浅谈预付费多用户电能管理系统的设计与应用

时间：2023-10-23

【摘要】：该设计解决了IC卡预付费电能表存在的问题，同时继承了先购电后用电的管理模式。电力部门的管理微机通过RS485网络对电能表进行管理，以防止用户窃电；选用射频卡作为用户卡以解决IC卡易被污染和损坏的问题。

【关键词】：IC卡预付费电能表；RS485网络：射频卡

0引言

IC卡预付费电能表采用先购电后用电的管理模式，在一定程度上解决了电力部门收取电费难的问题。然而IC卡预付费电能表存在很大的问题，是由于电力部门缺乏对IC卡电能表用户的监管，当IC卡被破密后，很难发现和查处，导至国家损失大量的电费；其次IC卡易被污染和损坏等。

本设计的主要目的就是为了解决IC卡预付费电能表的存在的问题，同时继承了先购电后用电的管理模式。电力部门的管理微机通过RS485网络对电能表进行管理，以防止用户窃电；选用射频卡作为用户卡以解决IC卡易被污染和损坏的问题。

1电能表管理系统

为了降，管理微机既作为电能表用电管理上位机，同时还和发卡机一起完成发卡任务。电能表管理系统如图1所示。

图1电能表管理系统图

管理微机与发卡机通过COM1来实现通信，采用RS232C通信接口标准。管理微机与电能表通过COM2来实现通信，采用RS485通信接口标准。

发卡机具备射频卡读写功能。其主要作用是读写射频卡，与管理微机一起实现用户的开户、交费、注销、电量查询等功能。

2基于射频识别技术的电能表其主要的工作原理

用户用电前需要先到电力管理部门购买射频卡和预交电费，由管理部门把用户的信息及购电量录入管理微机并由发卡机写入射频卡。

当用户持有效射频卡掠过电能表时，电能表内的读写模块对射频卡进行验证，通过验证后读取射频卡的信息，当卡内电费充足时为用户供电，同时把用户信息写入EEPROM，且电能表开始计量用电量。

电能表采用递加计量的方式，用电量存储在EEPROM中，且用电量每增1度存储器存储一次。电能计量精度为0.01度。

管理微机采用RS485串行通信接口标准定时向网络上的各个电表采集用电数据，用电数据经管理微机处理后列出两个名单(电量小于10度的黄名单与电量为0的)向网络中的电能表广播。电能表在确认用户卡上了黄后声音与指示灯报警，提醒用户及时充值，但电能表继续为用户供电；电能表在确认用户卡上了黑后，声音与指示灯报警，且停止为该用户供电，退出该用户卡，电能表处于待机状态。

用户想终止用电，只需将射频卡再次靠近电能表，电能表再次读取射频卡内的信息，把卡内电量减去本次用电量，且把运算结果回写射频卡内。同时电能表断开继电器，停止为该用户供电。

电能表在为某用户供电过程中，其它射频卡则不能刷卡用电，只有在电能表待机时才能接受另一用户卡的刷卡。由于有效读卡距离仅为lOOmm左右，因此当有卡路过某电能表时，卡与电能表距离较远不会触发电能表。

一张卡可以在不同的电能表中使用，且可以在多个电能表上同时使用。

在用电过程中如出现断电，通过备用电池将用户本次用电量存入EEPROM中。来电后，电能表继续为该用户供电。如用户不想下次来电后继续供电，只需将射频卡再次靠近电能表，取消供电，来电后电能表将处于待机状态。

3电能表系统硬件构成

电能表硬件结构如图2所示，整个系统由七大部分组成：射频卡读写模块、电能计量模块、存储器模块、通讯模块、显示模块、电源模块以及继电器和声光报警等。系统采用模块化设计思想，以MCU为，将其他模块的整合在一起，形成一个统一的系统。以下各节是系统各部分的具体设计方案。

图2系统结构方框图

4软件模块的构成

4.1软件模块的划分

软件采用模块化设计，共划分为五大模块(如图3)，分别为与管理微机的通讯模块、电能计量模块、声光报警模块、射频卡读写模块以及黑黄名单的验证模块。为了实现每个大模块的功能，又把每个大模块划分为若干个相应的功能子程序或小模块。主程序的作用是系统的初始化、中断管理和监视以及各功能模块的调用等。

图3软件模块结构图

4.2主程序设计

设定MCU内部RAM的78H作为黑、黄名单标志单元，当78H数据为#FFH时，指示用户卡已上黑；当78H数据为#FEH时，指示用户卡已上黄；为其它数据则表明用户卡未上黑(黄)名单。在进行黑、黄名单验证时，程序根据验证结果对RAM的78H写入对应的值，以供主程序判断。RAM的79H作为在有无刷卡标志单元，如电表当前已有用户卡在消费，79H的内容为#FFH；当无用户卡在消费(电表处于待机状态)时，79H的内容为#00H；当正在消费的用户卡二次刷卡后，79H的内容为#FEH，此时主程序检测到这一状态后，断开用户供电，计算本次用电后用户的电费余额，且将余额回写射频卡。

主程序流程图如图4，系统上电时进行系统初始化，开放外部中断0及串行口中断，然后等待中断。当无刷卡中断时，则不断循环检测卡片标志单元79H。当刷卡时，射频接口模块通过INT0请求中断，MCU响应中断请求，调用读卡子程序，此时分为两种情况：1、如电能表处于待机状态，则接收刷卡，读出卡内信息，同时，置RAM中79H的值为#FFH，然后返回主程序。主程序调用黑黄名单验证子程序，如用户卡已上电量不足的黑名单则报警同时返回主程序；当用户卡上电量小于10度的黄名单时报警但继续为该用户供电，直到电费全部用完后停止供电；当用户卡不上黑黄名单时，则正常为该用户供电，同时调用电能计量程序。2、如电能表处于非待机状态，说明电能表正在为一用户卡供电，此时判断本次的刷卡卡号与正在用电的用户卡号是否相同，如相同则为该用户的二次刷卡，射频接口程序把RAM的79H置#00H，然后返回主程序。主程序在出79H的数据为#00H后，判断为是用户取消供电，主程序调用电量核算程序，把该用户的卡内余额电量减去本次的用电量得到新的电量余额，然后调用写卡子程序把新的电量余额回写卡内；如本次刷卡卡号与正在用电的用户卡号不同，则本次刷卡无效。

电能表在执行电能计量程序的过程中，也能响应中断程序。在每次执行了黑黄名单接收程序后，进行一次黑黄名单验证，根据验证结果对RAM的78H写入对应的值，然后返回电能计量程序。计量程序检测78H的值，如为#FFH表明用户卡已上新的黑名单，调用报警程序，然后切断用户供电，返回主程序。

8安科瑞Acrelcloud-3200预付费水电云平台应用方案

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。

8.1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、连锁市、智慧园区、农贸市场等场所。

8.2系统结构

8.3系统功能

8.3.1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。

8.3.2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:支持预先设置信息后期一键;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。

8.3.3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。

8.3.4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。

词条
词条说明
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