预付费电度表的工作原理－－毕业设计

目录一、引言5二、预付费电度表的工作原理6三、方案论证731电流电路7311电流电路工作原理7312软件调试732电压电路8321电压电路工作原理8322软件调试833功率因数电路9331工作原理9332软件调试934IC卡电路11341IC卡电路工作原理12342软件调试1235显示电路13351软件调试1336报警电路14361软件调试1437数据保护电路15371工作原理15372软件调试1638软件设计16381主程序框图18382中断框图19四、单片机功能简介1941引脚介绍1942引脚接线图2043晶体接线图2044上电复位电路2142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999KWH，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4DH偏移量2度CLRCSUBBA,4CHMOV4DH,ALCALLA2_10LCALLLEDBCOSP3MOVTH0,0MOVTL0,0BMM1SETBTR0LCALLI_INTLCALLDISPLAYBMM2LJMPBB34IC卡电路341IC卡电路工作原理图图4本系统采用SIEMENS产品的SLE4442IC卡。342软件调试CARD插入识别OUT1SETBK_42IC插入识别JNBK_42,MOUTLCALLT10JNBK_42,MOUTCLREAMOVR7,200T2SECLCALLT10CPLSDADJNZR7,T2SECLCALLCARDFOUTJNBF0,MOUTCLREASETBJ关继电器MOV43H,36H24C021读写故障显示MOV44H,36H三三三MOV45H,36HLCALLDISPLAYLJMPFOUTMOUTLCALLDISPLAYLJMPMAIN35显示电路351显示电路图图5352软件调试动态显示子程序DISPLAYMOVP0,0FFHCPLSDASETBP25动态显示CLRP26CLRP27MOVP0,45HLCALLT1_7CLRP25MOVP0,0FFHSETBP26MOVP0,44HLCALLT1_7CLRP26MOVP0,0FFHSETBP27MOVP0,43HLCALLT1_7CLRP27MOVP0,0FFHSETBP25RET36报警电路361报警电路图图6362软件调试判断电度0度MAINMOVP3,0FFHMOVR7,04MOVR0,24HMCJNER0,00,STRINCR0DJNZR7,MCLREASETBJ关继电器MOV43H,7FH声音报警MOV44H,7FH声音报警MOV45H,40HDISPLAY0M1LCALLDISPLAYLJMPSECOUT37数据保护电路371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。372软件调试四位电度数存入24C021并校验CPLSDALCALLWRITE_THANC11MOV40H,24HMOV41H,25HMOV42H,26HLCALLLEDMOV29H,15拔卡后显示15SLCALLDISPLAYSETBK_42JBK_42,C11LCALLT10JBK_42,C11AJMPCARD_EXITCOUTMOV43H,39HMOV44H,39HMOV45H,39HIC卡操作失败显示111MOV29H,15LCALLDISPLAYCLRF0CLRRESTCLRCLK_42CLRIOSETBK_42JBK_42,COUTLCALLT10JBK_42,COUTCARD_EXITRET38软件设计381主程序框图数据初始化电压模块电流显示模块N判断显示按键电度数显示模块Y判断电度0判断显示按键判断有卡插入电流模块显示模块读取数据YNNN延时N断电Y图9382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MCS51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。41引脚介绍图1042接线图图1143AT89C51系列的功能部件8位CPU4KBYTES的片内ROM，片外可扩展到64K128BYTES的片内RAM，片外可扩展到64K2个16位的定时器/计数器（CTC）4个8位并行I/O口P0、P1、P2、P31个全双工串行口，实现与PC机的通讯21BYTES的专用寄存器（特殊功能寄存器，SFR）5个中断源，可编程为2个优先级片内自带震荡器，只需外接石英晶体，可输出时钟片内采用总线结构，采用单一的5V电源44MCS51外接晶体的接法图1245MCS51上电复位电路图13高电平复位，RST1，2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10K46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、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01KWH6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520A1040A1060A；4精度等级10级5额定工作频率50/60HZ6功耗15W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。长寿命技术机械表和人工抄表模式的缺点1）抄表质量较难保证，需要增加稽查人员以解决查窃电和对抄表质量检查问题，不利于电力公司减人增效。2）如与其它抄表管理模式并存，容易在社会上产生误会，并对表计迁移等业务增大难度。3）对电费的回收结零将产生不利的影响。4）对物业管理不善或楼栋经常