【正文】 ，預付費系統(tǒng)主要是利用IC卡實現(xiàn)付費再用電。（3）由于主要面向廣大群眾要求成本可能低，所以在保持可靠性的前提下，要求硬件電路簡單。而且付費電度表的工作條件相當惡劣，對其可靠性也相對較高，一般來說主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）常年不間斷運行，這要求設備具有高質(zhì)量和高可靠性。單相電子式預付費電度表就是其中的一種。電度表作為一種電能計量工具，在國民經(jīng)濟各部門中得到廣泛的應用，是我國電工儀表行業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。房地產(chǎn)市場競爭激烈的城市，正是從提高樓盤智能化水平，率先在某些高檔樓盤、高檔辦公大樓、公建設施中采用了智能IC卡表預付費系統(tǒng)。經(jīng)過幾年的實際應用，收到了較好的效果，已成為我國用電管理的主流。經(jīng)過多年的發(fā)展，電力已經(jīng)成為國家最重要能源之一，并逐步滿足了工業(yè)用電和居民用電需求，解決了電力能源的供需矛盾。后來，為適應工業(yè)化和電能管理現(xiàn)代化發(fā)展的需求，電子式電能表應運而生。 MCU。在保證功能的情況下減少成本增強穩(wěn)定性、可靠性。 四、設計應解決下列各主要問題：（1）方案設計及論證；（2）電表硬件及軟件的設計；（3）提高電表可靠性的措施。（4） 五、設計說明書應附有下列圖紙： 電表整體電路圖 六、命題發(fā)出日期： 20XXXXXX 設計應完成日期： 20XXXXXX 設計指導人（簽章）： 系 主 任（簽章）： 院 長（簽章）： II指導教師對畢業(yè)設計的評語指導教師（簽章）： 年 月 日特 邀 評 閱 人 意 見評閱人（簽章）： 職 稱（簽章）： 年 月 日答辯（考試）委員會鑒定意見答辯（考試）成績： 鑒定意見：主 任（簽章）： 副主任（簽章）： 年 月 日摘要本論文主要是單相電子式預付費電度表的設計，包括電能計量系統(tǒng)方案選擇，預付費系統(tǒng)方案選擇，電源電路、控制電路、顯示電路、掉電保護電路、電能存儲器、磁保持電路、IC卡接口電路等模塊的設計，程序編寫，電表穩(wěn)定性設計等部分。預付費電表是以先充值購電后消費的模式，作為使用者，用數(shù)一目了然。 Prepaid。最初的電子式電能表仍基于感應式測量機構，只是表盤的旋轉(zhuǎn)變成了電脈沖；隨后出現(xiàn)了基于各種乘法器原理的電子式電能表。同時，電子技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，給供電部門和用電部門、居委會或物業(yè)管理部門在供用電管理的規(guī)范化、自動化和收費網(wǎng)絡化方面提供了可能。在房地產(chǎn)市場日益理智的今天，購房者對樓盤物管質(zhì)量越來越重視。如著名的珠鷹大廈、碧桂園鳳凰城等著名樓盤，中國南方航空公司、廣州軍區(qū)司令部、陸軍總醫(yī)院、廣東工業(yè)大學等部隊、院校，均通過采用智能IC卡表預付費系統(tǒng)，極大地促進了管理水平，提升了品位。近幾年，國家連續(xù)出臺的多項與電能表行業(yè)發(fā)展相關的政策以及房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，為電能表需求的上升及保持行業(yè)發(fā)展的相對穩(wěn)定起到了一定的保障作用。且已經(jīng)逐步成為電能表發(fā)展的主流，在未來幾年里，這種趨勢將更加明顯。（2）電度表進行校表時要經(jīng)歷最嚴厲的滿上下電考研。（4）電能的計算關系到用戶交納電費的多少，涉及經(jīng)濟的實際，不允許出現(xiàn)錯誤，所以電能表對電能計算準確精度高。