单相电子式预付费电度表单片机期末课程设计

1、单相电子预付费电表第一节简介电表作为电表计量工具在国民经济各部门中得到了广泛的应用。长期使用的都是机械感应计。它有功耗大、笨重、手工抄表、防盗性能低的缺点。随着微电子技术的迅猛发展，微控制器(单片机)和大规模集成电路在电能计量领域得到了广泛的应用，电表的技术水平和性能有了很大的发展。1.1单相电子预付费电表概述预付费电表只是普通电表，但随着微控制器的引进，对设计师提出了很高的要求。因为由电源等引入的干扰容易导致程序错误，可能导致数据丢失或更改(如剩馀电力)、米死机等不可预测的结果。家用电脑和普通仪表可以停止工作，可以通过手动重置、重置等方式恢复，但对计量器来说是致命的。此外，预付费电表的工作条

2、件相当差，因此对可靠性的要求也相对较高。通常主要反映在以下方面：1.全年不间断地运行，要做到这一点，设备必须具备高质量和高可靠性。2.计价器在进行校表的时候，要经过最慢的上下电考试。慢电是指电表的电源电压从0到最大时间太长，无法可靠地重置单片机，使得电表工作异常。所谓慢速电源，是指当电源关闭时，单芯片微型计算机的电源不会立即为零，在一定时间内，单芯片微型计算机的程序指针PC可能会出现故障。也就是说，程序可能会从正常轨道跳出，产生混乱，甚至陷入四循环。(David aser，Northern Exposure)。3、主要面向普通大众，要求成本尽可能低，因此在保证可靠性的前提下硬件电路很简单。4、

3、电能计量与用户缴纳电费的量有关，经济相关的事实不允许出错，因此电表对电能计量的准确性和准确度要高。因此，计量器的多少功能不是最重要的，关键是实现低功耗、高可靠性。1.2此设计功能简介和工作流程预付费电表具有以下功能：1、用户将带电的IC卡插入卡插槽，卡内的电读为表，IC卡清除“0”。2、专用卡专用。将非本机卡或异物插入卡插槽后，可以切断卡座的电源，并在液晶屏上提供相应的汉字提示信息。3.如果仪表工作正常，则可以随时重写液晶屏上剩馀的功率值、使用的功率值、剩馀功率和使用的操作是否正常以及电力负荷的大小。4.表中剩下的电量为20千瓦。低于h时，在液晶显示器上显示“及时购电”，通知用户电量不足，并警

4、告用户及时购电。5、表中剩下的电为零时自动断电，用户无法使用电。用户将重新购买的IC卡插入插槽时，请完成此表中的第一个功能以重新供电。6、具有负载限制功能。如果用户电流大于25A，则自动断电，1分钟后重新通电。7、具有断电保护功能。电源关闭时，自动将剩馀的电量从RAM转储到EEPROM。预付费电表的工作方式如下：1、开机时在液晶屏上显示“电子电能表”。然后将EEPROM中存储的其馀电源转移到RAM。2、单片机正常运行时，可以显示剩余电量和使用的电量。3.本机IC卡插入卡插槽后，根据遗传卡和无电卡(空卡)的不同，处理方式也不同。如果存在电子卡，则显示“正在读取卡，正在等待主”。稍后显示“请拔出卡

5、。”这时卡的电记录在表上，卡为零。如果是空白卡，则显示“空白卡”。4、使用电力时，剩余电力减少，已增加为电能。5、插入无效卡时，出现“IC卡型号无效。请更换卡”。6、没电的时候，切断电源，表示“没电了，请及时买电”。第2节系统主要硬件电路设计2.1有功功率测量的基本原理本设计使用包含四象限模拟乘法器、积分器、电压/频率转换器VFC、计数器(分配器)和控制逻辑的活动功率测量集成电路SM9903乘以正弦电压和电流，然后转换为频率输出。只要输出脉冲的累积计数就能测量电力。在正弦正常状态下，将正弦电压和电流分别设置为：(2-1)(2-2)表达式中U为交流电压瞬时值，I为交流电流瞬时值，U为交流电压有效

6、值，I为交流电流有效值，交流的角度频率，=u-i为电压电流的相位差。四象限模拟乘法器相乘的瞬时功率为：(2-3)瞬时功率有恒定分量UI和正弦分量两侧的双面三刀部分，正弦分量的频率是电压(或电流)频率的两倍。图2-1正弦电流、电压和瞬时功率的波形图在图2-1中，U是瞬时电压，I是瞬时电流，P是瞬时功率。瞬时功率P通过积分器后，有效功率P，即P=(2-4)根据上述分析，有源电力P是恒定分量，通过V/F转换成P的电压，随P一起输出频率变化的脉冲。只要脉冲累积计数，计数值N就是电。2.2预付费电能表电路工作原理预付费电表的硬件电路可以分为电能计量电路、显示电路、IC卡接口、电气内存、断电检测和电源的主

