IC卡智能电表设计

1、电子信息工程毕业设计（论文）本 科 毕 业 设 计（论文）题目 基于单相ic卡智能电表的设计与实现院（系部） 专业名称 年级班级 学生姓名 指导教师 2010年 04月 10日ic卡智能电表设计摘要：电表是我国电工仪表行业中产量最大的产品，随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，且已经逐步成为电表发展的主流。6智能电表具有数据的保护，报警功能，断电的显示，负荷的控制，防窃电功能，远程抄表系统等功能，从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而取消了电表上长期使用的机械部件，随着智能化电表的发展，将最终取代传统电表在用户中的实

2、用。本文主要应用ic卡单元，89c51单片机，led显示器等各个单元来完成费率的计算，数据的显示，报警，使电表实现智能化。关键词：电能表 智能电表 智能化design on ic card intelligent electric meterabstract：the electrical energy meter is in our country electrician measuring appliance profession the output biggest product, along with the high technology and new technology ele

3、ctronic information technology's fast development, the electronic formula, multi-purpose, the high accuracy, the multi-tariffs, copies product and so on table superiority to underline automatically particularly, and already gradually became the electrical energy table development the mainstream.

4、 the intelligent electric instrument has the data protection, the warning function, the power failure demonstration, the load control, against steals the electric work energy, long-distance copies functions and so on table system, uses take the integrated circuit from the measurement to the data pro

5、cessing as the core electronic device, thus has cancelled on the electric instrument the long-term use mechanical part, along with the intellectualized electric instrument's development, will substitute for traditional electric instrument in user practical finally. in this dissert the ic card un

6、it, the 89c51 monolithic integrated circuit and led monitor are used and so on each unit completes the data with the transmission, the data demonstration, the warning, causes the electric instrument to realize the intellectualization. keywords: electrical energy meter; intelligence electrometer；inte

7、llectualization 目 录一、绪 论11.1概述11.2 智能电表的发展及现状11.3电表的工作原理21.4智能电表的发展趋势21.5研究方法31.6研究措施、步骤3二、智能电表硬件设52.1 ic卡系统52.2电表费率系统72.3 led显示器82.4显示控制方式82.5表盘读数模块82.6单片机选择8 2.7单片机主要功能112.8监控电路设计15三、智能电表的软件设计163.1 ic卡系统程序163.2电量检测程序173.3显示控制程序17 四、智能电表使用问题与解决194.1寿命问题194.2 预付费电度表卡口防攻击及继电器问题194.3电价变动和电价结构调整而带来抢购电问

8、题204.4电表自动停电不符合电力法的要求204.5一户一表抄收管理的三种模式比较214.6预付费电度表的市场前景23五、总结24六、参考文献25七、致谢26八、附录1.127 附录1.228 附录1.330 附录1.431311. 绪 论1.1 概述电表是我国电工仪表行业中产量最大的产品。近几年，国家连续出台的多项与电表行业发展相关的政策以及房地产产业的迅速发展，为电表需求的上升及保持行业发展的相对稳定起到了一定的保障作用。 随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，且已经逐步成为电能表发展的主流，在未来几年里，这种趋势将更加明显。城

9、乡电网改造，使电工仪器仪表行业步入了快速发展的轨道，同时也为行业企业提供了一个科技创新的平台，电工仪器仪表生产企业抓住机遇，通过对国外先进技术的兼收并蓄，并高标准、高起点自主开发了一系列高技术产品。因此研究本课题具有重要的实用意义。11.2 智能电表的发展及现状 1880年电表诞生。19世纪末感应系电表的制造理论就已基本形成。后来，为适应工业化和电能管理现代化发展的需求，电子式电表应运而生。最初的电子式电表仍基于感应系测量机构，只是表盘的旋转变成了电脉冲；随后出现了基于各种乘法器原理的电子式电表。电管理现代化需要访问多种信息并要求决策与电价器具之间能双向通信。数字乘法器型电子式电能表扩展功能方

10、便，适合与配电自动化系统集成，将成为电子式电表的主要发展方向。9经过多年的发展，电力已经成为国家最重要能源之一，并逐步满足了工业用电和居民用电需求，解决了电力能源的供需矛盾。同时，电子技术、计算机技术和网络技术的发展，给供电部门和用电部门、居委会或物业管理部门在供用电管理的规范化、自动化和收费网络化方面提供了可能。在电表改造或研制方面，出现了磁卡式电表、电卡式电表、ic卡电表、全电子电表、带有通信接口的电表等多种类型的表计。在抄表方式上，使用远程自动抄表系统，解决了传统手工抄表方法存在的速度慢、可靠性差、自动化程度低等问题。11经过几年的实际应用，收到了较好的效果，已成为我国用电管理的主流。1

