分析新型智能電表的設計和研究

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，智能電表應用愈來愈廣泛，這樣可以省去中間很多環(huán)節(jié)，降低了成本，提高公司的利益。作為現(xiàn)在使用較為廣泛的IC卡電表系統(tǒng)的替代升級產(chǎn)品，智能電表在日本和歐美等發(fā)達國家已有了廣泛的應用。我國也有廠商正在積極研制商品化的智能電表產(chǎn)品。本文介紹一種新型智能電表的電路構成和軟件設計方案。

該智能電表屬機電式智能電表，它由硬件電路、相應軟件及發(fā)行系統(tǒng)三部分構成，可實現(xiàn)某一電力公司不同時間段不同電價的計費，從而可實現(xiàn)用電監(jiān)管的智能化。用戶的購電信息實行微機管理，方便進行查詢、統(tǒng)計、收費及打印票據(jù)等。工作原理　用戶持IC卡到供電部門交款購電，供電部門用售電管理機將購電量寫入IC卡中，用戶持IC卡在感應區(qū)刷非接觸式IC卡(簡稱刷卡，下同)，即可合閘供電，供電后將卡拿走。當表內(nèi)剩余電量等于報警電量時，拉閘斷電報警(或蜂鳴器報警)，此時用戶在感應區(qū)刷卡即可恢復供電;當剩余電量為零時，自動拉閘斷電，用戶必須再次持卡交費購電，才可以恢復用電。

1 電表硬件裝置

本電表裝置的硬件包括接口卡、手持單元及電表費率系統(tǒng)三部分。電力公司通過普通微機串口輸入用戶購電信息到手持單元部分，用戶再將購電信息用手持單元發(fā)送到電表費率系統(tǒng)，由費率系統(tǒng)根據(jù)用戶購電信息來監(jiān)視用戶用電情況，完成計費，并在適當時候提醒用戶購電。

1.1 手持單元

手持單元部分的電路原理圖如圖1所示。

它要完成以下功能：

通過串口接收由微機程序輸出的用戶購電信息，并將該用戶購電信息存儲并加密。在發(fā)送完用戶的購電信息后，系統(tǒng)將自動清除購電信息。

在圖1中，Intel公司的單片機87C51為完成該部分功能的主體器件，手持單元部分的功能由存儲在87C51內(nèi)的軟件程序完成。需用87C51的主要引腳功能說明如下：

外接晶振引腳XTAL1和XTAL2可與87C51片內(nèi)的反相放大器構成振蕩電路，用于為單片機提供時鐘信號。P1引腳為輸入/輸出口，它內(nèi)部帶有上拉電阻，為8位I/O口。在EEPROM編程和程序驗證時，該引腳用于接收低8位地址。

RXD(P3.0)引腳為串行輸入口。

TXD(P3.1)引腳為串行輸出口。

87C51的RST引腳外接復位電路，P1.2引腳外接發(fā)射電路，P1.3引腳外接接收電路。24C01A為美國ATMEL公司生產(chǎn)的 EEPROM,是一個容量為1k比特(128×8)的雙線串行接口CMOS存儲器。用于存儲軟件程序運行時所必需的信息。其中SDA為串行數(shù)據(jù)線，SCL 為串行時鐘線。

1.2 電表費率系統(tǒng)

電表費率系統(tǒng)需要完成的功能主要如下：

接收手持單元發(fā)送的用戶購電信息;

將新收到的用戶購電信息與費率系統(tǒng)的自有用戶用電信息進行合并計算以得到新的信息;●動態(tài)計算以得出剩余電量，以提醒用戶購電，并在超額用量電達到一定值時切斷電源。

電表費率系統(tǒng)的電路原理如圖2所示。

其中PHILIPS SEMICONDUCTORS公司的高性價比單片機P87LPC764為完成該部分功能的主體器件。單片機P87LPC764自帶內(nèi)部6MHz的RC振蕩器、內(nèi)部看門狗電路和內(nèi)部復位電路，具有較強的抗電磁干擾能力和較小的工作電流。

PCF8583為PHILIPS SEMICONDUCUORS公司的自帶240×8位RAM的時鐘/日歷芯片。用來提供時間信息，以供電力公司實行分時電價策略。它可存儲4年的日歷時間信息，也可通過編程設置它的日歷時間信息功能。

CAT24WC02是一種真正的0功耗EEPROM芯片，采用I2C總線接口，具有100萬次擦寫壽命。

2 智能電表的軟件設計

手持單元部分的軟件程序包括微機串口通信、87C51內(nèi)部工作和手持單元數(shù)據(jù)發(fā)射三部分。

微機串口通信部分主要完成將用戶購電信息通過串口異步通訊適配器UART輸出到手持單元部分的單片機87C51中。87C51內(nèi)部工作部分主要完成將用戶購電信息進行加密工作。

手持單元數(shù)據(jù)發(fā)射程序主要完成將加密后的用戶購電信息發(fā)送到電表費率系統(tǒng)。并在確定用戶購電信息已無誤地被電表費率接收后自動清零。它的程序流程圖如圖3所示。

單片機P87LPC764工作程序主要用來完成接收加密后用戶購電信息，并解密用戶購電信息，再將用戶購電信息與EEPROM外圍存儲器 CAT24WC02中所存儲的上次用電剩余信息相加，以完成在剩余電量到達警戒值時向用戶報警和在超出設定值時切斷電源，同時將此用戶用電信息存入到外圍EEPROM芯片CAT 24WC02中。

電子式IC卡預付費交流單相有功電能表是該廠開發(fā)推向市場的新產(chǎn)品，它采用專用集成電路進行電能計量、專用CPU電路進行數(shù)據(jù)處理、顯示和控制繼電器動作。其主要特點是性能可靠、準確度高、高過載、功耗低、體積小、重量輕和使用方便等。