7、要模块。2.2.1电能计量电路电能计量电路采用仪表专用集成电路SM9903。SM9903采用3m硅栅BICMOS工艺制造。电路是内置电路的高级设计，例如缓冲放大器、乘法器、V/F A/D转换器等。该芯片仿真部分和数学部分可以分开供电，可靠性高。封装使用DIP20塑料密封。图2-2由SM903组成的电能计量电路2.2.2控制部分控制部分是执行电脉冲、断电信号、IC卡信号、串行EEPROM数据收集和读/写、显示驱动器模块控制和驱动等功能的整个计量器的心脏。单片机的选择是决定仪表性能的关键因素，该设计采用MCS-51系列单片机，多才多艺，堆栈丰富，易于编程。51系列单片机的指令系统中有很多2-3B的

8、指令。程序指针PC跳到特定命令的中间时，将操作对象作为脚本运行可能会引起混乱。这种致命的弱点会降低计量器的可靠性。图2-3 AT89C52配置的主控制电路2.2.3显示电路此系统使用液晶显示器。显示内容丰富(可以显示汉字)，功耗低，稳定性高，电路简单等特点。设备型号为SMG12232B-2，显示容量为122*32光栅。用总线方式连接。图2-4液晶显示器接口电路2.2.4 IC卡接口电路IC卡接口电路用于使用Atmel的存储IC卡AT24C01存储销售管理系统中记录的密码、卡号、电气度数等，是电气管理部门与用户连接的桥梁。为了提高IC卡操作的可靠性，需要有卡上、卡下电子控制电路、卡插入检测电路、

9、卡短路检测电路等辅助电路，结合软件可以大大提高读写的准确性和可靠性。图2-5 IC卡接口电路2.2.5电气内存电源内存包括串行EEPROM和上行链路电阻，分别连接串行时钟和数据端与IC4的P3.0和P3.1端的上行链路电阻R25和R27。串行EEPROM选择at24c 04；at24c 04是低电压(2.5V-5.5V)、长寿命(可写10万次以上)部件。存储电源下降时剩下的电量。图2-6电源存储电路2.2.6断电检测电路包括电源关闭检测电路比较器(运行LM393)、基于电压的LM336(2.5V)、R31、R32、R33、R34、R35、R36和二极管VD7。图2-7电源关闭检测电路2.2.7

10、磁裴珉姬继电器驱动电路利用磁裴珉姬继电器，电子系统可以保持最后一个驱动脉冲注入的磁场不变。也就是说，在正常运行期间不需要添加驱动电流，只有需要更改触点状态时，才需要添加200毫秒的反向脉冲。然后不需要任何驱动。这样可以大大节约能源，减少功耗。磁裴珉姬继电器由AT89C52的P1.0，P1.1发出控制信号，P1.1在高功率工作日时线圈有正向电流，P1.0在高功率工作日时线圈切换反向电流。驱动电路包括电阻R21、R45、R46、R47、R48、R49、R50、R51、PNP三极管VT1、VT4、三极管VT5、VT6、VT7和VT8。l是电子圈。P1.1=1，P1.0=0时晶体管VT4，VT7，VT

11、8传导，VT1，VT5，VT6闭合。通过l的电流方向为12v= vt4的e极= vt4的c极=线圈b端=线圈a端= vt7的c极= vt7的e极=地面，继电器接点打开。如果P1.1=0，P1.0=1，则晶体管VT4、VT7、VT8将关闭，VT1、VT5、VT6将打开。通过l的电流方向为12V= VT1的E极= VT1的C极=线圈A端=线圈B端= VT6的C极= VT6的E极=。继电器触点断开。P1.1=P1.0=0时，所有三极管均关闭，线圈没有电流。P1.1=P1.0=1是不允许的情况。因为所有三极管传导的功耗都很大。图2-8磁裴珉姬继电器驱动电路第3节系统软件设计系统软件编程主要包括：主编程

12、、IC卡检测和读写程序、外部中断0服务程序(断电保护)、计时器0中断服务程序等。3.1主要编程流程图及其代码图3-1基本程序流程图ORG 0100H主： mov sp，# 60h堆栈设置LCALL DIRRST运行显示重置程序LCALL KEYRST执行键盘重置过程LCALL AT24RST运行E2PROM重置程序LCALL AT24RSTI运行IC卡重置过程LCALL DDJCRST设置中断LCALL DLCSRST计时器设置主1: lcallkey运行密钥扫描仪MOV A，SEERCjne a、see、main 3MOV A，#1Cjne a、see、main 2SJMP MAIN4主要2

13、: mov a，# 2Cjne a、see、main 5SJMP MAIN4主3: movseer，seeLCALL LCDRESET执行液晶显示器重置过程MOV A，#00HLCALL LCDFILLmain 4: lcall dir；运行显示程序主5: lcallick运行IC卡检测和读写程序AJMP MAIN13.2 IC卡检测和读写程序设计ICK: JNB K2，ICK1SETB VCCIRETICK1: MOV DEL，#10LCALL DELYJNB K2，ICK2SETB VCCIRETICK2: CLR VCCIMOV DEL，#10LCALL DELYJB VCCDL，ICK3SETB VCCIMOV SEERR，SEEMOV SEE，#5MOV SEER，SEELCALL LCDRESET执行液晶显示器重置过程MOV A，#00HLCALL LCDFILLLCALL DIRMOV DEL，#60LCALL DELYMOV SEE，SEERRRETICK3: MOV MRDI，#00HMOV NUMBYT，#8MOV SLA，#0A0HLCALL RDNBYTIMOV A，#0AAHCJNE A、MRD1I、ICK4