【正文】 electric meter used in the user. This paper application of IC card unit, 89 c51, LED displays, and other units to plete the rate calculation, data display, alarm, intelligent electric meter to realize. And according to the ladder electricity price to calculate the surplus electricity, and so on and so forth, inside of the card, to simulate the automatic alarm function with a buzzer and implementation by four keyboard display switch and electricity price adjustment function, using Siemens SLE4442 card IC card, which can realize the logical encryption, can be repeatedly read and write, Kane data confidentiality. Keywords: Intelligent electric meter。本文主要應(yīng)用 IC 卡單元，89C51 單片機(jī)，LED 顯示器等各個(gè)單元來(lái)完成費(fèi)率的計(jì)算，數(shù)據(jù)的顯示，報(bào)警，使電表實(shí)現(xiàn)智能化。 南 昌 工 程 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )信 息 工 程 學(xué) 院 系（院） 電子信息工程 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于單片機(jī)的智能 IC 卡電表設(shè)計(jì)(硬件系統(tǒng))學(xué)生姓名 某某某 班 級(jí) 09 電子信息工程 學(xué) 號(hào) 2022100234 指導(dǎo)教師 歐陽(yáng)瑾完成日期 2022 年 5 月 20 日基于單片機(jī)的智能 IC 卡電表設(shè)計(jì)(硬件系統(tǒng))The Design of Intelligent IC Card Meter Based on Single Chip Microputer（Hardware System）總計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 頁(yè) 表 格 2 個(gè)插 圖 22 幅南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)I摘 要電表是我國(guó)電工儀表行業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品，隨著高新技術(shù)尤其是電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子式、多功能、高精度、多費(fèi)率、自動(dòng)抄表等產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)突顯，且已經(jīng)逐步成為電表發(fā)展的主流。智能電表具有數(shù)據(jù)的保護(hù)，報(bào)警功能，斷電的顯示，負(fù)荷的控制，防竊電功能，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)等功能，從計(jì)量到數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長(zhǎng)期使用的機(jī)械部件，隨著智能化電表的發(fā)展，將最終取代傳統(tǒng)電表在用戶中的使用。并根據(jù)階梯電價(jià)計(jì)算出卡內(nèi)電費(fèi)剩余等情況，自動(dòng)報(bào)警功能用蜂鳴器進(jìn)行模擬，并通過四個(gè)鍵盤實(shí)現(xiàn)顯示的切換以及電價(jià)的調(diào)整功能，IC 卡采用西門子公司的 SLE4442 卡，可實(shí)現(xiàn)邏輯加密，可反復(fù)讀寫，卡內(nèi)數(shù)據(jù)保密性好。89C51。近幾年，國(guó)家連續(xù)出臺(tái)的多項(xiàng)與電表行業(yè)發(fā)展相關(guān)的政策以及房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，為電表需求的上升及保持行業(yè)發(fā)展的相對(duì)穩(wěn)定起到了一定的保障作用。城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，使電工儀器儀表行業(yè)步入了快速發(fā)展的軌道，同時(shí)也為行業(yè)企業(yè)提供了一個(gè)科技創(chuàng)新的平臺(tái)，電工儀器儀表生產(chǎn)企業(yè)抓住機(jī)遇，通過對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的兼收并蓄，并高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)自主開發(fā)了一系列高技術(shù)產(chǎn)品。 