电气工程系毕业设计方案Word格式文档下载.docx

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低功耗智能IC卡电表电能采样单片机

第一章序言

长期以来，我国生产的交流电表均为感应式机械电表，几十年来不得不采用人工抄读电表的原始方式。

目前全国大部分电力公司、电业局完成了用电营业计算机管理系统的开发和应用。

但作为用电管理最重要也是最基础的用电数据仍采用原始落后的人工抄收的方法，不但劳动强度大、效率低，而且还会存在抄表不到位、估抄、漏抄、错抄、错算及抄表周期长等问题，对窃电的防治更无从谈起在社会走向信息化，网络化，电力系统大踏步现代化的今天，手工抄表更是与无人值班等高度的自动化形成了鲜明对比，成为制约供电系统现代化管理的一大障碍。

就系统的完整性而言，电力系统从发电，配电，传输一直到区域变电所已基本实现网络化管理，而唯独用户终端没有和网络连接上，造成了系统的不完整，直接或间接的影响了系统潜能的发挥。

正是由于以上背景，智能IC卡电表应运而生。

而IC卡作为一种高效、安全、方便、实用的新型信息载体，正以不可抵挡之势风靡世界，科技界对采用IC卡技术的智能水表、煤气表、热量表及电能表进行了广泛的研究，并取得了很大的进步，使得这些技术越来越成熟。

智能IC卡电表不但能实现用电收费的电子化，而且还改变了先用电后收费的不合理状况，让电能真正成为商品，变被动为主动，完善电力销售环节，从根本上解决了人工抄表收费耗工费时的弊端，特别是可杜绝拖欠电费现象，加速电力资金回笼，从而实现用户自我服务，改善供需关系，促进用电计量、收费的科学化管理。

普及智能IC卡电表是提高现代化管理的最佳途径，推广使用势在必行。

而在计算机技术、网络技术及数据库技术的发展背景下，为电能计量收费管理引入现代管理信息系统概念，更是使智能IC卡电能表的广泛应用如虎添翼，使电力工业在现代化管理的步伐上取得了很大的提高，在社会生产力的发展上也起到了积极的作用。

第二章课题的目的

IC卡的使用与其应用系统是密切相关的。

一方面，采用IC卡可以使系统的运作更富创造性；

另一方面,应用系统又会不断地对IC卡提出新的要求，促使其功能更加完善。

因此怎样把IC卡与实际应用有机地结合起来。

充分发挥IC卡的优越性，一直是IC卡技术的一个重要课题。

智能IC卡电表就是IC卡技术的一种实际应用。

因此成为相关科研单位关注的重点，具有很好的经济效益与社会效益。

本课题的目的是要设计一个能够为用户提供一个设计先进、技术含量高、功能完备、计量准确、性能可靠、体积小、显示直观、外形精美以及安装便捷、使用方便的IC卡智能电表，智能IC卡电表收费系统的出现，解决了有些用户偷电的问题，使得收费方式更加方便、灵活，提高了物业管理水平。

智能IC卡电表具有成本低、可靠性高、使用寿命长、安全性高等优点，并可提高居民用电收费的管理水平，确保供电部门能及时收到电费，智能IC卡电表是将传统的电能表的机芯和高水平的测控电路集成在一个整体的表壳内，既保持了计量精度，又具备了表计运行状态的自动化管理功能。

同时能杜绝人为破坏系统和私自开启IC卡控制系统导致的控制失灵行为。

这种IC卡智能电表，由IC卡、控制器、单片机组成，其解决的关键问题有液晶显示总用电量和IC卡余额;

