摘要：
介绍了一种新型智能电表的应用系统,并对该智能电表中的手持单元部分和费率装置部分的实际电路和设计方法进行了说明。给出了具体的电路原理图及相关的主要软件设计程序。
关键词：
智能电表 单片机 EEPROM 程序
随着国民经济的发展,智能电表应用愈来愈广泛,作为现在使用较为广泛的IC卡电表系统的替代升级产品,智能电表在日本和欧美等发达国家已有了广泛的应用。我国也有厂商正在积极研制商品化的智能电表产品。本文介绍一种新型智能电表的电路构成和软件设计方案。
该智能电表属机电式智能电表,它由硬件电路、相应软件及发行系统三部分构成,可实现某一电力公司不同时间段不同电价的计费,从而可实现用电监管的智能化。本文将对硬件电路和相应的软件系统加以介绍。
1 电表硬件装置
本电表装置的硬件包括接口卡、手持单元及电表费率系统三部分。通过插在微机扩展槽的接口卡,可用手持单元实现与普通微机的连接。电力公司通过普通微机串口输入用户购电信息到手持单元部分,用户再将购电信息用手持单元发送到电表费率系统,由费率系统根据用户购电信息来监视用户用电情况,完成计费,并在适当时候提醒用户购电。
1.1 手持单元
手持单元部分的电路原理图如图1所示。
它要完成以下功能：
- 通过串口接收由微机程序输出的用户购电信息,并将该用户购电信息存储并加密。
- 准确无误地将用户购电信息用红外方式发送到费率系统。
- 在发送完用户的购电信息后,系统将自动清除购电信息。
在图1中,Intel公司的单片机87C51为完成该部分功能的主体器件,手持单元部分的功能由存储在87C51内的软件程序完成。需用87C51的主要引脚功能说明如下：
- 外接晶振引脚XTAL1和XTAL2可与87C51片内的反相放大器构成振荡电路,用于为单片机提供时钟信号。
- RST/VPP是单片机的复位输入端,也是掉电方式下内部RAM的Vpp供电端。
- P1引脚为输入/输出口,它内部带有上拉电阻,为8位I/O口。在EEPROM编程和程序验证时,该引脚用于接收低8位地址。
- RXD（P3.0）引脚为串行输入口。
- TXD（P3.1）引脚为串行输出口。
87C51的RST引脚外接复位电路,P1.2引脚外接发射电路,P1.3引脚外接接收电路。24C01A为美国ATMEL公司生产的 EEPROM,是一个容量为1k比特（128×8）的双线串行接口CMOS存储器。用于存储软件程序运行时所必需的信息。其中SDA为串行数据线,SCL 为串行时钟线。
1.2 电表费率系统
电表费率系统需要完成的功能主要如下:
- 接收手持单元发送的用户购电信息;
- 将新收到的用户购电信息与费率系统的自有用户用电信息进行合并计算以得到新的信息;●动态计算以得出剩余电量,并在剩余电量到达警戒值时点燃LED管,以提醒用户购电,并在超额用量电达到一定值时切断电源。
电表费率系统的电路原理如图2所示。
其中PHILIPS SEMICONDUCTORS公司的高性价比单片机P87LPC764为完成该部分功能的主体器件。单片机P87LPC764自带内部6MHz的RC振荡器、内部看门狗电路和内部复位电路,具有较强的抗电磁干扰能力和较小的工作电流。
PCF8583为PHILIPS SEMICONDUCUORS公司的自带240×8位RAM的时钟/日历芯片。用来提供时间信息,以供电力公司实行分时电价策略。它可存储4年的日历时间信息,也可通过编程设置它的日历时间信息功能。
CAT24WC02是一种真正的0功耗EEPROM芯片,采用I2C总线接口,具有100万次擦写寿命。
2 智能电表的软件设计
手持单元部分的软件程序包括微机串口通信、87C51内部工作和手持单元数据发射三部分。
微机串口通信部分主要完成将用户购电信息通过串口异步通讯适配器UART输出到手持单元部分的单片机87C51中。87C51内部工作部分主要完成将用户购电信息进行加密工作。
手持单元数据发射程序主要完成将加密后的用户购电信息发送到电表费率系统。并在确定用户购电信息已无误地被电表费率接收后自动清零。它的程序流程图如图3所示。
单片机P87LPC764工作程序主要用来完成接收加密后用户购电信息,并解密用户购电信息,再将用户购电信息与EEPROM外围存储器 CAT24WC02中所存储的上次用电剩余信息相加,以得到用户本次购电后的最新用电信息,并结合24WC02中的本次购电后新存储的日历时间信息来动态计算用户的用电信息,以完成在剩余电量到达警戒值时向用户报警和在超出设定值时切断电源,同时将此用户用电信息存入到外围EEPROM芯片CAT 24WC02中。