前者主要追求可靠性，后者要求高安全性。這樣轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生一個脈沖，再通過對脈沖的整形計數(shù)，顯示完成電能的計量。為抑制這種干擾，必須在軟件上加數(shù)字濾波器或在硬件上采用隔離放大器和高精度的運算放大器。： 電壓頻率轉(zhuǎn)換式這種方案CPU要實現(xiàn)讀寫卡控制，求功率因數(shù)，電能計算等功能，負擔較重，一般的MCS51,MCS96和PIC系列單片機難以勝任。基于以上分析，方案四明顯優(yōu)于其他三種方案。多采用2線串行通信協(xié)議（I2C總線協(xié)議）或3線串行通信協(xié)議（SPI協(xié)議）,存儲器卡的典型型號有：AT24C01AL02/04/08/16/32/64二線串行EEPROM； AT93C46/56/66三線串行EEPROM；SLE4418智能型1KB EEPROM，等等。允許連續(xù)密碼核驗的錯誤次數(shù)很少（一般在十次以內(nèi)），可有效防止非法試探，若在限定的次數(shù)密碼仍不對，則卡片死鎖作廢。③RAM用于存放中間處理結果及作為卡與讀寫器間的信息，交換的中間緩沖器128B～1KB。典型型號有：mc68Hco5sc26 6KB ROM/224BRAM方案（4）射頻CPU卡射頻CPU卡是射頻識別系統(tǒng)的電子數(shù)據(jù)載體，卡中嵌有耦合元件和微電子芯片，在讀寫器的響應范圍之外，射頻CPU卡處于無源狀態(tài)，通常，它沒有自己的供電電源，只是在讀寫器響應范圍之內(nèi)，卡才是有源的卡所需要的能量以及時鐘脈沖，數(shù)據(jù)，都是通過耦合單元的電磁耦合作用傳輸給卡的。由于讀寫之間無機械接觸，避免了因接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障；且射頻CPU卡及讀寫器表面均無裸露的接觸，無需擔心觸點損壞或脫落，卡彎曲損害所致之卡片失效；卡與讀寫器均為全封閉防水防塵結構，既避免靜電，塵污對卡的影響，也可防止粗暴插卡，異物插入讀寫器插槽以及讀寫器“吃卡”等問題。由于射頻CPU卡與讀寫器之間通信處于相對運動狀態(tài)，對電路的處理速度，可靠性等都提出了更高的要求，因此，對應用安全性要求高的場合目前及主要采用接觸式CPU卡，射頻正處于發(fā)展中。通過以上四種方案的綜合比較可以看出，方案一適合學校的定量用電，在設計中選用AT24C04為存儲器卡，用Visual c++在微機上編制相應的售電管理系統(tǒng)，配以相應的讀卡器實現(xiàn)對IC卡的初始化，卡號識別充值等操作。4 用電時，能按二級表的精度計量電能，并隨時改寫剩余電能和已用電能。8 具有掉電保護功能。3 當有本機IC卡插入卡槽時根據(jù)有電卡和無電卡（空卡）做出不同的處理：若為有電卡則顯示“reading”，稍后提示“ok”這時卡中電能被寫入卡中，且將卡清零；若為空卡，則顯示“emport”。4硬件電路及工作原理本設計采用有功電能測量集成電路SM9003，芯片中包含了四象限模擬乘法器，積分器，電壓率頻轉(zhuǎn)換器VFC，計數(shù)器（分頻器）及控制邏輯，它能將正弦電壓和電流相乘后，轉(zhuǎn)換為頻率輸出。：在圖10中，u是瞬時電壓，i是瞬時電流，p是瞬時功率。下面是各個模塊的工作原理：電能計量電路采用電子電度表專用集成電路SM9003，首先有必要介紹一下SM9003的相關特點和技術參數(shù)。特點:①精確測量正負兩個方向的有功功率，且以同一個計算電能。⑤直接驅(qū)動步進電機⑥適用于單相，三相電度表。應用乘法器將功率轉(zhuǎn)換成電壓，再通過V/F（電壓/頻率轉(zhuǎn)換）型A/D轉(zhuǎn)換器等電路將電壓信號轉(zhuǎn)換成可供MCU讀取和直接驅(qū)動步進電機的數(shù)字信號。 