在電力企業管理信息系統不斷應用與普及的背景下，對多用戶預付費智能管理的需求也在不斷增加，尤其是電力企業目前使用的是遠程抄表系統。如何將信息發布與開關控制進行有機的整合，實現多用戶購售電信息的共享，正成為亟需解決的問題。

現今常用的多用戶遠程預付費控系統主要為基于瀏覽器／服務器（browser／server，B／S）架構的多用戶遠程預付費控系統與基于代碼式電能表的多用戶遠程預付費控系統。經市場調查研究發現，取得過多用戶遠程預付費控系統中電能表子系統具有很大的局限性，只能對電表數據進行讀取操作，無法對用戶遠程抄表、預付費進行系統的控制，不能實現完整的電力信息控制，存在經濟效益低下的問題。為了解決上述問題，對單相智能多用戶遠程預付費控系統優化設計進行研究。

取得過多用戶遠程預付費控系統的缺陷多存在于電能表子系統中。因此，選擇電能表子系統作為優化對象。為了增加系統的智能性，設計新的單相智能預付費控電能表子系統，具體優化設計過程如下。

微控制器是電能表子系統的核心控制元件，功能為讀取計量芯片電能數據、數據處理、計算脈沖計數、讀取時間、電能數據顯示與報警、通信以及遠程傳輸等。微控制器性能的高低直接決定電能表功能的實現效果。為此，選取一款高性能的微控制器，對電能表子系統功能的實現具有至關重要的作用。

選取微控制器時需要考慮下述幾個方面：一是功耗低；二是具備串行通信接口；三是具有較大的存儲空間；四是具備多個輸入與輸出接口；五是計數器功能強大；六是性價比高。結合上述，選取日本公司生產的78KO系列8位微控制器。78KO系列微控制器具備性價比高、功耗低、精度高等優勢，廣泛應用于汽車、電子、工業控制等領域。此次研究中，選取78K0527A微控制器作為電能表子系統的控制核心。78K0527A微控制器包含4組8位通用寄存器、1KB的隨機存取存儲器（random access memory，RAM）、128 KB的只讀存儲器（read-only memory，ROM）、看門狗定時器、時鐘輸出控制器、單電源Flash存儲器、低電壓檢測器、定時器等元件，具備按鍵中斷功能。微控制器功能引腳與外圍電路如圖1所示。

在單相電能表中，廣泛使用的是高精度的專用計量芯片。依據多用戶遠程預付費控系統需求，采用ATT7053A計量芯片7。ATT7053A實質上是一個具備串行外設接口（serial peripheral interface， SPI）的單相多功能計量芯片，工作電壓范圍為3.0～3.6 V，晶振頻率為5.53 MHz。電能計量芯片結構如圖2所示。

電能表供電線路為220V的高壓線路，專用計量芯片處理的信號為一定范圍內的電壓與電流信號。為此，需要采樣高精度的電壓、電流信號，保障采樣值在專用計量芯片信號處理的范圍之內，確保電能表的正常運作。另外，需要完成專用計量芯片與電能表高壓電力線路之間的電氣隔離，以保障電能表的安全。

在實際應用中，常采用電壓與電流互感器模擬并采集電壓與電流信號。其中，電壓互感器是一個帶有鐵芯的變壓器，由一次線圈、二次線圈、鐵芯以及絕緣體構成。根據變壓器原理可知，通過改變一次或者二次繞組的匝數，能夠產生不同的電壓比，即可構成不同比例的電壓互感器。電壓互感器的功能是將較高的電壓值依據特定比例轉換為較低的電壓值。電流互感器依據電磁原理構成，由繞組與閉合鐵芯組成。相比之下，二次繞組匝數較多。當電流互感器工作時，繞組通過串接方式與測量儀表電路連接。電流互感器工作狀態接近于短路，原因是二次回路在工作狀態下始終閉合，在測量交變電流時，電流互感器功能為電氣隔離與變流。

電壓信號采樣時，利用電壓互感器分壓的方式實現。電壓信號采樣后，采用電能專用計量芯片進行相關處理。電壓信號采樣電路如圖3所示。

在系統硬件設計的基礎上，進行單相智能預付費控電能表子系統軟件設計，主要包括主程序、電能數據計量與處理程序以及用電數據存儲程序設計，具體設計過程如下。

電能表子系統主程序設計步驟如下所示。

電能數據計量與處理是多用戶遠程預付費控系統的關鍵環節，功能為實時讀取時鐘讀數2，實現用戶電能的分時計量。以此為基礎，實現存儲用戶電能表用電數據信息、判斷剩余金額、電能報警以及預付費控制等功能。電能數據計量與處理程序中包括通信中斷模塊。該模塊依據用戶的剩余金額對用戶供電情況進行控制。當剩余金額大于零時，保障用戶的供電；若剩余金額較少時，提醒用戶繳費；若剩余金額小于零時，繼電器斷開，切斷該用戶的供電。當用戶續交費用后，系統通過遠程售電子系統，利用RS-486通信，下發允許合閘命令，恢復用戶的供電。電能數據計量與處理程序如圖5所示

