非接觸式預(yù)付費(fèi)智能電表設(shè)計(jì)方案

本文旨在通過(guò)對(duì)恩智浦半導(dǎo)體智能電表解決方案的介紹，使大家對(duì)非接觸式預(yù)付費(fèi)智能表系統(tǒng)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。本文還對(duì)一些常見問(wèn)題做出了回答，諸如：
　　非接觸式預(yù)付費(fèi)智能表系統(tǒng)是如何工作的？

　　非接觸式技術(shù)帶來(lái)哪些益處？

　　公用事業(yè)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？

　　智能卡在測(cè)量系統(tǒng)中起什么作用？

　　預(yù)付費(fèi)智能表系統(tǒng)需要什么程度的安全級(jí)別？

　　使用非接觸式預(yù)付費(fèi)智能表系統(tǒng)時(shí)需要考慮哪些關(guān)鍵問(wèn)題？

　　智能電表系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　日益緊張的能源供給和上漲的能源成本迫使電力供應(yīng)商更有效地計(jì)算、監(jiān)測(cè)和控制電能分配。

　　電網(wǎng)的老化和近年來(lái)屢次出現(xiàn)的電力中斷現(xiàn)象很清楚地顯示出輸電網(wǎng)的使用已經(jīng)達(dá)到極限。因此電網(wǎng)公司需要更多的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算分析，以更有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格買賣電能。

　　全世界的政府機(jī)構(gòu)都很重視可再生能源方面的技術(shù)，美國(guó)奧巴馬政府斥資45億美元鼓勵(lì)創(chuàng)新和促進(jìn)可再生能源科技的推廣使用。其中創(chuàng)新之一便是公用事業(yè)智能表的改革。中國(guó)政府也于日前宣布了高規(guī)格的智能電網(wǎng)計(jì)劃。這些計(jì)劃將給智能電表行業(yè)帶來(lái)前所未有的發(fā)展契機(jī)。

　　智能表允許家用和商用電能系統(tǒng)自動(dòng)將電能消費(fèi)紀(jì)錄傳給公用事業(yè)管理中心和終端使用者，允許每個(gè)人跟蹤其電能使用情況并隨時(shí)調(diào)節(jié)使用量。如果用戶家中有數(shù)字工具可控制電能使用量，則在用電高峰時(shí)期輸電網(wǎng)的最大負(fù)荷就可減少高達(dá)15%,未來(lái)20年里不用再建新的發(fā)電廠和配套基礎(chǔ)設(shè)施，由此可節(jié)省700億美元。

　　從長(zhǎng)期來(lái)看，保護(hù)環(huán)境的需要使得很多國(guó)家不得不另辟蹊徑以節(jié)約能源并減少石油消費(fèi)和二氧化碳的排放量；另外，政府和公司也希望減少偷電等欺詐行為。

　　非接觸式預(yù)付費(fèi)智能電表系統(tǒng)可解決這些難題，同時(shí)使智能卡和智能電表系統(tǒng)更加安全。

　　預(yù)付費(fèi)智能表系統(tǒng)

　　1.什么是預(yù)付費(fèi)智能表？

　　預(yù)付費(fèi)意為預(yù)先支付公用事業(yè)服務(wù)費(fèi)用，例如水電費(fèi)、煤氣費(fèi)等。一張非接觸式智能卡就能記錄所有信息，包括用戶的使用時(shí)間、用量和花費(fèi)。

　　2. 預(yù)付費(fèi)智能卡是如何工作的？

　　首先，消費(fèi)者為支付公用事業(yè)費(fèi)用可通過(guò)銀行、非接觸式終端機(jī)或者互聯(lián)網(wǎng)向非接觸式智能卡上充值；然后，在消費(fèi)者家中，智能卡中的充值金額可轉(zhuǎn)到非接觸式智能表中，消費(fèi)者就可安心享用公用事業(yè)服務(wù)了；如智能卡中余額不足，消費(fèi)者可在商店購(gòu)買充值卡向智能卡中充值即可。消費(fèi)者家中也可留一張備用卡，以防智能卡中余額不足或者消費(fèi)者不想或不能立即向智能卡中充值等情況。否則，一旦智能卡中余額不足，消費(fèi)者就不能享用公用事業(yè)服務(wù)了。可以預(yù)見在不久的將來(lái)，手機(jī)有可能代替智能卡實(shí)現(xiàn)這些功能。