实行预付电费的体制，改变了普通电表抄表收费困难的现象；

电价由供电公司根据市场写入；

能有效地识别非法的IC卡电表，数据传输纠错能力强，解决偷电等问题；

有效抑制用户的非法用电现象，提供声音报警和供电管理；

由电池供电，尽量降低了该系统的消耗；

本设计属于实用型设计，据有设计合理、安全可靠、技术性能优良、低功耗、功能齐全、适用性强以及成本低等优点，为供电系统的现代化管理提供了一套很先进的技术。

第三章电表的发展及IC卡的介绍

3.1电表概述

电能测量仪表——电表，是社会拥有量相当多的计量仪表，它是一种计量某一段时间内通过的电能累计值的表计。

普遍应用的是感应式电能表，它是在1889年人们根据意大利的费拉里斯教授最早提出的感应式电能表原理而设计制造而成的，到19世纪末形成了较完整的感应式电能表的基本制造理论。

到目前为止感应式电能表的制造技术己相当成熟，价格较低，经久耐用，平均使用寿命超过10年。

但由于受到其原理和结构等因素制约，要进一步提高计测精度和扩展功能是有限度的。

3.2电能表在我国的发展情况

我国电能表行业，已有近40年的生产历史，产品达几十种，目前国内己获取生产许可证、定点的电能表厂家达70多个，具有年产4500万只电能表的生产能力。

但是，由于任务不足且国际市场打不进去，出口量很小，多年来实际产量不足2500万只。

我国电能表行业多年来产品结构不良、性能不稳、寿命短，因而长期坐失从国际市场获取巨大经济效益的良机。

即便在国内市场中也因产品结构落后，性能与质量欠佳，销售价格不合理，而使一批骨干企业连年亏损。

尤其近些年，DD28型等一批老电能表，虽定型生产多年，但限定售价过低，多数企业不盈利，甚至连年亏损。

1987年电力部统一组织设计、推广的DD862型新电能表，技术性能虽较DD28表稍有改进，但自耗电能近2W，比DD28高近一倍，售价也从DD28表的28元/只提高到68元/只，用户一时难以接受。

故几年来一直推广不开，形成目前的“老表生产停不了，新表生产没人要”的僵持局面。

为了改进和提高国产电能表的质量和技术性能，从1984年开始，国内各大电能表生产企业和研究所都对新型电能表的改进和开发做了很多努力，同时也取的了不少进步。

电能表更新工作经过几年的波折之后，目前正逐步走向正轨，市场也正在逐渐复苏。

一些产品的更新工作，已经引起了产、购、销部门乃至社会上许多单位的极大关注。

几年来电能表生产厂及其主管部门，对用户和市场反映出来的该产品在设计、生产、使用和销售等环节存在的问题非常重视，及时进行协调、解决，使得产品质量在原有的基础上不断提高。

当前大部分生产厂家在不断提高产品质量的同时，不断扩大生产能力，上海电度表厂、杭州仪表厂、江北机械厂、长沙电表厂、苏州红旗电表厂、上海第五电表厂、无锡市电度表厂、哈尔滨电表仪器厂等主要生产厂家的生产能力都在几十万只，生产规模不是很大。

目前国内智能电度表从结构上大致可分为机电一体式和全电子式两大类。

机电一体式即在原机械式电度表上附加一定的部件，使其既完成所需功能，又降低造价且易于安装，一般而言其设计方案是在不破坏现行计量表原有物理结构。

不改变其国家计量标准的基础上加装传感装置，变成在机械计度的同时亦有电脉冲输出的智能表，使电子记数与机械记数同步。

其计量精度一般不低于机械计度式计量表。

这种设计方案采用原有感应式表的成熟技术，多用于老表改造。

全电子式则从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件。

从而取消了电表上长期使用的机械部件，与机电一体化电度表相比具有电表体积减小，可靠性增加,更加精确，耗电减少，并且生产工艺大大改善，不必只在原有意义上的专业电度表厂生产等优越性，最终会取代带有机械部件的计量表。

