一種新型智能電表的研制

摘要：介紹了一種新型智能電表的應(yīng)用系統(tǒng)，并對(duì)該智能電表中的手持單元部分和費(fèi)率裝置部分的實(shí)際電路和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了說(shuō)明。給出了具體的電路原理圖及相關(guān)的主要軟件設(shè)計(jì)程序。

關(guān)鍵詞：智能電表 單片機(jī) EEPROM 程序

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智能電表應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，作為現(xiàn)在使用較為廣泛的IC卡電表系統(tǒng)的替代升級(jí)產(chǎn)品，智能電表在日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已有了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)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(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)方案。

該智能電表屬機(jī)電式智能電表，它由硬件電路、相應(yīng)軟件及發(fā)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)某一電力公司不同時(shí)間段不同電價(jià)的計(jì)費(fèi)，從而可實(shí)現(xiàn)用電監(jiān)管的智能化。本文將對(duì)硬件電路和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)加以介紹。

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(fèi)率系統(tǒng)三部分。通過(guò)插在微機(jī)擴(kuò)展槽的接口卡，可用手持單元實(shí)現(xiàn)與普通微機(jī)的連接。電力公司通過(guò)普通微機(jī)串口輸入用戶(hù)購(gòu)電信息到手持單元部分，用戶(hù)再將購(gòu)電信息用手持單元發(fā)送到電表費(fèi)率系統(tǒng)，由費(fèi)率系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)購(gòu)電信息來(lái)監(jiān)視用戶(hù)用電情況，完成計(jì)費(fèi)，并在適當(dāng)時(shí)候提醒用戶(hù)購(gòu)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：

（1）通過(guò)串口接收由微機(jī)程序輸出的用戶(hù)購(gòu)電信息，并將該用戶(hù)購(gòu)電信息存儲(chǔ)并加密。

（2）準(zhǔn)確無(wú)誤地將用戶(hù)購(gòu)電信息用紅外方式發(fā)送到費(fèi)率系統(tǒng)。

（3）在發(fā)送完用戶(hù)的購(gòu)電信息后，系統(tǒng)將自動(dòng)清除購(gòu)電信息。

在圖1中，Intel公司的單片機(jī)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(chǔ)在87C51內(nèi)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(nèi)的反相放大器構(gòu)成振蕩電路，用于為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。

●RST/VPP是單片機(jī)的復(fù)位輸入端，也是掉電方式下內(nèi)部RAM的Vpp供電端。

●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(yàn)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(fù)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(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的EEPROM，是一個(gè)容量為1k比特（128×8）的雙線串行接口CMOS存儲(chǔ)器。用于存儲(chǔ)軟件程序運(yùn)行時(shí)所必需的信息。其中SDA為串行數(shù)據(jù)線，SCL為串行時(shí)鐘線。

1.2 電表費(fèi)率系統(tǒng)

電表費(fèi)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(hù)購(gòu)電信息；

●將新收到的用戶(hù)購(gòu)電信息與費(fèi)率系統(tǒng)的自有用戶(hù)用電信息進(jìn)行合并計(jì)算以得到新的信息；●動(dòng)態(tài)計(jì)算以得出剩余電量，并在剩余電量到達(dá)警戒值時(shí)點(diǎn)燃LED管，以提醒用戶(hù)購(gòu)電，并在超額用量電達(dá)到一定值時(shí)切斷電源。

電表費(fèi)率系統(tǒng)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(jī)P87LPC764為完成該部分功能的主體器件。單片機(jī)P87LPC764自帶內(nèi)部6MHz的RC振蕩器、內(nèi)部看門(mén)狗電路和內(nèi)部復(fù)位電路，具有較強(qiáng)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(chǔ)4年的日歷時(shí)間信息，也可通過(guò)編程設(shè)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總線接口，具有100萬(wàn)次擦寫(xiě)壽命。

2 智能電表的軟件設(shè)計(jì)

手持單元部分的軟件程序包括微機(jī)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(jī)串口通信部分主要完成將用戶(hù)購(gòu)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(jī)87C51中。87C51內(nèi)部工作部分主要完成將用戶(hù)購(gòu)電信息進(jìn)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(hù)購(gòu)電信息發(fā)送到電表費(fèi)率系統(tǒng)。并在確定用戶(hù)購(gòu)電信息已無(wú)誤地被電表費(fèi)率接收后自動(dòng)清零。它的程序流程圖如圖3所示。

單片機(jī)P87LPC764工作程序主要用來(lái)完成接收加密后用戶(hù)購(gòu)電信息，并解密用戶(hù)購(gòu)電信息，再將用戶(hù)購(gòu)電信息與EEPROM外圍存儲(chǔ)器CAT24WC02中所存儲(chǔ)的上次用電剩余信息相加，以得到用戶(hù)本次購(gòu)電后的最新用電信息，并結(jié)合24WC02中的本次購(gòu)電后新存儲(chǔ)的日歷時(shí)間信息來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算用戶(hù)的用電信息，以完成在剩余電量到達(dá)警戒值時(shí)向用戶(hù)報(bào)警和在超出設(shè)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。