基于单片机的IC卡式预付费电度表设计与实现

　　本论文主要研究IC卡式单片机预付费电度表，分别对电能计量、预付费系统、控制电路、显示、IC卡接口等方面进行了深入研究，并增加采用IC卡付费和掉电保护功能。

　　预付费电度表的设计任务是实现相关的功能及要求，符合现实生产生活的需要。其必须满足具备以下一些要求和功能：

　　（1） 电能计量准确、精度高、要求至少达到二级表（误差为2%）的精度；

　　（2） 用户将存有电能的IC卡插入卡槽，卡中电能被读入表中，同时把IC卡清”0”；

　　（3） 专卡专用。当有非本机卡或异物插入卡槽时，能及时发现，切断卡座的供电，并在液晶显示屏上给出相应的汉字提示信息，且保密性高；

　　（4） 电度表正常工作时，液晶显示剩余电能值、已用电能值，并随时改写剩余电能和已用的工作是否正常及用电负荷的大小；

　　（5） 当表内剩余电能不足20KW.H时，在液晶显示器上显示“请及时购电”以提醒用户余电不多，及时购电；

　　（6） 当表内剩余电能为0时，自动断电，这时用户不能用电。在用户将重新购电的IC卡插入槽中时，表完成上述第一项的功能，恢复供电；

　　（7） 有负荷限制功能：当用户电流大于25A时自动断电，1min后恢复供电；

　　（8） 具有掉电保护功能：掉电时，自动把剩余电能从RAM转储在EEPROM中。

　　预付费电度表的设计主要内容包括电能计量系统设计和预付费系统设计两方面的内容。此处，预付费系统并非本论文讨论的重点。但是为了描述的方便，我们从整体上进行考虑，具体分硬件设计和软件设计等两个方面进行讨论。

　　［1］硬件设计

　　预付费电度表根据设计任务的需要，其硬件电路主要包括电能计量电路、控制电路、显示电路、IC卡接口、电能存储器、掉电检测和电源等模块。

　　电能计量电路：采用电子电度表专用集成电路SM9903。芯片内部包含了模拟乘法器、电压N频率转换器、VFC、计数器（分频器）及控制逻辑。

　　控制部分为整个电能表的心脏，实现电能脉冲、掉电信号、IC卡信号、串行EFPROM数据的采集和读写，完成显示驱动模块的控制和继电器的驱动等功能。

　　显示电路：采用液晶显示，其特点是显示内容丰富（可显示汉字），功耗小，可靠性高，电路简单。

　　IC卡接口电路：采用Atmel公司的存储IC卡AT23C01，用于存储由售电管理系统写入密码、卡号、电度数等。

　　［2］软件设计

　　硬件是系统的基础，则软件是系统的灵魂。本系统的软件设计主要依托于硬件设计，采用模块化编程，可分为系统初始化程序、主程序MAIN、IC卡检测及读写程序、定时器0中断服务程序、外中断0服务程序（掉电保护）等。

　　方案二：模数转换式

　　对电流和电压分别采样，再通过A/D转换器转换成数字信号，然后送入单片机进行相乘运算。并在CPU中设置一个定时器定时对功率进行累加，其系统如图2-1所示。

　　图2-1 方案二的系统图