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摘要：由于现有系统仅读取电表数据，存在成本高、耗时长的问题。 为此，对单相智能多用户远程预付费控制系统的优化设计进行了研究。 选用电能表子系统作为优化对象，选用78KO527A单片机作为电能表子系统的控制核心，采用带SPI接口的ATT7053A芯片作为单相多功能计量芯片，采样值保证在专用计量芯片的信号处理范围内，实现电能表的正常工作。 在硬件设计的基础上，设计了电能表子系统的主程序、电能数据计量处理程序和用电量数据存储程序，实现用电量数据的存储、写入和保存功能，以及完成单相智能多用户远程控制预付费控制系统优化。 测试结果表明，使用优化后的系统后，电费收取成本明显降低，所花费的时间也减少了。 、管理和开发提供保障，适合大力推广使用。

关键词：单相智能； 多用户; 预付款控制； 微控制器； 电表子系统； 电能计量芯片； 数据计量； 数据存储; 信号采样电路

0 前言

在电力企业管理信息系统不断应用和普及的背景下，多用户预付费智能管理的需求也越来越大，尤其是电力企业目前使用的远程抄表系统。 如何将信息发布与开关控制有机结合，实现多用户购售电信息共享，成为亟待解决的问题。

目前常用的多用户远程预付费控制系统主要是基于浏览器/服务器（B/S）架构的多用户远程预付费控制系统和基于编码电能表的多用户远程预付费控制系统。 根据市场调研，现有的多用户远程预付费控制系统中的电能表子系统存在很大的局限性。 它只能读取电表的数据，不能系统地控制用户的远程抄表和预付费。 ，不能实现完全的电力信息控制，存在经济效益不高的问题。 为了解决上述问题，对单相智能多用户远程预付费控制系统的优化设计进行了研究。

1 系统优化设计

现有的多用户远程预付费控制系统的缺陷主要存在于电能表子系统。 因此，电能表子系统被选为优化对象。 为了增加系统的智能化程度，设计了一种新型的单相智能预付费控制电能表子系统。 具体优化设计过程如下。

1.1 电能表子系统硬件设计

1.1.1 微控制器选择

单片机是电能表子系统的核心控制元件。 其功能是读取计量芯片的电能数据、数据处理、计算脉冲计数、抄表时间、电能数据显示和报警、通信和远传等。单片机的性能好坏直接决定了实现效果电能表的作用。 为此，选择一款高性能的单片机对实现电能表子系统的功能起着至关重要的作用。

选择单片机需要考虑以下几个方面：第一，低功耗； 二、具有串行通讯接口； 三、存储空间大； 第四，具有多个输入输出接口。 五、计数器功能强大； 六是性价比高。 综合以上，选用日本公司生产的78KO系列8位单片机。 78KO系列单片机具有高性价比、低功耗、高精度等优点，广泛应用于汽车、电子、工控等领域。 本研究选用78K0527A单片机作为电能表子系统的控制核心。 78K0527A微控制器包括4组8位通用寄存器、1KB随机存取存储器（random access memory，RAM）、128 KB只读存储器（read-only memory，ROM）、看门狗定时器、时钟输出控制器件、单电源Flash存储器、低电压检测器、定时器等组成，具有按键中断功能。 单片机功能引脚及外围电路如图1所示。

1.1.2 电能计量芯片选择

在单相电度表中，广泛采用高精度专用计量芯片。 根据多用户远程预付费控制系统的要求，采用了ATT7053A计量芯片7。 ATT7053A本质上是一个具有串行外设接口（SPI）的单相多功能计量芯片。 工作电压范围为3.0-3.6 V，晶振频率为5.53 MHz。 电能计量芯片结构如图2所示。