11、.3 电表的工作原理 (1)机械电表基本原理 传统电表指感应式的机械电表(简称感应表或机械表)，它利用的是电磁感应原理，主要由电压线圈、电流线圈、铝盘、永久磁铁、计度器等器件构成。其工作原理为：根据电磁感应原理，电表通电时，在电流线圈和电压线圈产生电磁场，在铝盘上形成转动力矩，通过传动齿轮带动计度器计数，电流电压越大，转矩越大，计数越快，用电越多。铝盘的转动力矩与负载的有功功率成正比。电表常数，指计量每单位电能值（度或千瓦·小时）时对应铝盘转过的圈数，单位是转/千瓦·小时。 (2)电子电表基本原理 电子式电表是利用电子电路/芯片来测量电能；用分压电阻或电压互感器将电压信号变

12、成可用于电子测量的小信号，用分流器或电流互感器将电流信号变成可用于电子测量的小信号，利用专用的电能测量芯片将变换好的电压、电流信号进行模拟或数字乘法，并对电能进行累计，然后输出频率与电能成正比的脉冲信号；脉冲信号驱动步进马达带动机械计度器显示，或送微计算机处理后进行数码显示。91.4 智能电表的发展趋势智能化电表，大体上可分为两种类型：带有微处理器的机电式和全电子式。机电式借用原感应式电表的机芯，通过光电传感器读取转盘转数来测量用户的用电量，如磁卡式电表、电卡式电表、ic卡电表等；而全电子式电表则采用电压电流隔离方式，进行ad转换，将采样值相乘并累计计算用户的用电量。机电式智能电表成本较低，主

13、要用于单相电表，适合于居民用户使用。全电子式电表主要用于三相电计费，针对企业应用。为了实现远程自动抄表，应选择配有通信接口的智能电表，通常有rs485、rs232、can总线收发器或红外等几种接口形式。1通信方式远程自动抄表系统的核心是利用计算机网络与通信技术，通过双绞线、电话线、电力线、无线电或红外线等通信方式，自动统计各个用户的用电量，并送传到远程监控中心，实现抄表自动化。电话线方式，电力线载波方式电力线载波(powerlinecarrier，plc)方式自动抄表系统，ask(幅频键控)电力载波方式，sc(扩展频谱电力载波)方式的集成电路方案，无线通信方式，基于lonworks技术的抄表方

14、式等。61.5 研究方法要研究智能电表，首先必须搞清楚这个产品的工作原理，当把电表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩（主动力矩）而转动。铝盘转动时，带动计数器，把所消耗的电能指示出来。这就是电表工作的简单过程。在设计中我们应该对它的功能有一个初步的定位，智能电表，顾名思义是应该在实现电表的基础功能外更加体现它的智能化，它应该具有数据的保护，报警功能，断电的显示，负荷的控制，防窃电功能，等功能，在后面的设计中会详细的介绍每个功能实现的方法与步骤。

15、电表作为电费收取的计量依据，涉及到一个抄表问题，智能电表应该在这一方面显示出它的优越性，在设计中，也应该花大气力解决这个问题，在远程自动抄表系统中，有总线和载波抄表等几种方式，在设计终，更多的用到的是载波方式的抄表，现在国内外厂家使用的电力线载波技术主要有： 窄带载波技术及扩频技术。窄带技术成本低，易于实现，但缺点也比 较明显，即抗干扰能力较差。扩频技术具有突出的抗干扰能力和保密性。61.6 研究措施、步骤 这次所设计的智能电表属机电式智能电表，它由硬件电路、相应软件及控制系统三部分构成。因此应该分别对智能电表的各个模块分开研究。在硬件电路方面包括读写器，ic卡及电表费率系统三部分，通过安装在

16、微机上的读写器，可用ic卡实现与普通微机的连接。卡内的数据由供电部门的售卡系统写入、电度表具有对电卡回写的功能，当用户将卡接触读写器，电表正确识别密码后，读入购买电量，然后再将零回写给电卡。用户的电卡只能在自己的表上使用，在其它表上不能使用。ic卡系统由读写器和ic卡两部分组成。应用系统通过读写器对卡进行操作;读卡器通过射频信号同卡进行近距离通讯，并为卡上芯 片提供能量;ic卡响应读写器的指令，并报告处理的结果。ic卡通过连接ic芯片的线圈在特定交变磁场中耦合获得高压能量，再通过整流得 到直流电流，从而得到工作电压及电流。ic卡的读写器通过发射线圈发射交变强磁场，给予ic卡能量，通过磁场的断、

