【正文】 , set the very high request to the designer. Is only because by introduction and so on power source disturbances is very easy to cause the procedure to make a mistake, possibly leads to the uncertain consequence, moreover the prepayment electric meter39。在電能計量領(lǐng)域電勢必有電子式儀表，抄表方式由自動抄表方式取代人工抄表。簡單來說 IC卡預(yù)付費電度表是以 IC卡作為電能量值數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)， 在電度表（電子式電度表或機械式電度表）中加入負(fù)荷控制部分等功能模塊，從而實現(xiàn)電量抄收和電量結(jié)算的智能型電度表。收費工作更加不便。有的系統(tǒng)過于復(fù)雜、成本較高而 不實用。 （２）充分體現(xiàn)了電力的商品屬性。 IC 卡電表具有多種防竊電功能，起動電流小、無潛動、寬負(fù)荷、低功耗，誤差曲線平直、長期運行時穩(wěn)定性好，外形美觀、體積小、重量輕、安裝方便。 預(yù)購電量； IC 卡傳遞數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)回讀，包括：回讀總電量，剩余電量，表內(nèi)累積購電量，總購電次數(shù)等信息。 IC 電度表的發(fā)展及現(xiàn)狀 95 年前，主要為電鑰匙 IC 卡，以 93C46 和 24C01 為主 IC 卡為可擦寫存儲芯片（ EEPROM）或一 般存儲卡， IC 卡存儲方便、使用簡單、價格便宜，安全性不高，存在被破解的可能性， 用戶以物業(yè)小區(qū)為主。 而中國電度表的生產(chǎn)制造也經(jīng)歷了四個階段：初步發(fā)展階段、快速發(fā)展階段、穩(wěn)定發(fā)展階段、優(yōu)化發(fā)展階段 1：中國電度表技術(shù)發(fā)展的四個階段 1)：第 1階段仿制探索階段 (1950 年 1977 年 ) 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 3 我國最早的電度表技術(shù)是由蘇聯(lián)引 進(jìn)的，新中國成立后我國第一個五年發(fā)展計劃實施，由蘇聯(lián)第一批援建中國二百多項工業(yè)項目中在黑龍江省哈爾濱建立了哈爾濱電表儀器廠，在全國第一個建成了儀器儀表研究生產(chǎn)基地，由蘇聯(lián)專家負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)和培訓(xùn)，哈爾濱電表儀器廠成為中國儀器儀表的技術(shù)、研究中心和生產(chǎn)基地，為新中國各類儀器儀表包括電度表技術(shù)的發(fā)展起了支撐作用。 進(jìn)入二十世紀(jì)七十年代，國家強調(diào)用電按計量收費，電度表產(chǎn)品需求不斷增長，各地又成立了很多電表廠，如湖南有長沙電表廠、廣東有廣州儀表廠、山東有荷澤電表廠、天津電表廠、上海第五電表廠、昆明儀表廠、西安儀表廠、等，這些廠以本省市場為依拓，從老廠轉(zhuǎn)讓技術(shù)，引進(jìn)技術(shù)人材，因都是國營企業(yè)，不存在相互競爭，但由于各自為戰(zhàn)，產(chǎn)品不能做到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，給用戶的使用和維護(hù)帶來不便，同時因形成不了規(guī)?；a(chǎn)，各個廠家都重復(fù)投資，各種配件和零件都要自己生產(chǎn)，小而全、大而全的電度表生產(chǎn)企業(yè)越來越多，而用戶使用和維護(hù)越來越不方便，電度表的技術(shù)要求也越來越高，在這種情況下，由當(dāng)時的企業(yè)技術(shù)歸口主管研究所哈爾濱電工儀表研究所組織，由全國主票要電度表生產(chǎn)廠的技術(shù)專家 成立全國電度表統(tǒng)一設(shè)計組，進(jìn)行單相電度表的統(tǒng)一設(shè)計，參加廠家有哈爾濱電表儀器廠、長沙電表廠及其它三家廠，統(tǒng)一設(shè)計的產(chǎn)品統(tǒng)一命名為 DD28 單相電度表，該產(chǎn)品是我國電度表首次在全國統(tǒng)一設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化電度表產(chǎn)品，具有體積小，性能穩(wěn)定的特點，該產(chǎn)品在全國各地強制性推廣，設(shè)計組派出專家開辦培訓(xùn)班并到各廠指導(dǎo)生產(chǎn)，解決技術(shù)難題，為我國電度表的技發(fā)進(jìn)步作出了突出貢獻(xiàn)，由于該產(chǎn)品設(shè)計成本較低，得到用戶認(rèn)可，在國際市DD28 單相電度表過載倍數(shù) 2 倍，使用壽命 5至 7年，該產(chǎn)品是由政府 牽頭、企業(yè)參加的全國統(tǒng)一設(shè)計，同時國家第 l 份關(guān)于電度表的標(biāo)準(zhǔn)也在全國推行，使中國的電度表技術(shù)有了飛速的發(fā)展。