图2 电能计量芯片结构图

ATT7053A电能计量芯片管脚功能表1。

表1 ATT7053A电能计量芯片引脚功能表

1.1.3 信号采样电路设计

电能表供电线路为220V高压线，经过专用计量芯片处理的信号为一定范围内的电压电流信号。 为此，需要对高精度的电压、电流信号进行采样，保证采样值在专用计量芯片的信号处理范围内多用户预付费电表，以保证电能表的正常工作。 此外，还需要完成专用计量芯片与电能表高压电源线之间的电气隔离，以保证电能表的安全。

在实际应用中，常采用电压电流互感器来模拟和采集电压、电流信号。 其中，电压互感器是一种铁芯变压器，它由初级线圈、次级线圈、铁芯和绝缘体组成。 根据变压器原理可知，通过改变初级或次级绕组的匝数，可以产生不同的电压比，就可以构成不同变比的电压互感器。 电压互感器的作用是将较高的电压值按一定比例转换成较低的电压值。 电流互感器是根据电磁原理，由绕组和封闭铁芯组成。 相比之下，次级绕组的匝数更多。 电流互感器工作时，绕组与测量仪表电路串联。 电流互感器的工作状态接近于短路，因为在工作状态下二次回路始终处于闭合状态。 在测量交流电时，电流互感器的作用是电气隔离和电流转换。

对电压信号进行采样时，是通过电压互感器分压实现的。 电压信号采样后，使用电能专用计量芯片进行相关处理。 电压信号采样电路如图3所示。

图3 电压信号采样电路图

利用电流互感器实现电流信号采样，采集到的电流信号通过两个差分输入信号端传送到专用电能计量芯片进行处理。

以上过程完成了电能表子系统的硬件设计。 为了实现对多用户远程预付费的有效控制，需要对电能表子系统软件进行设计。

1.2 电能表子系统软件设计

在系统硬件设计的基础上，进行了单相智能预付费控制电能表子系统的软件设计，主要包括主程序、电能数据计量与处理程序、电能数据存储程序。设计。 具体设计过程如下。

1.2.1 子系统主程序设计

电能表子系统的主要程序设计步骤如下。

① 电能表子系统初始化。

②脉冲信号采集 10

③ 读取时钟模块中的当前时间，包括高峰时间、高峰时间、正常时间和低谷时间。

④ 累加上述采集的高峰时段、高峰时段、正常时段和低谷时段电量。

⑤ 用户用电数据存储。

⑥显示用户用电数据。

⑦ 判断子系统是否接收到通信命令，若接收到通信命令，转步骤⑧； 如果没有收到通讯指令，转步骤②。

⑧ 执行通信模块，输出电能表的处理结果。

图4为电能表子系统的主要程序设计流程。

图4 电能表子系统主程序设计流程图

以上过程完成了电能表子系统主程序的设计，为电能数据测量处理程序和数据存储程序的设计做准备。

1.2.2 电能数据计量处理程序设计

电能数据的测量和处理是多用户远程预付费控制系统的关键环节。 其作用是实时读取时钟读数2，实现对用户电量的分时测量。 以此为基础，实现了用户电能表用电数据信息的存储、剩余电量判断、电能报警和预付费控制等功能。 该电能数据计量处理程序包括通信中断模块。 该模块根据用户的剩余电量来控制用户的供电情况。 当剩余量大于零时，保证用户供电； 余额不足时，提示用户支付； 如果剩余量小于零，则继电器断开，切断用户电源。 用户继续缴费后，系统通过RS-486通讯通过远程售电电子系统发出合闸指令，恢复用户供电。电能数据计量处理程序如图5所示

图 5 电能数据测量及处理程序框图

1.2.3 用电数据存储方案设计

在单相智能预付费控制电能表子系统中，用户用电数据的存储是通过EEPROM实现的。 EEPROM可以保证在各种因素的影响下，如果发生断电，存储的功耗数据不会消失，可以长期保存。 AT24C256芯片用于功耗数据存储，存储器接收单片机的数据读写命令，完成功耗数据的存储和写入。

