摘要：該設(shè)計(jì)解決了IC卡預(yù)付費(fèi)電能表存在的問(wèn)題，同時(shí)繼承了先購(gòu)電后用電的管理模式.電力部門(mén)的管理微機(jī)通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)對(duì)電能表進(jìn)行管理,，以防止用戶竊電,；選用射頻卡作為用戶卡以解決IC卡易被污染和損壞的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：IC卡預(yù)付費(fèi)電能表,；RS485網(wǎng)絡(luò),；射頻卡
一、引言
IC卡預(yù)付費(fèi)電能表采用先購(gòu)電后用電的管理模式,在一定程度上解決了電力部門(mén)收取電費(fèi)難的問(wèn)題,。然而IC卡預(yù)付費(fèi)電能表存在很大的問(wèn)題,，首先是由于電力部門(mén)缺乏對(duì)IC卡電能表用戶的監(jiān)管，當(dāng)IC卡被破密后,很難發(fā)現(xiàn)和査處,，導(dǎo)至居民損失大量的電費(fèi),；其次IC卡易被污染和損壞等。
本設(shè)計(jì)的主要目的就是為了解決IC卡預(yù)付費(fèi)電能表的存在的問(wèn)題,同時(shí)繼承了先購(gòu)電后用電的管理模式,。電力部門(mén)的管理微機(jī)通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)對(duì)電能表進(jìn)行管理,，以防止用戶竊電；選用射頻卡作為用戶卡以解決IC卡易被污染和損壞的問(wèn)題,。
二,、電能表管理系統(tǒng)
為了降低成本，管理微機(jī)既作為電能表用電管理上位機(jī),，同時(shí)還和發(fā)卡機(jī)一起完成發(fā)卡任務(wù),。電能表管理系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 電能表管理系統(tǒng)圖
管理微機(jī)與發(fā)卡機(jī)通過(guò)C0M1來(lái)實(shí)現(xiàn)通信,，采用RS232C通信接口標(biāo)準(zhǔn),。管理微機(jī)與電能表通過(guò)COM2來(lái)實(shí)現(xiàn)通信,采用RS485通信接口標(biāo)準(zhǔn),。
發(fā)卡機(jī)具備射頻卡讀寫(xiě)功能,其主要作用是讀寫(xiě)射頻卡,與管理微機(jī)一起實(shí)現(xiàn)用戶的開(kāi)戶、交費(fèi),、注銷,、電量查詢等功能。
三,、基于射頻識(shí)別技術(shù)的電能表其主要的工作原理
1.用戶用電前須先到電力管理部門(mén)購(gòu)買射頻卡和預(yù)交電費(fèi),，由管理部門(mén)把用戶的信息及購(gòu)電量錄入管理微機(jī)并由發(fā)卡機(jī)寫(xiě)入射頻卡。
2.當(dāng)用戶持有效射頻卡掠過(guò)電能表時(shí),，電能表內(nèi)的讀寫(xiě)模塊首先對(duì)射頻卡進(jìn)行驗(yàn)證,，逋過(guò)驗(yàn)證后讀取射頻卡的信息，當(dāng)卡內(nèi)電費(fèi)充足時(shí)為用戶供電,同時(shí)把用戶信息寫(xiě)入EEPROM,且電能表開(kāi)始計(jì)量用電量,。
3.電能表釆用遞加計(jì)量的方式,用電量存儲(chǔ)在EEPROM中,，且用電量每增1度存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一次,電能計(jì)量精度為0.01度。
4.管理微機(jī)采用RS485串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)電表采集用電數(shù)據(jù),，用電數(shù)據(jù)經(jīng)管理微機(jī)處理后列出兩個(gè)名單（電量小于10度的黃名單與電量為0的黑名單）向網(wǎng)絡(luò)中的電能表廣播,。電能表在確認(rèn)用戶卡上了黃名單后聲音與指示燈報(bào)警，提醒用戶及時(shí)充值,，但電能表繼續(xù)為用戶供電,；電能表在確認(rèn)用戶卡上了黑名單后，聲音與指示燈報(bào)警,，且停止 為該用戶供電,，退出該用戶卡,電能表處于待機(jī)狀態(tài)。
5.用戶想終止用電,只需將射頻卡再次靠近電能表,電能表再次讀取射頻卡內(nèi)的信息,，把卡內(nèi)電量減去本次用電量,，且把運(yùn)算結(jié)果回寫(xiě)射頻卡內(nèi)。同時(shí)電能表斷開(kāi)繼電器,，停止為該用戶供電,。
6.電能表在為某用戶供電過(guò)程中，其它射頻卡則不能刷卡用電,，只有在電能表待機(jī)時(shí)才能接受另一用戶卡的刷卡,。由于有效讀卡距離僅為100mm左右，因此當(dāng)有卡路過(guò)某電能表時(shí),，卡與電能表距離較遠(yuǎn)不會(huì)觸發(fā)電能表,。
