兩種電表收費系統的特點(diǎn)和實(shí)現方案-預付費和自動(dòng)抄表

　　本文詳細地介紹了兩種用電收費方式——預付費和自動(dòng)抄表的類(lèi)型、特點(diǎn)、功能及其發(fā)展趨勢。同時(shí)，也給出了典型的應用電路。

　　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.  ：

電表預付費自動(dòng)抄表IC 卡通訊網(wǎng)絡(luò )

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力已經(jīng)成為國家的最重要能源。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，對電力的需求也越來(lái)越大。但是，當前居民用電的管理過(guò)于落后，居民用電絕大多數實(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(hù)裝一個(gè)分電表，電力部門(mén)抄表員抄收總電表的電量，作為居民交付電費的依據。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，按比例收取電費。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。為了適應社會(huì )的需要，保證用戶(hù)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)際應用，收效較好的方案有：預付費和自動(dòng)抄表。這兩種方式均采用先進(jìn)的微計算機技術(shù)，體現了當今科學(xué)的發(fā)展水平，代表了我國用電管理的發(fā)展方向。

2．1．預付費電表的類(lèi)型及特點(diǎn)

　　預付費電表可以根據其使用的載體（記錄購電量）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；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 卡預付費電表。

．電表自動(dòng)抄表系統類(lèi)型及特點(diǎn)

　　電表自動(dòng)抄表系統采用計算機通訊技術(shù)，通過(guò)某種通訊方式（如電力線(xiàn)載波、電話(huà)線(xiàn)、雙絞線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)通訊或紅外方式）自動(dòng)統計各個(gè)用戶(hù)的用電量，并送達至遠程監控和管理中心，在整個(gè)過(guò)程中，無(wú)需人工參與，方便了用戶(hù)，提高了管理效率?，F就自動(dòng)抄表系統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，但在國內應用中，其通訊誤碼率較高未得到迅速發(fā)展。SSC（擴展頻譜電力載波）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，通訊速率較高（可達9600sps）,目前正處于推廣應用階段。電話(huà)線(xiàn)方式主要用于集中抄表以后的數據遠程傳輸，目前大多采用現有的外置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(zhuān)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(xiàn)方式　　采用此通訊方案的均為位總線(xiàn)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(mǎn)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，加入了數據鏈路層，以信息包的方式傳遞數據，其內部軟件模塊完成數據打包/解包，CRC 校驗等任務(wù)，使可靠性大大地提高；CAN 總線(xiàn)，最早應用于汽車(chē)，現在已經(jīng)廣泛地應用于各行各業(yè)。CAN 總線(xiàn)較好地解決了總線(xiàn)沖突和仲裁，避免了接口芯片意外損壞。由硬件完成數據打包/解包，CRC 校驗等任務(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(xiàn)方式　　無(wú)線(xiàn)方式包括無(wú)線(xiàn)電和紅外，這些方式目前使用較少，且無(wú)太大優(yōu)勢。

　　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(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通訊。在通訊速率、距離和可靠性上都有較強的優(yōu)勢，但其價(jià)格稍貴，目前國內已在此行業(yè)推廣應用，有較好的發(fā)展前景。

　　智能電表大體上可以分為機電式和全電子式兩種: 機電式借用原感應式電度表的機芯, 通過(guò)光電傳感器讀取轉盤(pán)轉數來(lái)測量用戶(hù)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 轉換, 將采樣值相乘并累計, 計算用戶(hù)的用電量。機電式智能電表成本較低,主要用于單相電度表, 適合于居戶(hù)使用; 全電子式電表主要用于三相電計費,針對企業(yè)應用。智能電表主要組成部分及功能如下: 中央處理單元：完成電能計算、用電監測，完成電量數據本地處理或協(xié)助數據的遠程處理；用電量采集單元：機電式通過(guò)光電傳感器讀取轉盤(pán)轉數來(lái)計算用戶(hù)的用電量; 而全電子式電度表采用通過(guò)A/D 測量電壓電流值來(lái)計算用戶(hù)的用電量；數據存儲單元：保存用電量及其相關(guān)的數據；顯示單元：顯示用電量和一些必要的數據；負荷控制單元：監測用戶(hù)安全的、合法的用電；數據交換單元：預付費通過(guò)IC 卡、磁卡等介質(zhì)完成數據交換，自動(dòng)抄表則通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )完成數據的相互傳遞；電源單元：由于電表的整個(gè)功率要求較小，絕大多數采用線(xiàn)性電源方案，提供+5V 和+12V 電源

其基本結構圖如下：

 
數據存儲單元

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)預付費電表的廠(chǎng)家很多，設計和實(shí)現的方案各種各樣。比較流行的做法是：采用51系列的單片機（如ATMEL 的AT89C51），數據存儲+復位監控（如XICOR 的X25045、Microchip 的24C0X 或93CX6+Maxim 的μP 監控復位MAX813L 等），轉盤(pán)讀數器（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)抄表系統的典型通訊電路在自動(dòng)抄表系統中，現場(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，由單片機的UART 完成數據通訊，實(shí)現電表數據的遠程測量和監控。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，或對應帶ESD 保護的型號。其典型通訊接口部分電路如下（可實(shí)現RS-485/RS-422 兩種通訊方式）： 預付費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，也比較適合中國的國情，目前已經(jīng)在全國許多地區推廣應用，包括北京、南京等大中型城市。但現場(chǎng)使用的預付費電表的智能程度有限，而且IC 卡等轉儲介質(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，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)抄表系統中的成功應用，特別是電力載波方式無(wú)需另設通訊電纜，尤其適合于現有居民電表的改造），使自動(dòng)抄表系統得到了迅速發(fā)展。隨著(zhù)我國“三金工程”的發(fā)展，“個(gè)人銀行帳戶(hù)制”將開(kāi)始實(shí)行銀行將對電、水、煤氣等費用全面托收，一旦自動(dòng)抄表系統接入銀行計算機網(wǎng)絡(luò )，則直接可以通過(guò)銀行完成收費，大大地提高了經(jīng)濟效率和社會(huì )效率。自動(dòng)抄表系統代表了電力收費的管理信息化、網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展方向，其應用前景將越來(lái)越廣闊。