T1044 基于单片机的电能计量系统设计30000.doc

基于单片机的电能计量系统设计 摘 要 论文针对目前电能的管理及收费方式的不足，研究设计了一个单相电子式预付费电能计量系统。该系统采用全电子式IC卡预付费管理,以电能计量专用芯片SM9903和AT89C52微处理器芯片为核心，利用IC卡作为仪表用户与供电管理系统之间进行信息传递的媒介，采用磁保持继电器控制供电回路的通断状态。 论文首先叙述了电能表的现状及发展趋势，以及目前仪表的管理及收费方式；介绍了IC卡分类、物理特性以及相关技术；对电能计量的基本原理及IC卡电能表的功能进行了说明；对系统的设计方案进行了论证。然后从硬件和软件两个方面分别对该仪表系统的设计进行了较为全面的论述。介绍了系统的主要元器件的选择，在阐述电能计量专用芯片SM9903的电能测量原理基础上给出了电量采集电路；设计了IC卡接口电路、单片机系统主控电路、电能存储电路、掉电检测电路、磁保持继电器接口电路、电源电路等；给出了电路图，并对这些电路进行了详细的说明；利用汇编语言进行了系统的软件编程，给出了主要的程序设计流程图和详细的程序源代码。 该电表系统具有抗干扰能力强，成本低，使用方便，安全可靠，宜于实现电能的现代化管理,具有较好的应用前景。 关键词：预付费, 电能计量， IC卡, 掉电检测 ABSTRACT 目 录 第1章 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.1.1 电能表的现状及发展趋势 1 1.1.2 仪表的管理及收费方式 2 1.2 IC卡技术 3 1.2.1 IC卡的诞生与发展 3 1.2.2 IC卡的分类 4 1.2.3 IC卡的物理特性 5 1.2.4 IC卡的安全性 6 1.3 设计要求 7 第2章 系统方案设计 9 2.1 电能计量系统的方案设计 9 2.1.1 机械电子式 9 2.1.2 模数转换式 9 2.1.3 电压频率转换式 9 2.1.4 功率累加式 10 2.2 预付费系统方案设计 11 2.2.1 非加密存储器卡 11 2.2.2 加密存储器卡 11 2.2.3 CPU卡 12 2.2.4 射频CPU卡 12 第3章 系统的硬件设计 14 3.1 主控电路 14 3.1.1 AT89C52的介绍 14 3.1.2 主控电路设计 17 3.2 电能计量电路 20 3.2.1 SM9903介绍 20 3.2.2 有功电能测量的基本原理 21 3.2.3 电能计量电路设计 23 3.3 显示电路设计 24 3.4 IC卡接口电路 24 3.4.1 IC卡的选择 24 3.4.2 SLE4442卡的结构和工作原理 25 3.4.3 IC卡接口电路设计 31 3.5 电能存储电路设计 32 3.6 掉电检测电路设计 32 3.7 磁保持继电器驱动电路设计 34 3.8 防窃电电路设计 34 3.9 报警电路设计 35 3.10 电源电路设计 36 第4章 系统的软件设计 38 4.1 系统主程序设计 38 4.1.1 插卡处理子程序 38 4.1.2 显示子程序 42 4.2 电压检测中断子程序 43 4.3 脉冲中断子程序 43 结 论 45 参考文献 46 致 谢 48 附 录 1 程序清单 49 附 录 2 电路总图 96   图2.1 模数转换式系统框图 需对V/F转换后的脉冲进行定时计数，便可测出电压和电流的数字量。同时，电压和电流分别经过零检测电路。将过零脉冲送CPU处理，得出电流和电压的相位差（∮），经过查表得功率因数（cos∮）,按公式P=UIcos∮计算，便得有功功率，再定时累加就是电能值。系统框图如图2-2所示。 图2.2 电压频率转换式系框图 这种方案CPU要实现读写卡控制、求功率因数（cos∮）、电能计算等功能，负担较重，一般的MCS-51、MCS-96和PIC系列单片机难以胜任。 2.1.4 功率累加式 将端口电流和电压先送入模拟乘法器相乘，得一个与功率P成正比的模拟电压（或电流），再经过V/F变换（或I/F变换）变成频率信号f。单片机对频率信号f进行累加，便可得到电能。系统框图如图2-3所示。 图2.3 功率累加式系统框图 图3.13 电能存储电路 图3.14 掉电检测电路 3 图3.15 磁保持继电器驱动电路 图3.16防窃电电路 3.9 报警电路设计 图3.17触发器74LS74的D端与Q端短接, 单片机通过RC5 端向触发器输送语音脉冲信号。 每当D触发器74LS74的CP端接收到一个脉冲信号，就使其输出端Q改变一次状态，从而完成1次1位D/A转换，此信号通过MPSA13放大后，驱动扬声器工作。 3.17 语音报警电路 图3.18 电源电路  Powered by 计算机毕业论文网 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） II IV 主要符号表 8 10 控制键盘 A/D转换 IC卡