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)，并對該智能電表中的手持單元部分和費(fèi)率裝置部分的實際電路和設(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：

（1）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。

（2）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)。

（3）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。