    3. 預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)有何優(yōu)勢(shì)？

　　短期來(lái)看，公用事業(yè)收費(fèi)更快更及時(shí)：計(jì)費(fèi)表大都裝在居民家中，如果家中沒(méi)人，電表公司就不能及時(shí)抄表，引起額外成本；為抄表和維修節(jié)省成本：不再需要派專人花大量時(shí)間去抄表。智能卡和智能表壽命更長(zhǎng)，省去了維修成本。同時(shí)，也節(jié)省了計(jì)費(fèi)管理成本；先付費(fèi)，后使用，直接消除了不付款的風(fēng)險(xiǎn)。在使用智能表的情況下，沒(méi)有任何人可以逃避繳費(fèi)。另外，如果房東想出租房子，對(duì)房東來(lái)講，預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)立顯；用戶可更容易地控制自己的使用量，而且不會(huì)因電源突然中斷而煩惱。

　　長(zhǎng)期來(lái)看，為公用事業(yè)管理中心降低抄表和維修的人力成本；可提高電網(wǎng)公司業(yè)務(wù)效率：便捷控制可減少使用量。在用電高峰期，使用此系統(tǒng)可減少電能使用量，從而使電網(wǎng)公司不必建很多發(fā)電站，減少了不必要的投資，由此可使電網(wǎng)公司節(jié)省數(shù)十億美元；消費(fèi)者可更加方便地控制使用量從而減少了能源用量；有利于保護(hù)環(huán)境：這尤其利于石油和水資源短缺的地區(qū)，減少能源消費(fèi)量有益于這些地區(qū)的發(fā)展，并可抑制物價(jià)上漲；非接觸式智能表系統(tǒng)對(duì)高濕度高溫度等惡劣環(huán)境抵抗力更強(qiáng)，從而延長(zhǎng)了電表的使用壽命。

　　給公用事業(yè)公司和中介機(jī)構(gòu)帶來(lái)的好處：非接觸式智能表系統(tǒng)可自我管理，不需要派專人抄表或者派專人管理某處房子的電源系統(tǒng)。非接觸式智能表系統(tǒng)工作壽命更長(zhǎng)，管理成本更低。和傳統(tǒng)的儀表系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在行政費(fèi)用結(jié)算以及登記管理開銷/注銷方面，成本更低；該系統(tǒng)具有可靠、高效和自主管理等優(yōu)點(diǎn)，而且在費(fèi)用不足的情況下可自動(dòng)中斷服務(wù)。系統(tǒng)通信僅限于卡和讀卡器之間，不需要將讀卡器中的數(shù)據(jù)再傳送到電網(wǎng)公司；信用記錄差的客戶或頻繁搬家的客戶都可使用該系統(tǒng)，因此擴(kuò)大了客戶群也增加了公用事業(yè)公司的收益；該系統(tǒng)先付費(fèi)的特征有利于公用事業(yè)公司更快地收回投資成本，降低不支付風(fēng)險(xiǎn)（它可以占到智能電網(wǎng)公司收益額的10%）。

　　給消費(fèi)者帶來(lái)的好處：消費(fèi)者通過(guò)該系統(tǒng)可清楚地了解自己的使用量，從而會(huì)減少用量并提前為水電消費(fèi)做出預(yù)算。大部分人直到拿到電費(fèi)單才知道自己每月到底用了多少度電。擁有更多的控制權(quán)也意味著有更多的靈活性。在用電高峰時(shí)電價(jià)上漲，因此鼓勵(lì)消費(fèi)者錯(cuò)開用電高峰，在需求較少時(shí)洗衣；該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便：有時(shí)人們無(wú)意中忘記付賬單，或者要專門去銀行轉(zhuǎn)賬支付，或者在回家的路上賬單丟了，都會(huì)引起麻煩。預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)很容易地解決了這些問(wèn)題，從而降低了非自愿不付款的風(fēng)險(xiǎn)；該系統(tǒng)同樣允許那些曾經(jīng)有不良信用記錄或者信用度低的消費(fèi)者使用；智能卡中只存有需要完成交易的金額，不包含個(gè)人信息。

