【正文】 的數(shù)字信號處理技術(shù)，使得電能專用計量芯片的性能得到極大地提高。主要應(yīng)用于公交車上的電子車票。 非接觸式 IC 卡技術(shù)近年在國內(nèi)的發(fā)展十分迅速，它可識別和跟蹤幾乎所有的物理對象，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)，逐漸改變和影響我們的生活?？▋?nèi)的天線是幾組繞線線圈 ,適合封裝到卡片中 ,卡片的專用集成電路由一個高速的 RF 接口、一個控制單元和一個 EPROM 組成 射頻卡的讀寫原理是 :讀寫器向射頻卡發(fā)射一組固定頻率的電磁波 ,在電磁波的激勵下 ,LC 諧振電路產(chǎn)生共振 (卡內(nèi)有 LC 串聯(lián)諧振電路 ),從而使電容內(nèi)有了電荷 :在這個電容的另一端 ,接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?,將電容內(nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲 ,當所積累的電荷達到 2V 時 ,此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓 ,將卡內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。信號的編解碼。主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性 ,針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制 ,發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。射頻識別產(chǎn)品種類更加豐富 ,射頻卡成本不斷降低 ,規(guī)模應(yīng)用行業(yè)不斷擴大 ,射頻識別技術(shù)的理論得到了豐富和完善。斯托克曼 (Harry Stockman)發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了射頻識別的理論基礎(chǔ) ,成為射頻識別理論領(lǐng)域的不朽之作。 5）有利于用電管理部門提高現(xiàn)代化管理水平。另外 ,全電子式預(yù)付費電能表由于電流采用錳銅片分流 ,電流回路的電阻小 ,當用戶在表外短接電流回路時 ,基本上不起作用。同時 ,它也能很好地解決零散居民用戶、臨時用電用戶、經(jīng)常欠費用戶的收費問題。由于中國地域遼闊 ,有些地區(qū)用戶比較分散 ,有的用戶離供電部門較遠 ,對這些用戶的抄表就顯得比較費勁 ,且效率較低。由于感應(yīng)式電能表發(fā)展歷史較長 ,已經(jīng)相當成熟 ,特別是它對電源瞬變及各種頻率的無線電干擾不敏感。 研究現(xiàn)狀 預(yù)付費電能表 預(yù)付費電能表分類及發(fā)展史 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 國際上預(yù)付費電能表經(jīng)過了投幣、磁卡、電鑰匙、 IC 卡的發(fā)展過程 ,80 年代末推出了 IC 卡預(yù)付費電能表 ,它是 IC 卡在電話、金融等領(lǐng)域后的又一成功應(yīng)用。隨著 RFID 技術(shù)的成熟、發(fā)展，非接觸式的 IC 卡的應(yīng)用將會成為可能，它有很多優(yōu)點?？ㄆ谝惶m州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 定距離范圍 (通常為 5 一 10~)靠近讀寫模塊表面 ,通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。目前對于預(yù)付費電子式電能表的方案有很多種實現(xiàn)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(xiàn)象也不斷增多，由于安全性差、壽命短、使用不方便等原因?qū)е逻@兩種電表的推廣較為困難。 Radio frequeney identification。 本設(shè)計的軟件采用模塊化設(shè)計方案。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 IC 卡預(yù)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(yù)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(xiàn)和查處竊電行為 。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。 Energy measurement； IC card 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 III 目錄 第 一章 緒論 ............................................................ 1 課題背景及意義 ....................................................1 課題任務(wù)及目標 ....................................................2 研究現(xiàn)狀 ..........................................................2 預(yù)付費電能表 ................................................2 射頻識別技術(shù) ................................................4 非接觸 IC 卡讀寫器 ..........................................7 第二章 方案設(shè)計及器件選擇 ................................................ 8 方案選擇 ..........................................................8 電能表系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ................................................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。隨著容量大，保密性好，可反復(fù)使用，攜帶方便等特 點 的 RFID 技 術(shù) 在 我 國 廣 泛 使 用 ， 基 于 射 頻 識 別 (Radio Frequency Identification， RFID)技術(shù)的預(yù)付費電能表應(yīng)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(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，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。 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(shù)，可工作在各種惡劣環(huán)境中。在 RFID 領(lǐng)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(shù)。 按結(jié)構(gòu)可分為整體式預(yù)付費電能表和分體式預(yù)付費電能表。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(shè)計不當 ,質(zhì)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(yù)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。按照規(guī)定 ,用戶用電應(yīng)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(yīng)繳貼費。