【正文】 ... 24 負(fù)載識(shí)別模塊的設(shè)計(jì) .............................................................................. 25 設(shè)計(jì)原理 ....................................................................................... 25 具體實(shí)現(xiàn) ....................................................................................... 27 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 其他電路的設(shè)計(jì) ...................................................................................... 28 報(bào)警電路 ....................................................................................... 28 鍵盤電路 ....................................................................................... 29 顯示電路 ....................................................................................... 30 串行通訊 ....................................................................................... 31 up 監(jiān)控電路 ................................................................................... 32 工作電源 ....................................................................................... 34 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明 ................................................................................... 35 總體軟件設(shè)計(jì) .......................................................................................... 35 各主要模塊程序流程 .............................................................................. 35 第 6 章 經(jīng)濟(jì)效益分析 ........................................................................................... 44 第 7 章 總結(jié) ........................................................................................................... 45 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 46 致 謝 ....................................................................................................................... 48 附 錄Ⅰ ................................................................................................................... 49 附 錄Ⅱ ................................................................................................................... 62 附 錄Ⅲ ................................................................................................................... 66 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒 論 電能計(jì)量、管理概述 隨著電力市場(chǎng)的發(fā)展，電力改革的深入，電力系統(tǒng)已經(jīng)開始由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì) 轉(zhuǎn)變，這對(duì)電能的計(jì)量及管理提出了新的要求。感應(yīng)式電能表 具有可靠性高、制造簡便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，其制造技術(shù)已經(jīng)非常成熟。 從結(jié)構(gòu)上來看，電子式電能表可分為四個(gè)部分。