毕业设计-预付费电度表的工作原理.doc

IC卡表预付费电度表目 录一、引言5二、预付费电度表的工作原理6三、方案论证73.1电流电路73.1.1电流电路工作原理 73.1.2软件调试73.2电压电路83.2.1电压电路工作原理 83.2.2软件调试83.3功率因数电路93.3.1工作原理93.3.2软件调试93.4 IC卡电路 113.4.1 IC卡电路工作原理123.4.2软件调试123. 5显示电路133.5.1软件调试133. 6报警电路14 3.6.1软件调试143. 7数据保护电路15 3.7.1工作原理15 3.7.2软件调试163. 8软件设计16 3.8.1主程序框图18 3.8.2中断框图19四、单片机功能简介19 4.1引脚介绍19 4.2引脚接线图20 4.3晶体接线图20 4.4上电复位电路21 4.2控制引脚图21五、安装调试23六、结论25七、致谢29八、参考文献30 引 言 在房地产市场日益理智的今天，购房者对楼盘物管质量越来越重视。被广州、北京等城市高档楼盘、办公大厦、公建设施率先采用的智能IC卡表预付费系统，从源头避免了业主之间、业主与物业公司之间、业主与水电气供给部门之间的矛盾。由于多种原因，水、电、气往往出现跑、冒、滴、漏现象，为此而产生的业主与业主之间、业主与物业公司之间、业主与水电气供给部门之间的纠纷，甚让开发商特别是物管部门、水电气供给部门感到头疼。从源头上提高楼盘智能化水平，无疑会避免产生这类矛盾。房地产市场竞争比较激烈的广州、北京等城市，正是从提高楼盘智能化水平、减轻来自市场的压力和社会矛盾出发，率先在某些高档楼盘、高档办公大楼、公建设施中采用了智能IC卡表预付费系统。如著名的珠鹰大厦、碧桂园凤凰城、珠江别墅等著名楼盘，中国南方航空公司、广州白云国际机场等工程，广州军区司令部、陆军总医院、广东工业大学、广州商学院等部队、院校，均通过采用智能IC卡表预付费系统，极大地促进了管理水平，提升了品位。智能IC卡预付费电表的成功推广应用，达到了控制和节约的双重效果，改革了沿袭几十年的消费模式，即先用电后付费的模式，而以先充值购电后消费的模式取而代之。作为使用者，用数一目了然，不再和邻里发生用量上的矛盾，还做到了即时控制；作为管理者，解决了抄表难、算帐麻烦、收费难等一系列令人头痛的难题；作为新楼盘的开发者，智能IC卡表的应用，作品将锦上添花，增加卖点，提升品牌价值；作为电供给部门，将先行回收投资，提高管理效能，利国利民利业；如果集体消费群体，智能IC卡表的应用，将使管理者不再为收费为难，不再为分摊劳神，省心省力，事半功倍。预付费电度表的工作原理智能IC卡预付费表作为一种新一代智能计量收费系统，由以下几部分组成：1.售电卡 售电卡(1C卡)中的数据用密码加密，采用一表一卡。卡内的数据由供电部门的售卡系统写入、电度表具有对电卡回写的功能，当用户将卡插入表内，表正确识别密码后，读入购买电量，然后再将零回写给电卡。当表显示完后用户即可取出电卡，用户的电卡只能在自己的表上使用，在其它表上不能使用。 2.信息显示 电度表采用三位LED显示，最大显示99.9kW.h，用电时倒计数，通过LED可显示表中的电量和状态。 21剩余电量显示 剩余电度数指表还可以使用的电度数，每用去一度电，剩余电度数减一，每次购电后：表内剩余电度数=当前剩余电度数+本次所购电度数。当最后一次读卡与表中剩余电量之和，电表显示XX。X，表示电量溢出，并且此次读卡无效，电卡内存储电量值不变。当表内剩余电度数2。9kW时，电表会声音报警. 22错误信息显示 当电卡数据无效时，显示出错信息，若卡插反，显示-；若卡密码错，显示-，当显示密码错后不可继续插此卡，否则连续插卡四次后卡就无法再次使用；插卡后，若产品给卡回写的数据错误，则显示-1-1-1。 23电量显示 一般情况下数码管不显示。当下列情况时数码显示：(1) 当正确读卡后，依次显示表内当前总用电量。(2) 按下右下侧的按钮，依次显示表内剩余电量。3.最大电流限制 本电度表具有最大电流限制功能。该功能的目的是要求用户在用电负荷增加时及时到用电管理部门申报增容。通过售电卡设置的最大电流Imax，可设置为5A、10A、20A等量程。