非接觸式預付費智能電表設計方案

本文旨在通過(guò)對恩智浦半導體智能電表解決方案的介紹，使大家對非接觸式預付費智能表系統有一個(gè)整體的認識。本文還對一些常見(jiàn)問(wèn)題做出了回答，諸如：
　　非接觸式預付費智能表系統是如何工作的？

　　非接觸式技術(shù)帶來(lái)哪些益處？

　　公用事業(yè)預付費系統有哪些優(yōu)點(diǎn)？

　　智能卡在測量系統中起什么作用？

　　預付費智能表系統需要什么程度的安全級別？

　　使用非接觸式預付費智能表系統時(shí)需要考慮哪些關(guān)鍵問(wèn)題？

　　智能電表系統簡(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商更有效地計算、監測和控制電能分配。

　　電網(wǎng)的老化和近年來(lái)屢次出現的電力中斷現象很清楚地顯示出輸電網(wǎng)的使用已經(jīng)達到極限。因此電網(wǎng)公司需要更多的統計數據進(jìn)行測算分析，以更有競爭力的價(jià)格買(mǎi)賣(mài)電能。

　　全世界的政府機構都很重視可再生能源方面的技術(shù)，美國奧巴馬政府斥資45億美元鼓勵創(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。中國政府也于日前宣布了高規格的智能電網(wǎng)計劃。這些計劃將給智能電表行業(yè)帶來(lái)前所未有的發(fā)展契機。

　　智能表允許家用和商用電能系統自動(dòng)將電能消費紀錄傳給公用事業(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)調節使用量。如果用戶(hù)家中有數字工具可控制電能使用量，則在用電高峰時(shí)期輸電網(wǎng)的最大負荷就可減少高達15%,未來(lái)20年里不用再建新的發(fā)電廠(chǎng)和配套基礎設施，由此可節省700億美元。

　　從長(cháng)期來(lái)看，保護環(huán)境的需要使得很多國家不得不另辟蹊徑以節約能源并減少石油消費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。

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

　　預付費智能表系統

　　1.什么是預付費智能表？

　　預付費意為預先支付公用事業(yè)服務(wù)費用，例如水電費、煤氣費等。一張非接觸式智能卡就能記錄所有信息，包括用戶(hù)的使用時(shí)間、用量和花費。

　　2. 預付費智能卡是如何工作的？

　　首先，消費者為支付公用事業(yè)費用可通過(guò)銀行、非接觸式終端機或者互聯(lián)網(wǎng)向非接觸式智能卡上充值；然后，在消費者家中，智能卡中的充值金額可轉到非接觸式智能表中，消費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，消費者可在商店購買(mǎi)充值卡向智能卡中充值即可。消費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，消費者就不能享用公用事業(yè)服務(wù)了?？梢灶A見(jiàn)在不久的將來(lái)，手機有可能代替智能卡實(shí)現這些功能。

    3. 預付費系統有何優(yōu)勢？

　　短期來(lái)看，公用事業(yè)收費更快更及時(shí)：計費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；為抄表和維修節省成本：不再需要派專(zhuān)人花大量時(shí)間去抄表。智能卡和智能表壽命更長(cháng)，省去了維修成本。同時(shí)，也節省了計費管理成本；先付費，后使用，直接消除了不付款的風(fēng)險。在使用智能表的情況下，沒(méi)有任何人可以逃避繳費。另外，如果房東想出租房子，對房東來(lái)講，預付費系統的優(yōu)勢立顯；用戶(hù)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(cháng)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)公司節省數十億美元；消費者可更加方便地控制使用量從而減少了能源用量；有利于保護環(huán)境：這尤其利于石油和水資源短缺的地區，減少能源消費量有益于這些地區的發(fā)展，并可抑制物價(jià)上漲；非接觸式智能表系統對高濕度高溫度等惡劣環(huán)境抵抗力更強，從而延長(cháng)了電表的使用壽命。

　　給公用事業(yè)公司和中介機構帶來(lái)的好處：非接觸式智能表系統可自我管理，不需要派專(zhuān)人抄表或者派專(zhuān)人管理某處房子的電源系統。非接觸式智能表系統工作壽命更長(cháng)，管理成本更低。和傳統的儀表系統相比，該系統在行政費用結算以及登記管理開(kāi)銷(xiāo)/注銷(xiāo)方面，成本更低；該系統具有可靠、高效和自主管理等優(yōu)點(diǎn)，而且在費用不足的情況下可自動(dòng)中斷服務(wù)。系統通信僅限于卡和讀卡器之間，不需要將讀卡器中的數據再傳送到電網(wǎng)公司；信用記錄差的客戶(hù)或頻繁搬家的客戶(hù)都可使用該系統，因此擴大了客戶(hù)群也增加了公用事業(yè)公司的收益；該系統先付費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（它可以占到智能電網(wǎng)公司收益額的10%）。

　　給消費者帶來(lái)的好處：消費者通過(guò)該系統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做出預算。大部分人直到拿到電費單才知道自己每月到底用了多少度電。擁有更多的控制權也意味著(zhù)有更多的靈活性。在用電高峰時(shí)電價(jià)上漲，因此鼓勵消費者錯開(kāi)用電高峰，在需求較少時(shí)洗衣；該系統操作簡(jiǎn)單方便：有時(shí)人們無(wú)意中忘記付賬單，或者要專(zhuān)門(mén)去銀行轉賬支付，或者在回家的路上賬單丟了，都會(huì )引起麻煩。預付費系統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；該系統同樣允許那些曾經(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要預付費？

