【正文】 nciple of the radio frequency recognition technology. This design’s software adopts modularization, the software is divided into five big modules: munication module, electrical energy measurement module, the acoustie_optics alarm module, the radio frequency card read_write module,each module divides into certain subroutines. Key Words ： The watt_hour meter。近年來(lái)預(yù) 付費(fèi)電能表的面世已基本解決了普通感應(yīng)式電能表帶來(lái)的“抄表困難、需定期校準(zhǔn)、收費(fèi)難”的現(xiàn)象，它的出現(xiàn)使得我國(guó)長(zhǎng)久以來(lái)采取“先用電、后核算”的收費(fèi)方式，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛻簟跋荣?gòu)電，后用電”的電力營(yíng)銷(xiāo)模式，凸顯了電量的商品屬性。是世界上最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù) ,它成功的將射頻識(shí)別技術(shù)和 IC卡 技術(shù)結(jié)合起來(lái) ,結(jié)束了無(wú)源 (卡中無(wú)電源 )和免接觸這一難題 ,是電子器件領(lǐng)域的一大突破。目前，接觸式 IC 卡在預(yù)付費(fèi)應(yīng)用較多，但缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。 主要技術(shù)指標(biāo) ： 1)工作電壓 220V； 2)最大輸出功率 40KW。 按電能測(cè)量單元的原 理可分為機(jī)電式預(yù)付費(fèi)電能表和全電子式預(yù)付費(fèi)電能表 機(jī)電式預(yù)付費(fèi)電能表是采用機(jī)械電能表作為電能測(cè)量單元 ,即用感應(yīng)式電能表作為其基表 (也叫母表 )。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展 ,人民的物質(zhì)生活 水平得到了極大的提高 ,不少省份實(shí)現(xiàn)了村村通電。使用預(yù)付費(fèi)電能表是先購(gòu)電后用電的方式 ,可有效地解決了電費(fèi)回收的問(wèn)題。預(yù)付費(fèi)電能表對(duì)反向用電的處理方式 ,是將反向用電計(jì)入正向用電 ,因此 ,當(dāng)用戶采取反接電流進(jìn)出線或采用竊電器竊電時(shí) ,其反轉(zhuǎn)電量還會(huì)疊加在正向電量中去 ,竊電是無(wú)法得逞的。預(yù)付費(fèi)電能表實(shí)行的是先買(mǎi)電后用電 ,完全是按商品交換的原則進(jìn)行 ,改變了過(guò)去先用電后交費(fèi)的方式 ,有利于培養(yǎng)用戶電是商品的意識(shí)。 1948 年 ,哈里178。 從 20xx 年至今 ,射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日趨為人們所重視。系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號(hào) ,經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫(xiě)器 ,讀寫(xiě)器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼 ,然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理 ?？刂婆c射頻卡的通信過(guò)程 (主一從原則 )。射頻卡的電氣部分 由天線和專(zhuān)用集成電路組成。而隨著國(guó)內(nèi)某些行業(yè)在開(kāi)始采用 ISO/IEC 14443 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 Type B 型近距離非接觸式 IC 卡，因此對(duì)該類(lèi)讀寫(xiě)器的需求也在逐漸增加，讀卡器生產(chǎn)廠家的競(jìng)爭(zhēng)也在加劇，產(chǎn)品進(jìn)入微利時(shí)期。 公交管理是在中國(guó)應(yīng)用最早，且最成功的領(lǐng)域。在專(zhuān)用電能計(jì)量芯片開(kāi)始試用階段，其計(jì)量精度及性能的限制使得實(shí)現(xiàn)起來(lái)不夠靈活，所以電能專(zhuān)用計(jì)量芯片不能夠廣泛的運(yùn)用到實(shí)際之中。在工業(yè)領(lǐng)域以及民用產(chǎn)品中， SOC 整體解決方案也正在逐步被使用，例如消費(fèi)電子和精密儀器都使用了這種方案，這都要?dú)w功于超大規(guī)模的集成電路的設(shè)計(jì)水平與數(shù)模混合集成電路的制造工藝的迅速提高。