智能预付费电度表

　　

摘要： 文章介绍了利用AT89c52单片机设计单相预付费式电度表。对电压、电流的采集，电能的计算，数据的储存、显示和系统控制等环节进行了介绍。还给出了硬件原理图和软件流程图，对各个模块工作原理进行了分析。
Abstract: An electric meter with prepary in single-phase based on the AT89c52 single-chip was designed. Measurement of voltage and current,calculation of electric energy，store and display of date and control of the system was described in this paper. Principle working chart of hardware have been indicated. Soft ware flow chart of the control system was also gived.
关键词： IC卡；电能计量；预付费；电度表
Key words: IC card；measurement of electric energy；advance payment；kilowatt-hour meter

0 引言
传统的电表需要抄表人员定期挨家挨户抄取数据，结算出费用后，再到各家索取，误差大、统计工作量大，人为的错误给电力部门和用户带来极大不便，也造成了用户和电力部门的纠纷。
随着城市经济的发展以及人民生活水平的提高，家用电器的大量使用。抄表难、收费难困扰着电力部门，抄表人员的不断增加提高了电业公司的经营成本，也给管理带来许多麻烦，造成了人力资源的巨大浪费，针对这一问题，人们开始思考解决这一问题的方法，于是IC卡电度表应运而生。其发展势头迅猛，锐不可当。
IC卡预付费电表的成功推广应用，达到了控制电能和节约电能的双重效果，改革了沿袭几十年的消费模式，即先用电后付费的模式，而以先充值购电后消费的模式取而代之。作为使用者，用数一目了然，不再和邻里发生用量上的矛盾，还做到了即时控制；作为管理者，解决了抄表难、算帐麻烦、收费难等一系列令人头痛的难题；作为供电部门，将先行回收投资，提高管理效能，利国利民。如果集体消费群体，也使用智能IC卡表，将使管理者不再为收费为难，不再为分摊劳神，省心省力，事半功倍。
本文将介绍一种利用单片机作为控制器的IC卡预付费式电度表。它的开发已经广泛的应用在社会生活中，给人们生活带来了便捷。电度表作为电能计量工具，在国民经济各部门中得到广泛应用。长期以来使用的都是机械式感应电度表。它具有耗电多笨重且需要手工抄表防窃电性能低等缺点。随着微电子技术的迅猛发展，微控制器（单片机）和大规模集成电路在电能计量领域的广泛应用，使电度表的技术水平得到长足发展。
预付费电度表虽然只是普通计量器具，但是由于微控制器的引入，对我们设计电路提出了很高的要求[1]。同时作为一种智能化的家居电气，也给人们生活带来了诸多的便利，这无疑促进它的不断地创新。
1 系统组成
1.1 主要性能指标 准确度等级：2.0级；额定电压：单相AC220V；标定电流：5（20）A，5（30）A，10（40）A；工作电压：单相AC220V，±20％。
1.2 信号采集原理图 本方案采用功率累加式，将端口电流和电压先送入模拟乘法器相乘，得到一个与功率P成正比的模拟电压，再经过V/F变换，变成频率信号f。单片机对频率信号f进行累加，便可得到电能。系统框图如图1所示。这种方案对CPU的要求低，采用MCS—51系列单片机完全胜任。而且，现在已有集成电路将模拟乘法器、低通滤波器和V/F变换器集成在一起，其性能指标都远远高于分立元件。其中，模拟乘法器、低通滤波器和V/F变换器采用集成电路SM9903。大大的减少了器件的数量，同时CPU采用AT89c52，它的内部有8KB的程序存储器，存储空间较大。采用液晶显示器，可大大减少功耗，并且可显示汉字，使界面清晰明了[2]。

1.3 总体方案的设计 本设计电能计量系统，计量电路采用SM9903，CPU采用AT89c52，采用液晶显示器为SMG12232B-2，预付费系统以存储卡作为售电的传输媒介，采用的是Atmel公司的存储卡AT24C01。以上芯片的选择，用VisualC++在微机上编制相应的售点管理系统，配以相应的读卡器实现对IC卡的初始化，卡号识别，充值等操作。以上方案和元器件的选择，从实用性和经济成本出发能够满足设计的要求[3]。系统框图如图2所示。基于单片机AT89C52为主控元件，系统主要有电能测量电路、控制电路、显示电路、驱动电路、IC卡接口、电能存储电路、掉电检测电路组成。
2 软件程序设计
主程序流程图如图3所示，开始的时候，先对是否插入了IC卡进行判断，当有卡插入的时候，对IC卡做一些判断和处理，当没有插入的时候，判断是否有相应的按键按下，有键按下的时候，读取相应的键值，并做相应的显示，当没有按键按下的时候，显示相应的内容[3]。
3 结束语
本系统所用器件少，电路简单，成本低廉，对应用的电器原件控制精度高且具有很大的使用空间，能够很好的满足当今居民生活的要求。在上世纪末的二三十年里，智能化电器随科技进步逐步兴起并开始走进千家万户，IC卡进入中国市场以来，它的存在与发展越来越被大多数国人肯定。但种种迹象表明，随着经济的进一步发展，生活水平的提高，通信技术、网络技术、传媒业的飞速发展和高度结合，数字化家居将得到进一步的快速提升，技术也将进一步的成熟，各类通信标准和市场也将得到进一步的规范，在不久的将来，智能仪器将大量进入寻常百姓家，给人们生活带来无尽的乐趣。
参考文献：
[1]彭为，等.单片机典型系统设计实例精解[M].电子工业出版社，2006.
[2]何立民.单片机应用系统设计[M].北京航空航天大学出版社，1990.
[3]周德明.微型计算机原理及应用[M].清华大学出版社，2002.
[4]何立民.单片机高级教程[M].北京航空航天大学出版社，2000.