　　1. 市場(chǎng)發(fā)展趨勢

　　非接觸式技術(shù)的應用是銀行、門(mén)禁管理、交通運輸和電子政務(wù)發(fā)展的需要。萬(wàn)事達、維薩和美國運通正在美國和一些歐洲國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(mén)運用很多年了。目前世界上很多國家的電子護照和身份證都是非接觸式的了。另一些地方，比如自動(dòng)售貨機也開(kāi)始運用非接觸式技術(shù)了。

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

　　2. 非接觸式技術(shù)的優(yōu)勢

　　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(cháng)。即便卡損壞了，卡內的芯片照樣可以工作，非接觸式IC卡與讀寫(xiě)器之間無(wú)機械接觸，避免了由于接觸讀寫(xiě)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。

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

　　大多數計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靠近讀卡器就可完成交易。

　　安裝非接觸式智能卡系統和接觸式智能卡系統的成本是相同的。

　　為什么非接觸式預付費系統安全？

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

　　許多國家偷電現象非常普遍。在某些地區，消費者篡改電表使之停止甚至倒轉，這樣就能偷電成功。在新一代非接觸式預付費智能系統中已經(jīng)有了反偷電行為的設置了。

　　非接觸式預付費技術(shù)因避免了數據在用戶(hù)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據極易被閱讀和操縱。非接觸式預付費系統只在讀卡器和IC卡之間傳送數據，不受外界干擾。當然讀卡器和IC卡之間傳送數據也要安全，以防止有人惡意竊取卡內金額，高安全非接觸智能卡技術(shù)能完美的滿(mǎn)足以上應用需求。

　　產(chǎn)品描述

　　1. 非接觸和預付費

　　智能電表需要智能產(chǎn)品與之配套。預付費電表是如何工作的？非接觸電表系統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，外圍設備，一個(gè)天線(xiàn)和配套部分；軟件包括微控制器固件，主機驅動(dòng)程序軟件和演示軟件。

恩智浦針對非接觸式預付費智能表系統的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 )依據未來(lái)新的需求繼續研發(fā)新的解決方案。

　　2. 智能表的其他IC元件

　　為使智能表系統正常運行，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(xiàn)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。此卡的讀卡器中含有安全訪(fǎng)問(wèn)模塊（SAMs），如電子護照一樣安全性極高，并滿(mǎn)足通用標準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)，將用于公鑰基礎設施的異常強勁的協(xié)同處理器和對稱(chēng)密鑰加密結合起來(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)操作系統和開(kāi)放平臺解決方案。

　　智能卡的商業(yè)優(yōu)勢

　　盡管非接觸式預付費智能表系統的初始投資較高，但其收益豐厚，兼具經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。首先，智能表系統比以往價(jià)格更低，這促使全球越來(lái)越多的地區選用智能表系統。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。意大利國家電力公司埃奈爾花費30億美元安裝了3千萬(wàn)個(gè)智能表（每個(gè)約合100美元，因而每年節省7億美元，五年內就將投資成本全部收回。到2010年，預計投資成本會(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。對于一個(gè)擁有100萬(wàn)客戶(hù)的公司來(lái)講，發(fā)行非接觸式卡可消除結算過(guò)程中的成本，因而每年可節省幾百萬(wàn)美元。結算成本是電網(wǎng)公司的主要成本之一，而預付費系統則可降低或者完全消除結算成本。

　　非接觸式卡或其他的非接觸式設備（如手機）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，非接觸式預付費系統可消除惡意欠費的風(fēng)險，由此而節省的費用可占到電網(wǎng)公司收益的10%.

　　非接觸式預付費智能系統帶來(lái)的社會(huì )效應也是不可忽視的。首先，此系統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)現上述收益，電網(wǎng)公司需要有經(jīng)驗的公司提供支持，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，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(jiàn)影的?！凹夹g(shù)是昂貴的，但是不使用將更加昂貴?！狈墙佑|式預付費智能電表系統在全球范圍內的迅速應用已經(jīng)使其價(jià)格更低，過(guò)渡更快。

　　本文小結

　　智能電表是公用事業(yè)改革的一部分內容，但是，要想實(shí)現最大收益，業(yè)務(wù)明確、技術(shù)的正確選擇和恰當實(shí)施是前提。智能系統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，非接觸式預付費智能系統能更快地獲得這些收益。恩智浦公司在此領(lǐng)域的技術(shù)已在全球范圍內得到應用，因此證明恩智浦是最佳合作伙伴。

　　似乎減少需求不是賣(mài)方所追求的目標。但是通過(guò)應用智能電表系統，公用事業(yè)公司不只是減少需求，而是更好地控制該系統并避免因偷電而引起的損失，同時(shí)減少了管理費用，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新的發(fā)電站。眾所周知，建設發(fā)電站成本極高而且投資回收期很長(cháng)。另外，應用智能表還可以促進(jìn)新能源的使用，從而達到保護環(huán)境和降低二氧化碳排放量的目的。能為電力公司基礎設施建設和保護環(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)有完全統一開(kāi)放的技術(shù)標準，盡管現在行業(yè)內存在一些標準，但是又出現了一些新的標準。恩智浦專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)支持共同操作的產(chǎn)品，而不是排外的或者專(zhuān)有性質(zhì)的產(chǎn)品。一些專(zhuān)家認為，就如互聯(lián)網(wǎng)的應用帶動(dòng)了計算機技術(shù)的革新應用一樣，智能電網(wǎng)的應用也能為能源創(chuàng )新和應用提供平臺，從而這個(gè)平臺可帶動(dòng)世界上規模最大最重要的產(chǎn)業(yè)之一發(fā)生轉變。恩智浦很樂(lè )意通過(guò)研發(fā)現代產(chǎn)品融入這個(gè)轉變中。