17、续编码写入数据，并通过线圈感 应ic卡发出的磁场阅读ic卡发来的数据;ic卡通过交变磁场获得能量，通过检验磁场的断、续获得读写头写来的数据，并按设定的模式编码、调制，向读写头 发出数据。 电表费率系统需要完成的功能主要如下:接收ic卡系统单元发送的用户购电信息；将新收到的用户购电信息与费率系统的自有用户用电信息进行合并计算以得到新的信息；动态计算以得出剩余电量，并在剩余电量到达警戒值时点亮led管，以提醒用户购电，并在剩余电量达到一定值时切断电源。软件系统包括微机串口通信，内部工作和数据的传送。微机串口通信部分主要完成将用户购电信息通过串口异步通讯适配器输出到ic卡系统的单片机中，ic卡系统数

18、据传输程序主要完成将加密后的用户购电信息发送到电表费率系统。并在确定用户购电信息已无误地被电表费率接收后自动清零。9系统基本原理图如下图1.1：cpu处理单元显示单元电源单元数据存储单元输入输出单元采集单元负荷控制单元图1.1 基本原理图2.电表硬件设置本电表装置的硬件包括ic卡系统、表盘计数系统及电表费率系统三部分。通过安装在微机上的读写器，可用ic卡实现与普通微机的连接。卡内的数据由供电部门的售卡系统写入、电度表具有对电卡回写的功能，当用户将卡接触读写器，电表正确识别密码后，读入购买电量，然后再将零回写给电卡。2.1 ic卡系统ic卡系统由读写器和ic卡两部分组成。应用系统通过读写器对卡进

19、行操作;读卡器通过射频信号同卡进行近距离通讯，并为卡上芯 片提供能量;非接触式ic卡响应读写器的指令，并报告处理的结果。ic卡通过连接ic芯片的线圈在特定交变磁场中耦合获得高压能量，再通过整流得 到直流电流，从而得到工作电压及电流。ic卡的读写器通过发射线圈发射交变强磁场，给予ic卡能量，通过磁场的断、续编码写入数据，并通过线圈感 应ic卡发出的磁场阅读ic卡发来的数据;ic卡通过交变磁场获得能量，通过检验磁场的断、续获得读写头写来的数据，并按设定的模式编码、调制，向读写头发出数据。2本系统主要由射频和shc1501大规模集成电路构成，共同安装在pcb板上，同时安装屏蔽罩，可完成读写器与ic卡

20、之间的各种交互功能，包括 调制/解调、加密/解密、认证、读写、加/减等，并具有同微处理器的接口。 ic卡与读写器的通信内容包括复位应答、防冲突、选择卡片、相互认证、对数据块的操作和中止。2.1.1fm1712芯片简介fm1712系列是复旦微电子股份有限公司设计的非接触卡读卡机专用芯片。它采用0.6微米cmos eeprom工艺制造，可分别支持13.56 mhz频率下的typea、typeb非接触式通信协议，以及mifare标准的加密算法，并可兼容philips的rc500、rc530、rc531 读卡机芯片。fm1712内部的发射器不需要增加有源电路就可以驱动近距离天线(可达10 c

21、m)，而其接收部分则提供了一个坚固而有效的解调和解码电路，以用于接收iso14443兼容的应答信号。数字部分还可以处理iso14443帧和错误 检测奇偶crc。fm1712芯片只需少量的外围电路就可以工作，它支持6种微处理器接口，其数字电路具有ttl和cmos两种电压工作模式。2.1.2系统设计下图2.1所示是基于fm1712的通用射频读写系统的结构框图。该系统由at89c51cc01、键盘、eeprom、fm1712、lcd，以及 485通信模块组成。mcu负责控制fm1712对mifare卡(也就是应答器picc)的读写操作，再根据得到的数据对led、eeprom进行相应 的操作。mcu与

22、pc机通过can总线进行通信。使用时，即使pc机与mcu之间通信发生异常，mcu也可以独立工作。在与pc机通信恢复之后，mcu还 可以将备份在eep-rom中的信息再传给pc机。at89c5lcc01是一款单片封装的微控制器，它采用高性能的处理器结构，其指令执行时间只需2至 4个时钟周期。eeprom采用的fm24c64l是一款以i2c为操作方式的存储芯片。整个系统采用12 v电源供电，再由稳压芯片稳压成3.6 v。 图2.1 ic卡读写系统图2.1.3工作原理 射频卡的电气部分由天线和1个高速(106kbs)rf口、1个控制单元和1个8 kb的eeprom组成。其中eeprom分为16个扇区

