1、兰州理工大学毕业设计摘 要IC卡预付费电能表采用先购电后用电的管理模式,在一定程度上解决了电力部门收取电费难的问题.然而IC卡预付费电能表存在许多问题,首先是由于电力部门缺乏对IC卡电能表用户的监管,难以发现和查处窃电行为;其次是IC卡易被污染和损坏,开放式卡口易被攻击导致内部系统混乱;再次是一表一卡的管理方式不适宜人员流动性大的场所。本设计的主要目的就是为了解决IC卡预付费电能表存在的问题。本文首先介绍电能表的发展和在我国的应用状况,指出IC卡预付费电能表存在的问题,说明基于射频识别技术的多用户电能表的设计意义及功能原理。其次介绍射频识别技术的发展及基本原理。最后对基于射频识别技术的多用户电
2、能表进行硬件电路与软件程序的设计。本设计的软件采用模块化设计方案。软件划分为五大模块:通讯模块,电能计量模块,声光报警模块,射频卡读写模块,显示模块。每一模块又划分为若干个子程序。关键词:电能表；射频识别技术；电能计量 ;IC卡AbstractPrepayment IC Watt-hour meter adopts the model that the users must pay the electricity first and then use it.it solve the problem which the electric department gathered the payme
3、nts from the electric users.However the Prepayment IC Watt-hour meter exist severe problem of itself own. The first, the electric department lacks supervising and managing to these Watt-hour meter, electric larceny is very difficult be discovered and investigated; The second, IC card is polluted and
4、 damaged easily, and it is easy to be attack the within system through the exoteric card interface and will lead to the within system confusion; The third,it is unaccommodated in public place that a meter read_write a card only.The main purpose of this design is to solve the disadvantage of Prepayme
5、nt IC Watt-hour meter. This article first introduces the Watt-hour meters development and application in our country, and points out the Problem of Prepayment IC Watt-hour meter, and explains the significance and function principle of the multi_user Watt_hour meter bases on RFID. Secondly, it introd
6、uces the development and fundament Principle of the radio frequency recognition technology. This designs software adopts modularization, the software is divided into five big modules: communication module, electrical energy measurement module, the acoustie_optics alarm module, the radio frequency ca
7、rd read_write module,each module divides into certain subroutines.Key Words：The watt_hour meter; Radio frequeney identification; Energy measurement；IC card目录第一章 绪论11.1 课题背景及意义11.2 课题任务及目标21.3 研究现状21.3.1 预付费电能表21.3.2 射频识别技术41.3.3 非接触IC 卡读写器7第二章 方案设计及器件选择82.1 方案选择82.2电能表系统硬件结构92.3 控制芯片的选择92.3.1 AT89C5
8、2 的工作原理102.3.2 AT89C52 的芯片管脚及功能说明102.4 射频读写模块的选择112.4.1 MF RC500 的简介及其原理122.4.2 MF RC500 管脚及其引脚功能简介132.5 电能计量模块选用AD7755。142.5.1 ADE7755功能概述142.5.2 ADE7755引脚功能152.5.3 ADE7755的工作原理172.6 存储器选择182.7 显示模块的选择192.7.1 MC14499 简介及工作原理192.7.2 MC14499 管脚分布及其说明192.8 通信模块器件选择20第三章 硬件设计223.1 射频读写模块设计223.1.1 RC500