從此中國電度表出口競爭力大大提高，迅速成為世界電度表生產(chǎn)和出口第一大國。 隨著中國電度表企業(yè)自舉創(chuàng)新能力的增強和電度表更新?lián)Q代的加快而停止，通過引進(jìn)和吸收國際先進(jìn)的電度表技術(shù)尤其是中國企業(yè)開始走向國際市場、迊接國際競爭的挑戰(zhàn)，使中國的電度表水平迅速上升到與滿 足國際市場需求接軌，不斷改進(jìn)、不斷提高，今天我們可以高興的看到：全世界百分之七十以上的電表是由中國企業(yè)制造的。 就這樣，中國電度表從小到大，從弱到強，每年生產(chǎn)幾千萬只電度表滿足國內(nèi)外顧客的需求，可以予計，中國電度表企業(yè)的競爭將更加激烈，中國電度 表的發(fā)展在技術(shù)進(jìn)步的道路上越來越寬廣，作為這一領(lǐng)城的開拓者肩負(fù)著光榮的歷史使命，為此而努力一定會有豐碩的成果！ 論文涉及的 主要技術(shù) IC 卡 IC 卡是指集成電路卡 ,， 一般常見的 IC卡采用射頻技術(shù)與 IC 卡的讀卡器進(jìn)行通訊 .IC 卡與磁卡是有區(qū)別的 ,IC 卡是通過卡里的集成電路存儲信息 ,而磁卡是通過卡內(nèi)的磁力記錄信息 .IC 卡的成本一般比磁卡高 ,但保密性更好。 IC 卡讀寫器是 IC 卡與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在 ISO國際標(biāo)準(zhǔn)中稱之為接口設(shè)備 IFD(Interface Device)。 IC 卡核心是集成電路芯片，是利用現(xiàn)代先進(jìn)的微電子技術(shù)，將大規(guī)模集成電路芯片嵌在一塊小小的塑料卡片之中。 ① EEPROM 技術(shù)。 EEPROM 技術(shù)還提供了很大的靈活性，通過設(shè)置不可修改的標(biāo)志位，能夠?qū)?EEPROM 單元轉(zhuǎn)變成可編程只讀存儲器、只讀存儲器或不可讀的保密存儲單元。 ② RFID 技術(shù)。使用此卡時，不需要把卡片插入到特 定讀寫器插槽之中。主動式卡是指卡片需要主動靠近讀卡器，用戶需要將卡在讀卡器上晃過才完成交易；被動式卡不用出示卡片，只要走過讀卡器的范圍，即可完成交易。 IC 卡中的 CPU 卡采用特殊的加密技術(shù)，不僅可以驗證信息的正確性，同時還能檢查通信雙方身份的合法性，從而保證信息傳送的安全性。由于 IC 卡技術(shù)含量越來越高，功能越來越強，使得 IC卡的應(yīng)用領(lǐng)域不斷向縱深方向拓展 [1]。如果不能滿足相應(yīng)的要求， IC 卡就不能正常進(jìn)行操作；嚴(yán)重時將損壞 IC 卡或 IC 卡讀寫器。時鐘加于 CLK后，保持 RST為狀態(tài) L至少 400周期 (tb)使卡復(fù)位 (tb在 t’a 之后 )。 (2)釋放過程 當(dāng)信息交換結(jié)束或失敗時 (例如，無卡響應(yīng)或卡被移出 )，接口電路應(yīng) 按 時序釋放電路： ◇ RST 應(yīng)置為狀態(tài) L； ◇ CLK 應(yīng)置為狀態(tài) L(除非時鐘已在狀態(tài) L上停止 )； ◇ VPP 應(yīng)釋放 (如果它已被激活 )； ◇ I/O 應(yīng)置為狀態(tài) A(在 td 時間內(nèi)沒有具體定義 )； ◇ VCC 應(yīng)釋放。 復(fù)位后，由收到的 ATR(復(fù)位應(yīng)答 )信號中的 F(時鐘頻率變換因子 )和 D(比特率調(diào)整因子 )來確定。 AT89C51 單片機 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 9 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 三級程序存儲器鎖定 5 個中斷源 GND：接地。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則 在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 11 不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2應(yīng)不接。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 串口通訊 單片機的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。 CPU 在讀SBUF 時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。