23、，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位，每个扇区有独立的一组密码以进行访问控制。 每张卡都有一个唯一的32位序列号。该rf卡无电源，自带高频天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路。信息存储在mifare卡里，读写器与mifare 卡通过各自的天线建立二者之间的非接触信息传输通道。系统数据存储在无源mifare，也就是picc(应答器)中。图2.2为系统工作原理，可以看 出，pcd(读写器)的主要任务是传输能量给picc，并建立与之的通信。picc是由一个电子数据作载体，通常由单个微型芯片以及用作天线的大面积线圈 等组成；而pcd则可产生高频强电磁场，这种磁场能穿过线圈横截面和线圈周围的

24、空间。因为fm1712提供的频率为13.56 mhz，其波长比pcd的天线和picc之间的距离大好多倍，故可以把picc到天线之间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。首先让pcd天线线圈发射磁场的一小部分磁力线穿过picc的天线线圈，接着将picc天线线圈和电容器c构成的振荡回路调频到pcd的发射频率。回路的谐振可使picc线圈的电压 达到最大值，将该电压整流后作为数据载体(微型芯片)的电源。这样，在picc启动之后，可与pcd之间进行数据通信。如上所述可以看出。4pcd的性能与 天线的参数有着直接的关系。在对天线的性能进行优化之后，pcd的读卡距离可以达到10 cm。 2.2电表费率系统电表费

25、率系统需要完成的功能主要如下:1） 接收ic卡系统发送的用户购电信息;2） 将新收到的用户购电信息与费率系统的自有用户用电信息进行合并计算以得到新的信息;3） 动态计算以得出剩余电量,并在剩余电量到达警戒值时点亮led管,以提醒用户购电,并在超额用电量达到一定值时切断电源。数据抄录采用查询方式，每个前端单片机对应一个全系统唯一的地址编码，当主机要抄录某个单片机中的电表数据时，只需将其地址向通信网中进行广播，前端单片机接收地址后，与本机地址编码比较，从而决定是否发出本机记录的所有电表数据。采用这种查询的数据抄录方式，抄表人员可随时打开计算机，根据需要进行抄表。2.3 led显示器常用的显示器分为

26、led发光二极管显示器，是一种当外加电压加在发光二极管上可产生可见光的器件，具有体积小、重量轻、工作电压低、稳定、寿命长、响应时间短、发光均匀、清晰、亮度高等优点。于液晶显示器相比，它更适用于在光线暗的环境中使用，主要缺点是工作电流大。2.4 显示控制方式显示器接口按驱动方式可分为静态显示和动态显示两种方式，动态显示的扫描可由单片机软件或专门的硬件完成；按cpu向显示器接口传送数据的方式则分为并行传送和串行传送两种方式；按显示器接口是否带译码器可分为译码和非译码两种显示数据方式。静态显示时，除变更显示数据期间外，各显示器均处于通电显示状态，每个显示器的通电占空比约为100%，优点是显示稳定，亮

27、度高，缺点是占用硬件电路多。动态显示时多个显示器共占用一个显示数据驱动器，每个显示器通电占空比时间为1/n。动态显示的优点是节省硬件电路；缺点是采用软件扫描时占用cpu时间多，亮度会受到影响。2.5表盘读数系统电表转盘读数头（红外发射接收管）产生的脉冲信号经一个非门输出到单片机的p1.4口，单片机实时对p1.4口进行监测。2.6单片机选择本设计采用低功耗，高性能的89c51单片机,北京集成电路设计中心推出的biatu89c51的单片机。它是一种低功耗，高性能的含有4k字节快擦写可编程擦除只读存储器（eeporm）的8位cmos单片机，时钟频率高达24mhz，与8031的指令系统和引脚完全兼容。

28、芯片上的eeprom允许在线（5v）电才擦除，点写入或采用通用的非易失存储器对程序存储器重复编程。此外，biatu89c51还支持由软件选择的二种掉电工作方式。非常适用于电池供电或其他要求低公耗的场合。5由于芯片内的4程序存储器可在线或用编程器重复编程，受到了应用设计者的欢迎，并得到较为广泛的应用。 at89系列单片机（简称89系列单片机）是atmel公司的8位flash单片机。这个系列单片机最吸引人的特点就是在片内含有flash存储器，因此它有着十分广泛的用途，特别是在便携式和需要特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。89系列单片机是以8031核构成的，所以与8051系列单片机相互兼容。这

