一表多卡预付费电能表的设计与应用

一、 引言 

    预付费电能表因为其独特的应用优势有着较为广泛的使用。预付费电能表按照使用场合来分可分为两大类，一类是专用预付费电能表。简单地讲就是一表一卡，即每个用户单独使用一只电表，各个用户之间不能通用。每个电表只识别一个购电卡，同时每个购电卡也只能在一只电能表上使用。第二类是公用预付费电能表。也就是一卡多表或者讲一表多卡。其最大的特点是多个用户共有一个电表或者一个用户使用多个电表，并且每个电表对每个用户进行单独计量收费。一表多卡预付费电能表作为预付费电能表的一个分支也在越来越多的场合下使用。公用浇地表（即排灌用表）就是其一个较成功的例子。它不仅解决了收水费电费难的问题，而且又杜绝了以往固定交多少钱任意用水的严重浪费现象，符合社会节约用水的方针。 

二、 使用情况分析 

    一表多卡预付费电能表因其特定的使用环境，使其与专用预付费电能表存在很多差别。 

    环境影响恶劣。一表多卡电能表一般安装在野外露天的环境，沙尘、潮湿影响特别严重，因此对电表的密封性能有着较高的要求。此外，电表所在环境的干扰因素也很多，对电表的电磁兼容性能也有特殊的要求。使用频繁。一表多卡预付费电能表一般均为多个用户使用，使用的频率较高。例如，公用脱粒机用表在秋收农忙季节，每天的使用次数相当多。而在平时几乎停止使用。其关键部件如卡座等可能是专用预付费表使用次数的几百倍。维护困难。一表多卡预付费电能表的安装地点分散，给维护工作带来很大的不便。用时给电表在抗攻击和防窃电方面提出了新的要求。由于维护工作困难，对电表的可靠性和稳定性也有着严格的要求。 

三、 设计要点 

    针对上述使用特点，一表多卡预付费电能表的设计上应优先考虑针对使用的设计方案。设计时要重点对以下几点多加考虑。 

    选用密封性能好的电表结构件，防止湿气、沙尘的影响。对电表的印刷电路板采三防工艺处理。提高电表对恶劣环境及天气的耐受力。关键元器件采用高质量的产品。对于易磨损的卡座等器件要使用寿命长的产品品牌，同时卡座上要有防止人为攻击的措施。如果有可能的话，可选用非接触卡,如射频卡，从根本上解决磨损问题。 

    加强电磁兼容设计，提高电表抗干扰的能力。一表多卡预付费电能表安装地点一般在变压器周围或末端，而且可能有高压线路经过，电磁干扰情况严重。增强容错措施。强化对异常状态的处理，及时对电表及负载进行保护，防止异常状态进一步扩大。由于一表多卡预付电能表的使用频率高，出现故障的可能性也相对较高。电能表应能在出现异常的情况下保护故障现场，记录出现故障时的现场数据，以便在调查故障原因时提供参考。同时电能表还应及时转入禁止使用状态，强制管理人员维修或更换，防止更大的损失。 

四、设计实例 

    根据一表多卡预付电能表的设计要点，下面介绍一种设计方案，该方案主要是面向农业排灌用电表而设计的，而且目前已经在广大农村大量使用，经过了实用考验。图1是电表的组成框图。 

图1：方案组成框图

    该方案采用数据计量芯片作为电表的计量部分，采用飞思卡尔半导体公司的MC68HC908JL8作为主处理MCU，采用非接触卡作为购电卡，整个方案简单实用。

    本方案的核心是MC68HC908JL8芯片。它是飞思卡尔半导体公司(原摩托罗拉半导体公司)比较成熟的一款单片机，在电表应用上已有先例，如多费率电能表等。

    MC68HC908JL8不仅配置较好，性能稳定可靠，而且价格适中，在电能表价格越来越低的趋势下，比较适合用于预付费电能表。而且它可以在线编程，对于以后软件升级，增加功能提供方便的手段。 

    本方案的计量部分采用数字计量芯片ADE7752。它是美国AD公司的三相数字计量芯片，抗干扰好，且计量准确稳定。 

    本表采用双显示输出，即采用LED屏加计度器显示的模式。计度器显示总电量，LED屏显示剩余电量及其它提示信息。存贮器采用MICROCHIP的24系列EEPROM，保存设置参数及运行记录。控制输出部分采用普通继电器，并且有限流保护。 

    本方案的一个亮点是采用非接触卡的方式进行工作。由于一表多卡预付费电能表要频繁使用，特别时排灌用表更是频繁地输电取电，卡座极易磨损，造成接触不良，影响到电表正常使用。而采用非接触卡就没有此类情况发生。本方案中采用高速射频卡，读写速度相当快，避免因抖动造成读写不成功的现象。