RFID智能電表技術(shù)方案與質(zhì)量評估

　　文/上海大屯能源股份有限公司行政服務(wù)中心 黃彬

　　隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和用電管理的精細(xì)化。RFID預(yù)付費智能電表得到了廣泛的應(yīng)用，目前國內(nèi)大中城市正在逐步推廣使用預(yù)付費智能電表。

　　隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和用電管理的精細(xì)化，RFID預(yù)付費智能電表得到了廣泛的應(yīng)用，與接觸式IC卡相比較，射頻卡具有以下優(yōu)點：①可靠性高�？ㄅc讀寫器之間無機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。例如：由于粗暴插卡，非卡外物插入，灰塵、油污導(dǎo)致接觸不良等原因造成的故障。②卡表面無裸露的芯片，無須擔(dān)心芯片脫落，靜電擊穿，彎曲損壞等問題。③操作方便、快捷。由于非接觸通信，讀寫器在1mm～1m范圍內(nèi)就可以對卡片操作，所以不必像IC卡那樣進(jìn)行插拔工作；非接觸卡使用時沒有方向性，卡片可以任意方向掠過讀寫器表面，可大大提高每次使用的速度。④防沖突。射頻卡中有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此讀寫器可以“同時”處理多張非接觸式射頻卡。⑤應(yīng)用范圍廣。射頻卡的存儲器結(jié)構(gòu)特點使它一卡多用，可應(yīng)用于不同的系統(tǒng)，用戶根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)定不同的密碼和訪問條件。⑥加密性能好。射頻卡的序列號是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號固化，不可再更改。射頻卡與讀寫器之間采用雙向驗證機(jī)制。

　　RFID預(yù)付費電能表管理系統(tǒng)概述

　　1.系統(tǒng)的構(gòu)成

　　基于RFID的預(yù)付費電能表管理系統(tǒng)屬于由上位機(jī)(預(yù)付費電能表管理系統(tǒng))和下位機(jī)(基于RFID的單相電能表)構(gòu)成的豐從式結(jié)構(gòu)。管理系統(tǒng)采用微機(jī)對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析和管理，電能表采用單片機(jī)系統(tǒng)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計量和對用戶負(fù)載進(jìn)行監(jiān)控，用射頻卡作為二者之間進(jìn)行信息交換的載體�；�于RFID的預(yù)付費售電系統(tǒng)主要由3個部分構(gòu)成：基于RFID的單相電能表、智能讀卡器和預(yù)付費電能表管理系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

　　2.系統(tǒng)的工作原理

　　本系統(tǒng)介紹的電子式預(yù)付費電能表是通過電能測量集成電路對電壓和電流的取樣信號進(jìn)行處理，并輸出與有功功率成正比的頻率信號；微處理器通過對脈沖計數(shù)來計算所消耗的電量。首先在銷售管理系統(tǒng)中建專用戶基本檔案信息，發(fā)行管理卡并充值，用戶將已充值的管理卡放在RFID預(yù)付費電能表感應(yīng)區(qū)內(nèi)，電能表讀取卡中數(shù)據(jù)，解密并判斷數(shù)據(jù)的有效性。MCU通過射頻芯片讀取卡的金額，將其存儲EPROM中，同時此卡清零。電能表將通過LCD顯示來提醒用戶充值成功。若數(shù)據(jù)有效則開啟電能表繼電器，允許用戶用電。同時，電能表將會自動把表記的當(dāng)前工作狀態(tài)、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)寫入到用戶卡中。當(dāng)用戶持卡再次充值時，管理部門能夠記錄用戶表的運行信息，以便監(jiān)測用戶的使用情況。當(dāng)用戶剩余電量用盡時，RFID預(yù)付費電能表將自動跳開繼電器，切斷電源，直到用戶持卡充值并重新刷卡后才能繼續(xù)恢復(fù)使用。

　　[$page]　　射頻卡式預(yù)付費電能表管理系統(tǒng)通過信息載體——射頻卡，實現(xiàn)信息的雙向傳遞，電能表用戶與預(yù)付費管理系統(tǒng)之間通過射頻卡建立聯(lián)系，實現(xiàn)電能使用的預(yù)付費管理。預(yù)付費電能表通過繼電器的開關(guān)動作，達(dá)到管理用戶預(yù)付費用電的目的。

　　RFID射頻卡預(yù)付費電能表系統(tǒng)設(shè)計

　　1.系統(tǒng)組成

　　RFID射頻卡預(yù)付費電能表應(yīng)用系統(tǒng)由RFID射頻卡、發(fā)卡器、智能讀卡器和PC管理機(jī)組成，如圖2所示。其中RFID射頻卡存放身份號(PIN)等相關(guān)數(shù)據(jù)，由發(fā)卡器將密碼和數(shù)據(jù)一次性寫入完成。發(fā)卡器實際上是一種通用寫卡器，直接與PC機(jī)的RS232出行口相連或經(jīng)過RS485網(wǎng)絡(luò)間接與PC機(jī)相連，由系統(tǒng)管理員管理，通過PC機(jī)設(shè)置或選擇好要寫入的數(shù)據(jù)，發(fā)出寫卡命令完成對RFID射頻R的數(shù)據(jù)及密碼的寫入。與讀卡器不同，發(fā)卡器往往處于被動地化，不主動讀寫進(jìn)入射頻能量范圍內(nèi)的射頻卡，必須接收PC機(jī)的命令才操作，即必須聯(lián)機(jī)才能工作；而智能讀卡器往往可以脫離PC管理機(jī)工作。智能讀卡器是主動操作的，只要RFID射頻卡進(jìn)入讀卡器大線射頻能量范圍，智能讀卡器便可讀寫卡中相關(guān)指定扇區(qū)的數(shù)據(jù)。

　　圖2為典型射頻卡應(yīng)用系統(tǒng)組成框圖，發(fā)卡器與智能讀卡器在硬件設(shè)計上大同小異，都是由單片機(jī)控制專用讀寫芯片(MFRC500)，再加上一些必要的外圍器件組成。

　　2.硬件設(shè)計

　　(1)射頻芯片

　　MFRC500是PHILIPS公司為RFID卡設(shè)計的專用讀卡芯片，它與射頻卡之間通信標(biāo)準(zhǔn)兼容ISO14443A，其功能框圖如圖3所示。

　　它內(nèi)部包括微控制器接口單元、模擬信號處理單元和ISO14443A規(guī)定的協(xié)議處理單元，以及RFID卡特殊的cryptol安全密鑰存儲單元。它可以與所有兼容Intel或Moto