29、个系列对于以8051为基础的系统来说，进行取代和构造十分容易。89系列单片机的内部结构与80c51相近，主要含有以下几个部件：l 8031cpu；l 振荡电路；l 总线控制部件；l 中断控制部件；l 片内flash存储器；l 片内ram；l 并行i/o接口；l 定时器；l 串行i/o接口；引脚见图2.6 图2.6 89c51引脚图 2.6.1引脚功能1、i/o口线, at89c51引脚图如图2.2所示。（1）p0口8位、漏极开路的双向i/o口。当使用片外存储器及扩展i/o口时，p0口作为低字节地址/数据线复用。 p0口也可做通用i/o口使用，但需要加上拉电阻，变为准双向口。当作为普通输入时，应

30、将输出锁存器置1。p0口可驱动8个ttl负载。（2）p1口8位、准双向i/o口，具有内部上拉电阻。 p1口是为用户准备的i/o双向口。（3）p2口8位、准双向i/o口，具有内部上拉电阻。 当使用片外存储器或外扩i/o口时，p2口输出高8位地址。p2口也也可做通用i/o口使用。用做输入时，应将输出锁存器置1。p2口可驱动4个ttl负载。（4）p3口8位、准双向i/o口，具有内部上拉电阻。p3口也可做通用i/o口使用。用做输入时，应将输出锁存器置1。p3口还提供各种替代功能，如下表所示。 p3口替代功能引脚替代功能说明p3.0rxd串行数据接收p3.1txd串行数据发送p3.2外部中断0申请p3.

31、3外部中断1申请p3.4t0定时器0外部事件计数输入p3.5t1定时器1外部事件计数输入p3.6外部ram写选通p3.7外部ram读选通 2.6.2控制信号线（1）rst复位输入信号，高电平有效。在振荡器稳定工作时，在rst引脚施加两个机器周期（即24个晶振周期）以上的高电平，将器件复位。（2）外部程序存储器访问允许信号ea（external access enable）。 当信号接地时，对rom的读操作限定在外部程序存储器，地址为0000hffffh；当接vcc时，对rom的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。（3）片外程序存储器读选通信号psen（program stro

32、e enable）,低电平有效。在片外程序存储器取址期间，当 有效时，程序存储器内容被送至p0口（数据总线）；在访问外部ram时，无效。（4）低字节地址锁存信号ale（address latch enable）。 在系统扩展时，ale下降沿将p0口输出的低8位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据分时传送。此外，ale端连续输出正脉冲，频率为晶振频率的1/6，可用做外部定时脉冲使用，但要注意，每次访问外ram时要丢失一个ale脉冲。2.6.3电源线（1）电源电压输入引脚。（2）gnd电源地。2.6.4外部晶振引线（1）xtal1片内振荡器反向放大器和时钟发生线路的输入端。使用片内

33、振荡器，连接外部石英晶体和微调电容。（2）xtal2片内振荡器反向放大器的输出端。使用片内振荡器，连接外部石英晶体和微调电容。当使用外部振荡器时，引脚xatl1接收振荡器信号，xatl2悬空。2.7单片机系统程序的主要功能(1)读取有效的非接触式ic卡功能。对卡进行防冲突、密码认证、卡号认证等操作，并读出卡中存储的数据，然后将卡清零、停卡。(2)完成电度表的预收费功能。将从ic卡中读出的电度数与单片机内存中剩余的电度数相加，并存回内存。(3)显示功能。系统周期性地扫描，动态显示机内剩余的电度数。此外，当读写ic卡发生错误时，显示出错信息。(4)串行通讯中断功能。当微机向单片机发出一个采集命令时

34、，单片机执行串行通讯中断服务子程序，通过用户编号认证后，向微机发回用户的用电量 及剩余电度数，然后中断返回。(5)电度计数功能。系统实时监测电表转盘读数头(红外发射接收管)发来的脉冲信号，当脉冲信号由高电平变为低电平时，计数器count加1; 而当count值等于电表常数(转/度)时，剩余电度数减1，用电量加1，同时count清零。(6)报警断电功能。当机内剩余电度数小于2.9度时，开始报警，提示用户持卡到供电部门重新购电。而当用户电表中 剩余电量完全用完时，控制继电器切断用户供电电源。用户只有再次存入电度数后，才能继续供电。2.7.1引脚接线图2.7.2外接晶体接线图 2.7.3上复位电路（

