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摘要：本设计解决了IC卡预付费电能表存在的问题，同时继承了先购电后用电的管理模式。 电力部门管理计算机通过RS485网络对电能表进行管理，防止用户窃电； 射频卡作为用户卡使用，解决了IC卡容易被污染和损坏的问题。

关键词：IC卡预付费电能表； RS485网络； 射频卡

一、简介

IC卡预付费电能表采用先购电后用电的管理模式，在一定程度上解决了电力部门电费收取难的问题。 然而，IC卡预付费电能表存在较大问题。 首先，由于电力部门缺乏对IC卡电能表用户的监管，当IC卡被破解时，很难发现和查处，给国家造成了很大的电费损失。 ; 其次，IC卡容易被污染和损坏。

本次设计的主要目的是解决IC卡预付费电能表存在的问题，同时继承先购电后用电的管理模式。 电力部门管理计算机通过RS485网络对电能表进行管理，防止用户窃电； 采用射频卡作为用户卡，解决了IC卡容易被污染和损坏的问题。

2、电能表管理系统

为降低成本，管理微机既作为电能表用电量管理的上位机，又与发卡机一起完成发卡任务。 电能表管理系统如图1所示。

图1 电能表管理系统框图

管理微机与发卡机通过C0M1通讯，采用RS232C通讯接口标准。 管理计算机与电能表通过COM2实现通讯，采用RS485通讯接口标准。

发卡机具有读写射频卡功能。 它的主要功能是读写射频卡。 与管理电脑配合，可实现用户的开户、缴费、注销、电量查询等功能。

三、基于射频识别技术的电能表的主要工作原理

1、用户用电前必须到电力管理部门购买射频卡并预缴电费。 管理部门将用户信息和购电信息录入管理计算机，发卡机构将其写入射频卡。

2、当用户持有效射频卡通过电能表时，电能表中的读写模块首先对射频卡进行校验，校验通过后读取射频卡的信息，为电能表供电。当卡内电量充足时，将用户信息写入EEPROM，电能表开始计量用电量。

3、电能表采用增量计量方式，用电量存储在EEPROM中，用电量每1度存储一次，电能计量精度为0.01度。

4、管理微机采用RS485串行通讯接口标准，定时采集联网各电表的用电数据。 用电数据经管理微机处理后，列出两个列表（功率小于10度的黄色列表和0度的黑色功率列表）广播到网络中的电能表。 电能表确认用户卡在黄名单后，声音和指示灯报警提醒用户及时充电，但电能表继续为用户供电； 电能表确认用户卡在黑名单后，声音和指示灯报警并停止给用户供电，退出用户卡，电能表处于待机状态。

5、用户若想终止用电，只需将射频卡再次靠近电能表，电能表再次读取射频卡中的信息，将电量减去当前用电量卡，并将计算结果写回射频卡。 同时，电能表断开继电器，停止向用户供电。

6、电能表在给用户供电时，不能刷其他射频卡用电。 电能表只有在待机状态下才能接受其他用户的卡。 由于卡的有效读卡距离只有100mm左右，当卡经过电能表时，卡与电能表的距离不会触发电能表。

7、一张卡可用于不同的电能表，也可同时用于多台电能表。

8、如果在用电过程中出现停电，用户当前的用电量会通过后备电池存储在EEPROM中。 来电后，电能表继续为用户供电。 如果下次通话后用户不想继续供电，只需将射频卡再次靠近电能表，取消供电，通话后电能表将进入待机状态。

4、电能表系统的硬件组成

电能表的硬件结构如图2所示，整个系统由七大部分组成：射频卡读写模块、电能计量模块、存储模块、通讯模块、显示模块、电源模块、继电器及声光报警等。

系统采用模块化设计思想，以MCU为核心，将其他模块有机集成在一起，形成一个统一的系统。 以下各部分是系统各部分的具体设计方案。

图2 系统结构框图

5. 软件模块组成

5.1 软件模块划分

软件采用模块化设计，分为五个模块（如图3所示），分别是与管理计算机通讯模块、电能计量模块、声光报警模块、射频卡读写模块、黑黄名单验证模块。 为了实现每个大模块的功能，将每个大模块分成若干个相应的功能子程序或小模块。 主程序的作用是系统的初始化，中断管理和监控，以及各个功能模块的调用。

图3 软件模块结构图

5.2 主程序设计

设置单片机内部RAM的78H作为黑黄名单标志单元。 当78H的数据为#FFH时，表示用户卡已上黑名单； 当78H的数据为#FEH时，表示该用户卡已上黄名单； 对于其他数据，则表示该用户卡不在黑（黄）名单中。 进行黑黄名单校验时，程序根据校验结果将相应的值写入RAM 78Hic卡预付费电表 偷电图，供主程序判断。 RAM的79H作为是否刷卡的标志单元。 如果该表当前被用户卡消费，则79H的内容为#FFH； 无用户卡消费时（电表待机），79H内容为#00H； 当正在消费的用户卡第二次刷卡后，79H的内容为#FEH。 此时主程序检测到该状态后，断开用户电源，计算用户本次用电后的电费余额，并将余额写回射频卡。