輸出無調(diào)制的脈沖信號在設計中，：，用精密金屬作為電壓采樣電阻。單片機的選擇是決定電度表性能的關鍵因素，本設計采用51系列的單片機，其特點是通用性強，堆棧豐富和編程容易。這一致命的弱點將導致電度表的可靠性下降。電容C13和電阻23構成上電復位電路，電源啟動時，電源對電容C13充電，在CPU的復位端產(chǎn)生一高脈沖，只要高電平的維持時間大于兩個機器周期（24個震蕩周期）。51系列單片機簡介單片機是在一塊硅片上集成了各種部件的微型計算機。算術邏輯單元ALU能對數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除等算術運算和“與”、”或”、“異或”等邏輯運算以及位操作運算?？刂七壿嬛饕ǘ〞r和控制邏輯、指令寄存器、譯碼器以及地址指針DPTR和程序計數(shù)器PC等。一條指令譯碼產(chǎn)生一系列微操作信號在時間上有嚴格的先后順序，這種次序就是計算機的時序。51單片機在物理上有4個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。這4KB地址為0000H0FFFH；而1000HFFFFH地址區(qū)為外部ROM專用。為了提高IC卡的可靠性，必須有卡上下電控制電路，卡插入檢測電路，卡短路檢測等輔助電路，結合軟件可大大提高其讀寫的準確性和可靠性。串行EEPROM選用AT24C04,AT24C04為低電壓(～),長壽命（可擦寫10萬次以上）器件。常用的并行接口EEPROM芯片有2816（2K8bit）、2817（2K8bit）、2864（8K8bit）等.串口接口EEPROM芯片體積小、功耗低、占用系統(tǒng)放入信號線少、電路簡單。 電能存儲器與EEPROM的連接I2C總線簡介：I2C總線是Philips公司推出的串行傳輸總線，它采用兩線制，由串行時鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA組成。由于總線接口以集成在單片機內(nèi)，用戶無需設計接口，使設計時間大為縮短。在總線上 可以掛接各種類型的外圍器件，如：RAM、EEPROM、日歷/時鐘、A/D、D/A以及I/O口、顯示驅(qū)動器構成的各種模塊。主器件 （通常為單片機）和從器件均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)?？偩€備用時，SDA和SCL都必須保持高電平狀態(tài)，只有關閉I2C總線時才使SCL箝位在低電平。在時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線出現(xiàn)由高電平向低電平的變化時，作為起始信號S，啟動I2C總線工作。但每傳送一個字節(jié)后，接收器都必須發(fā)一位應答信號ACK（低電平為應答信號，高電平為非應答信號），發(fā)送器應答后，再發(fā)下一數(shù)據(jù)。下面以內(nèi)部無I2C接口的8051單片機擴展I2C總線E2PROM24CXX為例，說明擴展I2C接口的軟件設計方法。A0、AA2位片選或塊選。AT24CXX采用I2C規(guī)約，采用主/從雙向通信，主器件通常為單片機，主器件產(chǎn)生串行時鐘，發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向就，并產(chǎn)生開始和停止條件，串行E2PROM為從器件，無論主器件還是從器件，接受一字節(jié)后必須發(fā)出一個應答信號ACK。當1010碼發(fā)送到總線上時，其他非串行E2PROM從器件將不會響應。控制字節(jié)AAA0的選擇必須與外部引腳的硬件或者內(nèi)部塊選擇匹配，AAA0引腳無內(nèi)部連接的，則這3位無關緊要，須作器件選擇的，其AAA0引腳可接高電平或低電平。