【正文】 測量電能的基本方法是將電壓、電流相乘，然后在時(shí)間上再累加（即積分）起來。天線是有一定負(fù)載阻抗的諧振回路。 表 RS232 管腳 引腳號 名稱 1 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 3 接受數(shù)據(jù) RXD 4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR 5 信號地 SG 6 數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好 DSR 7 請求發(fā)送 RTS 8 清除發(fā)送 CTS 9 振鈴提示 RI 由于 RS232 的邏輯電平與 TTL 的邏輯電平不兼容，而單片機(jī)的串行接口都是 TTL數(shù)字信號 ,因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，這里用到 MAX232 芯片， MAX232 芯片可完成 TTL到 EIA 的雙向轉(zhuǎn)換。底電平允許接受串行數(shù)據(jù)，高電平禁止接受串行數(shù)據(jù)，并將片內(nèi)移位寄存器數(shù)據(jù)鎖存。所需的輔助電路簡單， MC14499 與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送采用串行同步方式。 圖 信號處理框圖 ADE7755的低頻輸出是通過對上述有功功率信息的累計(jì)產(chǎn)生，即在兩個(gè)輸出脈沖之間經(jīng)過長時(shí)間的累加，因此輸出頻率正比于平均有功功率。這兩個(gè)邏輯輸 出可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)數(shù)器或兩相步進(jìn)電機(jī)。 ? G1， G0，這兩個(gè)引腳的邏輯輸入用來選擇通道 1 的增益，可用來選擇 增益是 1,2,8,和 16。 6V的過電壓，而不造成永久性損壞。該引腳提供數(shù)字電路的電源，正常工作電 源電壓應(yīng)保持在 5V177。如果器件采用外部時(shí)鐘可從 OSCIN輸入。此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法用于驗(yàn)證 MIFARE 系列產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié) 構(gòu)分為射頻區(qū)和接口區(qū) :射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接 :接口區(qū)有與單片機(jī)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收 /發(fā)器、 16 字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器、存放 64 對傳輸密鑰的 ROM、存放 3 套密鑰的只寫存儲器以及進(jìn)行三次證實(shí)和數(shù)據(jù)加密的密碼機(jī)、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。對 P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。但數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约昂伺c核之間匹配及等多個(gè)方面的問題是雙核模式不可避免的一些弊端，而且因?yàn)椴捎猛ㄓ玫?MCU，系統(tǒng)整體的 芯片數(shù)量比較多，電能表的成本下降的空間很小，這些給電子式電能表大范圍的應(yīng)用造成了比較大的阻礙。 公共交通應(yīng)用。 典型的射頻識別系統(tǒng)見圖 。 系統(tǒng)的基本工作流程是 :讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號 ,當(dāng) 射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流 ,射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去 。 射頻識別技術(shù)是一種直接繼承了雷達(dá)的原理 ,而發(fā)展起來的自動(dòng)識別技術(shù)。 3）具有一定的防竊電能力。 預(yù)付費(fèi)電能表的特點(diǎn) 1）不需要人工抄表。 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能 ： 1） 當(dāng)前總用電量顯示； 2）用戶余額顯示； 3）余額不足報(bào)警； 4）余額為零自動(dòng)斷電； 5）供電過流保護(hù) 。非接觸式 IC卡又稱射頻卡 ,由 IC 芯片、感應(yīng)天線組成 ,封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 PVC 卡片內(nèi) ,芯片及天線無任何外露部分。 The third,it is unacmodated in public place that a meter read_write a card only. The main purpose of this design is to solve the disadvantage of Prepayment IC Watthour meter. This article first introduces the Watthour meter39。再次是一表一卡的管理方式不適宜人員流動(dòng)性大的場所。由于我國電力系統(tǒng)普遍存在著技術(shù)落后、設(shè)備陳 舊等問題，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的管理水平和配電自動(dòng)化程度較低，大部分地區(qū)長期以來一直采用人工抄表的收費(fèi)方式，導(dǎo)致大量的電費(fèi)不能及時(shí)回收。 RFID 技術(shù)使用安全、可靠、方便、快鍵。整體式預(yù)付費(fèi)電能表的特點(diǎn)是外觀整潔 ,安裝方便 ,容易密封 其缺點(diǎn)是當(dāng)電流較大時(shí) ,由于斷電機(jī)構(gòu)置于表內(nèi) ,體積較 小 ,斷電機(jī)構(gòu)的觸點(diǎn)發(fā)熱及滅弧問題很難解決。 2）可以解決一些電費(fèi)收繳困難用戶的收費(fèi)問題。 4）有利于培養(yǎng)用戶電是商品的意識。 1961 一 1970 年 RFID 技術(shù)的理論得到了發(fā)展 ,開始了一些應(yīng)用嘗試。 高頻接口包含發(fā)送器和接收器 ,其功能包括 :產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)射頻卡并提供能量 ?？梢韵嘈?，隨著大規(guī)模集成電路和制造工藝的發(fā)展及開發(fā)工具的日漸成熟，非接觸式 IC 卡必將在我國各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第二章 方案設(shè)計(jì)及硬件選擇 方案選擇 “ A/D 采樣 +DSP+MCU”方案和“專用電能計(jì)量芯片 +MCU”為當(dāng)前的多功能電能表的兩種選擇方案。以 SOC 作為基礎(chǔ)的電能表芯片處理體系在電能計(jì)量芯片單元與 MCU 進(jìn)一步地集成的基礎(chǔ)上逐漸形成，并且進(jìn)一步集成的芯片還具有其它的功能模塊，從而使多功能電能表軟硬 件的實(shí)現(xiàn)被極大的簡化。在 FLASH 編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 ALE/PROG 管腳當(dāng)訪問外部程存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 MF RC500 的簡介及其原理 在 IC 卡讀寫機(jī)具領(lǐng)域中，可以降低成本的部分主要是讀寫器具有的核心讀寫模塊。 MF RC500的并行微控制器接口自動(dòng)檢測連接的 8位并行接口的類型。 (4)串行信號開關(guān) :串行信號開關(guān)用于橋接芯片數(shù)字電路和模擬電路兩部分 ,兩部分電路的輸入 / 輸出和外部應(yīng)用所需的輸入 / 輸出可以靈活組合。 ? AVDD，模擬電源引腳。8%，典型溫度系數(shù)為 30ppm/℃。 ? NC，懸空。 F1 和 F2 表示平均有功功率 ,可用來直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)數(shù)器或微處理器 (MCU)接口。