9、 的天线设计223.1.2 射频读写模块RC500 的接口电路233.2 电能计量模块设计243.2.1 电子式电能表计量原理243.2.2 电能计量电路设计253.3存储模块设计263.4显示模块的设计273.5 通信模块273.6 报警电路283.7 单片机外围电路的设计293.7.1 复位电路的设计293.7.2 时钟电路的设计293.8电源模块设计303.9 控制芯片电路的开关设计303.10 掉电检测电路设计31第4章 软件设计324.1软件模块的划分324.2 初始化程序324.2.1 单片机初始化324.2.2 MF RC500 初始化334.3主程序设计344.4电能计量模块程
10、序设计364.4.1电能计量子程序设计364.4.2电量显示子程序设计364.4.3电量存储子程序设计374.5 单片机通讯程序设计384.5.1射频接口特性分析384.5.2射频接口程序设计394.6 报警程序设计434.7 电量核算子程序设计44第五章 总结45参考文献46外文原文及翻译47致谢61附录16377兰州理工大学毕业设计第一章 绪论1.1 课题背景及意义随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，各行业对电力能源的需求不断增加的同时对电力计量的精度和电能的收费方式也提出了更高的要求。由于我国电力系统普遍存在着技术落后、设备陈旧等问题，导致电力系统的管理水平和配电自动化程
11、度较低，大部分地区长期以来一直采用人工抄表的收费方式，导致大量的电费不能及时回收。因此普遍存在“收费难”的现象，这种现象的存在不仅影响和制约着电力企业的发展，同时抑制着我国的经济发展。随着科学技术的不断提高，能量计的发展从机电式费拉里计数器发展为全面的电子式计数，电子表的发明不仅提高了计量的精度且能够实现自动抄表并能测量以前无法测量的功率因数等参数。此外，它的通信潜力几乎无限，使得公共设施服务供应商实现了多费率账单编制、智能卡预支付、远程数据管理等操作。近年来预付费电能表的面世已基本解决了普通感应式电能表带来的“抄表困难、需定期校准、收费难”的现象，它的出现使得我国长久以来采取“先用电、后核算
12、”的收费方式，逐步转变为客户“先购电，后用电”的电力营销模式，凸显了电量的商品属性。目前对于预付费电子式电能表的方案有很多种实现方式，基于接触 IC 卡模式和 Keypad 模式的电能表比较多，但随之而来采用高科技手段破解 IC 卡密码的窃电现象也不断增多，由于安全性差、寿命短、使用不方便等原因导致这两种电表的推广较为困难。随着容量大，保密性好，可反复使用，携带方便等特 点 的 RFID 技 术 在 我 国 广 泛 使 用 ， 基 于 射 频 识 别 (Radio Frequency Identification，RFID)技术的预付费电能表应运而生，它能在很大程度上解决其他电能表存在的诸多问
13、题，原因在于它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，操作方便快捷，价格低廉，能有效降低供电管理成本，提升管理水平，确保电能计量准确，信息安全可靠。因此研制一种非接触式且具有自动识别功能的电能表具有较高的现实意义。如今,接触式IC卡在人们的日常生活中得到了普遍的应用在接触式IC卡的普及过程中,逐渐发现了许多的弊端:卡在读写模块上经常拔插造成的磨损导致接触不良,从而引起数据传输错误,并且卡与读写模块之间的磨损也大大缩短了卡和读写模块的使用寿命;另外,接触式IC卡的通讯速率较低,再加上插拔卡的动作延误,造成每一笔交易需要较长时间的等待。为了解决这些问
14、题推出了非接触式IC卡。非接触式IC卡又称射频卡,由IC芯片、感应天线组成,封装在一个标准的PVC卡片内,芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围(通常为5一10)靠近读写模块表面,通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。射频识别（Radio Frequency Identification，简写 RFID）是一种新型的非接触式的自动识别技术，可工作在各种恶劣环境中。它可以通过接受射频信号自动识别目标对象并且获取得相关数据，识别工作不需要人工
15、干预。RFID 技术使用安全、可靠、方便、快键。科学家弗格森通过实验证实 RFID 是一种突破性的技术：第一，RFID 可以识别具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。该技术目前在物流、门禁系统、身份识别、自动收费等众多领域有广泛的应用。目前，接触式 IC 卡在预付费应用较多，但缺点是显而易见的。随着 RFID 技术的成熟、发展，非接触式的 IC 卡的应用将会成为可能，它有很多优点。在 RFID 领域以 13.56MHz 频段的发展最为成熟，我国的奥运会门票和第二代居民身份证就采用的是这种技术。本课题将此技术应用到电能表领域，能解决接触式 IC 卡电能表的诸多问题。可以说 RFID 技术是预付费电能表发现的一项重大的突破，而且将会有更大的作为。1.2 课题任务及目标本设计主要利用非接触IC卡及其读卡器进行电费预付费，通过电流传感器和电压传感器采样分析实现当前用电量计算显示。瞬时功率检测显示，电量余额显示，用电过流保护功能。
