【正文】 這樣的好處是可以提高對(duì)各個(gè)端口的利用率。這使得最大操作距離可達(dá) 100mm。這樣就為連接各種 MCU提供了極大的靈活性。 MF RC500 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高度集成讀卡 IC 系列中的一員，該讀卡 IC 系列利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。 由于單片機(jī)的口線資源不足以滿足系統(tǒng)的要求，因此來(lái)自電能采集前端的 9 路脈沖信號(hào)（用戶 1－用戶 8 以及 照明電路 ）并未直接與 80C196 相連，而是通過(guò)一 16選 1數(shù)字選擇器 74150，然后將選擇器輸出端與單片機(jī)相連，單片機(jī)在進(jìn)行脈沖采樣時(shí)通過(guò)軟件配合采取輪流查詢的方式，依次對(duì) 9路脈沖計(jì)數(shù)。再將這個(gè)有功功率信息進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成頻率，以低電平有效的脈沖信號(hào)從引腳 F1 和 F2 輸出。 對(duì)于 ADE7755 的高頻輸出端 CF（其輸出頻率能高達(dá) F F2 的 2048 倍）來(lái)說(shuō)，即使在穩(wěn)定負(fù)載條件下輸出頻率仍然隨時(shí)間變化 ，這也是由于瞬時(shí)有功功率進(jìn)行累加完成頻率轉(zhuǎn)換的過(guò)程中累加的時(shí)間較短，而較短的累加時(shí)間意味著減弱了對(duì) )2cos( t? 成分的平均作用，于是部分瞬時(shí)有功功率信號(hào)成分通過(guò)了數(shù)字 頻率轉(zhuǎn)換器，但這在實(shí)際應(yīng)用中并不成為問(wèn)題。 60 mV 1 1 16 177。 V1P、 V1N 是模擬輸入通道 1，用于電流信號(hào)的輸入通道，最大差分輸入信號(hào)為177。 ADE7755 的主要特點(diǎn)如下 ： ? 精度很高，在 500： 1 的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的誤差小于 1%。利用公式（ 41）， 可得到負(fù)載上的有功功率為 ? ?dttpTP T?? 01 = ? ?? ?dttUIUIT T? ??0 2c osc os1 ??? = ?cosUI （ 42） 由（ 42）式可知，大意有功功率 P 的測(cè)量可以直接通過(guò)測(cè)量瞬時(shí)功率 ??tp 的直流分量得到有功電能則是有功功率和時(shí)間的乘積，在交流電路中，電壓 U 和電流 I 在某一段時(shí)間 t 內(nèi)的電能 W 表達(dá)式： tUIIPW ???? ?c o s （ 43） 電子式電能表是采用乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)電功率測(cè)量的，具體的工作原理見(jiàn)圖 ， 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 被測(cè)的高電壓 u、大電流 i 通過(guò)電壓變換器和電流變換器轉(zhuǎn)換后送至乘法器 M，乘法器 M 完成電壓和電流瞬時(shí)值相乘，輸出一個(gè)與一段時(shí)間內(nèi)的平均功率成正比的直流電壓 0U ，然后利用 U/f 轉(zhuǎn)換器， 0U 被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率 0f ，即得到 0f 正比于平均功率 ，將該頻率分頻，并通過(guò)一段時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，顯示出相應(yīng)的電能。 74LS245 是 8位數(shù)據(jù) /地址雙向總線驅(qū)動(dòng)裝置，由于 P P4 口還需外接多路控制電路和多個(gè)接口電路，為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，故在 P3 口 P4 口后各加了一片總線驅(qū)動(dòng)芯片。額定功耗 160Mw，典型存取時(shí)間 200ns， 6264是 26 引腳雙列直插式封裝。 （ 2）數(shù)據(jù)線的連接簡(jiǎn)單，只要將 2864 的數(shù)據(jù)輸出線與 80C196KBP3 口連接即可。 除了上述幾點(diǎn)外， 80C196KB 單片機(jī)還集成了更為豐富的外設(shè)裝置；可用于提高系統(tǒng)的抗干擾能力的監(jiān)視定時(shí)器（ WATCHDOG）；可用于記載引腳上輸入事件（信號(hào)電平的跳變）發(fā)生時(shí)刻的高速輸入 /輸出器（ HIS/O）；可用于直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)類元件或?yàn)V波后獲得直流輸出的脈寬輸出（ PWM）等。 