当确认用户负荷超过最大电流设置后，电表断电，并闪烁显示“C”，直到用户再次插卡后(无论卡内是否有电)恢复供电。若再超负荷用电，则重复超负荷断电过程。4.报警 电度表中剩余电量递减计数，当表中剩余电量小于2。9kWh时，开始报警，以提示用户准备买电。每减lkWh，数码管闪烁显示表中剩余电量，同时峰鸣器鸣响，显示结束后，峰鸣器鸣叫30秒钟。5.断电 当电度表中的剩余电量为0kWh时，电度表切断供电回路，然后闪烁显示“L”。6.电度表管理 供电部门可使用经授权的维护卡对电度表进行消户、并户或对坏表进行管理。三、方案论证3.1电流电路3.1.1电流电路工作原理 图13.1.2软件调试;电流调试模块;IPX: JB IKEY,RDDAAA: CLR J LCALL I_INT LCALL T1_7 LCALL I_INT LCALL T1_7 LCALL I_INT MOV A,I LCALL A2_10 LCALL LED LCALL DISPLAY AJMP UP3.2电压电路3.2.1电压电路工作原理 图2 3.2.2结果分析;电压调试模块;UP: MOV P3,#0FFH JB UKEY,IPXLLL: LCALL U_INT LCALL U_INT MOV A,U LCALL A2_10 LCALL LED LCALL DISPLAY LCALL U_INT LCALL U_INT AJMP UP3.3功率因数电路3.3.1工作原理 图33.3.2软件调试;功率因数调试模块; JB P3.4,MAIN CLR JBB: JB P3.2,BMM1 NOP JB P3.2,BMM1 NOP JB P3.2,BMM1 CLR TR0 CLR C ;剔除坏值 MOV A,TH0 ;5000COS计数值4DH偏移量2度 CLR C SUBB A,4CH MOV 4DH,A LCALL A2_10 LCALL LEDBCOSP3: MOV TH0,#0 MOV TL0,#0 ;BMM1: SETB TR0 LCALL I_INT LCALL DISPLAYBMM2: LJMP BB3.4 IC卡电路 3.4.1 IC卡电路工作原理图 图4本系统采用SIEMENS产品的SLE4442IC卡。3.4.2软件调试;CARD插入识别;OUT1: SETB K_42 ;IC插入识别 JNB K_42,MOUT LCALL T10 JNB K_42,MOUT CLR EA MOV R7,#200T2SEC: LCALL T10 CPL SDA DJNZ R7,T2SEC LCALL CARDFOUT: JNB F0,MOUT CLR EA SETB J ;关继电器 MOV 43H,#36H ;24C021读写故障显示 MOV 44H,#36H ;三三三. MOV 45H,#36H ; LCALL DISPLAY LJMP FOUTMOUT: LCALL DISPLAY LJMP MAIN3. 5显示电路 3.5.1显示电路图 图53.5.2软件调试;动态显示子程序;DISPLAY: MOV P0,#0FFH CPL SDA SETB P2.5 ;动态显示 CLR P2.6 CLR P2.7 MOV P0,45H LCALL T1_7 CLR P2.5 MOV P0,#0FFH SETB P2.6 MOV P0,44H LCALL T1_7 CLR P2.6 MOV P0,#0FFH SETB P2.7 MOV P0,43H LCALL T1_7 CLR P2.7 MOV P0,#0FFH SETB P2.5 RET3. 6报警电路3. 6.1报警电路图 图63.6.2软件调试;判断电度=0度?;MAIN: MOV P3,#0FFH MOV R7,#04 MOV R0,#24HM: CJNE R0,#00,STR INC R0 DJNZ R7,M CLR EA SETB J ;关继电器 MOV 43H,#7FH;声音报警; MOV 44H,#7FH;声音报警; MOV 45H,#40H ;DISPLAY 0.M1: LCALL DISPLAY LJMP SECOUT3. 