兩種電表收費系統(tǒng)的特點和實現方案-預付費和自動抄表

　　本文詳細地介紹了兩種用電收費方式——預付費和自動抄表的類型、特點、功能及其發(fā)展趨勢。同時，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.  ：

電表預付費自動抄表IC 卡通訊網絡

　　隨著國民經濟的不斷發(fā)展，電力已經成為國家的最重要能源。就民用電力來說，由于人民物質生活的極大豐富，生活質量迅速提高，對電力的需求也越來越大。但是，當前居民用電的管理過于落后，居民用電絕大多數實行“分表制”，即若干集中居住的家庭（一個居住單元或若干居住單元的集合）使用一個總的電表，每戶裝一個分電表，電力部門抄表員抄收總電表的電量，作為居民交付電費的依據。居委會或物業(yè)管理部門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，給居民帶來諸多不便，而且增加了管理人員的工作。為了適應社會的需要，保證用戶安全、合理用電，電力部門提出了許多切實可行的管理方法。經過幾年的實際應用，收效較好的方案有：預付費和自動抄表。這兩種方式均采用先進的微計算機技術，體現了當今科學的發(fā)展水平，代表了我國用電管理的發(fā)展方向。

2．1．預付費電表的類型及特點

　　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；電卡一般為某個公司自己定做的小型板卡，其成本偏高，對發(fā)卡單位來說，通用性差，保密性值得懷疑；IC 卡則具有價格適中，便于攜帶，保密性好等特點。所以，目前電力管理部門大多采用IC 卡預付費電表。

．電表自動抄表系統(tǒng)類型及特點

　　電表自動抄表系統(tǒng)采用計算機通訊技術，通過某種通訊方式（如電力線載波、電話線、雙絞線、無線通訊或紅外方式）自動統(tǒng)計各個用戶的用電量，并送達至遠程監(jiān)控和管理中心，在整個過程中，無需人工參與，方便了用戶，提高了管理效率。現就自動抄表系統(tǒng)中所使用的通訊方式作一些簡單的描述：電力載波方式電力載波方式的自動抄表系統(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。電話線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，其價格低廉，通訊速率和通訊距離都能很好地滿足自動抄表的要求，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，使可靠性大大地提高；CAN 總線，最早應用于汽車，現在已經廣泛地應用于各行各業(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。由硬件完成數據打包/解包，CRC 校驗等任務，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，有較高的性能價格比。

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

　　另外，在此需要說明一下LONWORKS，該網絡基于Neutron 技術，集成了OSI 全部的七層協(xié)議，適合多種通訊介質包括電力載波，雙絞線和無線通訊。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, 通過光電傳感器讀取轉盤轉數來測量用戶的用電量;而全電子式電度表則采用電壓電流隔離方式, 進行A/D 轉換, 將采樣值相乘并累計, 計算用戶的用電量。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(jiān)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：機電式通過光電傳感器讀取轉盤轉數來計算用戶的用電量; 而全電子式電度表采用通過A/D 測量電壓電流值來計算用戶的用電量；數據存儲單元：保存用電量及其相關的數據；顯示單元：顯示用電量和一些必要的數據；負荷控制單元：監(jiān)測用戶安全的、合法的用電；數據交換單元：預付費通過IC 卡、磁卡等介質完成數據交換，自動抄表則通過通訊網絡完成數據的相互傳遞；電源單元：由于電表的整個功率要求較小，絕大多數采用線性電源方案，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，生產預付費電表的廠家很多，設計和實現的方案各種各樣。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(jiān)控（如XICOR 的X25045、Microchip 的24C0X 或93CX6+Maxim 的μP 監(jiān)控復位MAX813L 等），轉盤讀數器（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. 電表自動抄表系統(tǒng)的典型通訊電路在自動抄表系統(tǒng)中，現場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，實現電表數據的遠程測量和監(jiān)控。目前采用較多的是基于RS-422/RS-485 物理層的通訊網絡如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，有利于電力部門的管理和發(fā)展，也比較適合中國的國情，目前已經在全國許多地區(qū)推廣應用，包括北京、南京等大中型城市。但現場使用的預付費電表的智能程度有限，而且IC 卡等轉儲介質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，有待于進一步的完善。近幾年來，由于各種通訊方式在自動抄表系統(tǒng)中的成功應用，特別是電力載波方式無需另設通訊電纜，尤其適合于現有居民電表的改造），使自動抄表系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。隨著我國“三金工程”的發(fā)展，“個人銀行帳戶制”將開始實行銀行將對電、水、煤氣等費用全面托收，一旦自動抄表系統(tǒng)接入銀行計算機網絡，則直接可以通過銀行完成收費，大大地提高了經濟效率和社會效率。自動抄表系統(tǒng)代表了電力收費的管理信息化、網絡化的發(fā)展方向，其應用前景將越來越廣闊。