該系列器件支持 2線串行接口，以 x8位存儲器塊進(jìn)行組合。此器件主要有 1 個(gè) 20位移位寄存器、 1 個(gè)鎖存器、 1 個(gè)多路輸出器。 RS232C 是美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA（ Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。天線拾取的信號經(jīng)過天線匹配電路送到 RX 腳。小環(huán)天線有方形、圓形、橢圓形、三角形等，本系統(tǒng)采用方形設(shè)計(jì)。采樣分直流和交流采樣兩種。 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(jī)的地址鎖存信號。 TVDD為發(fā)送器電源電壓。 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(fù)邏輯關(guān)系。 (1)a ~ g ， h:段碼及小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)端， NPN 發(fā)射極輸出。大部分容量為 128 位到 16 千位的器件還提供 5 引腳 SOT23 封裝。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(jì)算上的誤差。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(jī)械或數(shù)字計(jì)數(shù)器、微控制器和 LED 顯示器的接地參考點(diǎn)。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(diǎn)連接。 470mV。它只在 ADC 和基準(zhǔn)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(zhǔn)確度和長時(shí)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(dòng)機(jī)電式計(jì)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(shí)值，用于電能計(jì)量表的校準(zhǔn)。當(dāng)與 Mifare Standard和 Mifare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 存儲器 。該芯片利用了先進(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。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。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(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。因?yàn)?AT89C52 是我們最熟悉的器件， AT89C52 存儲模塊 24LC256 電能計(jì)量模塊ADE7755 24LC256 繼電器 報(bào)警 LED 射頻讀寫模塊 MF RC500 24LC256 通訊模塊 RS232 通訊模塊 RS232 揚(yáng)聲器 四位LED 電源模塊 管理 微機(jī) 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 用起來可以很好地控制和調(diào)試。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(jì)量芯片。其典型應(yīng)用有： 身份識別。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(jìn)行加密和解密 ,以及進(jìn)行射頻卡和讀寫器間的身份驗(yàn)證等附加功能。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(jìn)行識別與跟蹤 ,這些極大地推動(dòng)了射頻識別技術(shù)的研究和應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,計(jì)算機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè) !各個(gè)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(shí)現(xiàn)無紙化管理。按照規(guī)定 ,用戶用電應(yīng)如實(shí)申報(bào)用電容量 ,以便于電力部門確定供電方式及準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)繳貼費(fèi)。但這種表如對電能測量單元測量的電能進(jìn)行采樣的傳感器設(shè)計(jì)不當(dāng) ,質(zhì)量不可靠 ,就會造成機(jī)械計(jì)度器和電子計(jì)度器計(jì)量的電量不一致 ,從而造成不必要的糾紛。在 RFID 領(lǐng)域以 頻段的發(fā)展最為成熟 ，我國的奧運(yùn)會門票和第二代居民身份證就采用的是這種技術(shù)。隨著容量大，保密性好，可反復(fù)使用，攜帶方便等特 點(diǎn) 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(fèi)電能表應(yīng)運(yùn)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(dòng)識別目標(biāo)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(jià)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(jì)量準(zhǔn)確，信息安全可靠。軟件劃分為五大模塊 :通訊模塊 ,電能計(jì)量模塊 ,聲光報(bào)警模塊 ,射頻卡讀寫模塊 ,顯示模塊。 本設(shè)計(jì)的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方案。目前對于預(yù)付費(fèi)電子式電能表的方案有很多種實(shí)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。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(diǎn)。由于感應(yīng)式電能表發(fā)展歷史較長 ,已經(jīng)相當(dāng)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。同時(shí) ,它也能很好地解決零散居民用戶、臨時(shí)用電用戶、經(jīng)常欠費(fèi)用戶的收費(fèi)問題。 5）有利于用電管理部門提高現(xiàn)代化管理水平。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(kuò)大 ,射頻識別技術(shù)的理論得到了豐富和完善。信號的編解碼。 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(gè)行業(yè)，逐漸改變和影響我們的生活。隨著芯片 IC 技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，計(jì)量芯片的功能日趨完善，該芯片具有完善的模擬采樣效驗(yàn)功能以及強(qiáng)大的數(shù)字信號處理技術(shù)，使得電能專用計(jì)量芯片的性能得到極大地提高。 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(diǎn)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，缺點(diǎn)在于：無 PWM 輸出功能，采用定時(shí)器配合軟件使用。 表 和 的第二功能 引腳號 功能特性 T2（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制） P20 口 ~P27 口是一個(gè)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(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 MF RC500 是應(yīng)用于 非