35、1） 高电平复位，rst=1，2个机器周期（2） 复位时间需要保持在10ms以上（3） 如：12mhz石英晶体 c取10uf，r取10k2.7.4控制引脚图1、p0、p1、p2、p3口都是8个引脚的i/o口2、p0是oc门输出，带载能力为8个ttl门3、p1、p2的带载能力是4个ttl门4、初始状态所有端口为高电平=12.8监控电路设计为防止cpu 在上下电的过程中出现程序混乱而破坏计量数据, 通常cpu 必须外加专用的电源监控电路, 如ti 公司的tl7705 , imp 公司的imp705、imp706、imp708 等, 都是常用的品种。cpu 电源监控电路主要提供以下功能:1) 低电压

36、复位。主要是要求在电源低于某一电压(如4415v) 时提供复位信号, 保证电路在上下电过程中电源电压不能使cpu 正常工作时, 使cpu 保持在复位状态。2) 掉电报警。主要功能是要在电源掉电时发出掉电报警信号, 提醒cpu 保存计量数据。3) 看门狗电路。看门狗电路由4538单稳电路组成。初上电时，clr端为低电平，使输出q为低电平，从而使系统复位。正常工作时，单片机在每个主程序循环时发出一个低电 平脉冲，触发单稳；当程序受干扰跑飞时，单稳因得不到触发脉冲而复位，此时，输出端q0，使系统复位。现在许多cpu 都内嵌看门狗电路, 所以并非必须。7图4.4.1 看门狗电路图4.4.2 复位电路图

37、4.4.3 复位芯片3. 智能电表的软件设计ic卡系统的软件程序包括微机串口通信、89c51内部工作两部分。微机串口通信部分主要完成将用户购电信息通过串口异步通讯适配器输出到ic卡系统的单片机89c51中。89c51内部工作部分主要完成将用户购电信息进行加密工作。ic卡数据传输程序主要完成将加密后的用户购电信息发送到电表费率系统,并在确定用户购电信息已无误地被电表费率系统接收后自动清零。单片机89c51工作程序主要用来完成接收加密后的用户购电信息,并解密用户购电信息,再将用户购电信息与存储器中所存储的上次用电剩余信息相加,以得到用户本次购电后的最新用电信息,并结合24wc02中的本次购电后新存

38、储的日历时间信息来动态计算用户的用电信息,以完成在剩余电量到达警戒值时向用户报警和在超出设定值时切断电源,同时将此用户用电信息存入到存储器中。本软件系统是由ic卡系统程序、显示程序、电度计量中断程序共3大程序块组成。 程序主要流程为上电初始化后进入主循环：首先是按键检测。然后是电源电压检测，用来检测电源掉电和电池电压不足。ic卡检测是为了判断是否有卡插入。在卡正确插入的条件下，对卡进行识别和读写。电能表脉冲检测程序则是根据有无脉冲来判断是否正常用电。并根据不同的检测结果进行相应的处理。经以上检测之后，通过led显示出电能表控制电路的相关信息以及用电量。3.1 ic卡系统程序ic卡检测

39、流程采用了模块化设计。首先检测是否有ic卡插入。在正确插入的前提下。对ic卡进行密码校验。读取ic卡存储单元中的内容后。对卡进行鉴别，识别出是哪一类型的卡，其中包括初始化卡、定量卡、清零卡、用户卡四种类型。插入初始化卡时，对电表进行初始化设置以保证系统稳定；定量卡则限定了用户用电上限，超出后自动断电；清零卡用于电表读数清零，方便新用户使用；用户卡即俗称的购电卡，用于用户预购电使用。ic卡系统程序见附录1.13.2 电量检测程序电表的脉冲检测实际上就是对数字量的采样。为防止外界干扰。对电表电量的采样是通过两个脉冲的检测后确定一个有效脉冲。脉冲存在时就在现有电量的基础上减1。直到电量达到报警值时，

40、蜂鸣器进行声音报警，提示购电。 1.最大电流限制 本电度表具有最大电流限制功能。该功能的目的是要求用户在用电负荷增加时及时到用电管理部门申报增容。通过售电卡设置的最大电流imax，可设置为5a、10a、20a等量程。当确认用户负荷超过最大电流设置后，电表断电，并闪烁显示“c”，直到用户再次插卡后(无论卡内是否有电)恢复供电。若再超负荷用电，则重复超负荷断电过程。2.报警    电度表中剩余电量递减计数，当表中剩余电量小于2.9kw·h时，开始报警，以提示用户准备买电。每减lkw·h，数码管闪烁显示表中剩余电量，同时蜂鸣器鸣响，显示结束

