摘要：
介紹了一種新型智能電表的應(yīng)用系統(tǒng),并對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)計方法進(jìn)行了說明。給出了具體的電路原理圖及相關(guān)的主要軟件設(shè)計程序。
關(guān)鍵詞：
智能電表 單片機(jī) EEPROM 程序
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,智能電表應(yīng)用愈來愈廣泛,作為現(xiàn)在使用較為廣泛的IC卡電表系統(tǒng)的替代升級產(chǎn)品,智能電表在日本和歐美等發(fā)達(dá)國家已有了廣泛的應(yīng)用。我國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間段不同電價的計費(fèi),從而可實(shí)現(xiàn)用電監(jiān)管的智能化。本文將對硬件電路和相應(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。電力公司通過普通微機(jī)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(fā)送到電表費(fèi)率系統(tǒng),由費(fèi)率系統(tǒng)根據(jù)用戶購電信息來監(jiān)視用戶用電情況,完成計費(fèi),并在適當(dāng)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(jī)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(zhǔn)確無誤地將用戶購電信息用紅外方式發(fā)送到費(fèi)率系統(tǒng)。
- 在發(fā)送完用戶的購電信息后,系統(tǒng)將自動清除購電信息。
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在87C51內(nèi)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(nèi)的反相放大器構(gòu)成振蕩電路,用于為單片機(jī)提供時鐘信號。
- 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,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ATMEL公司生產(chǎn)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(yùn)行時所必需的信息。其中SDA為串行數(shù)據(jù)線,SCL 為串行時鐘線。
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)送的用戶購電信息;
- 將新收到的用戶購電信息與費(fèi)率系統(tǒng)的自有用戶用電信息進(jìn)行合并計算以得到新的信息;●動態(tài)計算以得出剩余電量,并在剩余電量到達(dá)警戒值時點(diǎn)燃LED管,以提醒用戶購電,并在超額用量電達(dá)到一定值時切斷電源。
電表費(fèi)率系統(tǒng)的電路原理如圖2所示。
其中PHILIPS SEMICONDUCTORS公司的高性價比單片機(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的時鐘/日歷芯片。用來提供時間信息,以供電力公司實(shí)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(shè)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(shè)計
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(jī)87C51中。87C51內(nèi)部工作部分主要完成將用戶購電信息進(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購電信息發(fā)送到電表費(fèi)率系統(tǒng)。并在確定用戶購電信息已無誤地被電表費(fèi)率接收后自動清零。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(jié)合24WC02中的本次購電后新存儲的日歷時間信息來動態(tài)計算用戶的用電信息,以完成在剩余電量到達(dá)警戒值時向用戶報警和在超出設(shè)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。