7数据保护电路3.7.1工作原理图 图7 把IC卡中的电度数读出并存入24C021中保存，数为防止错误码发生，需要反复四次读取。3.7.2软件调试;四位电度数存入24C021并校验; CPL SDA LCALL WRITE_THANC11: MOV 40H,24H MOV 41H,25H MOV 42H,26H LCALL LED MOV 29H,#15 ;拔卡后显示15S LCALL DISPLAY SETB K_42 JB K_42,C11 LCALL T10 JB K_42,C11 AJMP CARD_EXITCOUT: MOV 43H,#39H MOV 44H,#39H MOV 45H,#39H ;IC卡操作失败显示-1-1-1. MOV 29H,#15 LCALL DISPLAY CLR F0 CLR REST CLR CLK_42 CLR IO SETB K_42 JB K_42,COUT LCALL T10 JB K_42,COUTCARD_EXIT: RET3. 8软件设计 3.8.1主程序框图 图9 3.8.2中断框图T0中断计算功率因数T1定时中断15S四、单片机功能简介AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，片内带有一个4K字节的Flash可编程可擦除只读存储器，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51并兼容。片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程来编程。因此AT89C51是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。 4.1引脚介绍 图104.2接线图 图114.3 AT89C51系列的功能部件n 8位CPUn 4K bytes的片内ROM，片外可扩展到64Kn 128 bytes的片内RAM，片外可扩展到64Kn 2个16位的定时器/计数器（CTC）n 4个8位并行I/O口：P0、P1、P2、P3n 1个全双工串行口，实现与PC机的通讯n 21 bytes 的专用寄存器（特殊功能寄存器，SFR）n 5个中断源，可编程为2个优先级n 片内自带震荡器，只需外接石英晶体，可输出时钟n 片内采用总线结构，采用单一的+5V电源4.4 MCS51外接晶体的接法 图124.5 MCS51上电复位电路 图13 高电平复位，RST=1，2个机器周期 复位时间需要保持在10ms以上 如：12MHz石英晶体 C取10uf，R取10K4.6控制引脚图1、P0、P1、P2、P3口都是8个引脚的I/O口2、P0是OC门输出，带载能力为8个TTL门3、P1、P2的带载能力是4个TTL门4、初始状态所有端口为高电平=1 图14五、安装调试在本机调试时，主要分为以下几大步骤：1、先调试电源的电压线性后，再调运算放大器的零点。2、电压测试模块、电流测试模块、显示模块、功率因数、IC卡电路、24C021数据块这些部分应做到软件和硬件相结合的办法。3、完成以上调试后，测量已知的标准电压、电流信号，并进行二次微调，使其接近理想值。4、调试保护电路，输入测试数据。看能否达到预期的效果。功能特点：1金卡IC预收费，供电部门以出售用电卡（IC卡）的方式销售电量预收电费，用户先买后用；2具有远程数字脉冲输出能力，配置相应的集中抄表系统，可实时检测电表的工作情况；3进口单片微电脑控制，完全数字化计量，止逆、智能防窃；4用电IC卡经软件多重加密，完全确保数据的安全、正确、可靠。5交替显示剩余电量和累计用电量，显示位数为3位，显示精度为0.1 kWh6电量用完以负值显示,所欠电量达到一定值(可设定)自动断电，输入新的电量后恢复供电；7磁保持继电器的应用，一方面提高了断电动作的可靠性和大幅度降低功耗，同时也克服了继电器大电流长时间工作时触点粘连的毛病；8停电时，数据自动保存，来电自动恢复；9通用微机+专用IC卡读写器+收费管理软件构成售电管理系统;主要技术指标：1额定电压：单相：220V；2工作电压：130220V3标定电流：单相：5(20)A;10(40)A;10(60)A； 4精度等级:1.0级5额定工作频率:50/60Hz6功耗: 1.5W六、结 论预付费电度表目前存在的几个问题和相应的解决方案：1、寿命问题该问题主要集中在表计中的相关电子元器件的使用寿命对表计总体使用寿命有一定的影响的认识上。