电量数据存储程序的步骤如下：

①启动PC顺序：

②发行读写地址：

③单片机接收到存储器的确认信号：

④ 下发存储单元地址：

⑤ 单片机接收到存储器的确认信号，停止信号序列。

通过以上硬件和软件的设计，完成了单相智能预付费控制电能表子系统的设计，实现了单相智能多用户远程预付费控制系统的优化，提供更有效的系统支持电力企业。

2个模拟测试点

为验证优化后系统的有效性和经济效益，设计了仿真对比实验。 测试对比系统为基于B/S架构的多用户远程预付费控制系统（系统1）和基于编码电能表的多用户远程预付费控制系统及优化系统（系统2）。 经济效益主要由集电成本决定。 一般情况下，电费收取成本越小，系统的经济效益越好。 实验硬件参数如表2所示。

表2 测试硬件参数

2.1 测试准备

为保证仿真比对试验的顺利进行，首要任务是建立试验流程。 测试流程如图6所示。

图6 测试流程图

按照图6所示的测试流程，进行仿真对比测试。

2.2 电费回收时间对比

单相智能多用户远程预付费控制系统可大大提高电力企业的工作效率，为相关单位提供一种抄录、提醒、催收的新模式。 测试以某站区为对象，比较不同系统回收电费的时间。 电费回收所用时间的计算公式为：

T=T1+T2+T3

式中：T为电费回收所用总时间； T1为抄表时间； T2为记账时间； T3 是用于充电的时间。

单相智能多用户远程预付费控制系统在运行过程中会受到静电、快速瞬变等干扰因素的影响。 为充分验证优化后系统的性能，将上述两个干扰因素作为对比验证的前提。

①静电干扰。 智能电能表系统在设计过程中，由于使用了大量的电子元器件，在很大程度上受到静电的干扰。 另外，智能电能表在使用过程中会通过手接触产生静电。 静电干扰下电费回收时间对比如图7所示。

图7 静电干扰下电费回收时间对比

从图7可以看出，在不同的静电值下，优化后的系统恢复时间均低于系统1和系统2，说明系统能够抵抗静电干扰，有效降低了电费恢复时间. 这是因为系统在优化过程中选择了220V的高压线，可以保证采样值在专用计量芯片的信号处理范围内，从而保证电能表的正常工作。

②快速瞬变突发。 恶劣天气下，电能表所在的供电线路容易出现瞬时尖峰电压。 此外，由于各种因素，电网中的各种电力设备也会突然发生故障。 电网系统因上述故障进行检修时，也会产生瞬时峰值电压。 在此条件下，比较不同系统的电费恢复时间。 瞬态脉冲干扰下电荷恢复的时间对比结果如图8所示。

图8 瞬态脉冲干扰下电费回收时间对比

从图8可以看出，与静态干扰相比，不同系统在瞬变脉冲干扰下用于电费回收的时间有所减少，但优化后的系统优势仍然非常明显，所用时间的最高值只有44s。 通过不同条件下电费回收所用时间的对比结果可以看出，优化系统的应用效果较好。

2.3 集电成本对比分析

为进一步验证系统的实际应用效果，以集电成本作为对比指标，集电成本对比如表3所示。

表 3 集电成本对照表

注：表中数据单位为元

如表 3所示，在五个实验中，优化系统的集电成本低于现有系统1和系统2，优化系统的最低集电成本为98.9元，而集电成本小系统1的成本为118.9元，系统1收取电费的最低成本为148.9元。 这表明优化系统的经济效益价值较高，充分验证了系统的应用价值。

将上述测试结果与现有代表性系统进行对比，优化后系统的取电成本和取电时间均较低。 这充分说明，优化单相智能多用户远程预付费控制系统具有较高的经济效益，可以为电力企业带来更高的利润，也可以为用户提供更好的服务。

