摘要：介紹了一種紅外式電費(fèi)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法，給出了主要硬件電路及電度表控制板、紅外卡和收費(fèi)器，同時(shí)給出了應(yīng)用程序的流程圖和設(shè)計(jì)思想，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明，該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、成本低、使用方便，適于推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：預(yù)付費(fèi)；預(yù)付費(fèi)電度表；單片機(jī)

0引言

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上流行的預(yù)付費(fèi)電度表大都是IC卡電度表，通常的IC卡是將一微電子芯片鑲嵌于符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的PVC(或ABS等)塑料基片中，封裝成外形尺寸與磁卡類(lèi)似的卡片.為降低成本，IC卡電度表中的IC卡由焊有一片EPROM的一小塊印刷電路板構(gòu)成，也稱(chēng)為電卡．由于其接觸式結(jié)構(gòu)，使用不方便．在某些地區(qū)，為防竊電，各用戶的電度表都集中安裝并封閉在居民樓的樓道里的電表柜中，以至于無(wú)法采用現(xiàn)有的IC卡電度表．若采用非接觸式IC卡(RF卡)，由于基站芯片價(jià)格和傳輸距離等原因，目前還不適合用于預(yù)付費(fèi)電度表．另一方面，由于預(yù)付費(fèi)電度表要解決電費(fèi)存儲(chǔ)、接收發(fā)送、數(shù)據(jù)加密等問(wèn)題，在技術(shù)上與市場(chǎng)上流行的紅外式復(fù)費(fèi)率電度表并不相同，有其自己的特點(diǎn)和難點(diǎn)．為此，我們研制了一種紅外式電費(fèi)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，其使用方便，成本低，適于推廣應(yīng)用．

1預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的原理

紅外式電費(fèi)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)由電度表控制板、紅外交費(fèi)器(紅外)、收費(fèi)器和電費(fèi)管理數(shù)據(jù)庫(kù)四部分組成，如圖1所示．

1.1各部分的功能

1)電度表控制板加裝于現(xiàn)有的電度表表盒中，它的功能包括：①通過(guò)紅外收發(fā)器，與紅外交費(fèi)器交換數(shù)據(jù)，接收、發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)；②記錄電度表的轉(zhuǎn)數(shù)；③顯示交費(fèi)金額、剩余電費(fèi)；④控制用戶電源通斷．

2)紅外交費(fèi)器，為方便亦稱(chēng)紅外卡，用于替代IC卡(電卡)，它的作用是①存儲(chǔ)交費(fèi)金額；②通過(guò)紅外收發(fā)器與電度表控制板和收費(fèi)器交換數(shù)據(jù)；③控制電度表的LED顯示交費(fèi)金額、剩余電費(fèi)等數(shù)據(jù)．

3)收費(fèi)器是一具有RS一232接口的紅外收發(fā)器．①它接收從紅外卡發(fā)來(lái)的紅外數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后由RS一232接口送至PC機(jī)的電費(fèi)管理數(shù)據(jù)庫(kù)中，供電業(yè)部門(mén)進(jìn)行管理；②用戶在交費(fèi)后，電費(fèi)管理數(shù)據(jù)庫(kù)中的交費(fèi)金額通過(guò)RS一232接口送給收費(fèi)器，經(jīng)收費(fèi)器的紅外發(fā)送器發(fā)送至紅外卡中．

1.2交費(fèi)過(guò)程

1)用戶欲交費(fèi)時(shí)，先用紅外卡讀取電度表控制板中存儲(chǔ)的電度表的編號(hào)、密碼及剩余電費(fèi)等數(shù)據(jù)．

2)在收費(fèi)站，將紅外卡中的電度表數(shù)據(jù)發(fā)送給收費(fèi)器，送至PC機(jī)的電費(fèi)管理數(shù)據(jù)庫(kù)中．

3)用戶交費(fèi)后，紅外卡接收到收費(fèi)器發(fā)送來(lái)的相應(yīng)的交費(fèi)金額，并存儲(chǔ)在紅外卡中．

4)用戶回家后，用紅外卡將交費(fèi)金額發(fā)送至電度表中，電度表顯示交費(fèi)金額，供用戶核對(duì)

