在工业和日常生活中,电已经成为不可或缺的生活品之一,其重要地位不言而喻.同时,电度表作为电能计量产品被国家列为影晌国计民生的重点仪器仪表产品,无论是计划经济时代还是市场经济时代电度表都是国家重点支持的产品.在我国发展过程中,电度表技术经历了"仿制探索阶段,联合攻关阶段,引进消化阶段,自举创新阶段"四个阶段的发展.使用的电度表种类有机械式,电子式等,但是,诸如此类的电度表均存在数据的重复性和一致性较差,笨重,耗电,需要手工抄表,防窃电差,抗恶劣环境能力差等缺点.
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的广泛应用,使电度表的技术水平和性能得到长足发展.本系统利用单片机的可靠性高,便于扩展,控制功能强,低电压,低功耗等优点展开设计,并采用IC卡设置预付费系统,得到电能计量准确,精度高,保密性好,抗干扰强的优质预付费电度表.
1.1 IC卡式单片机预付费电度表概述
IC卡式单片机预付费电度表是一种新型的IC卡式预付费仪表,具主要包括电能计量系统和预付费系统.电能计量系统采用成熟的电子式电能表技术,整体结构合理,工艺先进,实现电能测量,电能值显示,超负荷断电等功能,并具有电子式电能表的各种优点;预付费系统主要利用IC卡实现先付费,再用电.该表在设计过程中,充分考虑到在线仪表的特点,在可靠性和抗干扰能力方面采取了一系列措施,完全符合电磁兼容性标准.该产品各项性能指标符合JBT8328-1996《预付费电度表》标准中对单相电子式预付费电能表的全部技术要求.
结合用户的群众性及经济利益等诸多特殊要求与条件,本电度表引入微控制器,其具有更多的技术特点和优越功能,具体如下:
(1) 采用新型IC卡,一户一卡,互不通用,具有良好的可靠性和安全性.
(2) 具有负荷设定功能,超负荷跳闸功能并记录超负荷次数(可选功能)
(3) 可在20A电流下长期工作,温升小于30度
(4) 具有数据回写功能,回写累积电量,剩余电量,超负荷次数,非正常用电时间,电能脉冲常数至售电系统,便于电力部门管理.
(5) 剩余电量为0时跳闸断电,此时若用户使用短路方式窃电,该表可记录窃电时间,并回写至售电系统.
(6) 剩余电量不足报警.
(7) IC插座自保护功能,当金属片等异体物质插入IC插座时,读卡部分自动保护但不影响正常计费和其他功能,确保电表不会损坏.
本设计任务和主要内容
本论文主要研究IC卡式单片机预付费电度表,分别对电能计量,预付费系统,控制电路,显示,IC卡接口等方面进行了深入研究,并增加采用IC卡付费和掉电保护功能.
预付费电度表的设计任务是实现相关的功能及要求,符合现实生产生活的需要.其必须满足具备以下一些要求和功能:
(1) 电能计量准确,精度高,要求至少达到二级表(误差为2%)的精度;
(2) 用户将存有电能的IC卡插入卡槽,卡中电能被读入表中,同时把IC卡清"0";
(3) 专卡专用.当有非本机卡或异物插入卡槽时,能及时发现,切断卡座的供电,并在液晶显示屏上给出相应的汉字提示信息,且保密性高;
(4) 电度表正常工作时,液晶显示剩余电能值,已用电能值,并随时改写剩余电能和已用的工作是否正常及用电负荷的大小;
(5) 当表内剩余电能不足20KW.H时,在液晶显示器上显示"请及时购电"以提醒用户余电不多,及时购电;
(6) 当表内剩余电能为0时,自动断电,这时用户不能用电.在用户将重新购电的IC卡插入槽中时,表完成上述第一项的功能,恢复供电;
(7) 有负荷限制功能:当用户电流大于25A时自动断电,1min后恢复供电;
(8) 具有掉电保护功能:掉电时,自动把剩余电能从RAM转储在EEPROM中.
预付费电度表的设计主要内容包括电能计量系统设计和预付费系统设计两方面的内容.此处,预付费系统并非本论文讨论的重点.但是为了描述的方便,我们从整体上进行考虑,具体分硬件设计和软件设计等两个方面进行讨论.
[1]硬件设计
预付费电度表根据设计任务的需要,其硬件电路主要包括电能计量电路,控制电路,显示电路,IC卡接口,电能存储器,掉电检测和电源等模块.
电能计量电路:采用电子电度表专用集成电路SM9903.芯片内部包含了模拟乘法器,电压N频率转换器,VFC,计数器(分频器)及控制逻辑.
控制部分为整个电能表的心脏,实现电能脉冲,掉电信号,IC卡信号,串行EFPROM数据的采集和读写,完成显示驱动模块的控制和继电器的驱动等功能.

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