主程序流程图如图4所示。系统上电时，系统初始化，打开外部中断0和串口中断，然后等待中断。 当没有刷卡中断时，连续循环检测卡标志单元79H。

刷卡时，RF接口模块通过INTO请求中断，MCU响应中断请求调用读卡子程序。 这时候有两种情况：

1、如果电能表处于待机状态，接收刷卡，读取卡内信息。 同时将RAM中79H的值设置为#FFH，然后返回主程序。 主程序调用黑白名单验证子程序。 如果用户卡在电量不足的黑名单中，则报警并同时返回主程序； 用完后停止供电； 当用户卡不在黑黄名单上时，正常为用户供电，同时调用电能计量程序。

2、如果电能表没有处于待机状态，则说明电能表正在给用户卡供电。 这时先判断本次的卡号是否与正在用电的用户的卡号相同。 如果相同，则为用户的第二张卡。 射频接口程序将RAM的79H设置为#00H，然后返回主程序。 主程序检测到79H的数据为#00H后，判断用户取消了供电。 主程序调用电量计算程序，将用户卡余额减去当前电量，得到新的电量余额，再调用写卡子程序将新的电量余额写回卡内； 如果本次刷卡的卡号与用电用户的卡号不同，则本次刷卡无效。

电能表在电能计量程序执行过程中也可以响应中断程序。 每次执行黑黄名单接收程序后，进行一次黑黄名校验，并根据校验结果将相应的值写入RAM 78H，然后返回电能计量程序。 测量程序检测到78H的值，如果是#FFH，说明用户卡已经加入新的黑名单，调用报警程序ic卡预付费电表 偷电图，然后切断用户电源，返回主程序。

图4 主程序流程图

5.3 电能计量程序设计

电能计量子程序流程图如图5所示。电能计量采用递增方式。 单片机P3.4（T0）端输入电表脉冲，共3200个脉冲为一度电。 用电量存储在EEPROM中，每增加1度电就重新存储电量，管理微机定时从每个电表的EEPROM中采集用电量数据。

5.4 射频接口程序

MFRC500可以执行一些有限的指令，并将这些指令传送给MIFARE1用户卡。 单片机对MFRC500某条指令的操作不是一条简单的指令就能完成的。 它必须有一个程序序列来完成它。 核心寄存器的设置和判断。 在读写数据或进行增减操作之前，必须经过复位响应、防冲突、选卡和鉴权等过程。 运行流程图如图6所示。本设计采用基于Keil C的C语言进行编程，调用Philips提供的基本库函数实现各种功能。

图 5. 电能计量程序

图 6. 操作流程

5.5 软件调试与仿真

本设计使用Keil uVision2调试单片机软件，管理计算机的管理数据库采用SQL server 2000编写。经过多次软件修改和电路调试，实验成功，电能表可以实现设计期望的功能，包括多用户射频卡的读写、与主机的通信、电能计量、显示、存储等。

6、安科瑞预付费管理系统及现场硬件选型

6.1 远程预付费控制系统

系统分为五个模块，分别是操作员登录模块、系统配置模块、租户（店铺）管理模块、售电管理模块、报表中心模块。 系统的一般运行和运行流程如下：

本系统所有报表、记录查询均支持excel格式导出功能。

(a) 登录管理：管理操作员账号及权限分配，查看系统日志等功能；

(b) 系统设置：配置建筑物、仪器和默认参数；

(c) 租户管理：为用户进行开户、销户、远程开、关、抄表导出、记录查询等操作；

(d) 售电管理：对已开户的电表进行远程售电、退票、更正、记录查询等操作；

(e) 报表中心：提供售电量财务报表、能耗报表、告警报表等查询。

6.2 申请地点

（一）分布式业务

(2) 连锁店

(3) 物业管理公司

（四）分布式企业

(5) 多分支机构

(6) 智慧社区

6.3 平台结构

远程阀控集中复制系​​统总体结构

6.4 设备选择

注：应根据现场回路电流大小配置预付费电表、电流互感器等。 甲方负责安装接线。

6.5. 商业模式

自建平台可搭建在用户数据中心或监控中心等，硬件客户可参考我们推荐的系统设备配置参数购买或申请阿里云服务器。

安科瑞指导客户完成平台建设和运营管理团队的培训。 如果客户没有技术实力维护，也可以选择由安科瑞进行有偿维护。

对于成本要求严格的，可以选择安科瑞平台托管。 客户可以管理自己的数据，不能获取其他客户的数据。

七、结论

本设计解决了IC卡预付费电能表存在的问题，同时继承了先购电后用电的管理模式。 设计形成后，市场前景广阔，将对我国电力市场的规划和管理起到积极的作用。