絕大部分采取液晶或 LED顯示，也有通過步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)齒輪用機(jī)械數(shù)字顯示的。這種方式需要管理人員多，工作量大；優(yōu)點(diǎn)是計(jì)量儀表成本低，收費(fèi)方式容易被用戶接受，基本上不存在用戶電源被切斷的問題。 由此可見，使用電子式電能表，再配合相應(yīng)的通訊電路及管理軟件構(gòu)成的計(jì)量管理系統(tǒng)，可以有效地提高電力部門或物業(yè)公司對(duì)用戶進(jìn)行科學(xué)管理的 能力，減少大量的繁重勞動(dòng)。 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 本設(shè)計(jì) 充分考慮到學(xué)生公寓用電的實(shí)際特點(diǎn)以及現(xiàn)代電能管理的發(fā)展趨勢(shì)，將電能記錄、違 章用電查處、電能檢測(cè)和一對(duì)一收費(fèi)，集中計(jì)量與管理等功能結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了合理用電與科學(xué)管電相結(jié)合的目的。具體方案是在轉(zhuǎn)盤上涂上大約 1 ㎝寬的“黑條”在轉(zhuǎn)盤的上方或下方設(shè)置一紅外線發(fā)射接收對(duì)管。這樣，模擬 通道中本身的干擾信號(hào)被抑制。單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào) f 進(jìn)行累加，便可得到電能 。 身份識(shí)別（預(yù)付費(fèi)）系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 身份識(shí)別方案有以下幾中： 采用 非加密存 儲(chǔ)器卡作為銷售電能的傳輸媒介 非加密存儲(chǔ)器卡的卡內(nèi)嵌入芯片為通用存儲(chǔ)器芯片，其特點(diǎn)為卡內(nèi)嵌入的芯片多為通用 EEPROM，無安全控制邏輯，可對(duì)片內(nèi)信息不受限制地任意存取，卡片制造中也很少采取安全保護(hù)措施，多采用 2 線串行通信協(xié)議（ CI2 總線協(xié)議）或3 線串行通信協(xié)議（ SPI 協(xié)議）。允許連續(xù)密碼核驗(yàn)的錯(cuò)誤次數(shù)很少（一般在十次以內(nèi)），可以有效防止非法試探。在讀寫器的響應(yīng)范圍之外，射頻 CPU卡 處于無源狀態(tài)。 在本設(shè)計(jì)中，以射頻 CPU卡作為售電的傳輸媒質(zhì)， 配以相應(yīng)的讀卡器實(shí)現(xiàn)對(duì)IC 卡的初始化、用戶的身份識(shí)別、充值等操作。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及原理方框圖 系統(tǒng) 的總體結(jié)構(gòu) 分為 上位機(jī)和 用戶板 兩 層 。 ? 用戶 N+1 用戶 1 CT CT 多路開關(guān) 電能測(cè)量電路 單片機(jī)系統(tǒng) 鍵盤及顯示電 路路 斷電控制電路 報(bào)警及監(jiān)控電路 電源電路 預(yù)付費(fèi)及身份識(shí)別電路 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 圖 系統(tǒng)原理框圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 4章 系統(tǒng)硬件 電路及工作原理 單片機(jī)及外圍 電路設(shè)計(jì) CPU 的選擇 單片機(jī)是將 CPU、 ROM、 RAM、 I/O、定時(shí)器、串行口、振蕩電路等集成于一個(gè)芯片中，使其具有計(jì)算機(jī)的基本功能。 本設(shè)計(jì)采用的芯片即為此系列的 16 位單片機(jī) 80C196KB。 2864 是 Intel 公司生產(chǎn)的 8K 8 位電檫除，可編程只讀存儲(chǔ)器（ EEPROM），其主要優(yōu)點(diǎn)是能在本系統(tǒng)中進(jìn)行改寫，并能在判斷斷電情況下保存數(shù)據(jù)而不需要保護(hù)電源。 2864 的 OE 與單片機(jī)的 RD 相連，作為讀選通信號(hào)， WE與 WR 相連，作為寫選通信號(hào)， CE 端與 P4 口經(jīng) 74LS138 擴(kuò)展的 Y0 相連。 6264 共有 4 種操作模式，如表 表 6264操作方式 方式 WE OE WE D0～ D7 沒選中 禁止 讀出 寫入 1 0 0 0 X 1 0 1 X 1 0 1 高阻 高阻 讀出數(shù)據(jù) 寫入數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 與 80C196KB 連接說明如下： 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的數(shù)據(jù)連接與程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的方法相同。 電能計(jì)量電路的設(shè)計(jì) 電能計(jì)量的基本原理 電能計(jì)量是通過對(duì)有功功率的測(cè)量實(shí)現(xiàn)的。這些電路在內(nèi)部集成了如圖 42 所示的各種電路。 ? 通過頻率輸出端提供的功率信號(hào)可以直接與計(jì)算機(jī)接口。 V2P、 V2N 是模擬輸入通道 2，用于電壓信號(hào)的輸入，最大差分輸入信號(hào)為177。