【正文】 寫模塊表面 ,通過無線電波的傳遞來完成數據的讀寫操作。另外 ,接觸式 IC 卡的通訊速率較低 ,再加上插拔卡的動作延誤 ,造成每一筆交易需要較長時間的等待。目前對于預付費電子式電能表的方案有很多種實現方式，基于接觸 IC 卡模式和 Keypad 模式的電能表比較多，但隨之而來采用高科技手段破解 IC 卡密碼的竊電現象也不斷增多，由于安全性差、壽命短、使用不方便等原因導致這兩種電表的推廣較為困難。因此普遍存在“收費難”的現象，這種現象的存在不僅影響和制約著電力企業(yè)的發(fā)展，同時抑制著我國的經濟發(fā)展。 Radio frequeney identification。IC 卡 蘭州理工大學畢業(yè)設計 II Abstract Prepayment IC Watthour meter adopts the model that the users must pay the electricity first and then use solve the problem which the electric department gathered the pa yments from the electric the Prepayment IC Watthour meter exist severe problem of itself own. The first, the electric department lacks supervising and managing to these Watthour meter, electric larceny is very difficult be discovered and investigated。 本設計的軟件采用模塊化設計方案。 本設計的主要目的就是為了解決 IC 卡預付費電能表存在的問題。蘭州理工大學畢業(yè)設計 I 摘 要 IC 卡預付費電能表采用先購電后用電的管理模式 ,在一定程度上解決了電力部門收取電費難的問題 .然而 IC 卡預付費電能表存在許多問題 ,首先是由于電力部門缺乏對 IC卡電能表用戶的監(jiān)管 ,難以發(fā)現和查處竊電行為 。本文首先介紹電能表的發(fā)展和在我國的應用狀況 ,指出 IC 卡預付費電能表存在的問題 ,說明基于射頻識別技術的多用戶電能表的設計意義及功能 原理。軟件劃分為五大模塊 :通訊模塊 ,電能計量模塊 ,聲光報警模塊 ,射頻卡讀寫模塊 ,顯示模塊。 The second, IC card is polluted and damaged easily, and it is easy to be attack the within system through the exoteric card interface and will lead to the within system confusion。 Energy measurement； IC card 蘭州理工大學畢業(yè)設計 III 目錄 第 一章 緒論 ............................................................ 1 課題背景及意義 ....................................................1 課題任務及目標 ....................................................2 研究現狀 ..........................................................2 預付費電能表 ................................................2 射頻識別技術 ................................................4 非接觸 IC 卡讀寫器 ..........................................7 第二章 方案設計及器件選擇 ................................................ 8 方案選擇 ..........................................................8 電能表系統(tǒng)硬件結構 ................................................9 控制芯片的選擇 ....................................................9 AT89C52 的工作原理 .........................................10 AT89C52 的芯片管腳及功能說明 ...............................10 射頻讀寫模塊的選擇 ...............................................11 MF RC500 的簡介及其原理 ....................................12 MF RC500 管腳及其引腳功能簡介 ..............................13 電能計量模塊選用 AD7755。隨著科學技術的不斷提高，能量計的發(fā)展從機電式費拉里計數器發(fā)展為全面的電子式計數，電子表的發(fā)明不僅提高了計量的精度且能夠實現自動抄表并能測量以前無法測量的功率因數等參數。隨著容量大，保密性好，可反復使用，攜帶方便等特 點 的 RFID 技 術 在 我 國 廣 泛 使 用 ， 基 于 射 頻 識 別 (Radio Frequency Identification， RFID)技術的預付費電能表應運而生，它能在很大程度上解決其他電能表存在的諸多問題，原因在于它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境，操作方便快捷，價格低廉，能有效降低供電管理成本，提升管理水平，確保電能計量準確，信息安全可靠。為了解決這些問題推出了非接觸式 IC 卡。 射頻識別（ Radio Frequency Identification，簡寫 RFID）是一種新型的非接觸式的自動識別技術，可工作在各種惡劣環(huán)境中。此外，儲存的信息量也非常大。在 RFID 領域以 頻段的發(fā)展最為成熟 ，我國的奧運會門票和第二代居民身份證就采用的是這種技術。瞬時功率檢測顯示，電量余額顯示，用電過流保護功能。 按結構可分為整體式預付費電能表和分體式預付費電能表。 分體式預付費電能表是將斷電機構置于表外 ,表計本身僅發(fā)出斷電信號 ,斷電信號經線路傳輸到斷電機構。