通常在標(biāo)準(zhǔn)的 或 等頭文件中已對其做了定義，只要用 include 引用就可以了。 51 芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用 SCON 寄存器。表中的 fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。 REM 為允許接收位， REM 置 1 時串口允許接收，置 0 時禁止接收。 TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位 8，在模式 2 和 3 是要發(fā)送的第 9 位。在模式 0 中， RB8 為保留位沒有被使用。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。在模式 0，接收第 8 位結(jié)束時，由硬件置位。同樣 RI 也必須要靠軟件清除。 波特率在使用串口做通訊時，一個很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機的波特率一樣時才可以進(jìn)行正常通訊。 51 芯片的串口工作模式 0的波特率是固定的，為 fosc/12，以一個 12M 的晶振來計算，那么它的波特率可以達(dá)到1M。 公式 11： 波特率＝（ 2SMOD/32）定時器 1 溢出速率 上式中如設(shè)置了 PCON 寄存器中的 SMOD 位為 1 時就可以把波特率提升2 倍。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 和 12M，定時器 1 為模式 2， SMOD 設(shè)為 1，分別看看那所要求的 TH1 為何值。⑵要求 IC 卡的保密性高。 關(guān)鍵問題：電能測量； Ic卡數(shù)據(jù)讀 ??；電能顯示 預(yù)期成果：電能計量準(zhǔn)確，精度高，要求至少達(dá)到二級表的精度；要求 IC卡的保密性高；電度表正常工作時，能顯示剩余電能值，已用電能值，使用戶直觀地了解電度表的工作是否正常及用電負(fù)荷大??；當(dāng)表內(nèi)剩余電能不足 20KWh時，能提醒用戶余電不多及時購電；具有掉電保護(hù)功能； 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案論證與總體設(shè)計 15 2 方案論證與總體設(shè)計 設(shè)計方案 預(yù)付費電度表的硬件電路可分為電能測量電路、控制電路、顯示電路、ＩＣ卡接口、電量存儲器、掉電檢測和電源幾大模塊。下面分別對其方案進(jìn)行設(shè)計和論證。這樣轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)意圈，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。并在 CPU 中設(shè)置一個定時器定時對功率進(jìn)行累加。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案論證與總體設(shè)計 16 方案三：電壓頻率轉(zhuǎn)換式 采用電壓 /頻率（ V/F）轉(zhuǎn)換器加單片機實現(xiàn)對電流和電壓的 A/D 轉(zhuǎn)換。同時，電壓和電流分別經(jīng)過零檢測電路。 這種方案不但兼有方案三的優(yōu)點，而且對 CPU 的要求低，采用 MCS51 系列單片機完全可以勝任。 CPU 采用 AT89C52，它內(nèi)部有 8KB 的程序內(nèi)存，應(yīng)用于此系統(tǒng)綽綽有余。下面分別對其方案進(jìn)行設(shè)計和論證。 卡片制造中也很少采取安全保護(hù)措施。 對于某單位或?qū)W校內(nèi)部進(jìn)行定量用電，超標(biāo)付款則可采用此方案。 從芯片制造到交貨，均采用較好的安全保護(hù)措施。 其中： CPU 一般均為兼容于 8 位字長單片機的微處理器。 此方案保密程度高，適用于大范圍（如全國性的）預(yù)付費售電系統(tǒng) 方案四：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，卡中嵌有耦合組件和微電子芯片。由高頻東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案論證與總體設(shè)計 18 模塊和耦合組件發(fā)送電磁場，以提供射頻 CPU卡所需要的工作能量以及發(fā)送數(shù)據(jù)給卡，同時接收來自卡的數(shù)據(jù)。甚至讀卡器成本高于電度表本身的成本。電能測量由 SM9903 及相應(yīng)的外圍元件組成，能將取自電阻網(wǎng)絡(luò)的交流電壓和交流電流信號進(jìn)行放大。 量存儲電路選用串行 EEPROM,AT24C01，在掉電時存儲剩余電度數(shù)。 其框 圖如下圖所示： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案