在單相智能預付費控電能表子系統中，用戶用電數據的存儲是通過 EEPROM實現的。 EEPROM能夠保障在多種因素影響下，若發生掉電現象，存儲的用電數據不會消失，并可以長時間保存。用電數據存儲使用的是AT24C256芯片，存儲器接收微控制器的數據讀寫命令，從而完成用電數據的存儲寫入。

為了驗證優化系統的有效性與經濟效益，設計仿真對比試驗。試驗中的對比系統為基于B／S架構的多用戶遠程預付費控系統（系統1）和基于代碼式電能表的多用戶遠程預付費控系統與優化系統（系統2）。經濟效益主要由電費催收成本決定。常規情況下，電費催收成本越小，表明系統的經濟效益越好。試驗硬件參數如表2所示。

由圖7可知，在不同靜電數值下，優化系統的電費回收時間均低于系統1和系統2，說明該系統能夠抵御靜電干擾，有效降低電費回收所用時間。這是由于該系統在優化過程中，選取了220V的高壓線路，其能夠保障采樣值在專用計量芯片信號處理的范圍之內，進而保障電能表的正常運作。

②快速瞬變脈沖群。在遇到惡劣天氣時，電能表所處的供電線路極易產生瞬間的尖峰電壓。除此之外，電網中的各種電力設備受各種因素影響會發生突發故障。針對上述故障進行電網系統維修時，同樣會產生瞬時尖峰電壓。在此條件下，對比不同系統的電費回收所用時間。瞬變脈沖干擾下電費回收所用時間對比結果如圖8所示。

由圖8可知，與靜電干擾相比，不同系統的瞬變脈沖干擾下電費回收所用時間均有所降低，但是優化系統的優勢仍然十分明顯，其所用時間較高值僅為44s。通過不同條件下的電費回收所用時間對比結果可知，優化系統的應用效果更佳。

如表3所示，5次試驗中，優化系統的電費催收成本均小于取得過系統1和系統2，優化系統的電費催收成本較小值為98.9元，而系統1的電費催收成本較小值為118.9元，系統1的電費催收成本較小值為148.9元。這說明優化系統的經濟效益價值較高，充分驗證了該系統的應用價值。

將上述試驗結果與取得過代表系統相比較，優化系統的電費催收成本與電費回收所用時間較低。這充分說明優化單相智能多用戶遠程預付費控系統經濟效益較高，可以為電力企業帶來更高的利潤，也可以為用戶提供更加優質的服務。

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預付費電能表及DTSY-1352三相電子式預付費電能表配套的售電管理系統。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。主要完成電能表/水表參數設置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡便，實現物業公司遠程實時操作實時監控，具有良好的人機界面，能夠有效的統計和管理數據。安裝方便，是用電管理部門、商業廣場和物業小區，提高用電用水管理水平，解決收費難問題的理想產品。

清晰簡潔的展示所有房間狀態信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費用狀態等，進入房間詳情可對房間當前實時信息進行查看，并可了解當天用電量和使用金額情況，可對房間內的電表進行各種遠程控制操作，比如開戶、電價設置，售電、退電、報警金額設置、分合閘操作等等。

系統針對商鋪開戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價方案，單一電價、尖峰平谷電價、階梯電價等:支持預先設置開戶信息后期一鍵開戶;支持設置電表合額告警默認三級告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾號推送等。

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為了靈活應對用戶多種多樣的收費方案，比如物業費，房租，服務費等，系統支持用戶自定義收費項目。收費方式可設置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設置周期性收費或者一次性收費，可以按固定金額收費或者按房間面積換算等等。

某塊表為主表，然后分配關聯子表，系統每個月自動將主表的用電按比例換算成電費從子表中扣除，這樣可以剩余人工統計的麻煩。公攤方式多樣，可以根據比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費方式有直接扣費或者生成維費賬單。

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用戶可以在微信小程序或者微信公眾號自助查詢電表使用情況以及繳費。

針對取得過系統僅對電表數據進行讀取操作時存在的成本較高和耗時較長的問題，提出單相智能多用戶遠程預付費控系統優化設計方法。微控制器實現讀取計量芯片電能數據、數據處理、計算脈沖計數等功能。通過220V的高壓線路保障采樣值在專用計量芯片信號處理的范圍之內，實現電能表的正常運作。在此基礎上，通過系統軟件設計，實現用電數據的存儲、寫入與保存等功能。試驗結果表明，該系統能夠有效抑制干擾因素的影響、降低電費回收所用時間和電費催收成本、提升單相智能多用戶遠程預付費控系統應用性能，具有較高的應用價值與實用價值。