3.3我国电能表收费和管理现状

我国目前流行的抄表收费管理方式主要是以下三种：

1.人工抄表收费方式。

用户安装的是普通电能表（如感应式电能表），在固定时间内由管理人员上门抄表和收费。

其优点是：

电表的成本低，采用付费方式已为普通用户所习惯，更易接受，基本不存在用户电源被切断的问题；

缺点是需要管理人员多工作量大而又十分繁琐，而且容易出错。

此外，目前人们工作繁忙，很多楼宇又装有防盗门锁，收费工作更加不便。

2.自动抄表收费方式。

用户安装的是具有通信能力的电能表（如电子式电能表），通过通信网络系统自动完成用户电表的数据抄收，再通过金融网点方式以自动或人工方式完成缴费。

这种方式的优点是自动化程度高、节省人力；

但是缺点是技术难度高，通信网络建设及维护成本大。

此外电力部门也曾先后试用过无线抄表系统、集中抄表系统、联网式抄表收费系统、融卡式电表等。

其中有的没有从根本上摆脱抄表的麻烦，有的系统过于复杂成本高而不实用。

3.IC卡收费方式。

用户安装智能IC卡电表，以IC卡为收费载体，在用户和电力管理部门之间传递信息，实现电费的抄收和缴费工作，从而实现了抄表、收费和控制三位一体，彻底杜绝了欠费现象的发生，而且管理人员少和管理费用低。

通常，智能IC卡电表管理模式如图2.1所示。

图3.1智能IC卡电表管理模式

纵观以上三种方式，在我国占主导地位的还是最原始的人工抄表、按户收费的方式，这种落后的入户查表收费管理模式与现代经济的发展和市场经济时代很不相称，而IC卡技术的发展，采用IC卡为收费传递媒介的收费管理模式以其独有的优势与特点，正得到越来越多用户的认可。

3.4IC卡技术

IC（IntergratedCircuitCard）卡即集成电路卡。

尺寸通常为信用卡的大小。

ID-1的ISO/IEC7810标准定义为85.60 

×

53.98毫米。

另一种流行的ID-000尺寸是25 

15毫米（常用的SIM卡）。

两者都是0.76毫米厚。

包含一个安全系统的防干扰性能（例如，一个安全的密码，安全文件系统，人类可读的功能），并有能力提供安全服务（如对信息保密的记忆）。

自动化芯片是由德国的火箭科学家HelmutGrö

ttrup和他的同事Jü

rgenDethloff在1968年发明，最后在1982年获得审批的专利。

它的首次大规模使用是始于1983年法国用来缴付电话费。

实际上RolandMoreno于1974年已经取得记忆卡的概念型专利。

1977年，来自HoneywellBull的MichelUgon发明了首个智能IC卡微处理器。

1978年，Bull获得可定义必要结构、可自动编程的SPOM（自可编程单片机）芯片的专利。

三年后，摩托罗拉公司在此基础上发明了第一个CP8芯片。

与目前使用较多的标识卡（如磁卡、条码卡和凸字卡等）相比，IC卡具有以下特点：

1.存储容量大：

智能卡的容量可以做到几千个字节，能为信息处理及一卡多用提供方便。

2.防磁、防静电、抗干扰能力强，抗破坏性和耐用性高：

智能卡是由硅片来存储信息的，可以保证卡的抗磁性、抗静电及抗各种射线的能力。

而且由于硅片的体积很小，里面有环氧层的保护，外面有PCB板及基片的保护，因此，抗机械和抗化学破坏能力也很强。

现在智能卡的信息保存期都在100年以上，而且读写次数高达10万次以上，一张智能卡至少可以使用10年。

3.数据安全可靠，保密性强。

4.对网络要求不高，系统设计和使用比较方便。

5.读写机构简单、可靠、造价便宜。

第四章智能IC卡电表的硬件组成

本章主要介绍全电子式智能IC卡预付费电能表的硬件组成结构。

IC卡电能表作为一种智能仪器，需要在硬件电路设计中采用模块化设计方法。

它以AT89C2051单片机为核心，利用AD7750实现电能采样