7.一張卡可以在不同的電能表中使用,且可以在多個(gè)電能表上同時(shí)使用。
8.在用電過(guò)程中如出現(xiàn)斷電,，通過(guò)備用電池將用戶本次用電量存入EEPROM中,。來(lái)電后,，電能表繼續(xù)為該用戶供電,。如用戶不想下次來(lái)電后繼續(xù)供電，只需將射頻卡再次靠近電能表，取消供電,來(lái)電后電能表將處于待機(jī)狀態(tài),。
四,、電能表系統(tǒng)硬件構(gòu)成
電能表硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示,，整個(gè)系統(tǒng)由七大部分組成：射頻卡讀寫(xiě)模塊,、電能計(jì)量模塊,、存儲(chǔ)器模塊,、通訊模塊,、顯示模塊,、電源模塊以及繼電器和聲光報(bào)警等,。
系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想,，以MCU為核心，將其他模塊有機(jī)的整合在一起,形成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng),。以下各節(jié)是系統(tǒng)各部分的具體設(shè)計(jì)方案,。
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖
五,、軟件模塊的構(gòu)成
5.1 軟件模塊的劃分
軟件釆用模塊化設(shè)計(jì),，共劃分為五大模塊（如圖3）,分別為與管理微機(jī)的通訊模塊、電能計(jì)量模塊,、聲光報(bào)警模塊、射頻卡讀寫(xiě)模塊以及黑黃名單的驗(yàn)證模塊,。為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)大模塊的功能，又把每個(gè)大模塊劃分為若干個(gè)相應(yīng)的功能子程序或小模塊,。主程序的作用是系統(tǒng)的初始化,、中斷管理和監(jiān)視以及各功能模塊的調(diào)用等。
圖3 軟件模塊結(jié)構(gòu)圖
5.2 主程序設(shè)計(jì)
設(shè)定MCU內(nèi)部RAM的78H作為黑,、黃名單標(biāo)志單元,，當(dāng)78H數(shù)據(jù)為#FFH時(shí),，指示用戶卡已上黑名單；當(dāng)78H數(shù)據(jù)為#FEH時(shí)，指示用戶卡已上黃名單；為其它數(shù)據(jù)則表明用戶卡未上黑（黃）名單,。在進(jìn)行黑,、黃名單驗(yàn)證時(shí),，程序根據(jù)驗(yàn) 證結(jié)果對(duì)RAM的78H寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的值,，以供主程序判斷,。RAM的79H作為在有無(wú)刷卡標(biāo)志單元,，如電表當(dāng)前已有用戶卡在消費(fèi)，79H的內(nèi)容為#FFH;當(dāng)無(wú)用戶卡在消費(fèi)（電表處于待機(jī)狀態(tài)）時(shí),79H的內(nèi)容為#00H;當(dāng)正在消費(fèi)的用戶卡第二次刷卡后,，79H的內(nèi)容為#FEH,此時(shí)主程序檢測(cè)到這一狀態(tài)后,，斷開(kāi)用戶供電，計(jì)算本次用電后用戶的電費(fèi)余額,，且將余額回寫(xiě)射頻卡,。
主程序流程圖如圖4,系統(tǒng)上電時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，開(kāi)放外部中斷0及串行口中斷,，然后等待中斷,。當(dāng)無(wú)刷卡中斷時(shí),則不斷循環(huán)檢測(cè)卡片標(biāo)志單元79H。
當(dāng)刷卡時(shí),，射頻接口模塊通過(guò)INTO請(qǐng)求中斷,，MCU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，調(diào)用讀卡子程序,，此時(shí)分為兩種情況:
1,、如電能表處于待機(jī)狀態(tài)，則接收刷卡,，讀出卡內(nèi)信息,，同時(shí)，置RAM中79H的值為#FFH,然后返回主程序。主程序調(diào)用黑黃名單驗(yàn)證子程序,，如用戶卡已上電量不足的黑名單則報(bào)警同時(shí)返回主程序,；當(dāng)用戶卡上電量小于10度的黃名單時(shí)報(bào)警但繼續(xù)為該用戶供電，直到電費(fèi)全部用完后停止供電,；當(dāng)用戶卡不上黑黃名單時(shí),，則正常為該用戶供電，同時(shí)調(diào)用電能計(jì)量程序,。
