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各类智能电表

2020-10-11 06:27

  智能电表 简介 由用户交费对智能 IC 卡充值并输入电表中,电表 才能供电,表中电量 [1] 智能电表 用完后自动拉闸断电,从而有效地解决上门抄表和收电费难的问题。同时, 工作原理 用户的购电 信息实行微机管理,方便进行查询、统计、收费及打印票据等。工作原 理 用户持 IC 卡到供电部门交款购电, 供电部门用售电管理机将购电量写入 IC 卡中,用户持 IC 卡在感应区刷非接触式 IC 卡(简称刷卡,下同),即可 合闸供电,供电后将卡拿走。当表内剩余电量等于报警电量时,拉闸断电报 警(或蜂鸣器报警),此时用户在感应区刷卡即可恢复供电;当剩余电量为 零时,自动拉闸断电,用户必须再次持卡交费购电,才可以恢复用电。 插卡电表 工作原理 工作主要由两个功能系统完成:测量系统和单片机处理系统。 插卡电表 测量系统:是一块单相电子式电能表。工作原理为:由分压器完成电压取样,由取样电 阻完成电流取样,取样后的电压电流信号由乘法器转换为功率信号,经 V/T 变换后,推 动计度器工作,并将脉冲信号输入单片机系统。 编辑本段特点及优势 编辑本段 特点及优势 1、不需要人工抄表,有利于现代化管理。IC 卡电表的使用避免人工抄表上门收费 给客户带来的诸多不便,且历史购电数据均可以保存,便于客户查询。 2、充分体现了电力的商品属性。实行先买电后用电 ,客户可以根据自己的实际需 要有计划地购电、用电,不会因欠费而发生滞纳金,增加不必要的开支。 3、解决了收费难的问题。能很好地解决零散居民客户、临时用电客户、经常欠费 客户的收费问题。 4、IC 卡电表具有多种防窃电功能,起动电流小、无潜动、宽负荷、低功耗,误 差 曲线平直、长期运行时稳定性好,外形美观、体积小、重量轻、安装方便。准确度高: 全电子式设计,内置进口专用芯片,精度不受频率、温度、电压 高次谐波影响。 5、长寿命 :采用 SMT 技术,优化的电路设计,整机出厂后无需调整电路。 6、功耗低:采用低功耗设计,降低电网线、预购电量;IC 卡传递数据,实现数据回读,包括:回读总电量,剩余电量,表 内累积购电量,总购电次数等信息。 8、储存表常数、初始值、用户住址、姓名等信息。 9、超负荷报警断电、剩余电量报警,提醒用户及时购电。 10、技术参数:采用长寿命基表,延长使用周期 编辑本段插卡预付费电表 编辑本段 插卡预付费电表 预付费电度表又叫做定量电能表、 卡电度表, IC 除了具有普通电能表的计量功能外, 特别的是用户先买电,买电后才能用电,若用完电后用户不继续卖电,则自动切断电源 停止供电。 插卡预付费电表常见的预存方法 预存方法有两种,一种为代码式,一种为写卡式。 代码式原理为:管理系统将用户信息和购电信息结合起来生成一组加密代码,并交 给用户自己输入到电表中,电表经过正确解密后得到预存电量或金额并保存。 写卡式:将预购电量或金额写入专用电子卡(存储器)中,交给用户持电子卡到对 应电表上进行通讯,预购值自动送入电表中。 电子卡或称 IC 卡,也称购电卡,都是由专用的 IC 芯片经过特殊封装后而成,常见 购电卡按通讯方式分为接触式和非接触式。 接触式的有:卡片卡、钥匙卡,非接触式的有:射频卡、遥控卡。 预付费电度表市场前景: 预付费电度表市场前景 : 电力系统管理部门对预付费电度表表计的需求呈多样化发展的趋势, 以下是一些目 前电力系统管理部门和具体使用用户都共同需要的多种预付费电度表: (1) 适宜解决流动性较大、有欠费倾向的中小动力用户/商住户的三相预付费 电 度表。 (2)适宜解决多个农民家庭水浇地使用的一表多卡的三相预付费电度表。 (3)适宜有费率和时段使用需要的三相多费率预付费电度表。 (4)适宜实行居民分时电价政策的单相复费率预付费电度表 (5)适宜普通居民使用的单相预付费电度表等 复费率电表 有效的实现分段计费、分时计费,优化用电效率,采用波、峰、平、谷不用 电价分开计费 rs485 和红外双向通讯功能! 概述: 1、 性能特点 : 、 性能特点: 电子式 IC 卡预付费交流单相有功电能表是该厂开发推向市场的新产品, 它采用专用集成电路进行电能计量、专用 CPU 电路进行数据处理、显示和控 制继电器动作。其主要特点是性能可靠、准确度高、高过载、功耗低、体积 小、重量轻和使用方便等。 2、 用途和使用范围 : 、 用途和使用范围: 供计量额定频率为 50Hz 的交流单相有功电能。 适用于预付费以及与计算 机联网等。 3、 主要技术参数 、 1)额定电压:380V±10%15% 额定频率:50Hz 2)额定电流:5(25)A , 10(40)A 3)仪表常数:1600imp/kW.h 4)环境温度:-10℃~+45℃ 5) 相对湿度:不大于 85% 6) 等 级:1.0, 2.0 级 7) 具有防潜动逻辑电路。 8) 使用寿命:8 年 9) 具有防窃电功能。 4. 工作原理 . 本产品由专用计量芯片、高性能单片微处理器、实时时钟芯片、数据通 讯接口芯片、非易失性存储器、绿色环保电池等组成。专用计量芯片单元完 成电能计量工作,并把电能脉冲信号传送给微处理器,微处理器是整机的核 心器件,它负责处理电能脉冲计数、管理 LCD 显示、读取实时时钟数据、数 据保存和维护、进行切换时段、管理通讯接口等功能,其原理框图如图 1 所 示: 5. 主要功能 . 1、复费率功能: ① 尖峰平谷 4 种费率,12 个时段; ② 当前、上月、上上月的正向有功各费率及总电量记录; ③ 当前反向有功各费率及总电量记录; ④ 编程的时间和次数记录; ⑤ 停显、循显、轮显时间,结算日,有功起始电量的设置; ⑥ 密码,密码权限的设置; ⑦ 广播校时。 2、 阶梯电价功能: ① 当前单价(Ⅰ) 阶梯 1 电量阈 值 阶梯 2 电量阈 值 阶梯 1 尖电价 阶梯 1 峰电价 阶梯 1 平电价 阶梯 1 谷电价 阶梯 2 尖电价 阶梯 2 峰电价 阶梯 2 平电价 阶梯 2 谷电价 阶梯 3 电量阈 值 阶梯 3 尖电价 阶梯 3 峰电价 阶梯 3 平电价 阶梯 3 谷电价 ② 备用单价(Ⅱ) ③ 自动转换时间 XX 年 XX 月 XX 日,默认零点零分。 3、预付费功能: ① 报警功能, 当剩余金额低于报警金额时, 电表发出告警提醒用户购电; ② 协议透支功能,若电表设置为允许协议透支金额(协议金额设置 为0),表内剩余金额为 0 时,电表不拉闸,如何破ag真人百家!到达协议金额后,电表拉闸; 此时,若电表内应急赊欠金额未达到应急赊欠金额门限,用户刷卡,电表将 重新合闸供电,直到超过门限后拉闸,且不能再次赊欠; ③ 应急赊欠功能,表内剩余金额为 0 时,电表拉闸,用户刷卡,电表将 重新合闸供电,直到超过门限后拉闸,且不能再次赊欠; ④ 超负荷限电功能, 当用户用电功率在设定的检测时间内连续超过该设 定的负荷阈值,电表报警并拉闸,拉闸后,如果用户刷卡,电表将重新合闸 供电; ⑤ 防金额囤积功能, 若电表中的当前剩余金额与购电金额大于最大囤积 金额,则电表不能接受卡中的购电金额; ⑥ 补卡功能,当用户不慎将购电卡丢失或损坏后,可通过售电管理系统 为用户重新补发一张购电卡,并将自动判别最近一次购电记录是否有效。接 受新购电卡后,自动拒绝原购电。 ⑦ 数据返写功能,每次购电完成,将[剩余金额][累计购电金额][累计 用电金额][过零用电金额] [应急赊欠金额][月冻结金额]等数据信息返写到 购电卡中,以备售电系统查询。 ⑧ 检测功能,电表能接受售电系统制造的检测卡,将电表的当前信息包 括[累计购电金额] [剩余金额] [应急赊欠金额] [累计用电金额][过零用电 金额][月冻结金额] [电表表号] [购电次数][局号] [时段][月用电金额冻结 日]等返写到检测卡,以供售电系统查询; ⑨ 过户功能,电表能接受售电系统制造的过户卡,过户卡将该表的信息 导出到卡上后,清掉该表用户信息,一个没有用户信息的新电表将可以接受 过户卡的信息导入,完成对原电表的替代,继承原来的用户数据记录和原来 的参数设置; ⑩ 设置功能,电表能接受售电系统制造的设置卡,设置卡将设置电表的 [时段]等数据; 4、RS485 和红外通信 ① 电气隔离的 RS485 接口,可实现远程集中抄表,通讯协议符合 DL/T645-1997 通讯规约。 ② 调制型双向红外接口,载波频率 38KHz,可与掌上电脑进行通讯,通 讯协议符合 DL/T645-1997 通讯规约。 ③ 遥控器可以通过红外接口控制 LCD 的显示数据和显示模式, 并可以设 置电表的费率时段和表号。 5、按扭功能 ① 带铅封的为编程按扭,只有通过编程按扭使电表处于编程状态,才可 以对电表进行数据设置; ② 轮显按钮,用与手动翻查电表的轮显数据项; 预付费支付 编辑本段预付费支付 编辑本段 预付费支付 所谓预付费就是用户在使用业务之前必须预先支付费用, 这个费用在用户成功使用 业务之后再给予实际的扣除。 编辑本段关于预付费各方观点 编辑本段 关于预付费各方观点 消费者: 消费者 : 应返还一部分利益 不少消费者对一些垄断行业收取预付费提出了质疑,“这么多预付费,在我们消费 完毕之前,都被用做什么?是放到银行赚取利息?还是投放到资本市场里投资?” 以固定电话为例, 太原市内固定电线 余万户, 而吴老先生算了一笔账, “假设每部电线 余万部电线 余万元。一 年收取的预存线 亿元左右。这笔钱如果存入银行,按照现行银行活期存款年利 率 0.72%计算,光利息就是数百万元。然而,这笔赢利去了哪里?我们这些固定电话用 户是真正的出资人,却没有见到一分钱的赢利,也没有得到任何的回报。” 与电话费一样,电费、煤气费、油费等的预收费用在消费完毕之前去了哪里,消费 者同样毫不知情。采访中,消费者纷纷表示:“这笔费用的赢利应该以返利或让利的形 式返还给我们。” 企业: 企业 : 这是主动服务意识 用户向 10060 的话务员提出质询。话务员称,固定电话在安装时,状态设置分为两 种,一种是“当月消费”型,必须是月初把话费预存了,用于本月话费的消费;另一种是 “次月消费”型,是在话费消费完成后,再缴纳话费。但是,在每一部固定电话安装时, 网通公司已自动将其初始状态设置成“当月消费”型。如果消费者不愿意用“当月消费” 型,可以将线 话务员,或者带上机主身份证到网通营业大厅办理将其 更改成“次月消费”型。 一位通讯行业的负责人称:无论是哪种消费类型,这笔钱最终都用于消费者的日常 消费,预收费用是企业的一种主动服务意识的体现。 炮轰之声: 炮轰之声 : 变相非法集资 “拥有垄断优势的行业强收预付费的行为属于违法!”频频向垄断行业“叫板”的中国 政法大学研究生郝劲松在接受采访时明确表示,“它们违反了民法通则、合同法和消费 者权益保护法里的公平原则。本来,在不违反公平原则、消费者与相关服务提供方之间 自愿互利的前提下,服务提供方收取一定的预付费用本来无可厚非,为防止少部分用户 在消费时恶意透支,收取预付费是企业规避风险的有效方法。在这部分费用发生后产生 的利益,应该返还消费者。然而,目前一些垄断行业,向消费者强行收取预付费,这在 法律上属于霸王条款,是不当得利,是变相的非法集资!