【正文】 也非常大。為了解決這些問題推出了非接觸式 IC 卡。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，能量計的發(fā)展從機(jī)電式費拉里計數(shù)器發(fā)展為全面的電子式計數(shù)，電子表的發(fā)明不僅提高了計量的精度且能夠?qū)崿F(xiàn)自動抄表并能測量以前無法測量的功率因數(shù)等參數(shù)。 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。本文首先介紹電能表的發(fā)展和在我國的應(yīng)用狀況 ,指出 IC 卡預(yù)付費電能表存在的問題 ,說明基于射頻識別技術(shù)的多用戶電能表的設(shè)計意義及功能 原理。 本設(shè)計的主要目的就是為了解決 IC 卡預(yù)付費電能表存在的問題。IC 卡 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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。因此普遍存在“收費難”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)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(jīng)濟(jì)發(fā)展。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?？茖W(xué)家弗格森通過實驗證實 RFID 是一種突破性的技術(shù)：第一 ， RFID 可以識別具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體；第二，其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息；第三，可以同時對多個物體進(jìn)行識讀，而條形碼只能一個一個地讀。 課題任務(wù)及目標(biāo) 本設(shè)計主要利用非接觸 IC 卡及其讀卡器進(jìn)行電費預(yù)付費，通過電流傳感器和電壓傳感器采樣分析實現(xiàn)當(dāng)前用電量計算顯示。斷電機(jī)構(gòu)跳閘時 ,觸點有可能被燒死 ,從而當(dāng)下次需要跳閘時卻跳不開 ,因此 ,當(dāng)電流較大時 ,一般不采用整體式結(jié)構(gòu) 另外 ,整體式結(jié)構(gòu)將電路集中在表殼內(nèi) ,當(dāng)斷電機(jī)構(gòu)跳閘時 ,會給表計帶來干擾 ,如果布局不合理 ,勢必對表計的可靠性有很大影響。 按使用的介質(zhì)不同可分為投幣式、磁卡式、電卡式及 IC卡式等 所謂介質(zhì) ,就是用來存儲和傳輸信息的物件。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和文化交流活動的增加 ,流動人口越來越多。用戶超容量用電或供電方式選擇不符合現(xiàn)場實際 ,會使線路負(fù)載過重 ,造成線路過 熱且加大了線路損耗 ,嚴(yán)重的會影響電力系統(tǒng)的安全運行。電是一種商品 ,商品交換的一個基本原則就是實行等價交換 ,也就是當(dāng)你使用、占有商品時 ,就必須支付一定的貨幣。射頻識別系統(tǒng)一般由三個部分組成 ,即天線、射頻卡 (應(yīng)答器 ,Tag)和讀寫器 (讀頭 ,Reader)。 1971 一 1980 年 RFID 技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期 ,各種 RFID 技術(shù)測 試得到加速 ,并出現(xiàn)了一些最早的 RFID 應(yīng)用。 c、天線 :在射頻卡和讀寫器間傳遞射頻信號。對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制 ,用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡 :接收并解調(diào)來自射頻卡的高頻信號。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、讀寫器的 RF 輸出功率、讀寫器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的 Q 值、天線方向、讀寫器和射頻卡的禍合度 ,以及射頻卡本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。 我國現(xiàn)在已經(jīng)開始在很多城市的公共交通、考勤、身份證、校園一卡通等行業(yè)大量使用非接觸式 IC 卡，特別是其中的近距離識別卡得到 廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的讀卡器也隨之得到了較普遍的應(yīng)用。