16 位單片機(jī)具有 16 位字長(zhǎng)并行處 理能力，運(yùn)算速度快，適應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，指令系統(tǒng)豐富、高效，編程方便，有 6 種尋址方式，編程和數(shù)據(jù)處理靈活，內(nèi)部有 8K 的程序存儲(chǔ)器及 232 字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可提供大型片內(nèi)寄存器組，減少了運(yùn)算過(guò)程中訪問(wèn)存儲(chǔ)器的次數(shù)，提高了系統(tǒng)運(yùn)算處理速度。每個(gè) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 采集終端對(duì) 應(yīng)若干個(gè)采集前端，在物理上主要由 80C196 單片機(jī)為核心的電子器件構(gòu)成，該功能模塊主要實(shí)現(xiàn)三種功能：其一通過(guò)記錄、處理采集前端送來(lái)的電能脈沖實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量及存儲(chǔ)；其二，通過(guò)對(duì)采集前端送來(lái)的 0～ 5V 的模擬電壓和電流信號(hào)進(jìn)行 A/D 變換和傅立葉分析，并進(jìn)行相應(yīng)的算法處理實(shí)現(xiàn)惡性負(fù)載的自動(dòng)識(shí)別及電網(wǎng)諧波分析；其三通過(guò)通信功能模塊實(shí)現(xiàn)采集終端與上位機(jī)集中器的通信。用戶自行停止用電時(shí)可通過(guò)機(jī)械開(kāi)關(guān)實(shí)行該支路的斷電。但是讀 卡器電路復(fù)雜，成本高甚至讀卡器成本高于電度表本身的成本。 CPU 卡有存儲(chǔ)容量大、處理能力強(qiáng)、信息存儲(chǔ)安全等特性，因此廣泛應(yīng)用于信息安全性要求特別高的場(chǎng)合。在訪問(wèn)存儲(chǔ)器前，需要核對(duì)密碼。 CPU采用 80C196KB， 它內(nèi)部有 8KB的程序存儲(chǔ)器。 圖 電壓 /頻率轉(zhuǎn)換式結(jié)構(gòu)圖 這種方案 CPU 要實(shí)現(xiàn)讀寫卡控制、求功率因數(shù)（ ?cos ）、電能計(jì)量等功能、負(fù)擔(dān)較重，一般的 MCS5 MCS96 和 PIC 系列單片機(jī)難以勝任。并在 CPU中設(shè)置一個(gè)定時(shí)器定時(shí)對(duì)功率進(jìn)行累加，其系統(tǒng)框圖如 圖 所示。下面分別對(duì)其方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的民用和城市小區(qū)電能 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 管理已有很多比較成熟的方案，而大學(xué)公寓的用電管理卻還剛剛起步，基本還是小區(qū)管理模式的簡(jiǎn)單移植，在很大程度上不適合學(xué)校電能管理的實(shí)際要求。 針對(duì)目前許多新型住宅電能表 集中安裝的特點(diǎn)，綜合考慮不同抄表、收費(fèi)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮采用多個(gè)具有通訊接口的用戶電能測(cè)量模塊構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)，共用一套讀卡 /顯示電路，以 IC 卡作為傳輸介質(zhì)，配合上位機(jī)的管理軟件，即可方便地構(gòu)成一套多用戶集中式電能計(jì)量 /管理系統(tǒng)，很好地解決了計(jì)量、抄表、繳費(fèi) 等問(wèn)題。隨著電能計(jì)量裝置電子化的逐漸推廣應(yīng)用與普及，使得計(jì)量精度的提高、抄表 /收費(fèi)方式的改變、多功能 /多用戶的計(jì)量管理成為可能。測(cè)量電能時(shí) 需將這個(gè)電 壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖數(shù)，在一段時(shí)間內(nèi)所累計(jì)的脈沖數(shù)才是要測(cè)量的電能量。 隨著科技的發(fā)展及信息時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字化產(chǎn)品層出不窮，遍及生產(chǎn)、生活 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 的方方面面，電能計(jì)量表計(jì) 也不例外。 感應(yīng)式電能表由測(cè)量部分和輔助部分構(gòu)成，測(cè)量部分包括驅(qū)動(dòng)元件、轉(zhuǎn)動(dòng)元件、制動(dòng)元件、軸承、計(jì)度器和調(diào)整裝置；輔助部分由基架、端鈕盒和表殼組成。