目前,保守估计山西省有 1000 万固话用户,若每个用户每月预存 50 元,一个月的总预存款就是 6 亿元,如果这笔钱 仅仅用来在银行存款获取利息,对于消费者来说还相对安全;如果这笔钱用于投资,一 旦投资失败,最终受损失的依然是消费者。” 预付费并不仅仅存在于垄断行业, 在一些竞争比较充分的行业也有预付费, 但 为了吸引客户,他们往往会让出很大一部分利润来返还消费者。某著名西餐厅为了吸引 顾客,并吸纳资金,他们也推出预付消费卡,如果在卡内存入 500 元,消费者在用餐时 将享受八八折优惠,并得到一张 50 元的代金券;存入 1000 元,享受八五折,获 150 元 代金券等,存入的金额越多,享受的折扣和优惠越多。 射频卡电表 本文通过分别介绍射频卡和预付费电度表的工作原理,硬件电路以及软件设 计来全面诠释射频卡电表的定义。 用户使用电量的计量手段的准确程度取决于电互感器及电度表的精度。 现已出现了接触式 IC 卡预收费电度表,它使收费从过去繁琐的人工抄表、手 工计价转变为用户持卡购电,实现了电费收缴管理自动化。但它不能解决无 源(卡中无电源)和免接触等问题[2~8]。 非接触式 IC 卡(又称射频卡)是国 外近几年发展起来的新技术[1],它成功地将射频识别技术和 IC 卡技术结合 起来,解决了无源和免接触难题。射频卡无需专门的供电电源;它与读写器间 无机械接触,避免了接触故障;它的表面无裸露芯片,可防水,且不易产生静 电击空及弯曲损坏等问题;射频卡使用时没有正反面。总之,非接触式 IC 卡 具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特点。本文采用非接触式 IC 卡研制 成功了智能预收费电度表。 1.1 射频卡 ( 非接触 IC 卡 ) 工作原理 射频卡( 非接触式 IC 卡系统由读写器和非接触式 IC 卡两部分组成。应用系统通 过读写器对卡进行操作;读卡器通过射频信号同步进行近距离通讯, 并为卡上 芯片提供能量;非接触式 IC 卡响应读写器的指令,并报告处理的结果。非接 触式 IC 卡通过连接 IC 芯片的线圈在特定交变磁场中耦合获得高压能量,非 接触式 IC 卡的读写器通过发射线圈发射交变强磁场,强予 IC 卡能量,通过 磁场的断、续编码写入数据,并通过线圈感应 IC 卡发生的磁场阅读 IC 卡发 来的数据;IC 卡通过交变磁场获得能量,通过检验磁场的数、续获得读写头 写来的数据,并按设定的模式编码、调制,向读写头发出数据。 本系统采用 上海华虹集成电路公司开发的 SHC1701RF 读写模块。 它主要由射频和 SHC1501 大规模集成电路构成,共同安装在 PCB 板上,同时安装屏蔽罩,可完成读写 器与 IC 卡之间的各种交互功能,包括调制/解调、加密/解密、认证、读写、 加/减等,并具有同微处理器的接口。其基本结构如图 1 所示。 图 1 非接触 式 IC 卡与读写器的通信内容包括复位应答、防冲突、选择卡片、相互认证、 对数据块的操作和中止。 1.2 预收费电度表的工作原理 预收费电度表可分为电子式和机电式两种,它们的区别在于电能变换元 件不同。前者将电压、电流进行 A/D 转换,再将采样值相乘并累计,得到用 户消耗的电度数;后者借用原感应式电度表的机芯, 通过光电传感器读取转盘 数据数得到用户消耗的电度数。为节省成本,选用机电式电度表。 本系统的工作原理为: (1)用户持 IC 卡到供电部门交款购电时, 供电部门把用户的 IC 卡放在与 PC 机相连的读写器上,由写卡程序在 IC 卡上写入与用户交款数相符的一定 电度数。 (2)用户把 IC 卡带回家,将卡掠过家中预收费电度表的读定,卡中电度 数被主机读出,与预收费电度表中来剩余的电度数相加。