基于RFID的預付費電能表的研制

摘要 運用保密性好且物美價(jià)廉的RFID技術(shù)實(shí)現預付費電能表；著(zhù)重介紹RFID本身及其與電能表的接口。作為核心部分的電能表，采用全數字電路來(lái)實(shí)現，有效地提高了測量精度；同時(shí)采用可視化的液晶屏和交互式的鍵盤(pán)等，改善了人機界面。RFID和電能表的集合，改變了現在的電表付款方式，可以提高電力部門(mén)的工作效率，安全、可靠；是當前電子式電能表的一種發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 RFID預付費電能表MFRC500AD7755MSP430DS130224LC16

引言

　　隨著(zhù)人均用電量的大幅度增加，推動(dòng)了一戶(hù)一表制的使用。傳統的機械式電能表測量精度有限，會(huì )帶來(lái)較大誤差；當用電量很大時(shí)，誤差將讓人難以接受。本文介紹的電子式預付費電能表是通過(guò)電能測量集成電路對電壓電流的取樣信號進(jìn)行處理，并輸出與有功功率成正比的頻率信號；微處理器通過(guò)對脈沖計數來(lái)計算所消耗的電量。用戶(hù)將RFID卡片（預先在電力部門(mén)購買(mǎi)，卡片上充有定額的現金）靠近電能表，這時(shí)MCU通過(guò)射頻芯片讀取卡的金額，將其存儲到EEPROM，同時(shí)此卡清零。電能表將通過(guò)聲音和LCD顯示來(lái)提醒用戶(hù)充值。

1 硬件電路總體設計

　　通過(guò)對AD7755的電能測量，與以低功耗著(zhù)稱(chēng)的MSP430 MCU接口，再用DS1302作為時(shí)鐘，將數據儲存在24LC16 EEPROM中。用工作于13.56 MHz的MFRC500芯片來(lái)實(shí)現預付費卡片數據的讀取。硬件框圖如圖1所示。

1．1 電能計量模塊AD7755的特點(diǎn)和接口

　　AD7755是Analog Devices公司生產(chǎn)的電量計量集成電路，技術(shù)指標超過(guò)了IEC1036規定的準確度要求。值得一提的是，國內現有替代產(chǎn)品，上海貝嶺的BL0932可以很好地替代AD7755。這里的AD7755工作于這種方式：電流和電量通過(guò)其互感器送入各輸入通道。電壓和電流通道上額定值要設計在最大輸出電壓的半刻度上，使電表能滿(mǎn)足過(guò)壓和過(guò)流的要求。把CF頻率輸出端接到單片機的端口，設置SCF＝0，S1＝0，S0＝1，CF的最高輸出頻率為21.76 Hz，MCU對輸入脈沖進(jìn)行計數，計數值的大小即反映電能消耗的多少。本設計中，分流器電阻在340 μΩ條件下，表常數為3 200脈沖/kWh，即每kWh電產(chǎn)生3 200脈沖。從CF經(jīng)光耦輸出到MCU計數。

圖1 硬件框圖{{分頁(yè)}}

1．2 MCU模塊MSP430

　　MSP430 MCU是TI公司的超低功耗16位單片機；采用精簡(jiǎn)指令集；具有豐富的片內外設，功能強大，并且具有很低的電能消耗，特別適用于三表設計。在此選用帶有LCD驅動(dòng)和I/O豐富的MSP430F435。MSP430F435有80和100兩種封裝形式（在此選用小型化的80封裝）。MCU作為電路的核心模塊，要與各個(gè)外設打交道，不僅要負責計出AD7755所輸出的計量脈沖值，還要將其轉換為金額，并對各種外擴的接口芯片進(jìn)行協(xié)調和處理。

1．3 時(shí)鐘模塊DS1302

　　要保證電能表時(shí)間的準確性，時(shí)鐘電路還是必需的。在此選用Dallas公司推出的高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，可以對年、月、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計時(shí)，且具有閏年補償功能，工作電壓寬達2.5～5.5 V。DS1302采用三線(xiàn)接口與MSP430單片機進(jìn)行通信。這部分主要是對DS1302的串行信號和時(shí)鐘的模擬以及掉電保護電路設計。

1．4 外擴存儲器模塊24LC16

　　作為計量?jì)x表需要有許多數據（如電流電壓的系數、分時(shí)計費表、累計計費表等）是變動(dòng)的或可以通過(guò)正常手段修改的，但不能因系統中的干擾而改寫(xiě)，更不能因停電等事件而丟失。串行EEPROM是當前儀表設計中最合適的器件。這里選用Microchip公司生產(chǎn)的24LC16來(lái)實(shí)現這種功能。24LC16是具有I2C接口的EEPROM。其容量為2048