預(yù)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(yù)期時間不來買電時 ,預(yù)付費售電系統(tǒng)可以自動生產(chǎn)清單 ,有關(guān)人員可根據(jù)清單進行核查。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,計算機已經(jīng)應(yīng)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(xiàn)代化管理模式轉(zhuǎn)變 ,實現(xiàn)無紙化管理。 在過去的半個多世紀里 ,射頻識別技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段 : 1941 一 1950 年雷達的改進和應(yīng)用催生了 RFID 技術(shù) ,1948 年奠定 TRFID 技術(shù)的理論基礎(chǔ)。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(shù)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(shù)的研究和應(yīng)用。不同的射頻識別系統(tǒng)雖然在禍合方式 (電蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 感一電磁 )、通信流程 (FDX、 HDX、 SEQ)、數(shù)據(jù)傳輸方法 (負載調(diào)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(shè)計構(gòu)造上都很相似。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(shù)據(jù)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。 圖 射頻識別系統(tǒng)原理圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 非接觸 IC 卡讀寫器 非接觸式 IC 卡是射頻識別技術(shù)與 IC 卡技術(shù)的結(jié)合而出現(xiàn)的，自出現(xiàn)以來就成為這兩種技術(shù)的重要發(fā)展方向。其典型應(yīng)用有： 身份識別。使用非接觸式 IC 卡的電子車票具有防偽性高、結(jié)算安全、使用方便等特點。國際上 Cirrus Logic、 ADI 公司等各大 IC 生產(chǎn)廠商相繼推出了他們在電能表領(lǐng)域的專業(yè)的電能計量芯片。在 SOC 中，越來越多的數(shù)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(shè)計方案更加優(yōu)越，這是因為整個產(chǎn)品關(guān)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。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(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 用起來可以很好地控制和調(diào)試。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)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 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)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(nèi)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。 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(shù)器 0 T1 定時 /計數(shù)器 1 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 RST 管腳為復(fù)位輸入。該讀卡 IC 系列利用了先進的調(diào)制和解調(diào)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(xié)議。在這個電容另一端，接有一個單向?qū)щ姷碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲。該芯片利用了先進的調(diào)制和解調(diào)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(xié)議。 FIFO緩沖區(qū)、中斷 、數(shù)據(jù)處理單元、狀態(tài) 控制單元 、安全和密碼控制單元、模擬電路接口及天線接口。當與 Mifare Standard和 Mifare通信時 ,使用高速 CRYPTOI流密碼單元和一個可靠的非易失性密匙 存儲器 。 (3)復(fù)位管腳 : RSTPD為復(fù)位管腳，該管腳禁止了內(nèi)部電流源和時鐘并使 MF C500從微控制器總線接口脫開。它只在 ADC 和基準電路中使用了模擬電路，其他的信號處理都由數(shù)字電路完成，這使得在惡劣的環(huán)境下仍然可以保持極高的準確度和長時間的穩(wěn)定性，通過引腳 F F2 以低頻形式輸出有功功率的平均值，可以直接驅(qū)動機電式計數(shù)器，或者與微控制器接口，從引腳 CF 以高頻形式輸出有功功率的瞬時值，用于電能計量表的校準。當該引腳輸入 高電平時，通道 1（電流通道）內(nèi)的 HPF 被選通，該濾波器所涉及的相位響應(yīng)在 45Hz 至 1kHz 范圍內(nèi)在片內(nèi)已得到補償。 470mV。 ? REFIN/OUT,基準電壓的輸入、輸出引腳。為了有效地抑制噪聲，模擬接地面與數(shù)字接地面只應(yīng)有一點連接。 ? CLKOUT，如上所述，可把一個石英晶體接在 CLKIN 和 CLKOUT 之間，提供一個時鐘源。該引腳應(yīng)連接到印刷電路板的數(shù)字接地面，數(shù)字接地面是所有數(shù)字電路（如機械或數(shù)字計數(shù)器、微控制器和 LED 顯示器的接地參考點。 HPF 輸出的數(shù)字量與電壓通道 ADC 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字 量相乘后再經(jīng)過一個低通濾波器 (LPF),以便提取有功功率分量。電流通道中的 HPF濾掉電流信號中的直流分量，從而消除了由于電壓或者電流失調(diào)所造成的有功功率計算上的誤差。 存儲器選擇 存儲器選擇 24LC256EEPROM。大部分容量為 128 位到 16 千位的器件還提供 5 引腳 SOT23 封裝。 MC14499 簡介及工作原理 MC14499 是由 MOTOROLA 公司生產(chǎn)的高集成度 LED 顯示驅(qū)動器，采用動態(tài)掃描方式顯示驅(qū)動 4 個 LED 數(shù)碼管。 (1)a ~ g ， h:段碼及小數(shù)點驅(qū)動端， NPN 發(fā)射極輸出。 (8)VDD:為正電源輸入，范圍是 ~。 圖 RS232串口 接口的電氣 特性：在 RS232C 中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關(guān)系。根據(jù)寄存器的設(shè)定對發(fā)送數(shù)據(jù)進行調(diào)制得到發(fā)送的信號。 TVDD為發(fā)送器電源電壓。然后，通過同軸線纜即可無損失且無輻射地將功率從讀寫器末級傳送到匹配電路。 MF RC500 的 ALE 為帶施密特觸發(fā)器的地址鎖存使能信號 ,接單片機的地址鎖存信號。 當采樣輸入信號為正弦波時，測量時域、頻域信號的算法有導(dǎo)數(shù)算法、半周 期算法等。采樣分直流和交流采樣兩種。根據(jù)上面所說得到 RC500 接口電路如圖