s electricity consumption statistics and published。 本 課題 分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi) 居民小區(qū) 和 學(xué)生宿舍 電能 計(jì)量 管理的現(xiàn)狀 ， 根據(jù)學(xué)生公寓用電管理的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種帶身份識(shí)別的學(xué)生公寓電能 計(jì)量控制 系統(tǒng)。當(dāng)用戶超過(guò)一定的時(shí)間未用電時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)斷該用電支路，以 達(dá) 到節(jié)電、安全用電，并 防止其他用戶竊電 的目的。 電能計(jì)量裝置 電能表是一種計(jì)量某一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電能的累積值的表計(jì)。這種表仍然采用了感應(yīng)式電能表的測(cè)量機(jī)構(gòu)，只是利用光電傳感器將電能轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，通過(guò)電子電路對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)算與處理，完成電能的計(jì)量工作，它可以通過(guò)電子部分的各種變換來(lái)實(shí)現(xiàn)人們不同的實(shí)際需求。乘法器是電子式電能表的核心，電子式電能表的測(cè)量原理就是使用它來(lái)實(shí)現(xiàn)功率和電能的測(cè)量，表計(jì)的測(cè)量精度也主要取決于它。如：多費(fèi)率電能表（或稱分時(shí)電能表、復(fù)費(fèi)率表、峰谷表）、預(yù)付費(fèi)電能表（或稱 IC 卡表）、多用戶電能表、多功能電能表等。 IC 卡收費(fèi)方式：為用戶安裝具有 IC 卡接口的計(jì)量?jī)x表，以 IC 卡 作為傳輸介質(zhì)在用戶和管理部門之間傳輸信息，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)計(jì)量?jī)x表的抄收以及繳費(fèi)工作。 隨著學(xué)生公寓用電的商業(yè)化，越來(lái)越不便于學(xué)校對(duì)學(xué)生日常用電器的監(jiān)督和管理，因此導(dǎo)致很多學(xué)生隨意使用 一些諸如電爐子、熱得快等發(fā)熱性負(fù)載（以下統(tǒng)稱為惡性負(fù)載），時(shí)常導(dǎo)致一些公寓火災(zāi)，雖然目前已有一些比較成熟的遠(yuǎn)程抄表用電管理系統(tǒng)用于學(xué)生公寓，但還遵從一般的民用或小區(qū)管理模式，大都不具備惡性負(fù)載自動(dòng)識(shí)別功能，即使具備也難以達(dá)到令人滿意的程度，時(shí)常導(dǎo)致一些識(shí)別錯(cuò)誤，給學(xué)校用電管理部門和學(xué)生造成很大的不便。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2章 方案設(shè)計(jì)與論證 帶身份識(shí)別的公寓電能計(jì)量控制系統(tǒng)主要包括電能計(jì)量系統(tǒng)和身份識(shí)別（預(yù)付費(fèi)）系統(tǒng)。這種方案顯示直觀，讀數(shù)容易。同時(shí)，電壓和電流分別經(jīng)過(guò)零檢測(cè)電路。而且，現(xiàn)在已有集成電路（如： BL093 ADE7755）將模U I I/U 變換 模擬開(kāi)關(guān) 過(guò)零檢測(cè) 過(guò)零檢測(cè) V/F 轉(zhuǎn)換 CPU 液 晶 顯DOWN 控制鍵盤 IC 卡卡座 U I I/U變換 模擬乘法器 低通濾波器 V/F轉(zhuǎn)換器 CPU 液晶顯示器 控制鍵盤 IC 卡卡座 圖 功率累加式結(jié)構(gòu)圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 擬乘法器、低通濾波器和 V/F 變換器集成，其性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于分立元件。 加密存儲(chǔ)器卡 加密存儲(chǔ)器卡（ Securitu Cards 接觸型）的芯片由非易失性存儲(chǔ)器和硬件加密邏輯構(gòu)成。 CPU卡 CPU 卡的硬件結(jié)構(gòu)包括 CPU、存儲(chǔ)器（含 RAM、 ROM、 EEPROM 等）、卡與讀寫終端通信的 I/O 接口及加密運(yùn)算協(xié)處理器 CAU，其中： CPU一般均為兼容于 8 位字長(zhǎng)單片機(jī)的微處理器。