两种电表收费系统的特点和实现方案-预付费和自动抄表

　　本文详细地介绍了两种用电收费方式——预付费和自动抄表的类型、特点、功能及其发展趋势。同时，也给出了典型的应用电路。

　　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. ：

电表预付费自动抄表IC 卡通讯网络

　　随着国民经济的不断发展，电力已经成为国家的最重要能源。就民用电力来说，由于人民物质生活的极大丰富，生活质量迅速提高，对电力的需求也越来越大。但是，当前居民用电的管理过于落后，居民用电绝大多数实行“分表制”，即若干集中居住的家庭（一个居住单元或若干居住单元的集合）使用一个总的电表，每户装一个分电表，电力部门抄表员抄收总电表的电量，作为居民交付电费的依据。居委会或物业管理部门还需去抄取各家电表的读数，按比例收取电费。这种用电管理模式，给居民带来诸多不便，而且增加了管理人员的工作。为了适应社会的需要，保证用户安全、合理用电，电力部门提出了许多切实可行的管理方法。经过几年的实际应用，收效较好的方案有：预付费和自动抄表。这两种方式均采用先进的微计算机技术，体现了当今科学的发展水平，代表了我国用电管理的发展方向。

2．1．预付费电表的类型及特点

　　预付费电表可以根据其使用的载体（记录购电量）分为电卡式、IC 卡式和磁卡式。其中，磁卡成本低廉，但其防磁性差，易损坏，且保密性不强；电卡一般为某个公司自己定做的小型板卡，其成本偏高，对发卡单位来说，通用性差，保密性值得怀疑；IC 卡则具有价格适中，便于携带，保密性好等特点。所以，目前电力管理部门大多采用IC 卡预付费电表。

．电表自动抄表系统类型及特点

　　电表自动抄表系统采用计算机通讯技术，通过某种通讯方式（如电力线载波、电话线、双绞线、无线通讯或红外方式）自动统计各个用户的用电量，并送达至远程监控和管理中心，在整个过程中，无需人工参与，方便了用户，提高了管理效率。现就自动抄表系统中所使用的通讯方式作一些简单的描述：电力载波方式电力载波方式的自动抄表系统是较早使用的通讯方式，大致分为以下几种：由分立元件组成的FSK 电力载波方式，通常通讯速率在300~1200 之间，可靠性较差，且故障率较高，目前已基本上被淘汰；FSK 电力载波集成电路方案包括SGS-Thomson 的ST7536（1200bps）,National 的LM1893 （300-1200bps），它们的故障率大大地降低，但在国内应用中，其通讯误码率较高未得到迅速发展。SSC（扩展频谱电力载波）方式的集成电路方案，主要是Intellon 公司的SSCP200/SSCP300 和SSCP111芯片组方案，这种通信方案抗干扰性较强，通讯速率较高（可达9600sps）,目前正处于推广应用阶段。电话线方式主要用于集中抄表以后的数据远程传输，目前大多采用现有的外置MODEM 或采用MODEM 芯片方案，MODEM 芯片包括一些价格低廉的DTMF 芯片方案如Motorola 的MT8800/8880 等），专用MODEM芯片方案（如TDK的73kxxx 系列, Motorola的MC145745，AMD的AM7900/7910, Zilog 的Z02201/02922/02205 等。

　　双绞线方式　　采用此通讯方案的均为位总线方式，包括：RS485/422, 这是目前使用最为广泛的一种通讯方式，其价格低廉，通讯速率和通讯距离都能很好地满足自动抄表的要求，但其接口易损坏，通讯可靠性一般；ProfiBus 和BitBus, 其物理层与RS485/RS422 相同，加入了数据链路层，以信息包的方式传递数据，其内部软件模块完成数据打包/解包，CRC 校验等任务，使可靠性大大地提高；CAN 总线，最早应用于汽车，现在已经广泛地应用于各行各业。CAN 总线较好地解决了总线冲突和仲裁，避免了接口芯片意外损坏。由硬件完成数据打包/解包，CRC 校验等任务，其通讯距离、速率和可靠性都优于基于RS-485/RS-422 物理层的通讯方式，有较高的性能价格比。