　　為什么非接觸式系統(tǒng)要預(yù)付費(fèi)？

　　1. 市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

　　非接觸式技術(shù)的應(yīng)用是銀行、門禁管理、交通運(yùn)輸和電子政務(wù)發(fā)展的需要。萬(wàn)事達(dá)、維薩和美國(guó)運(yùn)通正在美國(guó)和一些歐洲國(guó)家部署非接觸式技術(shù)用于安全支付。非接觸式技術(shù)已經(jīng)在公共交通部門運(yùn)用很多年了。目前世界上很多國(guó)家的電子護(hù)照和身份證都是非接觸式的了。另一些地方，比如自動(dòng)售貨機(jī)也開始運(yùn)用非接觸式技術(shù)了。

　　非接觸式技術(shù)集多種功能于一張卡中，包括電子錢包、公共交通和支付公路費(fèi)等功能，這種卡正在越來(lái)越流行。多項(xiàng)服務(wù)集于一身使得運(yùn)營(yíng)商在鞏固成本的基礎(chǔ)上擴(kuò)大了客戶群并增加了收益。

　　2. 非接觸式技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

　　以上講的都是非接觸技術(shù)能夠給我們帶來(lái)哪些益處。下面再來(lái)看看智能表系統(tǒng)的益處：

　　非接觸式智能卡密封性好，能抵抗惡劣環(huán)境的侵蝕，如高溫、低溫、潮濕、水和灰塵等，因此保證了卡的壽命更長(zhǎng)。即便卡損壞了，卡內(nèi)的芯片照樣可以工作，非接觸式IC卡與讀寫器之間無(wú)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、灰塵或油污導(dǎo)致接觸不良造成的故障。非接觸式IC卡表面無(wú)裸露芯片，無(wú)須擔(dān)心芯片脫落，靜電擊穿，彎曲損壞等問(wèn)題，既便于卡片印刷，又提高了卡片的使用可靠性。

　　讀卡器可對(duì)抗惡劣的天氣，從而延長(zhǎng)了壽命，將維修成本降到最低。整個(gè)非接觸式系統(tǒng)要比接觸式系統(tǒng)可靠得多。

　　大多數(shù)計(jì)量表都被安裝在昏暗狹小的壁櫥里，要插進(jìn)去卡還真不是一件容易的事情。接觸式IC卡首先需要插進(jìn)讀卡器中才能完成交易，因此減少了IC卡的壽命。

　　非接觸式IC卡只要在近距離范圍內(nèi)靠近讀卡器就可完成交易。

　　安裝非接觸式智能卡系統(tǒng)和接觸式智能卡系統(tǒng)的成本是相同的。

　　為什么非接觸式預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)安全？

　　只要和金錢相關(guān)，不法分子總會(huì)想方設(shè)法不付費(fèi)或者少付費(fèi)。尤其是在水電短缺的國(guó)家，偷電偷水的激勵(lì)更大，因此公用事業(yè)公司應(yīng)該防止不法分子的偷竊行為。

　　許多國(guó)家偷電現(xiàn)象非常普遍。在某些地區(qū)，消費(fèi)者篡改電表使之停止甚至倒轉(zhuǎn)，這樣就能偷電成功。在新一代非接觸式預(yù)付費(fèi)智能系統(tǒng)中已經(jīng)有了反偷電行為的設(shè)置了。