以下各節(jié)是系統(tǒng)各部分的具體設(shè)計(jì)方案。 AT89C52 的芯片管腳及功能說(shuō)明 AT89C52 管腳如圖 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 AT89C52 芯片管腳 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ），參見(jiàn)表 。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。目前我國(guó)引進(jìn)的射頻 IC 卡主要有 PHILIPS 公司的 Mifare 和 ATMEL 公司的 Temic 卡。這是與射頻卡實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的核心模塊，也是讀寫(xiě)器讀寫(xiě) Mifare 卡的關(guān)鍵接口芯片。射頻芯片是非接觸式讀寫(xiě)器的關(guān)鍵部分。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器，這樣給讀卡器終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。支持的幀包括 CRC和 奇偶校驗(yàn) 。 (2)輔助管腳 : MF RC500的第 27腳 AUX為輔助管腳可選擇內(nèi)部信號(hào)驅(qū)動(dòng)該管腳。 表 并行接口 名稱(chēng) 類(lèi)型 功能 D0 ? D7 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 雙向數(shù)據(jù)總線 A0 ? A2 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 地址線 NWR/RNW 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 寫(xiě)禁止 /只讀 NRD/NDS 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 讀禁止 /數(shù)據(jù)選通禁止 NCS 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 片選禁止 ALE 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 地址鎖存使能 IRQ 輸出 中斷請(qǐng)求 電能計(jì)量模塊選用 ADE7755。 5%，該引腳應(yīng)使用 10181。 ? NC（ 6號(hào)引腳），與 6腳短接 ? V1P， V1N，通道 1（電流通道）的正、負(fù)模擬輸入引腳。 ? RESET 復(fù)位引腳。 ? AGND，這是 模擬電路（即 ADC 和基準(zhǔn)源）的接地參考點(diǎn)，該引腳應(yīng)連接到印刷電路板的模擬接地面。 ? CLKIN，外部時(shí)鐘可從該引腳接入，也可把一個(gè)石英晶體接在 CLKIN 和 CLKOUT 之間，提供時(shí)鐘源，規(guī)定時(shí)鐘頻率為 。該輸出的邏輯狀態(tài)隨 CF 輸出脈沖同時(shí)變化。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 ADE7755 的工作原理 圖 AD7755 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADE7755 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 ,ADE7755 主要包括兩路 16位 Z 一△ ADC, 用于將電流傳感器和電壓傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 ADE7755 的模擬輸入結(jié)構(gòu)具有寬動(dòng)態(tài)范圍，大大簡(jiǎn)化了傳感器接口（可以與傳感器 直接連接），也簡(jiǎn)化了抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)。當(dāng)這個(gè)平均有功功率信息進(jìn)一 步被累加，就能獲得電能計(jì)量信息。 功能性地址線允許連接到同一條總線上的器件數(shù)目最多可達(dá) 8個(gè)。因此，用 MC14499 組成單片機(jī)的顯示電路，具有占用單片機(jī)軟件資源小，不再再外加電路即可與單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，使用靈活方便，電路簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)。當(dāng) ENB 由高變底時(shí)， MC14499 的寄存器開(kāi)始接受串行數(shù)據(jù)。 (6)OSC:外接決定掃描周期的電容端。