2硬件設(shè)計(jì)

2.1電度表控制板的硬件設(shè)計(jì)

電度表控制板的電原理如圖2所示．該控制板采用Z86E08OTP單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，其內(nèi)含2kPROM；具有可編程看門(mén)狗定時(shí)器；6個(gè)矢量中斷，優(yōu)先權(quán)可隨意設(shè)定；256個(gè)累加器方便應(yīng)用軟件的編寫(xiě)[4]．圖2中RD和TD為紅外收發(fā)器，其中TD為紅外發(fā)光二極管，由Z86單片機(jī)輸出口線P01驅(qū)動(dòng)，紅外數(shù)據(jù)發(fā)射子程序?qū)l(fā)送的編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成載波頻率為38kHz的信號(hào)經(jīng)P10驅(qū)動(dòng)TD發(fā)射出紅外信號(hào)．其波形如圖3fa)所示．RD為一紅外接收元件NJL41H380，可接收載波頻率為38kHz的紅外編碼數(shù)據(jù)，RD的輸出波形如圖3(1))所示闡．RD的輸出送至Z86單片機(jī)的P31，P3l是外部中斷輸入Q2，下降沿觸發(fā)，在中斷服務(wù)子程序中對(duì)接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼．OPrrO是一光電開(kāi)關(guān)，用于將電度表表盤(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，經(jīng)U5構(gòu)成的施密特電路整形后送單片機(jī)的P33進(jìn)行計(jì)數(shù)．P33是外部中斷輸入Q1，為保證電度表轉(zhuǎn)數(shù)的準(zhǔn)確，設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)為Ql>IRQ2．輸出口線P00驅(qū)動(dòng)繼電器J的通斷，根據(jù)用戶的預(yù)付費(fèi)情況對(duì)用戶電源進(jìn)行通斷控制．Z86單片機(jī)P2口的P20設(shè)定為輸入線，P21～P27設(shè)定為輸出線．串行存儲(chǔ)芯片9346用于存儲(chǔ)電表轉(zhuǎn)數(shù)、電費(fèi)、編號(hào)和密碼等數(shù)據(jù)．4位小型LED用于顯示剩余電費(fèi)和交費(fèi)額等數(shù)據(jù)，譯碼／鎖存／驅(qū)動(dòng)器U3完成BCD到七段碼的轉(zhuǎn)換和鎖存，譯碼／馬區(qū)動(dòng)器U2用于位選．

2.2紅外卡的硬件設(shè)計(jì)

紅外卡的電原理如圖4所示．RD和TD為紅外收發(fā)器，其工作原理與電度表控制板相同．按鈕開(kāi)關(guān)S1，S2，S3和S4用于方式切換，P24～P27設(shè)定為輸入線，利用軟件查詢方式使紅外卡分別工作在電度表數(shù)據(jù)接收發(fā)射LED顯示及交費(fèi)金額接收發(fā)射等方式．U2用于存儲(chǔ)交費(fèi)金額、編號(hào)和密碼等數(shù)據(jù)．Z86C04單片機(jī)的工作電壓為3．0～5．5V．紅外卡尺寸為10Cln×5Cln×1．5Cln．

2.3收費(fèi)器

收費(fèi)器采用Z86E06單片機(jī)，其紅外收發(fā)電路與圖2相同．?dāng)U展一RS一232接口芯片與PC機(jī)的RS一232接口相連，如圖5所示．

3軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)的收發(fā)存儲(chǔ)采用BCD碼，編碼格式為

指令標(biāo)志位控制電度表的工作方式，如顯示、接收及發(fā)送等．在軟件設(shè)計(jì)中除采用Z8單片機(jī)所提供看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)功能外，還采用了軟件陷阱、指令冗余及軟件容錯(cuò)等方法，使系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠.