　　非接觸式預(yù)付費(fèi)技術(shù)因避免了數(shù)據(jù)在用戶和電網(wǎng)公司之間的傳送而更加安全。只簽名、不加密、傳送渠道也不安全的數(shù)據(jù)極易被閱讀和操縱。非接觸式預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)只在讀卡器和IC卡之間傳送數(shù)據(jù)，不受外界干擾。當(dāng)然讀卡器和IC卡之間傳送數(shù)據(jù)也要安全，以防止有人惡意竊取卡內(nèi)金額，高安全非接觸智能卡技術(shù)能完美的滿足以上應(yīng)用需求。

　　產(chǎn)品描述

　　1. 非接觸和預(yù)付費(fèi)

　　智能電表需要智能產(chǎn)品與之配套。預(yù)付費(fèi)電表是如何工作的？非接觸電表系統(tǒng)包含硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件包括一個(gè)非接觸讀卡器，一個(gè)主控制器，外圍設(shè)備，一個(gè)天線和配套部分；軟件包括微控制器固件，主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序軟件和演示軟件。

恩智浦針對(duì)非接觸式預(yù)付費(fèi)智能表系統(tǒng)的IC卡閱讀器有MFRC510、MFRC522、MFRC523、MFRC530、MFRC531和CLRC632等產(chǎn)品。另外恩智浦公司會(huì)依據(jù)未來(lái)新的需求繼續(xù)研發(fā)新的解決方案。

　　2. 智能表的其他IC元件

　　為使智能表系統(tǒng)正常運(yùn)行，恩智浦也提供了很多配套產(chǎn)品系列，包括微控制器、顯示驅(qū)動(dòng)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、邏輯產(chǎn)品（一般產(chǎn)品，串行EEPROM,橋接芯片，UART, 具有I2C的溫度傳感器），電源管理產(chǎn)品（starplug家庭），普遍適用的分立（BISS晶體管，肖特基二極管，可再生能源技術(shù)）和無(wú)線通信模塊。

    3. IC卡的安全性

　　恩智浦研發(fā)的產(chǎn)品中包括安全性極高的IC卡，可降低被操控的風(fēng)險(xiǎn)。此卡的讀卡器中含有安全訪問(wèn)模塊（SAMs），如電子護(hù)照一樣安全性極高，并滿足通用標(biāo)準(zhǔn)EAL5+.這種智能卡充分利用高安全性、低功耗、性能最優(yōu)化的技術(shù)，將用于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施的異常強(qiáng)勁的協(xié)同處理器和對(duì)稱密鑰加密結(jié)合起來(lái)支持RSA、ECC、DES和AES.除提供最優(yōu)化功能和最高安全性外，它還擁有簡(jiǎn)便易操作的先進(jìn)操作系統(tǒng)和開放平臺(tái)解決方案。

　　智能卡的商業(yè)優(yōu)勢(shì)

　　盡管非接觸式預(yù)付費(fèi)智能表系統(tǒng)的初始投資較高，但其收益豐厚，兼具經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。首先，智能表系統(tǒng)比以往價(jià)格更低，這促使全球越來(lái)越多的地區(qū)選用智能表系統(tǒng)。在歐洲，三年來(lái)單個(gè)智能表的價(jià)格已從300美元降到了50美元。因此，安裝智能表的初始成本已不像前幾年那么高了。意大利國(guó)家電力公司埃奈爾花費(fèi)30億美元安裝了3千萬(wàn)個(gè)智能表（每個(gè)約合100美元，因而每年節(jié)省7億美元，五年內(nèi)就將投資成本全部收回。到2010年，預(yù)計(jì)投資成本會(huì)再降低30%到40%,投資成本可更快收回。

　　目前，發(fā)行非接觸式卡是具有成本效益的，該卡可以使用很多年。對(duì)于一個(gè)擁有100萬(wàn)客戶的公司來(lái)講，發(fā)行非接觸式卡可消除結(jié)算過(guò)程中的成本，因而每年可節(jié)省幾百萬(wàn)美元。結(jié)算成本是電網(wǎng)公司的主要成本之一，而預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)則可降低或者完全消除結(jié)算成本。

　　非接觸式卡或其他的非接觸式設(shè)備（如手機(jī)）還可提供別的服務(wù)，如大型超市發(fā)放會(huì)員卡可提高顧客忠誠(chéng)度，政府可發(fā)放10元面值的卡用于相關(guān)社會(huì)福利等。

　　另外，還有之前提到過(guò)的，非接觸式預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)可消除惡意欠費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)，由此而節(jié)省的費(fèi)用可占到電網(wǎng)公司收益的10%.