2,、如電能表處于非待機(jī)狀態(tài)，說(shuō)明電能表正在為一用戶卡供電,，此時(shí)首先判斷本次的刷卡卡號(hào)與正在用電的用戶卡號(hào)是否相同,，如相同則為該用戶的二次刷卡，射頻接口程序把RAM的79H置#00H,然后返回主程序,。主程序在檢測(cè)出79H的數(shù)據(jù)為#00H后,，判斷為是用戶取消供電，主程序調(diào)用電量核算程序,，把該用戶的卡內(nèi)余額電量減去本次的用電量得到新的電量余額,，然后調(diào)用寫(xiě)卡子程序把新的電量余額回寫(xiě)卡內(nèi)；如本次刷卡卡號(hào)與正在用電的用戶卡號(hào)不同,，則本次刷卡無(wú)效,。
電能表在執(zhí)行電能計(jì)量程序的過(guò)程中，也能響應(yīng)中斷程序,。在每次執(zhí)行了黑黃名單接收程序后,，進(jìn)行一次黑黃名簞驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)RAM的78H寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的值,，然后返回電能計(jì)量程序,。計(jì)量程序檢測(cè)78H的值，如為#FFH表明用戶卡已上新的黑名單,，調(diào)用報(bào)警程序,，然后切斷用戶供電，返回主程序,。
圖4 主程序流程圖
5.3 射頻接口程序
MFRC500能執(zhí)行有限的一些指令,并將這些指令傳輸?shù)?/span>MIFARE1用戶卡片上,，單片機(jī)對(duì)MFRC500的某一指令操作不是簡(jiǎn)單的一條指令所能完成的，須有一個(gè)程序序列來(lái)完成,，其中有對(duì)MFRC500硬件內(nèi)核寄存器的設(shè)置以及判斷。在進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)或增,、減值操作之前還須經(jīng)過(guò)復(fù)位應(yīng)答,、防碰撞、選卡及認(rèn)證過(guò)程。操作流程圖如圖6所示,。本設(shè)計(jì)釆用基于Keil C的C語(yǔ)言進(jìn)行編程,，調(diào)用Philips公司提供的基本庫(kù)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能。
圖5.電能計(jì)量程序
圖6.操作流程
六,、 安科瑞預(yù)付費(fèi)管理系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)硬件選型
6.1 遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)分為五大模塊,，分別是操作員登陸模塊、系統(tǒng)配置模塊,、租戶（商鋪）管理模塊,、售電管理模塊、報(bào)表中心模塊,，系統(tǒng)大致運(yùn)行和操作流程如下：
本系統(tǒng)所有的報(bào)表及記錄查詢,，都支持excel格式導(dǎo)出的功能。
（a）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配,，查看系統(tǒng)日志等功能,；
（b）系統(tǒng)設(shè)置：對(duì)建筑、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置,；
（c）租戶管理：對(duì)用戶執(zhí)行開(kāi)戶,、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘,、抄表導(dǎo)出及記錄查詢等操作,；
（d）售電管理：對(duì)已開(kāi)戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電,、沖正及記錄查詢等操作,；
（e）報(bào)表中心：提供售電財(cái)務(wù)報(bào)表、用能報(bào)表,、報(bào)警報(bào)表等查詢,。
6.2 應(yīng)用場(chǎng)所
（一）分布式商業(yè)
（二）連鎖門(mén)店
（三）物業(yè)管理企業(yè)
（四）分布式企業(yè)
（五）多分支院校
（六）智慧社區(qū)
6.3 平臺(tái)結(jié)構(gòu)
遠(yuǎn)程閥控集抄系統(tǒng)整體架構(gòu)
6.4 設(shè)備選型
注：預(yù)付費(fèi)儀表、電流互感器等應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回路電流大小等選擇配置,，安裝,、接線等由甲方負(fù)責(zé)。
七,、結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)解決了IC卡預(yù)付費(fèi)電能表存在的問(wèn)題,，同時(shí)繼承了先購(gòu)電后用電的管理模式。本設(shè)計(jì)形成產(chǎn)品后市場(chǎng)前景廣闊,對(duì)于我國(guó)電力市場(chǎng)的規(guī)劃管理將起到積極的作用,。
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