智能電表應(yīng)用的意義目前，我國(guó)已經(jīng)開始大面積推廣并使用智能電表，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電價(jià)分時(shí)，階梯的統(tǒng)計(jì)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電量激增，對(duì)于電能的管理顯得尤為的重要。新型智能電表不僅具有傳統(tǒng)電表的功能，還能對(duì)用戶的用電情況進(jìn)行管理和控制，并且相比于傳統(tǒng)電表的機(jī)械式結(jié)構(gòu)，沒有機(jī)械摩擦，大大的提高了準(zhǔn)確度和靈敏度，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊和控制，具有較高的性能價(jià)格比，適合我國(guó)國(guó)情，有廣泛的引用價(jià)值。 智能電表的發(fā)展智能電表是在電子式電表的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家于 20 世紀(jì) 70 年代研發(fā)并開始使用，經(jīng)過 30 多年的不斷發(fā)展，歐美國(guó)家不斷對(duì)智能電表技術(shù)進(jìn)行革新，功能日趨完善。機(jī)電式借用原感應(yīng)式電表的機(jī)芯，通過光電傳感器讀取轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)測(cè)量用戶的用電量，如磁卡式電表、電卡式電表、IC 卡電表等；而全電子式電表則采用電壓電流隔離方式，進(jìn)第一章 引言2行 A／D 轉(zhuǎn)換，將采樣值相乘并累計(jì)計(jì)算用戶的用電量。全電子式電表主要用于三相電計(jì)費(fèi)，針對(duì)企業(yè)應(yīng)用。目前，我國(guó)的智能電表也可大致分為機(jī)電一體式和全電子式兩種，機(jī)電一體式即在原有機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上附加一定的電子元件，從而達(dá)到所需的功能要求，安裝簡(jiǎn)潔，多用在老實(shí)機(jī)械表的改裝，成本低。在收費(fèi)系統(tǒng)方面，目前國(guó)內(nèi)上使用最為廣泛的為 IC 卡電表收費(fèi)，成本低，可靠性好，且使用壽命長(zhǎng)，一張 IC 卡基本可使用 10 年以上，且可實(shí)現(xiàn)，預(yù)收費(fèi)，自動(dòng)斷電，加密等多種功能，但是 IC 卡收費(fèi)系統(tǒng)也存在很大的缺陷，用戶終端仍然與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)脫節(jié)從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看電力部門先收費(fèi)后送電不符合經(jīng)濟(jì)政策,可以說(shuō)在一定程序上侵犯了用戶的利益。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3第二章 總體方案設(shè)計(jì)本電表采用分時(shí)計(jì)費(fèi)原則，將電壓，電流等參數(shù)進(jìn)行采集，并輸入微處理器，進(jìn)行運(yùn)算，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能的準(zhǔn)確計(jì)量和控制。系統(tǒng)主要功能包括：(1)預(yù)付費(fèi)功能：通過 IC 卡實(shí)現(xiàn)先付費(fèi)后用電。(3)電能計(jì)量功能：配合感應(yīng)電表及計(jì)量芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的計(jì)量。(5)自動(dòng)復(fù)位功能：當(dāng)電能表受到干擾程序跑飛時(shí)，通過看門狗電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。通過 LCD 顯示當(dāng)前用戶數(shù)據(jù)。對(duì)于電力參數(shù)的測(cè)試，例如電壓，電流，有功功率，無(wú)功功率，視在功率等，現(xiàn)在都有成熟的測(cè)量計(jì)算方法，對(duì)于電壓有效值的測(cè)量，可以利用積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以利用時(shí)間采樣信號(hào)，將信號(hào)值平方，去均值以后，得到平方根，通過 A/D，進(jìn)行采樣，有功功率定義為： ?UICOSP?（）第二章 總體方案設(shè)計(jì)4其中 和 為電壓和電流的有效值， 為功率因數(shù)。方案一：信號(hào)采集信號(hào)濾波A/D 轉(zhuǎn)換 微處理器LCD 顯示報(bào)警鍵盤控制IC 卡圖 方案一 在本設(shè)計(jì)方案中，核心器件為微處理器，這里我們選用是 AT89C51 單片機(jī)，當(dāng)信號(hào)采樣后通過 A/D 轉(zhuǎn)換，送入微處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，智能電表的實(shí)現(xiàn)必須對(duì)用戶的功率進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，在信號(hào)采集模塊中，通過電壓互感器和電流互感器，對(duì)用戶的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行采集，微處理器進(jìn)行功率和電費(fèi)的計(jì)算，可通過 LCD 顯示，并可以通過鍵盤對(duì)分時(shí)電價(jià)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)顯示的轉(zhuǎn)換和調(diào)整，并運(yùn)用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)分時(shí)的控制。