3 Acrelcloud-3200预付费水电云平台

3.1 概述

AcrelCloud-3200预付费水电云平台是Acrel公司开发的与DDSY-1352单相电子式预付费电能表、DTSY-1352三相电子式预付费电能表配套的售电管理系统。 此外，可选用远传阀控水表，组成水电一体化预付费系统，达到先缴费后用水的目的，剩余水用完阀门自动关闭。 主要完成电能表/水表的参数设置、商户售电/售水管理和能耗管理。 操作简单，实现物业公司远程实时操作和实时监控。 安装方便，是电力管理部门、商业广场、物业小区提高用电用水管理水平，解决充电难问题的理想产品。

3.2 应用场所

本平台适用于公寓租户、商业广场、公寓酒店、物业小区、写字楼、物流仓储、高校、连锁超市、智慧园区、农贸市场等场所。

3.3 系统结构

3.4 系统功能

3.4.1 房间监控

清晰简洁显示所有房间状态信息，所属楼宇楼层、掉线情况、费用状态等，进入房间详情查看房间当前实时信息，了解当前电量当天的用电量和用量，并可查看房间内的电表进行各种远程控制操作，如开户、电价设置、售电、取电、报警量设置、开、关操作等.

3.4.2 电子账户开表

系统不仅支持一户一表开店开户，还支持一户挂多表； 支持自定义电价方案、单次电价、峰谷电价、阶梯电价等：支持预先设置开户信息，后期一键开户； 支持设置 电表余额报警默认三级报警，也可自定义报警量和次数。 推送方式支持手机短信、APP推送、邮件、语音外呼、公众号推送等。

3.4.3 费用支付

可对已开户的电表进行远程充值，电费实时发送至电表。 电表会根据用电量实时扣除电费。 同时，系统还支持提前计费。 金额打入系统账户，到账快速稳定。

3.4.4 财务管理

订单概览，包括系统中所有的水电充值退款记录，以及物业费扣款记录。 收入画像，可以从日、月、年、时间跨度等不同维度统计水电费收入和收入构成。

3.4.5 报告

系统还提供多种报表供查询。 用电量综合报表，帮助财务统计商铺总用电量、峰谷用电量和电费单，能耗同比分析，并可对比各月与同期的用电量差距去年。 能耗日报表、月报表、年报表，按照日、月、年三个不同维度查询各阶段电表的能耗情况。

3.4.6 批量操作

为方便用户对大量电表的管理和设置，可在系统中新建批量操作任务，如设置电价、电表控制、电表设置、充值等，批量任务可执行立即或定期。

3.4.7 自定义计费方案

为灵活应对用户多种收费方案，如物业费、租金、服务费等多用户预付费电表，系统支持用户自定义收费项目。 计费方式可设置直接从账户扣款或生成催款单、设置周期计费或一次性计费、定额计费或按房间面积折算等。

3.4.8 公共区域用电分配

指定某个表作为主表，然后分配关联的子表。 系统每月自动将主表的用电量转换成电费从分表中扣除，省去了人工统计的麻烦。 分摊的方式多种多样，有按比例分摊、按房间面积分摊、按使用情况分摊等。 收费方式包括直接扣除或产生维修费。

3.4.9 后付费模式

按日期生成后付费用户周期用电量，确认数据后生成缴费单，方便跟踪客户缴费情况，导出缴费单和欠费单通知客户。

3.4.10 公众号在线支付

用户可在微信小程序或微信公众号进行自助查表和缴费。

3.5 系统硬件配置

4。结论

针对现有系统仅读取表表数据成本高、耗时长的问题，提出一种单相智能多用户远程预付费控制系统的优化设计方法。 单片机实现读取计量芯片电能数据、数据处理、计算脉冲计数等功能。 220V高压线保证采样值在专用计量芯片的信号处理范围内，实现电能表的正常工作。 在此基础上，通过系统软件设计，实现了用电数据的存储、写入和保存功能。 测试结果表明，该系统能够有效抑制干扰因素的影响，减少电费收取的时间和成本，提高单相智能多用户远程预付费控制系统的应用性能，具有较高的应用价值和应用价值。实用价值返回搜狐查看更多