通訊誤碼率較高未得到迅速發(fā)展。SSC（擴(kuò)展頻譜電力載波）方式的集成電路方案，主要是Intellon 公司的SSCP200/SSCP300 和SSCP111芯片組方案，這種通信方案抗干擾性較強(qiáng)，通訊速率較高（可達(dá)9600sps）,目前正處于推廣應(yīng)用階段。電話線方式主要用于集中抄表以后的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，目前大多采用現(xiàn)有的外置MODEM 或采用MODEM 芯片方案，MODEM 芯片包括一些價(jià)格低廉的DTMF 芯片方案如Motorola 的MT8800/8880 等），專用MODEM芯片方案（如TDK的73kxxx 系列, Motorola的MC145745，AMD的AM7900/7910, Zilog 的Z02201/02922/02205 等。

　　雙絞線方式　　采用此通訊方案的均為位總線方式，包括：RS485/422, 這是目前使用最為廣泛的一種通訊方式，其價(jià)格低廉，通訊速率和通訊距離都能很好地滿足自動(dòng)抄表的要求，但其接口易損壞，通訊可靠性一般；ProfiBus 和BitBus, 其物理層與RS485/RS422 相同，加入了數(shù)據(jù)鏈路層，以信息包的方式傳遞數(shù)據(jù)，其內(nèi)部軟件模塊完成數(shù)據(jù)打包/解包，CRC 校驗(yàn)等任務(wù)，使可靠性大大地提高；CAN 總線，最早應(yīng)用于汽車，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。CAN 總線較好地解決了總線沖突和仲裁，避免了接口芯片意外損壞。由硬件完成數(shù)據(jù)打包/解包，CRC 校驗(yàn)等任務(wù)，其通訊距離、速率和可靠性都優(yōu)于基于RS-485/RS-422 物理層的通訊方式，有較高的性能價(jià)格比。

　　無(wú)線方式　　無(wú)線方式包括無(wú)線電和紅外，這些方式目前使用較少，且無(wú)太大優(yōu)勢(shì)。

　　另外，在此需要說(shuō)明一下LONWORKS，該網(wǎng)絡(luò)基于Neutron 技術(shù)，集成了OSI 全部的七層協(xié)議，適合多種通訊介質(zhì)包括電力載波，雙絞線和無(wú)線通訊。在通訊速率、距離和可靠性上都有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但其價(jià)格稍貴，目前國(guó)內(nèi)已在此行業(yè)推廣應(yīng)用，有較好的發(fā)展前景。

　　智能電表大體上可以分為機(jī)電式和全電子式兩種: 機(jī)電式借用原感應(yīng)式電度表的機(jī)芯, 通過(guò)光電傳感器讀取轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)測(cè)量用戶的用電量;而全電子式電度表則采用電壓電流隔離方式, 進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換, 將采樣值相乘并累計(jì), 計(jì)算用戶的用電量。機(jī)電式智能電表成本較低,主要用于單相電度表, 適合于居戶使用; 全電子式電表主要用于三相電計(jì)費(fèi),針對(duì)企業(yè)應(yīng)用。智能電表主要組成部分及功能如下: 中央處理單元：完成電能計(jì)算、用電監(jiān)測(cè)，完成電量數(shù)據(jù)本地處理或協(xié)助數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程處理；用電量采集單元：機(jī)電式通過(guò)光電傳感器讀取轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算用戶的用電量; 而全電子式電度表采用通過(guò)A/D 測(cè)量電壓電流值來(lái)計(jì)算用戶的用電量；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元：保存用電量及其相關(guān)的數(shù)據(jù)；顯示單元：顯示用電量和一些必要的數(shù)據(jù)；負(fù)荷控制單元：監(jiān)測(cè)用戶安全的、合法的用電；數(shù)據(jù)交換單元：預(yù)付費(fèi)通過(guò)IC 卡、磁卡等介質(zhì)完成數(shù)據(jù)交換，自動(dòng)抄表則通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)的相互傳遞；電源單元：由于電表的整個(gè)功率要求較小，絕大多數(shù)采用線性電源方案，提供+5V 和+12V 電源

其基本結(jié)構(gòu)圖如下：

 
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

輸入輸出單元（讀卡方式或通

4.1. IC 卡典型電路  

　　目前，生產(chǎn)預(yù)付費(fèi)電表的廠家很多，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的方案各種各樣。比較流行的做法是：采用51系列的單片機(jī)（如ATMEL 的AT89C51），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)+復(fù)位監(jiān)控（如XICOR 的X25045、Microchip 的24C0X 或93CX6+Maxim 的μP 監(jiān)控復(fù)位MAX813L 等），轉(zhuǎn)盤(pán)讀數(shù)器（由紅外發(fā)射接收管完成），IC 卡（ATMEL 的加密卡AT88SC1604/08，SIEMENS 的440 等）。典型電路原理圖如下：

4.2. 電表自動(dòng)抄表系統(tǒng)的典型通訊電路在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)抄表單元的典型電路圖同上圖，只是將IC 卡讀卡部分去掉，由單片機(jī)的UART 完成數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程測(cè)量和監(jiān)控。目前采用較多的是基于RS-422/RS-485 物理層的通訊網(wǎng)絡(luò)如Maxim 的MAX481/483/485/487/489/1482/1487，或?qū)?yīng)帶ESD 保護(hù)的型號(hào)。其典型通訊接口部分電路如下（可實(shí)現(xiàn)RS-485/RS-422 兩種通訊方式）： 預(yù)付費(fèi)電表使電力資源真正成為一種商品，可以先售后用，有利于電力部門(mén)的管理和發(fā)展，也比較適合中國(guó)的國(guó)情，目前已經(jīng)在全國(guó)許多地區(qū)推廣應(yīng)用，包括北京、南京等大中型城市。但現(xiàn)場(chǎng)使用的預(yù)付費(fèi)電表的智能程度有限，而且IC 卡等轉(zhuǎn)儲(chǔ)介質(zhì)自身的保密性也有限，使這種方式的保密性不高，給不法分子提供了可乘之機(jī)，有待于進(jìn)一步的完善。近幾年來(lái)，由于各種通訊方式在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，特別是電力載波方式無(wú)需另設(shè)通訊電纜，尤其適合于現(xiàn)有居民電表的改造），使自動(dòng)抄表系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。隨著我國(guó)“三金工程”的發(fā)展，“個(gè)人銀行帳戶制”將開(kāi)始實(shí)行銀行將對(duì)電、水、煤氣等費(fèi)用全面托收，一旦自動(dòng)抄表系統(tǒng)接入銀行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，則直接可以通過(guò)銀行完成收費(fèi)，大大地提高了經(jīng)濟(jì)效率和社會(huì)效率。自動(dòng)抄表系統(tǒng)代表了電力收費(fèi)的管理信息化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向，其應(yīng)用前景將越來(lái)越廣闊。