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有 2500pF 的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如：采用 150pF/m 的通信電纜時(shí)，最大通信距離為 15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 第三章 硬件設(shè)計(jì) 射頻讀寫(xiě) 模塊設(shè)計(jì) RC500 的天線設(shè)計(jì) 非接觸式天線使用以下 4個(gè)管腳：如表 。 VMID:為模擬參考電壓。閱讀器又具有一定的源阻抗。 MF RC500 的 NRD／ NDS 為帶施密特觸發(fā)器的讀禁止，數(shù)據(jù)選通禁止信號(hào)，接單片機(jī)的讀信號(hào) RD。 對(duì)于大多數(shù)電子式電能表，電能計(jì)量的原理基本相同，主要包括對(duì)電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，將采樣得到的電壓和電流值相乘，計(jì)算出有效值、有功功率、無(wú)功功率等。電子式電能表結(jié)構(gòu)圖如圖 ,首先通過(guò) V取樣與 I 取樣電路檢測(cè)出負(fù)載的電壓值和電流值 ,然后經(jīng)過(guò)乘法器轉(zhuǎn)換成功率數(shù)據(jù) (P=VI。計(jì)量單位是千瓦小時(shí) (簡(jiǎn)稱(chēng)度 )。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 天線部分電路圖 射頻讀寫(xiě)模塊 RC500 的接口電路 MF RC500 的 AD0~AD7 為帶施密特觸發(fā)器的雙向數(shù)據(jù)和地址復(fù)用總線，接單片機(jī)AT89C52 的 AD0~AD7。 一般的天線設(shè)計(jì)要達(dá)到如下要求： (1)使天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量； (2)功率匹配，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量； (3)足夠的帶寬，以便無(wú)失真地傳送用數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號(hào)。然后數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由微控制器進(jìn)行讀取。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 本設(shè)計(jì)中使用一個(gè) 9 針的連接器，其引腳排列功能如表 。 RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有 25 條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一 條地線。 (5)ENB:使能端。 MC14499 能接受 20 位數(shù)據(jù)的串行輸入， 16 位用作四位 LED 顯示， 4 位用作小數(shù)點(diǎn)顯示。 圖 24LC256 引腳圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 顯示模塊的選擇 MC14499 驅(qū)動(dòng)、掃描、時(shí)鐘于 一體。A 和 1mA。這個(gè)過(guò)程中所有的信號(hào)處理都是由數(shù)字電路完成的，因此具有優(yōu)良的溫度和時(shí)間蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 穩(wěn)定性。電源檢測(cè)電路對(duì)模擬電壓連續(xù)監(jiān)控 ,如果其值低于 4土 ,ADE7755將被復(fù)位 ,以保證器件在上電和斷電時(shí)能正確啟動(dòng)。 ? F2， F1，低頻邏輯輸出引腳，其輸出頻率反映平均有功功率的大小。時(shí)，該引腳輸出邏輯高電平。 ? S1， S0，這兩個(gè)引腳的邏輯輸入用來(lái)選擇數(shù)字 /頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)， 這為電度表的設(shè)計(jì)提供了很大靈活性。無(wú)論用內(nèi)部還是外部基準(zhǔn)源，該引腳都應(yīng)使用 10181。兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 ESD 保護(hù)電路，這兩個(gè)引腳能承受177。 5%，當(dāng)使電源的紋波和噪聲減小到最低程度，該引腳應(yīng)使用 10181。 ADE7755 引腳功能 ADE7755 有 24只引腳 ,以 DIP 和 SSOP 形式封裝 （ 1） 管腳排列圖如下： 圖 ADE7755 管腳排列圖 （ 2） 管腳功能說(shuō)明 ? DVDD，數(shù)字電源引腳。如表 。 通過(guò)快速片內(nèi)緩沖區(qū)連接到 OSCIN和 OSCOUT。即使采用成本非常低的器件也能滿足高速非接觸式通信的要求。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯(cuò)誤檢測(cè)。