摘要：
介紹了一種新型智能電表的應用系統,并對該智能電表中的手持單元部分和費率裝置部分的實際電路和設計方法進行了說明。給出了具體的電路原理圖及相關的主要軟件設計程序。
關鍵詞：
智能電表 單片機 EEPROM 程序
隨著國民經濟的發展,智能電表應用愈來愈廣泛,作為現在使用較為廣泛的IC卡電表系統的替代升級產品,智能電表在日本和歐美等發達國家已有了廣泛的應用。我國也有廠商正在積極研制商品化的智能電表產品。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、相應軟件及發行系統三部分構成,可實現某一電力公司不同時間段不同電價的計費,從而可實現用電監管的智能化。本文將對硬件電路和相應的軟件系統加以介紹。
1 電表硬件裝置
本電表裝置的硬件包括接口卡、手持單元及電表費率系統三部分。通過插在微機擴展槽的接口卡,可用手持單元實現與普通微機的連接。電力公司通過普通微機串口輸入用戶購電信息到手持單元部分,用戶再將購電信息用手持單元發送到電表費率系統,由費率系統根據用戶購電信息來監視用戶用電情況,完成計費,并在適當時候提醒用戶購電。
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：
- 通過串口接收由微機程序輸出的用戶購電信息,并將該用戶購電信息存儲并加密。
- 準確無誤地將用戶購電信息用紅外方式發送到費率系統。
- 在發送完用戶的購電信息后,系統將自動清除購電信息。
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鐘信號。
- RST/VPP是單片機的復位輸入端,也是掉電方式下內部RAM的Vpp供電端。
- 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,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引腳外接發射電路,P1.3引腳外接接收電路。24C01A為美國ATMEL公司生產的 EEPROM,是一個容量為1k比特（128×8）的雙線串行接口CMOS存儲器。用于存儲軟件程序運行時所必需的信息。其中SDA為串行數據線,SCL 為串行時鐘線。
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:
- 接收手持單元發送的用戶購電信息;
- 將新收到的用戶購電信息與費率系統的自有用戶用電信息進行合并計算以得到新的信息;●動態計算以得出剩余電量,并在剩余電量到達警戒值時點燃LED管,以提醒用戶購電,并在超額用量電達到一定值時切斷電源。
電表費率系統的電路原理如圖2所示。
其中PHILIPS SEMICONDUCTORS公司的高性價比單片機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的時鐘/日歷芯片。用來提供時間信息,以供電力公司實行分時電價策略。它可存儲4年的日歷時間信息,也可通過編程設置它的日歷時間信息功能。
CAT24WC02是一種真正的0功耗EEPROM芯片,采用I2C總線接口,具有100萬次擦寫壽命。
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射三部分。
微機串口通信部分主要完成將用戶購電信息通過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購電信息進行加密工作。
手持單元數據發射程序主要完成將加密后的用戶購電信息發送到電表費率系統。并在確定用戶購電信息已無誤地被電表費率接收后自動清零。它的程序流程圖如圖3所示。
單片機P87LPC764工作程序主要用來完成接收加密后用戶購電信息,并解密用戶購電信息,再將用戶購電信息與EEPROM外圍存儲器 CAT24WC02中所存儲的上次用電剩余信息相加,以得到用戶本次購電后的最新用電信息,并結合24WC02中的本次購電后新存儲的日歷時間信息來動態計算用戶的用電信息,以完成在剩余電量到達警戒值時向用戶報警和在超出設定值時切斷電源,同時將此用戶用電信息存入到外圍EEPROM芯片CAT 24WC02中。