非接觸式預付費智能電表設計方案

本文旨在通過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整體的認識。本文還對一些常見問題做出了回答，諸如：
　　非接觸式預付費智能表系統是如何工作的？

　　非接觸式技術帶來哪些益處？

　　公用事業預付費系統有哪些優點？

　　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需要考慮哪些關鍵問題？

　　智能電表系統簡介

　　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。

　　電網的老化和近年來屢次出現的電力中斷現象很清楚地顯示出輸電網的使用已經達到極限。因此電網公司需要更多的統計數據進行測算分析，以更有競爭力的價格買賣電能。

　　全世界的政府機構都很重視可再生能源方面的技術，美國奧巴馬政府斥資45億美元鼓勵創新和促進可再生能源科技的推廣使用。其中創新之一便是公用事業智能表的改革。中國政府也于日前宣布了高規格的智能電網計劃。這些計劃將給智能電表行業帶來前所未有的發展契機。

　　智能表允許家用和商用電能系統自動將電能消費紀錄傳給公用事業管理中心和終端使用者，允許每個人跟蹤其電能使用情況并隨時調節使用量。如果用戶家中有數字工具可控制電能使用量，則在用電高峰時期輸電網的最大負荷就可減少高達15%,未來20年里不用再建新的發電廠和配套基礎設施，由此可節省700億美元。

　　從長期來看，保護環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服務費用，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，包括用戶的使用時間、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費用可通過銀行、非接觸式終端機或者互聯網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服務了；如智能卡中余額不足，消費者可在商店購買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服務了。可以預見在不久的將來，手機有可能代替智能卡實現這些功能。

    3. 預付費系統有何優勢？

　　短期來看，公用事業收費更快更及時：計費表大都裝在居民家中，如果家中沒人，電表公司就不能及時抄表，引起額外成本；為抄表和維修節省成本：不再需要派專人花大量時間去抄表。智能卡和智能表壽命更長，省去了維修成本。同時，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險。在使用智能表的情況下，沒有任何人可以逃避繳費。另外，如果房東想出租房子，對房東來講，預付費系統的優勢立顯；用戶可更容易地控制自己的使用量，而且不會因電源突然中斷而煩惱。

　　長期來看，為公用事業管理中心降低抄表和維修的人力成本；可提高電網公司業務效率：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，從而使電網公司不必建很多發電站，減少了不必要的投資，由此可使電網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展，并可抑制物價上漲；非接觸式智能表系統對高濕度高溫度等惡劣環境抵抗力更強，從而延長了電表的使用壽命。

　　給公用事業公司和中介機構帶來的好處：非接觸式智能表系統可自我管理，不需要派專人抄表或者派專人管理某處房子的電源系統。非接觸式智能表系統工作壽命更長，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銷/注銷方面，成本更低；該系統具有可靠、高效和自主管理等優點，而且在費用不足的情況下可自動中斷服務。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，因此擴大了客戶群也增加了公用事業公司的收益；該系統先付費的特征有利于公用事業公司更快地收回投資成本，降低不支付風險（它可以占到智能電網公司收益額的10%）。

　　給消費者帶來的好處：消費者通過該系統可清楚地了解自己的使用量，從而會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有更多的靈活性。在用電高峰時電價上漲，因此鼓勵消費者錯開用電高峰，在需求較少時洗衣；該系統操作簡單方便：有時人們無意中忘記付賬單，或者要專門去銀行轉賬支付，或者在回家的路上賬單丟了，都會引起麻煩。預付費系統很容易地解決了這些問題，從而降低了非自愿不付款的風險；該系統同樣允許那些曾經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，不包含個人信息。

　　為什么非接觸式系統要預付費？

　　1. 市場發展趨勢

　　非接觸式技術的應用是銀行、門禁管理、交通運輸和電子政務發展的需要。萬事達、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用于安全支付。非接觸式技術已經在公共交通部門運用很多年了。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，比如自動售貨機也開始運用非接觸式技術了。

　　非接觸式技術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等功能，這種卡正在越來越流行。多項服務集于一身使得運營商在鞏固成本的基礎上擴大了客戶群并增加了收益。