3.1電度表控制板的軟件設(shè)計(jì)

電度表控制板的主程序流程如圖6所示．當(dāng)剩余電費(fèi)少于10度時(shí)，LED亮，顯示剩余電費(fèi)數(shù)值，提示用戶應(yīng)去交費(fèi)．當(dāng)接收到交費(fèi)數(shù)據(jù)后，LED顯示該值，以供用戶核對(duì)．正常工作時(shí)LED不亮．

3.2紅外卡的軟件設(shè)計(jì)

紅外卡的軟件流程如圖7所示．用戶欲查看剩余電費(fèi)時(shí)，可按下S4鍵向電度表控制板發(fā)出指令，電度表控制板上的LED亮，顯示剩余電費(fèi)數(shù)值．

3.3電費(fèi)管理數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

電費(fèi)管理數(shù)據(jù)庫(kù)軟件功能圖如圖8所示．

4、安科瑞Acrelcloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)

4.1概述

AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表及DTSY-1352三相電子式預(yù)付費(fèi)電能表配套的售電管理系統(tǒng)。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。主要完成電能表/水表參數(shù)設(shè)置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門(mén)、商業(yè)廣場(chǎng)和物業(yè)小區(qū)，提高用電用水管理水平，解決收費(fèi)難問(wèn)題的理想產(chǎn)品。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

本平臺(tái)適用于公寓出租戶、商業(yè)廣場(chǎng)、公寓酒店、物業(yè)小區(qū)、寫(xiě)字樓、物流倉(cāng)儲(chǔ)、高校、連鎖超市、智慧園區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等場(chǎng)所。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1房間監(jiān)控

清晰簡(jiǎn)潔的展示所有房間狀態(tài)信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費(fèi)用狀態(tài)等，進(jìn)入房間詳情可對(duì)房間當(dāng)前實(shí)時(shí)信息進(jìn)行查看，并可了解當(dāng)天用電量和使用金額情況，可對(duì)房間內(nèi)的電表進(jìn)行各種遠(yuǎn)程控制操作，比如開(kāi)戶、電價(jià)設(shè)置，售電、退電、報(bào)警金額設(shè)置、分合閘操作等等。

4.4.2電戶開(kāi)表

系統(tǒng)針對(duì)商鋪開(kāi)戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價(jià)方案，單一電價(jià)、尖峰平谷電價(jià)、階梯電價(jià)等:支持預(yù)先設(shè)置開(kāi)戶信息后期一鍵開(kāi)戶;支持設(shè)置電表合額告警默認(rèn)三級(jí)告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機(jī)短信，APP推送，郵件、語(yǔ)音外呼、公眾號(hào)推送等。

4.4.3充電繳費(fèi)

可以對(duì)已開(kāi)戶的電表進(jìn)行遠(yuǎn)程充值，電費(fèi)實(shí)時(shí)下發(fā)到電表。電表會(huì)根據(jù)電度走字實(shí)時(shí)扣除電費(fèi)同時(shí)系統(tǒng)也支持早臺(tái)計(jì)費(fèi)，金額下發(fā)到系統(tǒng)賬戶，到賬快速穩(wěn)定。

4.4.4財(cái)務(wù)管理

訂單總覽，包含系統(tǒng)里所有水電充值退費(fèi)記錄，以及物業(yè)費(fèi)扣費(fèi)流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時(shí)間跨度等不同維度統(tǒng)計(jì)水電費(fèi)收入情況，收入組成。

4.4.5報(bào)表

系統(tǒng)還提供了多個(gè)報(bào)表以供查詢。用電綜合報(bào)表，幫助財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)每個(gè)月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費(fèi)，能耗同比分析，可以比較每個(gè)月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報(bào)表，按日，月，年三個(gè)不同維度查詢電表每個(gè)階段的用能情況。

4.4..6批量操作

為了方便用戶對(duì)大量?jī)x表進(jìn)行管理和設(shè)置，可以在系統(tǒng)中新建批量操作任務(wù)，比如設(shè)置電價(jià)、電表控制、儀表設(shè)置、充值等，批量任務(wù)可以立即執(zhí)行，也可以定時(shí)執(zhí)行。