如中國正在使用的第二代身份證就是 基于 ISO/IEC14443B 標(biāo)準(zhǔn)的 非接觸式 IC 卡，該證件已在國內(nèi)各大城市逐步發(fā)行，相應(yīng)的讀卡器也被指定廠家生產(chǎn)并在公安、銀行等部門得到使用?！?A/D 采樣 +DSP+MCU”方案，經(jīng) A/D 對數(shù)據(jù)行進(jìn)采樣處理，再由 DSP 對采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算，然后 MCU 則專門負(fù)責(zé)電能數(shù)據(jù)的后續(xù)管理。近幾年來幾乎 50%以上的全電子式電能表生產(chǎn)廠商一般都是采用的解決方案都是使用這種“專用計量芯片 +MCU”雙核結(jié)構(gòu)多功能電能表。之所以傳統(tǒng)的實現(xiàn)方案沒有被它大批量的取而代之，是因為由于工藝上的某些原因立足于單芯片 SOC 的電能表的實現(xiàn)方案還有各種各樣的缺陷。同時， AT89C52 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 P10 口 ~P17 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門 電路。 口 ~ 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固 定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 非接觸 IC 卡讀寫器以射頻識別技術(shù)為核心，讀寫器內(nèi)主要使用了 1 片 Mifare 卡專用的讀寫處理芯片 —— MF RC500 微模塊。接觸式 IC 卡由于卡座與卡上芯片接觸點易磨損，而且不耐臟、不防水、易腐蝕，等缺點正逐漸被非接觸式 IC 卡所替代。接收器部分提供一個可靠而有效的解調(diào)和解碼電路，用于 ISO14443A 兼容的應(yīng)答器信號。它包含一個易用的雙向 FIFO緩沖區(qū)和一個可配置的中斷輸出 ,為連接各種 MCU提供了很大的靈活性。 圖 RC500 管腳 (1) 振蕩器如表 表 振蕩器 名稱 類型 功能 OSCIN 輸入 晶振輸入端 OSCOUT 輸出 晶振輸出 MF RC500的 1腳 OSCIN和 32腳 OSCOUT分別為晶振輸入端和晶振輸出端。這種組合可借助 MFIN和MFOUT引腳和 MF RC500內(nèi)部相關(guān)寄存器來控制實現(xiàn)。 9) 單 5V電源，低功耗； 10) 采用 SSOP24 封裝。 該引腳提供 模擬電路的電源， 正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V177。 1V。 外部基準(zhǔn)源可以直接連接到該引腳上。該引腳的邏輯輸入電平確定 CF 引腳的輸出頻率。 ? REVP，當(dāng)檢測到負(fù)功率時，即電壓和電流信號的相位差大于 90176。其輸出頻率反映瞬時有功功率的大小，常用于儀表校驗。 CF 提供即時功率 ,可接口到 MCU。下圖示出了瞬時有功功率如何通過對瞬時功率信號進(jìn)行低通濾波來獲取有功功率。低電壓設(shè)計允許工作電壓最低可至 （適用 24AAXX 器件），待機(jī)電流和工作電流分別為 1181。引腳圖如圖 所示。多路輸出器輸出的 BCD 碼經(jīng)段譯碼器譯碼后， 換成七段碼 (a、 b、 c、 d、 e、 f、 g)和小數(shù)點 DP 送到段驅(qū)動器輸出。 (4)CLK:同步控制脈沖輸入端 ,在下降沿數(shù)據(jù)被移入片內(nèi)寄存器。 RS 是英文 “ 推薦標(biāo)準(zhǔn) ” 的縮寫， 232為標(biāo)識號， C 表示修改次數(shù)。即：要求接收器能識別低至 +3V 的信號作為邏輯 “ 0” ，高到 3V 的信號作為邏輯 “ 1” 。 MF RC500 內(nèi)部接收器對信號進(jìn)行檢測和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理。 MF RC500 對天線驅(qū)動部分使用單獨的電源供電。其天線部分如圖 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 24 圖 RC500 接口電路 電能計量模塊設(shè)計 電子式電能表計量原理 電能表是專門用來計量電能的電表 ,其計量的結(jié)果是某段時間內(nèi)通過負(fù)載電路的電能。與直流采樣相比 ,交流采樣具有計算靈活 ,精度高 ,響應(yīng)速率快等優(yōu)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 點。采樣份直流采樣和交流采樣兩種，與直流采樣相比，交流采樣具有計算靈活、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。 MF RC500 的 NCS 為帶施密特觸發(fā)器的片選禁止信號．接單片機(jī)的 I/O 口線 。為了獲得最佳性能，必須通過無源的匹配回路將線圈阻抗 轉(zhuǎn)換為源阻抗。 RX:為天線輸入信號。 表 天線管腳 名稱 類型 功能 TX1, TX2 輸出 緩沖天線驅(qū)動器 VMID 模擬 參考電壓 RX 輸入 模擬天線輸入信號 為了驅(qū)動天線， MF RC500 通過 TX1 和 TX2 提供 的能量載波。