但這種表如對電能測量單元測量的電能進行采樣的傳感器設計不當 ,質量不可靠 ,就會造成機械計度器和電子計度器計量的電量不一致 ,從而造成不必要的糾紛。預付費電能表按其使用的介質不同而分為投幣式預付費電能表、磁卡式預付費電能表、電卡式預付費電能表及 IC 卡式預付費電能表。預付費電能表采用的計量方式 ,是用戶持卡先到供電部門買電 ,然后才能用電。由于流動人口活動的不確定性 ,抄收人員很難找到他們 ,這蘭州理工大學畢業(yè)設計 4 些人的電費收繳很困難。按照規(guī)定 ,用戶用電應如實申報用電容量 ,以便于電力部門確定供電方式及準確計算應繳貼費。預付費電能表具有功率限制功能 ,當用戶虛報用電容量時 ,其實際負荷超過表內設置限定功率 ,表計會自動跳閘 ,可迫使用戶如實申報用電容量。預付費售電系統(tǒng)可以對用戶的用電 情況進行監(jiān)視 ,當用戶超過預期時間不來買電時 ,預付費售電系統(tǒng)可以自動生產清單 ,有關人員可根據清單進行核查。長期以來 ,由于計劃經濟的影響 ,一些人頭腦中還沒有電是商品的概念 ,因此 ,“偷電不是偷”“欠電費不算欠”等錯誤觀念還有一定的市場。隨著科學技術的發(fā)展 ,計算機已經應用于各個行業(yè) !各個部門 用電管理工作也將由傳統(tǒng)的管理模式向現代化管理模式轉變 ,實現無紙化管理。射頻識別技術最早被用于物品的識別與管理 ,但隨著射頻識別技術的發(fā)展 ,近年來還被廣泛用于非接觸式電子錢包、身份識別等領域。 在過去的半個多世紀里 ,射頻識別技術的發(fā)展經歷了以下幾個階段 : 1941 一 1950 年雷達的改進和應用催生了 RFID 技術 ,1948 年奠定 TRFID 技術的理論基礎。 1981 一 1990 年 RFID 技術及產品進入商業(yè)應用階段 ,各種規(guī)模應用開始出現。特別是世界頭號零售商沃爾瑪宣布大范圍使用射頻識別技術和美國軍方宣布軍需物品均使 用射頻識別來進行識別與跟蹤 ,這些極大地推動了射頻識別技術的研究和應用。 有些系統(tǒng)還通過讀寫器的 RS232 或 RS485 接口與外部計算機 (上位機主系統(tǒng) )連接 ,進行數據交換。不同的射頻識別系統(tǒng)雖然在禍合方式 (電蘭州理工大學畢業(yè)設計 6 感一電磁 )、通信流程 (FDX、 HDX、 SEQ)、數據傳輸方法 (負載調制、反向散射、高次諧波 )以及頻率范圍等方面有根本的區(qū)別 ,但所有的讀寫器在功能原理上 ,以及由此決定的設計構造上都很相似。不同射頻識別系統(tǒng)的高頻接口設計具有一些差異。對一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法 ,對射頻卡與讀寫器間要傳送 的數據進行加密和解密 ,以及進行射頻卡和讀寫器間的身份驗證等附加功能。大多數系統(tǒng)的讀取距離和寫入距離是不同的 ,寫入距離大約是讀取距離的 40%~80%。 圖 射頻識別系統(tǒng)原理圖 蘭州理工大學畢業(yè)設計 7 非接觸 IC 卡讀寫器 非接觸式 IC 卡是射頻識別技術與 IC 卡技術的結合而出現的，自出現以來就成為這兩種技術的重要發(fā)展方向。在現階段國內使用的讀卡器的核心射頻電路讀寫芯片基本上都是使用 Philips、 TI、 ATMEL 等國外公司的專用集成電路芯片，特別是用 Philips 公司所生產的 RC500(Type A)或 RC531 (Type A 和 Type B) 芯片制作的讀卡器占有較大市場份額。其典型應用有： 身份識別。在這些讀卡器中通常采用 Philips 公司生產的 RC531 或 TI 的 RIR6C 等射頻讀寫芯片。使用非接觸式 IC 卡的電子車票具有防偽性高、結算安全、使用方便等特點。“專用計量芯片+MCU”方案，先由專用 計量芯片對電能采集及計算，接下來由 MCU 進行電能數據的管理。國際上 Cirrus Logic、 ADI 公司等各大 IC 生產廠商相繼推出了他們在電能表領域的專業(yè)的電能計量芯片。性能優(yōu)越、功能較為齊全是此結構下的電能表所具備的特點。在 SOC 中，越來越多的數字信號處理單元（ DSP）在 SOC 之中取代了模擬元器件，使得長期工作穩(wěn)定性和性能可能會比傳統(tǒng)設計方案更加優(yōu)越，這是因為整個產品關于如電磁環(huán)境、濕度、溫度及長時間工作漂移等等條件變的敏感程度極低。但是因為其性能的優(yōu)越、成本的低廉、功能的豐富、系統(tǒng)的高度集成的優(yōu)勢，決定了未來電能表計的發(fā)展方向。因為 AT89C52 是我們最熟悉的器件， AT89C52 存儲模塊 24LC256 電能計量模塊ADE7755 24LC256 繼電器 報警 LED 射頻讀寫模塊 MF RC500 24LC256 通訊模塊 RS232 通訊模塊 RS232 揚聲器 四位LED 電源模塊 管理 微機 蘭州理工大學畢業(yè)設計 10 用起來可以很好地控制和調試。空閑方式停止 CPU 工作，但允許 RAM，定時 /計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時，可作為高阻抗輸入端用。對端口寫“ 1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。對端口 P2 寫“ 1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 表 P3 口的端口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 INTO 外中斷 0 INT1 外中斷 1 TO 定時 /計數器 0 T1 定時 /計數器 1 WR 外部數據存儲器寫選通 RD 外部數據存儲器讀選通 RST 管腳為復位輸入。 射頻讀寫模塊的選擇 非接觸 IC 卡是根據射頻電磁感應原理，它的讀寫操作只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內就能實現數據交換，無需任何接觸，使用非常方便、快捷、不易損壞。該讀卡 IC 系列利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。它是一個小型的最大操作距離達 100mm 的Mifare 讀 /寫設備的核心器件，其功能包括調制、解調、產生射頻信號、安全管理和防碰撞機制。在這個電容另一端，接有一個單向導電的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲。非接觸式 IC 卡是根 據射頻電磁感應原理產生的，它的讀寫操作只需將卡片放在讀寫器附近