4.4.7自定義收費(fèi)方案

為了靈活應(yīng)對(duì)用戶多種多樣的收費(fèi)方案，比如物業(yè)費(fèi)，房租，服務(wù)費(fèi)等，系統(tǒng)支持用戶自定義收費(fèi)項(xiàng)目。收費(fèi)方式可設(shè)置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設(shè)置周期性收費(fèi)或者一次性收費(fèi)，可以按固定金額收費(fèi)或者按房間面積換算等等。

4.4.8公共區(qū)域用電分?jǐn)?/p>

指定某塊表為主表，然后分配關(guān)聯(lián)子表，系統(tǒng)每個(gè)月自動(dòng)將主表的用電按比例換算成電費(fèi)從子表中扣除，這樣可以剩余人工統(tǒng)計(jì)的麻煩。公攤方式多樣，可以根據(jù)比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費(fèi)方式有直接扣費(fèi)或者生成維費(fèi)賬單。

4.4.9后付費(fèi)模式

按日期生成后付費(fèi)用戶周期用電費(fèi)用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)后生成繳費(fèi)賬單方便追蹤客戶繳費(fèi)情況可導(dǎo)出繳費(fèi)賬單以及欠費(fèi)賬單通知客戶。

4.4.10公眾號(hào)在線支付

用戶可以在微信小程序或者微信公眾號(hào)自助查詢電表使用情況以及繳費(fèi)。

5、系統(tǒng)硬件配置

應(yīng)用場(chǎng)合	型號(hào)	圖片	功能
預(yù)付費(fèi)水電 云平臺(tái)	AcrelCloud-3200		主要完成電能表/水表參數(shù)設(shè)置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門(mén)、商業(yè)廣場(chǎng)和物業(yè)小區(qū)，提高用電用水管理水平，解決收費(fèi)難問(wèn)題的理想產(chǎn)品。
通訊管理機(jī)	Anet-1E2S1-4G		1、電力抄表，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，斷點(diǎn)續(xù)傳，邊緣計(jì)算，命令透?jìng)?br /> 2、通訊方式:下行2路RS485通訊上行網(wǎng)口/4G
	Anet-2E4SM		1.電力抄表，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，斷點(diǎn)續(xù)傳，邊緣計(jì)算，命令透?jìng)?br /> Anet-2E4SM 2.通訊方式:下行4路RS485通訊，上行2路以太網(wǎng)通訊
	Anet-2E8S1		1.電力抄表，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，斷點(diǎn)續(xù)傳，邊緣計(jì)算，命令透?jìng)?br /> Anet-2E4SM 2.通訊方式:下行4路RS485通訊，上行2路以太網(wǎng)通訊
	AWT100-4G		1路下行485，上行可選配4G、WIFI、網(wǎng)口
	AF-GSM500-4G		1.內(nèi)置嵌入式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集支持2或6路RS485總線接入 2.支持LORA無(wú)線通訊 3.數(shù)據(jù)上傳支持MODBUSTCP/MQTT/HJ212等多種協(xié)議 4.可選擇RJ45或4G上傳方式 5.具備協(xié)議轉(zhuǎn)換、斷點(diǎn)續(xù)傳、斷電報(bào)警等功能 6.內(nèi)嵌8GSD卡，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和事件記錄
物聯(lián)網(wǎng)電表	DDSY1352-NK 單相預(yù)付費(fèi)電表		1.支持全電力參數(shù)測(cè)量(U、I、P、Q、S、PF、F) DDSY1352-NK2.支持雙向有功、無(wú)功、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量 單相預(yù)付費(fèi)電表3.支持*大需量及發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì);4支持兩路開(kāi)關(guān)量輸出5.內(nèi)置100A大容量磁保持繼電器，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部分合閘 6.ModbusRTU規(guī)約/DL/T645-07規(guī)約可自適應(yīng) 7.充值方式:支持刷卡充值和遠(yuǎn)程充值;8.支持預(yù)付費(fèi)功能;9.支持時(shí)控功能; 10.支持惡性負(fù)載識(shí)別功能 11.支持強(qiáng)控功能: 12.通訊方式:RS485/4G/NB
	DDSY1352-NK 三相預(yù)付費(fèi)電表