由于机内采用备用 电池,不怕掉电失去数据。 (3)电表表盘转动时,由红外发射接收管把表盘数变成电脉冲送入单片 机。单片机记录表盘的转数,当转数等于电表常数时,通过单片机控制使内 存中的剩余电度数减去一度。 (4)单片机随时监测内存中剩余电度数是否小于 15 度。如是,则点亮预 告用电量将尽的发光二极管指示器,提示用户持卡到供电部门重新购电。 (5)当单片机发现用户电表中剩余电量完全用完时, 控制继电器切断用户 供电电源。 (7)系统采用 VB 的通讯控件通过 RS232 与单片机进行通讯。微机通过事 先约定好的字符来实现对单片机的控制,如小区的管理中心定期通过 RS232 串行通讯口读取用户电度表的使用电量和剩余电度数,并制成数据库加以保 存。供电部门可通过 Internet 对小区采集的数据进行访问和管理,从而实现 了供电管理部门网络化的管理手段。 (8)本装置属于二次仪表, 精度主要取决于一次仪表。 只要表盘转动正常, 二次仪表不会引入误差。 2 射频卡电表的硬件电路 非接触式 IC 卡预收费电度表的硬件电路结构图如图 2 所示。 图中主控单 元采用 AT89C52 单片机,其内有 8K 字节的快速擦写存储器(FLASH),无需外 接程序存储器(EPROM)。外接电路主要包括:四位 LED 显示电路、电表表盘检 测电路、控制供电的继电器电路、振铃控制电路、RS232 串行通讯电路、看 门狗复位电路、电源控制电路以及控制非接触式 IC 卡的 SHC1701 读写模块。 图2 SHC1701RF 模块是 IC 卡读写器的核心单元,它由 SHC1501 专用电路和 RF 电 路等组成,覆盖了所有对非接触式 IC 卡 SHC1101 的访问操作。IC 卡读写模 块及显示电路与单片机的接口如图 3 所示。图中采用 4 位共阳极的动态数码 显示管,显示字符由单片机 P0 口送至锁存器 74LS374 锁存,再经显示驱动芯 片 ULN2003 驱动数据管显示,P1.0~P1.3 分别控制每一位的动态显示。显示 电路用显示可供使用的电度数。当读卡发生错误时,将显示错误信息。在供 电部门存款时,将显示存入电卡中的电度数。 图 3 电表转盘读数头(红外发射接收管)产生的脉冲信号经一个非门输出到单片机 的 P1.4 口, 单片机实时对 P1.4 口进行监测。 RS232 串行通讯电路采用 MAX232 芯片, 实现单片机与微机的数据交换。 微机主要采用 VB 的通讯控件通过 RS232 与单片机进行通讯,通过事先约定好的字符对单片机实现控制。 看门狗电路 由 4538 单稳电路组成。初上电时,CLR 端为低电平,使输出 Q 为低电平,从 而使系统复位。正常工作时,单片机在每个主程序循环时发出一个低电平脉 冲,触发单稳;当程序受干扰跑飞时,单稳因得不到触发脉冲而复位,此时, 输出端 Q=0,使系统复位。 振铃控制电路由蜂鸣器、两个三极管和电阻组成。 当单片机的 P1.7 端发出一个高电平时,触发蜂鸣器蜂鸣。为使系统在停电时 也能正常工作,由两组电源给系统供电,一组是将 220V/50Hz 的市电经变压、 整流、稳压得到 5V 直流电,另一组由 12V/4A 的可充电电流经斩波、隐压、 稳压得到 5V 直流电。一般由市电供电,并对可充电电池充电。市电停电时由 电池供电,12V/4A 的可充电电流能使系统连续工作 24h 以上。 3 射频卡电表软件设计 本射频卡(非接触式 IC 卡)预收费电度表的程序采用了模块化的设计, 整个系统由用户端电度表计费程序和供电部门存未及管理程序两部分组成。 每部分程序又由单片机系统程序和 VB 用户接口程序两部分组成, 单片机程序 和 VB 程序之间采用 VB 的通讯控件 MSComm 通过 RS232 进行通讯, 通讯协议使 用基于 ASCII 码的查询命令、中断收发字符。