　　非接觸式預(yù)付費(fèi)智能系統(tǒng)帶來(lái)的社會(huì)效應(yīng)也是不可忽視的。首先，此系統(tǒng)可使更多的人享用公用事業(yè)服務(wù)，因此提高了社會(huì)福利，并減少了偷電偷水等犯罪行為；其次，此系統(tǒng)降低了人均水電用量，減少了二氧化碳排放量，因此改善了人們的生活質(zhì)量。

　　為實(shí)現(xiàn)上述收益，電網(wǎng)公司需要有經(jīng)驗(yàn)的公司提供支持，而恩智浦就是最佳合作伙伴。恩智浦有多年非接觸式市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)為社會(huì)提供了超過(guò)一億個(gè)的IC卡讀卡器和20億張的非接觸式卡提供芯片技術(shù)支持，這些都證明了恩智浦技術(shù)的可靠性。

　　因此，即使新技術(shù)的初始投資成本高昂，收益也是立竿見影的?！凹夹g(shù)是昂貴的，但是不使用將更加昂貴?！狈墙佑|式預(yù)付費(fèi)智能電表系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)的迅速應(yīng)用已經(jīng)使其價(jià)格更低，過(guò)渡更快。

　　本文小結(jié)

　　智能電表是公用事業(yè)改革的一部分內(nèi)容，但是，要想實(shí)現(xiàn)最大收益，業(yè)務(wù)明確、技術(shù)的正確選擇和恰當(dāng)實(shí)施是前提。智能系統(tǒng)正是在提高效率和降低操作、零售甚至生產(chǎn)成本的大背景下而研發(fā)的，非接觸式預(yù)付費(fèi)智能系統(tǒng)能更快地獲得這些收益。恩智浦公司在此領(lǐng)域的技術(shù)已在全球范圍內(nèi)得到應(yīng)用，因此證明恩智浦是最佳合作伙伴。

　　似乎減少需求不是賣方所追求的目標(biāo)。但是通過(guò)應(yīng)用智能電表系統(tǒng)，公用事業(yè)公司不只是減少需求，而是更好地控制該系統(tǒng)并避免因偷電而引起的損失，同時(shí)減少了管理費(fèi)用，獲得了更高的收益。減少水電用量可使公用事業(yè)公司推遲甚至避免建設(shè)新的發(fā)電站。眾所周知，建設(shè)發(fā)電站成本極高而且投資回收期很長(zhǎng)。另外，應(yīng)用智能表還可以促進(jìn)新能源的使用，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境和降低二氧化碳排放量的目的。能為電力公司基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和保護(hù)環(huán)境助一臂之力，恩智浦人感到很自豪。

　　智能表行業(yè)還沒(méi)有完全統(tǒng)一開放的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，盡管現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)存在一些標(biāo)準(zhǔn)，但是又出現(xiàn)了一些新的標(biāo)準(zhǔn)。恩智浦專注于開發(fā)支持共同操作的產(chǎn)品，而不是排外的或者專有性質(zhì)的產(chǎn)品。一些專家認(rèn)為，就如互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的革新應(yīng)用一樣，智能電網(wǎng)的應(yīng)用也能為能源創(chuàng)新和應(yīng)用提供平臺(tái)，從而這個(gè)平臺(tái)可帶動(dòng)世界上規(guī)模最大最重要的產(chǎn)業(yè)之一發(fā)生轉(zhuǎn)變。恩智浦很樂(lè)意通過(guò)研發(fā)現(xiàn)代產(chǎn)品融入這個(gè)轉(zhuǎn)變中。