傳輸距離短的另一原因是 RS232 屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于 20m 以內(nèi)的通信。 (7)VSS:為電源地。 MC14499 管腳分布及其說明 MC14499 的管腳如圖 。因此選擇 MC14499 作為顯示模塊。整個 24XX 系列產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)的 8引腳 PDIP、表面貼片 SOIC、 TSSOP 和 MSOP 封裝。 CF輸出的頻率較高，累加時間較短，因此 CF的輸出頻率正比于瞬時有功功率，這對于在穩(wěn)定負(fù)載條件下進(jìn)行系統(tǒng)校驗是很有用的。電流通道中的 PGA 進(jìn)一步簡化了傳感器接口。通道 1(電流通道 )的 ADC 前端帶一個可編程增益放大器 (PGA),其輸出通過一個相位校正電路 (用來消除高通濾波器的相位導(dǎo)前 )接一個高通濾波器 (HPF),以濾掉電流信號的直流分量 ,從而提高有功功率的計算精度。 ? DGND，這是數(shù)字電路（即乘法器、濾波器和數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器）的接地參考點。作為石英晶體負(fù)載的 33pF 陶瓷電容應(yīng)和振蕩器門電路連接。模擬接地面是所有模擬電路的接地參考點，如抗混疊濾波器、電流和電壓傳感器等。當(dāng)為低電平時， ADC 和數(shù)字電路保護(hù)復(fù)位狀態(tài)，在 RESET 的下降沿，清除內(nèi)部寄存器。完全差動輸入方式，正常工作最大信號電平為177。F 陶瓷電容進(jìn)行去耦 ? AC/DC，高通濾波器 HPF 選擇引腳。 ADE7755 功能概述 ADE7755 是一種高準(zhǔn)確度電能測量電路集成電路，主要用于單相電表系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)超過了 IEC1036 規(guī)定的準(zhǔn)確度要求。它可蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 作為設(shè)計和測試之用。狀態(tài)和控制部分允許對器件進(jìn)行配置以適應(yīng)環(huán)境的影響 ,并將性能調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 MF RC500內(nèi)部包括并行微控制器接口、雙向。 MF RC500 主要應(yīng)用于 非接觸式 IC 卡的讀寫。讀寫器工作時，不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波 ()，當(dāng)有卡靠近時，卡片內(nèi)有一個串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同，這樣在電 磁波的激勵下，諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電有了電荷。 MF RC500 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成讀卡 IC 系列中的一員。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，本設(shè)計中并沒有用到 P3 口的功能只用到了它的第 2 功能主要功能如下表 所示。 表 和 的第二功能 引腳號 功能特性 T2（定時 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出 T2EX（定時 /計數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制） P20 口 ~P27 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 VCC 管腳為電源電壓； GND 為地； P01 口 ~P07 口是一 組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 圖 電能表硬件結(jié)構(gòu)圖 控制芯片的選擇 51 系列的單片機(jī)，即最常用的 AT89C52，優(yōu)點是內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，缺點在于：無 PWM 輸出功能，采用定時器配合軟件使用。關(guān)于產(chǎn)品性能和可靠性，在整個系統(tǒng)中應(yīng)用周邊電路高度集成和多個核心組件后，使得產(chǎn)品體積的縮小、外圍元件的減少與能耗的降低，除此之外更要的一點還有單個硅片上的元器件的高度一致性。隨著芯片 IC 技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，計量芯片的功能日趨完善，該芯片具有完善的模擬采樣效驗功能以及強(qiáng)大