非接觸式 IC 卡是根 據(jù)射頻電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的，它的讀寫(xiě)操作只需將卡片放在讀寫(xiě)器附近一定的距離之內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，無(wú)需任何接觸，使用中非常方便、快捷、不易損壞，因此，在公交、門(mén)禁、校園、企事業(yè)人事管理、娛樂(lè)場(chǎng)所等方面得到廣泛的應(yīng)用。它是一個(gè)小型的最大操作距離達(dá) 100mm 的Mifare 讀 /寫(xiě)設(shè)備的核心器件，其功能包括調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號(hào)、安全管理和防碰撞機(jī)制。 射頻讀寫(xiě)模塊的選擇 非接觸 IC 卡是根據(jù)射頻電磁感應(yīng)原理，它的讀寫(xiě)操作只需將卡片放在讀寫(xiě)器附近一定的距離之內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，無(wú)需任何接觸，使用非常方便、快捷、不易損壞。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸出口。空閑方式停止 CPU 工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。但是因?yàn)槠湫阅艿膬?yōu)越、成本的低廉、功能的豐富、系統(tǒng)的高度集成的優(yōu)勢(shì)，決定了未來(lái)電能表計(jì)的發(fā)展方向。性能優(yōu)越、功能較為齊全是此結(jié)構(gòu)下的電能表所具備的特點(diǎn)?！皩?zhuān)用計(jì)量芯片+MCU”方案，先由專(zhuān)用 計(jì)量芯片對(duì)電能采集及計(jì)算，接下來(lái)由 MCU 進(jìn)行電能數(shù)據(jù)的管理。在這些讀卡器中通常采用 Philips 公司生產(chǎn)的 RC531 或 TI 的 RIR6C 等射頻讀寫(xiě)芯片。在現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)使用的讀卡器的核心射頻電路讀寫(xiě)芯片基本上都是使用 Philips、 TI、 ATMEL 等國(guó)外公司的專(zhuān)用集成電路芯片，特別是用 Philips 公司所生產(chǎn)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(chǎng)份額。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫(xiě)入距離是不同的 ,寫(xiě)入距離大約是讀取距離的 40%~80%。不同射頻識(shí)別系統(tǒng)的高頻接口設(shè)計(jì)具有一些差異。 有些系統(tǒng)還通過(guò)讀寫(xiě)器的 RS232 或 RS485 接口與外部計(jì)算機(jī) (上位機(jī)主系統(tǒng) )連接 ,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 1981 一 1990 年 RFID 技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段 ,各種規(guī)模應(yīng)用開(kāi)始出現(xiàn)。射頻識(shí)別技術(shù)最早被用于物品的識(shí)別與管理 ,但隨著射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展 ,近年來(lái)還被廣泛用于非接觸式電子錢(qián)包、身份識(shí)別等領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來(lái) ,由于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的影響 ,一些人頭腦中還沒(méi)有電是商品的概念 ,因此 ,“偷電不是偷”“欠電費(fèi)不算欠”等錯(cuò)誤觀念還有一定的市場(chǎng)。預(yù)付費(fèi)電能表具有功率限制功能 ,當(dāng)用戶虛報(bào)用電容量時(shí) ,其實(shí)際負(fù)荷超過(guò)表內(nèi)設(shè)置限定功率 ,表計(jì)會(huì)自動(dòng)跳閘 ,可迫使用戶如實(shí)申報(bào)用電容量。由于流動(dòng)人口活動(dòng)的不確定性 ,抄收人員很難找到他們 ,這蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 些人的電費(fèi)收繳很困難。預(yù)付費(fèi)電能表按其使用的介質(zhì)不同而分為投幣式預(yù)付費(fèi)電能表、磁卡式預(yù)付費(fèi)電能表、電卡式預(yù)付費(fèi)電能表及 IC 卡式預(yù)付費(fèi)電能表。 分體式預(yù)付費(fèi)電能表是將斷電機(jī)構(gòu)置于表外 ,表計(jì)本身僅發(fā)出斷電信號(hào) ,斷電信號(hào)經(jīng)線路傳輸?shù)綌嚯姍C(jī)構(gòu)。瞬時(shí)功率檢測(cè)顯示，電量余額顯示，用電過(guò)流保護(hù)功能。此外，儲(chǔ)存的信息量