　　2. 非接觸式技術的優勢

　　以上講的都是非接觸技術能夠給我們帶來哪些益處。下面再來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。即便卡損壞了，卡內的芯片照樣可以工作，非接觸式IC卡與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產生的各種故障，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卡表面無裸露芯片，無須擔心芯片脫落，靜電擊穿，彎曲損壞等問題，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，從而延長了壽命，將維修成本降到最低。整個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，要插進去卡還真不是一件容易的事情。接觸式IC卡首先需要插進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？

　　只要和金錢相關，不法分子總會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有了反偷電行為的設置了。

　　非接觸式預付費技術因避免了數據在用戶和電網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能完美的滿足以上應用需求。

　　產品描述

　　1. 非接觸和預付費

　　智能電表需要智能產品與之配套。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部分。硬件包括一個非接觸讀卡器，一個主控制器，外圍設備，一個天線和配套部分；軟件包括微控制器固件，主機驅動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等產品。另外恩智浦公司會依據未來新的需求繼續研發新的解決方案。

　　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品系列，包括微控制器、顯示驅動器、實時時鐘、邏輯產品（一般產品，串行EEPROM,橋接芯片，UART, 具有I2C的溫度傳感器），電源管理產品（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）和無線通信模塊。

    3. IC卡的安全性

　　恩智浦研發的產品中包括安全性極高的IC卡，可降低被操控的風險。此卡的讀卡器中含有安全訪問模塊（SAMs），如電子護照一樣安全性極高，并滿足通用標準EAL5+.這種智能卡充分利用高安全性、低功耗、性能最優化的技術，將用于公鑰基礎設施的異常強勁的協同處理器和對稱密鑰加密結合起來支持RSA、ECC、DES和AES.除提供最優化功能和最高安全性外，它還擁有簡便易操作的先進操作系統和開放平臺解決方案。

　　智能卡的商業優勢

　　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，兼具經濟效益和社會效益。首先，智能表系統比以往價格更低，這促使全球越來越多的地區選用智能表系統。在歐洲，三年來單個智能表的價格已從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3千萬個智能表（每個約合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，預計投資成本會再降低30%到40%,投資成本可更快收回。

　　目前，發行非接觸式卡是具有成本效益的，該卡可以使用很多年。對于一個擁有100萬客戶的公司來講，發行非接觸式卡可消除結算過程中的成本，因而每年可節省幾百萬美元。結算成本是電網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，如大型超市發放會員卡可提高顧客忠誠度，政府可發放10元面值的卡用于相關社會福利等。

　　另外，還有之前提到過的，非接觸式預付費系統可消除惡意欠費的風險，由此而節省的費用可占到電網公司收益的10%.

　　非接觸式預付費智能系統帶來的社會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服務，因此提高了社會福利，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量。

　　為實現上述收益，電網公司需要有經驗的公司提供支持，而恩智浦就是最佳合作伙伴。恩智浦有多年非接觸式市場經驗，已經為社會提供了超過一億個的IC卡讀卡器和20億張的非接觸式卡提供芯片技術支持，這些都證明了恩智浦技術的可靠性。

　　因此，即使新技術的初始投資成本高昂，收益也是立竿見影的。“技術是昂貴的，但是不使用將更加昂貴。”非接觸式預付費智能電表系統在全球范圍內的迅速應用已經使其價格更低，過渡更快。

　　本文小結

　　智能電表是公用事業改革的一部分內容，但是，要想實現最大收益，業務明確、技術的正確選擇和恰當實施是前提。智能系統正是在提高效率和降低操作、零售甚至生產成本的大背景下而研發的，非接觸式預付費智能系統能更快地獲得這些收益。恩智浦公司在此領域的技術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方所追求的目標。但是通過應用智能電表系統，公用事業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公司推遲甚至避免建設新的發電站。眾所周知，建設發電站成本極高而且投資回收期很長。另外，應用智能表還可以促進新能源的使用，從而達到保護環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境助一臂之力，恩智浦人感到很自豪。

　　智能表行業還沒有完全統一開放的技術標準，盡管現在行業內存在一些標準，但是又出現了一些新的標準。恩智浦專注于開發支持共同操作的產品，而不是排外的或者專有性質的產品。一些專家認為，就如互聯網的應用帶動了計算機技術的革新應用一樣，智能電網的應用也能為能源創新和應用提供平臺，從而這個平臺可帶動世界上規模最大最重要的產業之一發生轉變。恩智浦很樂意通過研發現代產品融入這個轉變中。