2）起始信號、停止信號、應答信號起始信號：當SCL處于高電平時，SDA從高到低的跳變?yōu)镮2C總線的起始信號，起始信號應該在讀/寫操作命令之前發(fā)出。再接收一字節(jié)后，接收器件必須產(chǎn)生一個應答信號ACK主器件必須產(chǎn)生一個于此應答信號相應的額外時鐘脈沖。首先主器件發(fā)出起始信號S后，發(fā)送寫控制字節(jié)，即（最低位置0，即R/讀/寫控制位為低電平0），然后等待應答信號，指示從器件被尋址，有主器件發(fā)送的下一字節(jié)為字地址，為將被寫入到AT24CXX的地址指針；主器件接收來自AT24CXX的另一個應答信號以后，將發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，并寫入到尋址的存儲器地址；AT24CXX再次發(fā)出應答信號，同時主器件產(chǎn)生停止信號P。接收每一字節(jié)以后，低位順序地址指針在內(nèi)部加1，高位順序地址保持為常數(shù)。AT24CXX系列的讀操作有3種類型：讀當前地址內(nèi)容、讀指定地址內(nèi)容、讀順序地址內(nèi)容。： AT24CXX讀當前內(nèi)容的時序（2）讀指定地址內(nèi)容這是指定1個需要讀取的存儲單元地址，然后對其進行讀取的操作。 AT24CXX讀順序地址內(nèi)容的時序掉電檢測電路由比較器（運放LM393）,電壓基準LM336()，R31,R32,R33,R34,R35,R36和二極管VD7組成，：R31為VZ3提供結合的工作電流，VZ3上端作為電壓基準，R32,R33對5V電壓分壓，與V+做比較，電源電壓正常時，V＜V+比較器輸出高電平，當電源掉電時，V+跟隨電源電壓下降，當下降到V＞V+時，比較器輸出低電平，使微處理器產(chǎn)生外中斷，做掉電處理（將剩余電能存入EEPROM中）。這就大大節(jié)省了能量，降低了功耗，：、驅(qū)動電路由電阻R2R4R4R4R4R4R50、R5PNP三極管VTVT三極管VTVT VTVT8組成。流經(jīng)L的電流方向為+12V→VT1的E極→VT1的C極→線圈的A端→線圈的B端→VT6的C極→VT6的E極→地,繼電器觸點斷開。軟件的設計占了整個產(chǎn)品的大部分時間。軟件設計者要盡最大能力把各種可能的情況模擬出來，把各種各樣的干擾附加上去，這樣會不斷發(fā)現(xiàn)問題。用以實現(xiàn)脈沖計數(shù)，從而實現(xiàn)電能的累加。目前有以下幾種電源：①阻容分壓式：采用簡單的電阻電容分壓濾波，這種電源穩(wěn)壓性能差，電源波動大，帶負載能力小，電網(wǎng)干擾極易竄入。單片機對電源要求最高采用線性穩(wěn)壓電源。用于存儲剩余電能，其存儲的可靠性至關重要。為防止電源波動時多次產(chǎn)生掉電信號，從而引起多次寫EEPROM操作，電路應具有滯回特性（施密特特性）。慢上下電對微處理器是致命的，這時不但程序指針PC出錯，還會產(chǎn)生掉電信號，這極易寫入錯誤的數(shù)據(jù)。若正確，寫入；否則退出。初始化程序要向用戶顯示有關信息，時間較長，另外由于電源波動時復位的可能性大，程序由此出錯的概率最大，一上電，立即將雙份數(shù)據(jù)人為設為不同然后初始化，之后再讀EEPROM，若程序在出初始化階段出錯，也不會寫入錯誤數(shù)據(jù)。剩余電能必須是二十進制碼（BCD碼）。微處理器受到干擾，I/O口狀態(tài)可能改變，比如電脈沖輸入口若改變?yōu)檩敵鰬B(tài)，會造成用戶用了電，但微處理器確檢測不到的可能，所以周期性的重新定義I/O的輸入/輸出狀態(tài)，對于干擾環(huán)境下運行的電度表是有好處的。設計期間，我學到：治學務必嚴謹、思維務必開闊、科研務必創(chuàng)新。由于本次畢業(yè)設計所涉及到