41、后，蜂鸣器鸣叫30秒钟。报警电路程序见附录1.43.断电当电度表中的剩余电量为0kw·h时，电度表切断供电回路，然后闪烁显示“l”。电量检测程序见附录1.22.3 显示控制程序显示程序的作用为显示电度数和时钟的具体时间。电表采用三位led显示，最大显示99.9kw.h，用电时倒计数，通过led可显示表中的电量和状态。1.剩余电量显示    剩余电度数指表还可以使用的电度数，每用去一度电，剩余电度数减一，每次购电后：表内剩余电度数=当前剩余电度数+本次所购电度数。当最后一次读卡与表中剩余电量之和，电表显示xx.x，表示电量溢出，并且此次读卡无效，电卡内存储

42、电量值不变。当表内剩余电度数<2.9kw时，电表会声音报警。2.错误信息显示当电卡数据无效时，显示出错信息，若卡插反，显示-；若卡密码错，显示-，当显示密码错后不可继续插此卡，否则连续插卡四次后卡就无法再次使用；插卡后，若产品给卡回写的数据错误，则显示-1-1-1。3.电量显示    一般情况下数码管不显示。当下列情况时数码显示：(1) 当正确读卡后，依次显示表内当前总用电量。(2) 按下右下侧的按钮，依次显示表内剩余电量。显示程序见附录1.34. 智能电表使用问题与解决预付费电表目前存在的几个问题和相应的解决方案：4.1寿命问题该问题主要集中在表计中的相关

43、电子元器件的使用寿命对表计总体使用寿命有一定的影响的认识上。解决方案：但是从目前各地区（尤其是南方地区）的电力系统管理部门已经大面积使用全电子式单相系列电表，加之随着科技水平的飞速发展，表计中的电子元器件的性能、可靠性、使用寿命都较前几年有了较大的提高来看，全电子式电表的使用寿命可以达到10年甚至更长时间，故可以认为预付费电表内部的相关电子元器件的使用寿命与全电子式电表的使用寿命应是同步的。同时我们也欣喜的看到，近两年的预付费电表产品无论是从产品质量、功能，还是可靠性和使用寿命等都有明显的提高。4.2预付费电度表卡口防攻击、继电器问题   该问题主要是认为预付费电

44、度表的卡口容易受到恶意攻击而损坏，继电器受到大电流的干扰后也会损坏。    解决方案：在这方面，我的表计有自己独到之处，采用特有的保护电路设计，同时强化了预付费电度表卡口防多种攻击的能力，与其它同类产品相比，大幅度降低了受到攻击而损坏的可能性；同时继电器内置/外置可选，电力系统用户可以根据自身实际管理需要进行选择，减少了电表正常使用损坏的发生。4.3电价变动和电价结构调整而带来抢购电问题部分地区的电力系统管理部门认为，预付费电度表的使用过程中，由于政策性电价上涨调整，导致用户在调整前期形成抢购电量的短暂现象，会导致电力企业损失一部分电费；解决方案：对于这

45、个问题的解决上并不是很困难，只要在与预付费电表相配套的售电管理系统中进行一定的改进，使用户在购电前的卡内剩余电量值要低于某一规定值，同时规定居民用户的上限购电量。这样，即使在电价调整的时候，由于用户用电状况不能符合上述两方面的要求，而不能抢购电量，换句话说：就是避免了电价上涨调整形成的抢购现象，用户在这样的条件下，形成正常的用电规律。4.4电表自动停电不符合电力法的要求    虽然电力法规定，停电前必须通知用户，让用户有一定的准备；对于预付费电表用户来说，表内可用电量使用完了，而用户不再购电，预付费电表将自动断电。但我们都知道，无论用户是先用电后交费，还

46、是先交费后用电，只要用户不交纳电费，任何电度表都是可以停电处理的。    解决方案：方法一：用户在使用预付费电表前，与电力系统管理部门提前约定协议电量（用户可以根据自身的实际使用情况，在使用预付费电表前，与电力系统管理部门协商确定一个适当的预购电量值，即协议电量，在使用完协议电量值后，再行支付电费，实现电费滚动结算）。方法二：在预付费电表的设计方案中，已经设计了一、二次自动报警功能，即剩余电量低于一定的数值后，提醒用户及时购电，这样，即起到提醒用户的作用，不会让用户在没有思想准备的情况下断电。4.5一户一表抄收管理的三种模式比较现存模式：集中抄表、人工抄

