脉冲电能表设计论文.doc

目录摘要.IABSTRACT.II1绪论.11.1电能表技术.11.2预付费电能表技术的发展.21.3设计任务.32总体设计方案.42.1机电一体式预付费电能表的工作过程.42.2机电一体式预付费电能表各工作模块的选择.42.3IC卡技术.72.3.1IC卡简介.82.3.2IC卡的分类.82.3.3IC卡内存储区的划分.93预付费电能表的设计.113.1预付费电表的标准及技术指标.113.1.1预付费电表的国家标准.113.1.2预付费电表的主要技术指标.123.2机电一体式预付费电能表的硬件设计.123.2.1微处理器AT89C51的介绍.143.2.2电源电路.173.2.3脉冲采集系统.183.2.4显示系统.183.2.5断电机构控制电路.193.2.6信息存储与交换系统.204机电一体式预付费电能表的软件设计.254.1数据结构.254.2电能表控制程序.254.2.1系统主程序.254.2.2脉冲处理子程序.274.2.3IC卡处理子程序.285系统抗干扰设计.305.1硬件抗干扰措施.305.2软件抗干扰措施.30结束语.32致谢.33参考文献.34附录.36脉冲电能表设计摘要本课题针对目前城市居民多层建筑住宅群的电能计量现状和存在的主要问题，设计了一种机电一体式预付费电能表。该电能表能够检测和记录用户的有功电能，不仅具有结构紧凑、精度高、功耗低等优点，而且还具有预付费功能，进而提高了电能利用率。本文首先综述了电能表的发展现状，并介绍了机电一体式电能表的功能与工作原理。然后，论文对电能表硬件电路的设计进行了阐述，包括电源电路、电能计量模块、脉冲发生装置、存储器、显示电路、断电机构电路等。该电能表以AT89C51单片机为核心，具有数据处理能力强，抗干扰能力强等优点。在软件上，主要介绍了主程序和电能脉冲的采集、数据显示和插卡等子程序，并绘制了其工作流程图。该课题的研究为电能计量和数据管理提供了一种新的技术手段，对提高合理利用电能和缓解电力供需矛盾具有重要意义。关键词电能表单片机预付费IC卡PULSEWATT-HOURMETERDESIGNABSTRACTThisprojectaimedaturbanresidentsmulti-storybuildingresidencesofmeteringstatusandproblems,designedamechatronicsprepaymentmeter.Thewatt-hourisabletodetectandrecordtheusersactiveenergy,notonlyhasacompact,highaccuracy,lowpowerconsumption,etc,butalsohastheprepaidfunction,therebyimprovingenergyutilization.Thispapersummarizesthedevelopmentstatusofmeter,andintroducestheintegratedmechanicalandelectricalenergymeterfunctionandworkingprinciple.Then,thepaperdesignofmeterhardwarewasdescribed,includingthepowersupplycircuit,powermeasurementmodule,pulsedevices,memory,displaycircuit,powersectorcircuit.ThepowermetertoAT89C51MCU,withdataprocessingcapability,theadvantagesofanti-interferenceability.Insoftware,introducesthemainprogramandtheenergypulseofacquisition,datadisplayandcardandothersubroutines,anddrawaflowchartofitswork.Thesubjectofstudyforenergymeasurementanddatamanagementoffersanewtechnicalmeans,toimprovetherationaluseofenergyandeasethepowersupplyanddemandsignificantcontradictions.KEYWORDS1绪论电力是人类社会生存、进步和发展所不可缺少的一种重要能源，人类的所有活动几乎都与电有着密切的关系。电力给人类带来了一个崭新的飞速发展的时代，作为一种能源它不仅给人类带来光明，更重要的是酝酿并推动了现代化大生产和现代化科学技术，为人类创造了辉煌的物质文明和精神文明，使人类进入了现代化时代。1.1电能表技术随着经济的发展，对电力的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整个电力企业的发展。电能表是电力企业施行收取电费和体现其经济效益的唯一的工具，其性能的稳定性，测量的可靠性以及测量精度的准确性等关系到电力部门的经济利益，而电费的核算及收缴的及时性、准确性也已成为用电企业的重要课题。飞速发展的电力工业对电能的计量、控制以及管理也提出了越来越高的要求，主要表现为以下几个方面:第一，要使电能成为真正的商品，必须实现“先付费后使用”，使得电力工业的发展有可靠的资金保障。第二，实施分时电价，高峰时电价上浮，低谷时电价下浮，科学合理、公平有效地削峰填谷，大大提高电网的负荷率，有效地解决电力供需矛盾。第三，通过遥测、监控和计算机联网，实现远程抄表功能，不仅节省大量的人力物力资源，而且还使抄录的数据更多、更及时、更准确。普通的电能表很难满足以上要求。但是，随着电子技术的发展，计算机控制与管理技术的运用已经深入到各个行业。电能表技术也得到了迅速发展，由过去单一的机械感应式电能表，发展到机电脉冲式电能表、电子式电能表。感应式电能表利用金属铝转盘中感应的电流与通有交流电流的固定线圈的磁场相互作用，产生驱动力矩驱动铝盘旋转，累计消耗的电能。脉冲式电能表又称机电一体式电能表，它通常以感应式电能表的电磁系统为工作组件，配以适当的脉冲发生装置构成，就能输出电能脉冲。电子式电能表用具有乘法功能的模拟乘法器电路或数字乘法器电路测量电功率，输出对应的脉冲或数字，对其累加，即得消耗的电能。电子式电能表没有感应式电能表的电压、电流组件，铁心和线圈等，因而自身的消耗小，对节能降耗也有着积极的意义。另外，电能表的功能也由过去单一的计量功能，扩展为预付费功能，复费率功能，多功能等。1.2预付费电能表技术的发展预付费电能表起源于欧洲。二战后，流动人口很多，导致电力公司收电费困难，为解决这个问题，一些制造厂设计、生产了预付费电能表。在我国，随着国民经济的发展，流动人口在不断地增加，一些用户法制观念淡薄，迟交电费，拖欠电费，不交电费，甚至偷电、窃电的现象屡禁不绝，用电管理部门为此花费大量的人力物力，但仍有数以亿计的电费收不上来。为解决收费困难的问题，预付费的办法和预付费电能表便应运而生。国际上预付费技术的发展经过以下几个过程，从最初的投币方式过渡到磁卡方式，电钥匙方式。到1989年末，西欧首先推出IC卡预付费电能表，这是IC卡在电话、金融等领域后的又一成功地应用。从1999年开始，代码交换预付费控制技术开始主导预付费控制领域。预付费电能表是在微电子技术、自动控制技术、通讯技术、计算机技术等多项技术的支撑下产生并发展起来的。预付费电能表具有高可靠性，高精度，自身功耗低，线性好，体积小，调整校验方便，造型美观等特点，而且还能将电能计量与收费结合起来。随着电能表的应用，电能表技术正向多元化方向发展。(1)利用低压载波系统实现抄表、通信以及数据交换的功能；(2)电能表能够用于音频接收控制，并实现家用节能电器的远程控制；(3)不必任何人工干预，实现自动抄表的技术。可以利用无线车载抄表系统，只要沿街行驶便能接收电能表的高频脉冲信号，通过无线通道发送到用电管理中心的计算机系统，实现对用户的电能计费，或者利用红外无线终端抄表机，电能表可以通过红外线及确认码输出各种电量参数至手持终