智能無卡式電表的實現與應用前景

尚雅南 劉佳來(西安建筑科技大學信控學院 陜西 西安 710055)

1 智能電表基本原理與構造

智能電表包括:單片機、無線通信模塊、有功計量模塊、磁保持繼電器輸出開關、LCD顯示屏和電表電源;電表電源用于為智能電表中的用電元器件供電，單片機與有功計量模塊連接，其中CSE7758是用于電能計量的高性能、高精度集成電路，它將平均的有功功率以頻率的形式直接輸出，從而交給單片機進行進一步數據處理，單片機與無線通信模塊相連接形成串口通信，單片機與無線通信模塊能夠進行消息交互，無線通信模塊用于接收和發出信號能夠建立智能電表與用戶顯示模塊間的通信;單片機與磁保持繼電器輸出開關相連接，單片機通過電脈沖能夠控制磁保持繼電器輸出開關的開/閉狀態。LCD顯示屏與單片機相連接，單片機處理后的電量數據能夠顯示在LCD顯示屏上。

具有無線通信功能的智能電表結構，以STC15w413AS單片機為核心，置有LCD顯示屏、無線通信模塊采用藍牙藍牙模式、有功計量模(CSE7758)、磁保持繼電器輸出開關以及電表電源。智能電表具有累加剩余功能;具備二級報警切斷功能，人為不干預，5分鐘恢復用戶供電直至剩余電量用完，切斷電源;可向用戶裝置發送報警電量，提醒用戶購電;LCD顯示屏可顯示本次輸入電量或金額、顯示剩余電量。

2 智能電表在系統的工作方式

本電表的工作環境為基于無線混合通信系統，本電表以全新的方式能夠達到無卡智能預繳電費、高效準確電量信息傳送等目的。它是以一個系統方式運作，系統包括無線通信的智能電表、室內顯示裝置、智能移動設備、系統服務器，具有無線通信功能的智能電表存儲所屬用電戶的預付電費數值并同時記錄用電量，按用電量扣除預付電費余額，當降至電費余額警戒線時，將以藍牙通信的方式向室內顯示裝置主動發出警告信息，同時智能移動設備也將收到由接入室內無線網絡的室內顯示裝置通過無線網發出的警告信息。室內顯示裝置通過無線通信方式與智能電表進行信息交互，通過可視化界面可實現用戶室內用電信息查詢，同時還通過無線網與智能移動設備進行信息交互，將用戶電量信息傳遞給智能移動設備，方便用戶隨時隨地查詢用電數據，并且將該數據和充值數據通過網絡傳送至管理部門計算機服務器，以便供電管理方進行用電數據統計與記錄;計算機服務器記錄、存儲用電戶的預付電費數值，以及用電量信息并將預付電費信息下傳給智能移動設備，預付電費充值信息以上述通信方式再由智能移動設備傳回室內顯示裝置，最終傳至智能電表完成充值。

3 應用前景分析

隨著智能電網的發展，作為智能電網環節的重要組成部分，智能用電系統中的相關設備和消費者對該智能用電服務的需求仍在持續并快速增加。通過對其存量市場、增量市場、輪換市場等市場的細分，對智能用電系統市場進行研究和分析。

國際市場:目前，包括工商用戶、居民用戶在內的全球用電消費者數量龐大，共約有17億臺電表數量，若全面更換為智能電表等智能用電設備，市場規模將相當可觀。以智能電表為例，In－Stat研究指出，至2020年智能電表滲透率將達59%。全球智能電表安裝量將于2020年達到9．63億臺。預計2021年全球智能電表年收入將達到70億美元。智能用電管理系統得到大范圍的部署和發展是促進智能電表等發展的主要驅動因素。故智能用電管理系統國際市場需求潛力巨大。

國內市場:“十二五”期間，國網和南網在智能配用電建設方面的總投資約1，400億元，其中智能配電環節超過400億元，智能用電環節接近1，000億元。2017年我國智能電表市場規模將達到117億元，未來五年(2017－2021)年均復合增長率約為16．54%，2021年市場規模將達到216億元．另外，新一輪農村電網改造升級工程已啟動，而農網改造主要是配用電設施建設，這將為配電、用電智能化系統建設帶來更大的發展空間。

4 小結

本新型智能電表基于一種無線混合通信系統環境，實現了隨時隨地快捷查詢電量數據，實現電量數據可視化界面，電子器件間通信穩定等諸多優點。通過與電力公司合作還可以進一步完成在線繳費等諸多功能，在當前時期，電表更新換代迅速，需要類似于具有本智能電表優勢的計量器件，市場需求量巨大，應用前景廣泛。