分析新型智能電表的設計和研究

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展，智能電表應用愈來(lái)愈廣泛，這樣可以省去中間很多環(huán)節，降低了成本，提高公司的利益。作為現在使用較為廣泛的IC卡電表系統的替代升級產(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(chǎng)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)行系統三部分構成，可實(shí)現某一電力公司不同時(shí)間段不同電價(jià)的計費，從而可實(shí)現用電監管的智能化。用戶(hù)的購電信息實(shí)行微機管理，方便進(jìn)行查詢(xún)、統計、收費及打印票據等。工作原理　用戶(hù)持IC卡到供電部門(mén)交款購電，供電部門(mén)用售電管理機將購電量寫(xiě)入IC卡中，用戶(hù)持IC卡在感應區刷非接觸式IC卡(簡(jiǎn)稱(chēng)刷卡，下同)，即可合閘供電，供電后將卡拿走。當表內剩余電量等于報警電量時(shí)，拉閘斷電報警(或蜂鳴器報警)，此時(shí)用戶(hù)在感應區刷卡即可恢復供電;當剩余電量為零時(shí)，自動(dòng)拉閘斷電，用戶(hù)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三部分。電力公司通過(guò)普通微機串口輸入用戶(hù)購電信息到手持單元部分，用戶(hù)再將購電信息用手持單元發(fā)送到電表費率系統，由費率系統根據用戶(hù)購電信息來(lái)監視用戶(hù)用電情況，完成計費，并在適當時(shí)候提醒用戶(hù)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(guò)串口接收由微機程序輸出的用戶(hù)購電信息，并將該用戶(hù)購電信息存儲并加密。在發(fā)送完用戶(hù)的購電信息后，系統將自動(dòng)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內的軟件程序完成。需用87C51的主要引腳功能說(shuō)明如下：

外接晶振引腳XTAL1和XTAL2可與87C51片內的反相放大器構成振蕩電路，用于為單片機提供時(shí)鐘信號。P1引腳為輸入/輸出口，它內部帶有上拉電阻，為8位I/O口。在EEPROM編程和程序驗證時(shí)，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(gè)容量為1k比特(128×8)的雙線(xiàn)串行接口CMOS存儲器。用于存儲軟件程序運行時(shí)所必需的信息。其中SDA為串行數據線(xiàn)，SCL 為串行時(shí)鐘線(xiàn)。

1.2 電表費率系統

電表費率系統需要完成的功能主要如下：

接收手持單元發(fā)送的用戶(hù)購電信息;

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

電表費率系統的電路原理如圖2所示。

其中PHILIPS SEMICONDUCTORS公司的高性?xún)r(jià)比單片機P87LPC764為完成該部分功能的主體器件。單片機P87LPC764自帶內部6MHz的RC振蕩器、內部看門(mén)狗電路和內部復位電路，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(shí)鐘/日歷芯片。用來(lái)提供時(shí)間信息，以供電力公司實(shí)行分時(shí)電價(jià)策略。它可存儲4年的日歷時(shí)間信息，也可通過(guò)編程設置它的日歷時(shí)間信息功能。

CAT24WC02是一種真正的0功耗EEPROM芯片，采用I2C總線(xiàn)接口，具有100萬(wàn)次擦寫(xiě)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內部工作和手持單元數據發(fā)射三部分。

微機串口通信部分主要完成將用戶(hù)購電信息通過(guò)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內部工作部分主要完成將用戶(hù)購電信息進(jìn)行加密工作。

手持單元數據發(fā)射程序主要完成將加密后的用戶(hù)購電信息發(fā)送到電表費率系統。并在確定用戶(hù)購電信息已無(wú)誤地被電表費率接收后自動(dòng)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(lái)完成接收加密后用戶(hù)購電信息，并解密用戶(hù)購電信息，再將用戶(hù)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(shí)向用戶(hù)報警和在超出設定值時(shí)切斷電源，同時(shí)將此用戶(hù)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(chǎng)開(kāi)發(fā)推向市場(chǎng)的新產(chǎn)品，它采用專(zhuān)用集成電路進(jìn)行電能計量、專(zhuān)用CPU電路進(jìn)行數據處理、顯示和控制繼電器動(dòng)作。其主要特點(diǎn)是性能可靠、準確度高、高過(guò)載、功耗低、體積小、重量輕和使用方便等。