微机通过事先约定好的字符对 单片机实现控制,单片机通过判断微机发来的不同字符,执行不同的单片机 子程序。 3.1 用户端电度表计费程序 3.1.1 单片机系统程序的主要功能 (1)读取有效的非接触式 IC 卡功能。 对卡进行防冲突、密码认证、卡号认证等操作,并读出卡中存储的数据,然 后将卡清零、停卡。 (2)完成电度表的预收费功能。将从 IC 卡中读出的电度 数与单片机内存剩余的电度数相加,并存回内存。 (3)显示功能。系统周期 性地扫描,动态显示机内剩余的电度数。此外,当读写 IC 卡发生错误时,显 示出错信号。 (5)电度计数功能。系统实时监测电表转盘读数头(红外发射接 收管)发来的脉冲信号,当脉冲信号由高电平变为低电平时,计数器 COUNT 加 1;而当 COUNT 值等于电表常数(转/度)时,剩余电度数减 1,用电量加 1,同 时 COUNT 清零。 (6)报警断电功能。当机内剩余电度数小于 15 度时,点亮预 告用电量将尽的发光二极管指示器,提示用户持卡到供电部门重新购电。而 当用户电表中剩余电量完全用完时,控制继电器切断用户供电电源。用户只 有再次存入电度数后,才能继续供电。 单片机系统程序由主监控程序、IC 卡处理子程序、电度计数子程序、串行中断服务子程序等组成,其框图分别 见图 4(a)、(b)、(c)、(d)。 图4 3.1.2VB 用户接口程序的主要功能 (1)显示。根据输入的用户编号,显示相应的用户信息。 (2)采集。将用 户编号通过通讯控件发送给单片机,单片机认证用户编号后,返回该用户的 用电量和剩余电度数。 (3)写入。将采集来的数据。加上用户编号和日期, 一并写入数据库,以供查询。 (4)查看。查看当用各用户的用电量情况及剩 余电度数;查看所有的用电情况。 3.2 供电部门存款及管理程序 3.2.1 单片机系统程序的主要功能 (1)系 统初始化设置。设置寄存器地址、中断源入口、加载 IC 卡认证密码以及设置 串行口、定时器 0 和定时器 1 的工作模式等。 (2)接收微机发来的控制字符。 执行串行中断服务子程序,如控制字符为 R 则执行对 IC 卡的询卡、防冲突、 选卡、认证等操作,并返回给微机卡号;如控制字符为 W 则将用户购买的电度 数写入 IC 卡,再读出写入的电度数,然后停卡。 (3)显示功能。显示 IC 卡 中存入的电度数,当对 IC 卡操作过程中有任何错误时,将显示错误信息,提 示用户。 程序由主程序程序和串行中断服务子程序等组成,它们的框图见图 5(a)、(b)。 图 5 (1)IC 卡存款功能。用户持卡到供电部门存款,工作人员将放在读写器上, 按“读卡”按钮,微机发送字符“R”给单片机,单片机执行相应的中断处理 后返回卡号。系统根据返回的卡号显示对应的用户信息,确认无误后,输入 用户交纳的金额,系统自动转化成电度数。按下“存款”按扭,将电度数存 入 IC 卡,同时将存款的相关信息写入数据库,以供查询。 (2)查询功能。查 询用户信息、IC 卡信息以及用户的用电情况,可以根据输入的用户编号或电 卡号进行有选择地查询。 (3)维护功能。对数据库的维护包括添加新的记录、 删除不需要的记录以及对现有记录的更新。本系统所使用的数据库由 MSAccess 建立,通过 VB 的数据对象控件与用户界面关联,对数据的所有操 作都实时地更新所关联的数据库。 本文将非接触式 IC 卡技术与计算机技术相结合, 研制出多功能电量 计量收费装置。该系统实现了用电收费的电子化,改变了先用电后收费的不 合理状况,促进了用电计量、收费的科学化管理。该装置利用了老式机械表 的功能和结构,降低了改造的成本,适于推广使用。