	DDSY1352-nDM		1.預(yù)付費(fèi)管理控制 2.支持支路時(shí)間管理控制 3.支持支路負(fù)載管理控制 4.遠(yuǎn)程充值 5.支持支路強(qiáng)控 6.夜間小功率控制 7.支持空調(diào)模式 8.支持白名單設(shè)置 9.支持全電力參數(shù)測(cè)量（U、I、P、Q、S、PF、F）； 10.支持總電能計(jì)量，支路電能計(jì)量 11.跳閘記錄查詢 12.通訊方式：RS485/4G
	ADF300L 多用戶計(jì)量箱		1.支持全電力參數(shù)測(cè)量(U、I、P、Q、S、PF、F)2.支持雙向有功、無(wú)功、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量物聯(lián)網(wǎng)電表 3.支持*大需量及發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì); 4支持兩路開(kāi)關(guān)量輸出 5內(nèi)置100A大容量磁保持繼電器，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部分合閘 6.ModbusRTU規(guī)約/DL/T645-07規(guī)約可自適應(yīng)7.充值方式:支持刷卡充值和遠(yuǎn)程充值;8支持預(yù)付費(fèi)功能9.支持時(shí)控功能;10.支持惡性負(fù)載識(shí)別功能11.支持強(qiáng)控功能;12.通訊方式:RS485/4G
	ADF400L 多用戶計(jì)量箱		1.支持全電力參數(shù)測(cè)量(U、I、P、Q、S、PF、F) 2.支持雙向有功、無(wú)功、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量物聯(lián)網(wǎng)電表 3.支持*大需量及發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì); 4支持兩路開(kāi)關(guān)量輸出 5內(nèi)置100A大容量磁保持繼電器，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部分合閘 6.ModbusRTU規(guī)約/DL/T645-07規(guī)約可自適應(yīng) 7.充值方式:支持刷卡充值和遠(yuǎn)程充值; 8支持預(yù)付費(fèi)功能 9.支持時(shí)控功能; 10.支持惡性負(fù)載識(shí)別功能 11.支持強(qiáng)控功能; 12.通訊方式:RS485/4G
物聯(lián)網(wǎng)水表	LXSY-O-M/NB		1.預(yù)付費(fèi)功能 2.閥門(mén)自動(dòng)維護(hù)功能 3.防水設(shè)計(jì) 4.防強(qiáng)磁干擾功能 5.低功耗設(shè)計(jì) 6.通訊方式:MBUS/NB

6結(jié)語(yǔ)

為提高用電管理水平，增加經(jīng)濟(jì)效益，電力公司正在推行營(yíng)業(yè)制度的改革，改革的目標(biāo)之一是逐步實(shí)現(xiàn)電費(fèi)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)．研制的紅外式電費(fèi)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)樣機(jī)經(jīng)試用表明，其使用方便，性能可靠，并已經(jīng)通過(guò)有關(guān)部門(mén)組織的技術(shù)鑒定．若能推廣應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益是很大的．

參考文獻(xiàn)

[1]陸永寧．IC卡應(yīng)用系統(tǒng)[M]．南京：東南大學(xué)出版社，2000．

[2]史百舟．IC卡電度表的研制．鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000,32(3)：38—40.

[3]王愛(ài)英．智能卡技術(shù)口．北京：清華大學(xué)出版社，2000．

[4]董伯明譯．Z8單片機(jī)原理應(yīng)用及技術(shù)手冊(cè)[M]．上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1994．

[5]蔣鳳仙．紅外遙控自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)．電子技術(shù)，1996,(2)：24—25．

[6]周航慈．單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)口．北京航空航天大學(xué)出版社，1992．

[7]王秋光，馬懷儉.紅外式電費(fèi)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手，2019.11版.

作者簡(jiǎn)介：聞什益 手機(jī)：13564425781（微信同號(hào)），

審核編輯 黃宇