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)5軟件系統(tǒng)方面，其核心則是編寫功率計(jì)算程序和 A/D 采樣程序，并通過鍵盤掃描的實(shí)現(xiàn)顯示的切換?？墒∪ジ呔?A/D 的費(fèi)用的同時(shí)，也可以減少單片機(jī)內(nèi)部處理功率的步驟，轉(zhuǎn)而由 ADE7758 完成。在方案二中，由 ADE7758 進(jìn)行功率的計(jì)算并進(jìn)行校準(zhǔn)，在該芯片中，通過每相有功增益寄存器寫入數(shù)據(jù)，可對(duì)輸出產(chǎn)生的平均功率經(jīng)行改變，該芯片中在每個(gè)相位集成了一個(gè)有功偏移寄存器，該寄存器為 12 位寄存器，用以對(duì)有功功率經(jīng)行校準(zhǔn)，由于實(shí)際電第二章 總體方案設(shè)計(jì)6路的工作環(huán)境的復(fù)雜和多變，以及芯片本身制造工藝和各通道之間經(jīng)行的干擾，都會(huì)造成誤差的產(chǎn)生，有功功率寄存器的一個(gè) LSB 相當(dāng)于有功功率乘法器輸出的 LSB 的 1/16。在滿刻度時(shí)，－60dB（輸入信號(hào)級(jí)別為滿刻度信號(hào)輸入的 1/1000） ，LPF2 的平均數(shù)值為 (838,861/1,000)。有功功率偏移寄存器修正分辨率為% （? 60 dB） 。ADE7758 通過 41 個(gè)電能寄存器連續(xù)累加有功功率以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的積分作用，這種離散的累加作用就相當(dāng)于連續(xù)時(shí)間的積分作用，平均有功功率的計(jì)算時(shí)，是有符號(hào)運(yùn)算的，負(fù)電能將會(huì)在有功功率寄存器中被扣除。在軟件系統(tǒng)上，該方案與方案一的區(qū)別在于，重點(diǎn)在對(duì)于 ADE7738 和 DS12887 兩塊芯片的讀寫程序的書寫，雖然在硬件的搭建上降低了難度，但是在程序書寫上難度有所增加。要完成對(duì)于電費(fèi)的準(zhǔn)確計(jì)算，并綜合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)成本及可行性進(jìn)行考慮，最終選擇了方案二為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終設(shè)計(jì)方案。下面將介紹本次設(shè)計(jì)中使用的一些特殊器件和具體的各功能模塊電路組成。這個(gè)系列單片機(jī)最吸引人的特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器， AT89C51 的單片機(jī)是一種低功耗，高性能的含有 4K 字節(jié)快擦寫可編程／擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPORM）的 8 位 CMOS 單片機(jī)，時(shí)鐘頻率高達(dá) 24MHZ，與8086 的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。此外， AT89C51 還支持由軟件選擇的二種掉電工作方式。由于芯片內(nèi)的 4Ｋ程序存儲(chǔ)器可在線或用編程器重復(fù)編程，因此它有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式和需要特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。5%,模擬地端（AGND）=數(shù)字地（DGND） = 0 V, 使用片內(nèi)基準(zhǔn)源,CLKIN =10 MHz XTAL,溫度范圍為?40176。C[3] 。部分主要指令說(shuō)明如下：表 LCD1602 指令碼指令碼 功能00111000 設(shè)置 16*2 顯示，5*7 點(diǎn)陣，8 位數(shù)據(jù)接口00001DCB D=1 開顯示；D=0 關(guān)顯示C=1 顯示光標(biāo)； C=0 不顯示光標(biāo)B=1 光標(biāo)閃爍； B=0 光標(biāo)不閃爍南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11000000NS N=1 當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址加一，光標(biāo)加一N=0 當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址減一，光標(biāo)減一S=1 當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0 ） ，以得到屏幕移動(dòng)光標(biāo)不移動(dòng)的效果S=0 當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示不移動(dòng)80H+地址碼 設(shè)置地址數(shù)據(jù)指針01H 顯示清屏：所有指針清零，所有顯示清零02H