即這種通過低通濾波從瞬時(shí)功率信號(hào)獲取有功功率的方法對(duì)于電壓與電流不同相（即功率 因數(shù)不為 1）的情況也是成立的。當(dāng) CF 用于帶微處理器的電能計(jì)量時(shí)，也應(yīng)該進(jìn)行平均后再計(jì)算功率。 8%）（ V） CF 的輸出頻率與瞬時(shí)有功功率成正比，它與引腳 F F2 輸出 頻率的關(guān)系如表 所示。 電 能存儲(chǔ)器 電能存儲(chǔ)器由串行 EEPROM 和上拉電阻組成，電路如圖 。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線（可達(dá) 100mm）；接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于 ISO 14443A 兼容的應(yīng)答器信號(hào)；數(shù)字部分處理 ISO 14443A 幀 和錯(cuò)誤檢測(cè)（奇偶 amp。 數(shù)據(jù)處理部分執(zhí)行數(shù)據(jù)的并行 — 串行轉(zhuǎn)換。由于采用了非常先進(jìn)的技術(shù)，接收器己不再是 限制操作距離的因素了。 采用這 種方式時(shí)讀入寄存器的值時(shí)，首先置端口的狀態(tài)為輸出，送出需要讀取的寄存器地址，鎖存地址，取出地址，設(shè)置端口的狀態(tài)為輸入，片選信號(hào)置 0選中 MF RC531，設(shè)置成讀取狀態(tài)，從端口獲得讀到的數(shù)，設(shè)置成非讀取狀態(tài)，片MIFARE Clasic MF RC500 微行微控制器接口 高速 CRYPT01 流密碼單元 模擬電路 狀態(tài)和控制部分 數(shù)據(jù)處理部分 線據(jù)數(shù) 地址線 控制線 報(bào)警電量”并保存 ISO 14443A 圖 MF RC500 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 選信號(hào)置 1 不再選中芯片。其中前兩種又都可以分為獨(dú)立地址、數(shù)據(jù)總線型和地址線、數(shù)據(jù)線復(fù)用型，第三種只有復(fù)用形式。 當(dāng)與 MIFARE Standard 和 MIFARE 產(chǎn)品通信時(shí)，使用高速 CRYPTOI 流密碼單元和一個(gè)可靠的非易失性密匙存儲(chǔ)器。 MF RC500 的特性 ? 高集成度模擬電路用于 IC 卡應(yīng)答的解調(diào)和解碼 ? 緩沖輸出驅(qū)動(dòng)器使用最少數(shù)目的外部元件連接到 天線 ? 近距離操作 (可達(dá) 100mm ) ? 時(shí)鐘頻率監(jiān)視 ? 帶低功耗的硬件復(fù)位 ? 軟件實(shí)現(xiàn)掉電模式 ? 并行微處理接口帶有內(nèi)部地址鎖存和 IRQ 線 ? 自動(dòng)檢測(cè)微處理器并行接口類型 ? 方便的 64 字節(jié)發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū) ? 支持防沖突過程 ? 唯一的序列號(hào) ? 片內(nèi)時(shí)鐘電路 ? 支持 MIFARE PRO 雙接口卡 IC 和 ISO 14443A 部分 ? 支持 MIFARE Classic ? C:rypto1 加密并保護(hù)內(nèi)部非易失性密鑰存儲(chǔ)器 ? 支持 MIFARE 有源天線 ? 適合于高安全的終端 ? 靈活的中斷處理 ? 可一編程定時(shí)器 ? 用戶可編程的啟動(dòng)配置 ? 位和字節(jié)定位器 ? 數(shù) 字模擬和發(fā)送器部分各自獨(dú)立的電源輸入腳 ? 內(nèi)部振蕩器緩沖連接 石英晶體，低相位抖動(dòng)時(shí)鐘頻率濾波 ? 短距離應(yīng)用中發(fā)送器天線驅(qū)動(dòng)器為 MF RC500 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MF RC500 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 并行微控制器接口自動(dòng)檢測(cè)連接的 8 位并行接口的類型。 圖 電能存儲(chǔ)電路 身份識(shí)別電路的設(shè)計(jì) 身份識(shí)別功能主要由非接觸式射頻 IC 卡來實(shí)現(xiàn)的，而非接觸式 IC 卡電路設(shè)計(jì)中最重要的是讀卡器電路的設(shè)計(jì)。即 ADE7755 高頻輸出端（ CF）連接到 MCU 的計(jì)數(shù)器或端口，由 MCU內(nèi)部定時(shí)器設(shè)定的積分時(shí)間內(nèi)對(duì) CF 輸出的脈沖計(jì)數(shù)，平均功率正比于平均功率，即： 平均功率 =平均頻率 =脈沖個(gè)數(shù) /積分時(shí)間 則在一個(gè)積分周期內(nèi)消耗的電能為： 電能 =平均功率積分時(shí)間 =（脈沖個(gè)數(shù) /積分時(shí)間）積分時(shí)間 =脈沖個(gè)數(shù) 根據(jù)事先設(shè)定好計(jì)量芯片的脈沖常數(shù)（即計(jì)量 1 度電所對(duì)應(yīng)的 CF 輸出的脈沖個(gè)數(shù)），通過對(duì) ADE7755 輸出的脈沖計(jì)數(shù)也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能的計(jì)量。 ADE7755 功率計(jì)算 計(jì)量芯片 ADE7755 先計(jì)算通道 1 和通道 2 兩個(gè)輸入電壓信號(hào)的乘積，然