47、表、预付费电表4.5.1集中抄表模式   集中抄表管理模式无论是采取何种方式（低压电力载波、电话线、无线通讯等）只是解决了抄表问题，没有最终解决电费收取问题。从目前的相关技术上来说，缺少全国统一的明确标准，各表计/电力软件厂家都在自行研究和开发自己的产品和标准，并且相互保密，彼此之间没有通用性和兼容性；与预付费电表相比，成本要高出很多，由于集中抄表除了表本身外，还有集中采集器和通讯通道，增加了技术上的故障点，维护难度略大于预付费电表。4.5.2人工抄表模式   以某城市有大概150万的用户为例，每两个月抄表一次，每人每天利用抄表器抄表

48、200户计算，大约需要抄表员175人，其他管理人员225人（其中含计算机维护管理、户表稽查人员等），共需400人。抄表人员的来源有两个方面，经过一定时期的调研后计算其费用如下：电力系统内部解决：每年需投入约650万元（包括工资、保险福利费）。从社会上招工：每年需投入约500万元（包括工资、奖金、保险、保险福利费）。长寿命技术机械表和人工抄表模式的优点：1）长寿命技术机械表本身价格较低。2）运行维护成本较低。3）符合电力法先用电后付费的要求。4）能增加社会就业机会。长寿命技术机械表和人工抄表模式的缺点：1）抄表质量较难保证，需要增加稽查人员以解决查窃电和对抄表质量检查问题，不利于电力公司减人增效

49、。2）如与其它抄表管理模式并存，容易在社会上产生误会，并对表计迁移等业务增大难度。3）对电费的回收结零将产生不利的影响。4）对物业管理不善或楼栋经常是设门上锁的居民住户，抄表、收费到户较困难。4.5.3预付费电表模式（1）居民住户对预付费电表较为认同，自己用多少电交多少钱，免去了原先的总表和住户分表不符、轮流收取电费等不方便的因素。（2）预付费电表可以提前将电费收回来，绝对没有欠费问题，同时由于表计寿命到期后，换表费用由客户自己出钱，无疑该方式是最方便可行且对电力公司最有利的计量方式。预付费电表模式的优点：1）解决了抄表和收费两个问题，通过售电信息可以随时掌握售电及用电状况，便于管理，减少了窃

50、电机遇，绝无欠费之忧，是一种先进的管理模式。2）技术含量高于人工抄表，是一种技术进步的方式。3）居民购电和报装可不受时间、地域的限制，不必限制时间、地点交费，从心理上容易接受，也确实方便。4）减少了管理人员，符合国电公司减人提效的精神。预付费电表模式缺点：1）预付费电表本身的价格较高。2）表计自身耗电略大。3）运行维护成本略大。4.6预付费电表的市场前景 电力系统管理部门对预付费电表的需求呈多样化发展的趋势，以下是一些目前电力系统管理部门和具体使用用户都共同需要的多种预付费电表：（1）适宜解决流动性较大、有欠费倾向的中小动力用户/商住户的三相预付费电表。（2）适宜解决多个农民家庭水浇

51、地使用的一表多卡的三相预付费电表。（3）适宜有费率和时段使用需要的三相多费率预付费电表。（4）适宜实行居民分时电价政策的单相复费率预付费电表。（5）适宜普通居民使用的单相预付费电表等。5. 总结目前，电力网系统的发电、输电、配电环节已基本实现网络化管理，惟独用户终端独立网络之外，造成了系统的不完整，直接或间接地影响了系统的不完整，直接或间接地影响了系统的不完整。因此，对智能电表的期望是巨大的。集中远传自动抄表系统代表了智能化电表的发展方向，可以预测，随着社会的进步、科技的发展，集中远传自动抄表系统定会从高档居民小区走向大众，实现它的价格平民化过程。因此，供电部门对智能电表的期待不仅停留在网络化管理这一层次上，还希望其能具有谐波监测等电能质量监测管理的功能。随着dsp技术的发展，智能电表的在线监测、在线管理功能将得到进一步的完善。这次所设计的智能电表属机电式智能电表，它由硬件电路、相应软件及控制系统三部分构成。具有数据的保护，报警功能，断电的显示，负荷的控制，防窃电功能，等功能，从计量到数据处理