工作時(shí)由高頻模塊和耦合元件發(fā)送電磁場(chǎng)，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(shí)接收來(lái)自卡的數(shù)據(jù)。編程常數(shù)）表倍率 。 系統(tǒng)可以 采用主從式結(jié)構(gòu)，主從之間采用串行通信方式（ RS－ 485 總線和 SPI 總線）交換數(shù)據(jù)， 可使電量信息多級(jí)保存，防止丟失外，并且一旦當(dāng)系統(tǒng)某部分發(fā)生故障時(shí)也不會(huì)影響到其他部分，是整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性大大增強(qiáng)。從 1976 年 Intel 公司推出 MCS48單片機(jī)以來(lái)，各公司推出了一系列 4 位、 8 位單片機(jī)。其通用寄存器的數(shù)量遠(yuǎn)比一般的 CPU的寄存器的數(shù)量多，免除了中斷服務(wù)過(guò)程中 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 保護(hù)寄存器現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)寄存器現(xiàn)場(chǎng)所支付的軟件開(kāi)銷，并方便了程序設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中 2864 與 80C196KB 連接說(shuō)明如下： （ 1）地址線的連接。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 系統(tǒng) 需要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間較大 ,因此需要擴(kuò)展一片 6264 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 .本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是只針對(duì)上節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的。 圖中 74LS373 為三態(tài) 8 口鎖存器，用于分離 P3 和 P4 口的地址和數(shù)據(jù)，由于1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 21May206 Shet of File: C:\Documents and Setings\Administrator\桌面 \123\ By: 74LS245 2864 CE OE WE 74LS138 Y0 Y1 74LS245 74LS245 74LS373 74LS373 74LS373 AD0～ AD7 AD9～ AD12 D13～ AD15 RD WR 6264 CE OE WE 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 21May206 Shet of File: C:\Documents and Setings\Administrator\桌面 \123\ By:80C196KB 圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 80C196KB 的 P3 口是分時(shí)復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總 線。由于 ??tu 和 ??ti 都是隨時(shí)間變化的周期函數(shù)，所以 ??tp 也是隨時(shí)間周期變化的。由于它的輸出為脈沖信號(hào)，所以 CPU通過(guò)中斷引腳可以方便準(zhǔn)確的進(jìn)行電量的累計(jì)。 ? 具有正負(fù)電能指示功能，防竊電。 表 通道 1的增益選擇 G1 G0 增益 最大差動(dòng)信號(hào) 0 0 1 177。 該濾波器的幅頻響應(yīng)特性為： )(1)( HzffH ?? （ 4－ 7） 在線路頻率為 50Hz時(shí)， )100(2 Hz? 成分的衰減大約 為－ 22dB。在純正弦情況下功率因數(shù)的計(jì)算是正確的，而諧波是 由一系列純正弦波組成的，因此諧波功率因數(shù)和有功功率的計(jì)算也是正確的。 ADE7755 與微控制器（ MCU）的接口 ADE7755 與微控制器（ MCU）接口最簡(jiǎn)單的方法是使用 CF 高頻輸出，如圖 所示。在掉電時(shí)存儲(chǔ)剩余電度數(shù)，也可做為系統(tǒng)的后備存儲(chǔ)芯片。方便的并行接口可直接連接 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 到任何 8 位微處理器，給讀卡器 /終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。 狀態(tài)和控制部分允許對(duì)器件進(jìn)行配置以適應(yīng)環(huán)境的