解决方案：但是从目前各地区（尤其是南方地区）的电力系统管理部门已经大面积使用全电子式单相系列电度表，加之随着科技水平的飞速发展，表计中的电子元器件的性能、可靠性、使用寿命都较前几年有了较大的提高来看，全电子式电度表计的使用寿命可以达到10年甚至更长时间，故可以认为预付费电度表内部的相关电子元器件的使用寿命与全电子式电度表的使用寿命应是同步的。同时我们也欣喜的看到，近两年的预付费电度表产品无论是从产品质量、功能，还是可靠性和使用寿命等都有明显的提高。2、 预付费电度表卡口防攻击性、继电器问题该问题主要是认为预付费电度表的卡口容易受到恶意攻击而损坏，继电器受到大电流的干扰后也会损坏。解决方案：在这方面，我的表计有自己独到之处，采用特有的保护电路设计，同时强化了预付费电度表卡口防多种攻击的能力，与其它同类产品相比，大幅度降低了受到攻击而损坏的可能性；同时继电器内置/外置可选，电力系统用户可以根据自身实际管理需要进行选择，减少了表计正常使用损坏的发生。3、电价变动和电价结构调整而带来抢购电问题部分地区的电力系统管理部门认为，预付费电度表的使用过程中，由于政策性电价上涨调整，导致用户在调整前期形成抢购电量的短暂现象，会导致电力企业损失一部分电费；解决方案：对于这个问题的解决上并不是很困难，只要在与预付费电度表相配套的售电管理系统中进行一定的改进，使用户在购电前的卡内剩余电量值要低于某一规定值，同时规定居民用户的上限购电量。这样，即使在电价调整的时候，由于用户用电状况不能符合上述两方面的要求，而不能抢购电量，换句话说：就是避免了电价上涨调整形成的抢购现象，用户在这样的条件下，形成正常的用电规律。4、预付费电度表自动停电不符合电力法的要求虽然电力法规定，停电前必须通知用户，让用户有一定的准备；对于预付费电度表用户来说，表内可用电量使用完了，而用户不再购电，预付费电度表将自动断电。但我们都知道，无论用户是先用电后交费，还是先交费后用电，只要用户不交纳电费，任何电度表都是可以停电处理的。解决方案：方法一：用户在使用预付费电度表前，与电力系统管理部门提前约定协议电量（用户可以根据自身的实际使用情况，在使用预付费电度表前，与电力系统管理部门协商确定一个适当的预购电量值，即协议电量，在使用完协议电量值后，再行支付电费，实现电费滚动结算）。方法二：在预付费电度表的设计方案中，已经设计了一、二次自动报警功能，即剩余电量低于一定的数值后，提醒用户及时购电，这样，即起到提醒用户的作用，不会让用户在没有思想准备的情况下断电。5、一户一表抄收管理的三种模式比较现存模式：集中抄表、人工抄表、预付费电度表1、集中抄表模式集中抄表管理模式无论是采取何种方式（低压电力载波、电话线、无线通讯等）只是解决了抄表问题，没有最终解决电费收取问题。从目前的相关技术上来说，缺少全国统一的明确标准，各表计/电力软件厂家都在自行研究和开发自己的产品和标准，并且相互保密，彼此之间没有通用性和兼容性；与预付费电度表相比，成本要高出很多，由于集中抄表除了表本身外，还有集中采集器和通讯通道，增加了技术上的故障点，维护难度略大于预付费电度表。2、人工抄表模式以某城市有大概150万的用户为例，每两个月抄表一次，每人每天利用抄表器抄表200户计算，大约需要抄表员175人，其他管理人员225人（其中含计算机维护管理、户表稽查人员等），共需400人。抄表人员的来源有两个方面，经过一定时期的调研后计算其费用如下：电力系统内部解决：每年需投入约650万元（包括工资、保险福利费）。从社会上招工：每年需投入约500万元（包括工资、奖金、保险、保险福利费）。长寿命技术机械表和人工抄表模式的优点：1）长寿命技术机械表本身价格较低。2）运行维护成本较低。3）符合电力法先用电后付费的要求。4）能增加社会就业机会。