　　无线方式　　无线方式包括无线电和红外，这些方式目前使用较少，且无太大优势。

　　另外，在此需要说明一下LONWORKS，该网络基于Neutron 技术，集成了OSI 全部的七层协议，适合多种通讯介质包括电力载波，双绞线和无线通讯。在通讯速率、距离和可靠性上都有较强的优势，但其价格稍贵，目前国内已在此行业推广应用，有较好的发展前景。

　　智能电表大体上可以分为机电式和全电子式两种: 机电式借用原感应式电度表的机芯, 通过光电传感器读取转盘转数来测量用户的用电量;而全电子式电度表则采用电压电流隔离方式, 进行A/D 转换, 将采样值相乘并累计, 计算用户的用电量。机电式智能电表成本较低,主要用于单相电度表, 适合于居户使用; 全电子式电表主要用于三相电计费,针对企业应用。智能电表主要组成部分及功能如下: 中央处理单元：完成电能计算、用电监测，完成电量数据本地处理或协助数据的远程处理；用电量采集单元：机电式通过光电传感器读取转盘转数来计算用户的用电量; 而全电子式电度表采用通过A/D 测量电压电流值来计算用户的用电量；数据存储单元：保存用电量及其相关的数据；显示单元：显示用电量和一些必要的数据；负荷控制单元：监测用户安全的、合法的用电；数据交换单元：预付费通过IC 卡、磁卡等介质完成数据交换，自动抄表则通过通讯网络完成数据的相互传递；电源单元：由于电表的整个功率要求较小，绝大多数采用线性电源方案，提供+5V 和+12V 电源

其基本结构图如下：

数据存储单元

输入输出单元（读卡方式或通

4.1. IC 卡典型电路

　　目前，生产预付费电表的厂家很多，设计和实现的方案各种各样。比较流行的做法是：采用51系列的单片机（如ATMEL 的AT89C51），数据存储+复位监控（如XICOR 的X25045、Microchip 的24C0X 或93CX6+Maxim 的μP 监控复位MAX813L 等），转盘读数器（由红外发射接收管完成），IC 卡（ATMEL 的加密卡AT88SC1604/08，SIEMENS 的440 等）。典型电路原理图如下：

4.2. 电表自动抄表系统的典型通讯电路在自动抄表系统中，现场抄表单元的典型电路图同上图，只是将IC 卡读卡部分去掉，由单片机的UART 完成数据通讯，实现电表数据的远程测量和监控。目前采用较多的是基于RS-422/RS-485 物理层的通讯网络如Maxim 的MAX481/483/485/487/489/1482/1487，或对应带ESD 保护的型号。其典型通讯接口部分电路如下（可实现RS-485/RS-422 两种通讯方式）： 预付费电表使电力资源真正成为一种商品，可以先售后用，有利于电力部门的管理和发展，也比较适合中国的国情，目前已经在全国许多地区推广应用，包括北京、南京等大中型城市。但现场使用的预付费电表的智能程度有限，而且IC 卡等转储介质自身的保密性也有限，使这种方式的保密性不高，给不法分子提供了可乘之机，有待于进一步的完善。近几年来，由于各种通讯方式在自动抄表系统中的成功应用，特别是电力载波方式无需另设通讯电缆，尤其适合于现有居民电表的改造），使自动抄表系统得到了迅速发展。随着我国“三金工程”的发展，“个人银行帐户制”将开始实行银行将对电、水、煤气等费用全面托收，一旦自动抄表系统接入银行计算机网络，则直接可以通过银行完成收费，大大地提高了经济效率和社会效率。自动抄表系统代表了电力收费的管理信息化、网络化的发展方向，其应用前景将越来越广阔。