电子式三相IC卡预付费电能表的设计与研究

论文摘要

预付费技术,是我国近几年形成的新型技术领域,旨在解决公共事业领域收费难(特别是在人口流动频繁的地区)的问题。预付费控制技术已经产品化,并形成了一个新兴产业。预付费电能表可以将供电部门的收费方式由过去的上门查表收费改变为由用户主动缴费,免去了供电部门抄表的繁重工作,而且电能表由单片机智能控制,大大减轻了供电管理人员的工作量,它的采用将在很大程度上解决长期困扰我国供电部门的收费难问题。在预付费电能表中,购电介质有多种,IC卡是使用最为普遍的一种。IC卡具有读写方便、可靠性高、安全性好、易于实现智能控制等突出优点,使用IC卡预付费电能表可以获得可观的社会效益及经济效益。本文首先论述了电力系统常用的数字化测量算法,对电力系统交流采样算法和测频算法做了初步的探讨。由于本设计中要使用到接触式IC卡以及微型计算机的串行通信技术,因此对于它们的介绍和深入理解也是非常必要的。电子式三相IC卡预付费电能表的详细设计是本文的重点。电子式三相IC卡预付费电能表以专用电能计量芯片ATT7022A为核心,利用IC卡作为电能表用户与供电管理部门之间传递信息的媒介,采用磁保持继电器控制供电回路的通断状态。本文从硬件和软件两个方面对该仪表系统的设计进行了较为全面的阐述。说明了电能表主要元器件的选择,并给出了各部分接口电路的电路原理图。使用C语言进行了电能表各功能模块的软件编程,并给出了主程序及各中断子程序的程序流程图。电能表在使用中经常会受到电网和其他一些外界因素的干扰,因此对整个电能表系统的抗干扰性有很高的要求。本文最后一章对单片机系统的抗干扰技术及常用方法做了介绍,并介绍了这些技术在本系统设计中的应用。本文在结论中阐述了需要进一步完善的内容和解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 电能计量技术及装置的发展历程
• 1.3 本人的主要工作
• 第2章 电力参数数字化测量算法的研究
• 2.1 概述
• 2.2 电力系统的交流采样算法
• 2.2.1 电力系统电流、电压的数学模型
• 2.2.2 常用的交流采样算法
• 2.3 电力系统的测频算法
• 2.3.1 测周法
• 2.3.2 傅立叶变换法
• 第3章 串行总线与IC卡技术
• 3.1 串行总线技术
• 3.1.1 串行总线技术概述
• 3.1.2 SPI总线
• 2C总线'>3.1.3 I²C总线
• 3.1.4 1～Wire总线
• 3.2 IC卡技术
• 3.2.1 IC卡概述
• 3.2.2 IC卡的分类
• 3.2.3 接触式IC卡
• 3.2.4 SLE4442逻辑加密卡
• 第4章 电子式三相IC卡预付费电能表的硬件设计
• 4.1 概述
• 4.2 电能表的总体方案设计
• 4.3 电能表主要芯片的选型
• 4.3.1 微处理器的选择
• 4.3.2 电能计量芯片的选择
• 4.3.3 IC卡的选择
• 4.3.4 时钟芯片的选择
• 4.3.5 继电器驱动芯片的选择
• 4.4 各部分硬件电路的连接
• 4.4.1 互感器及信号调理电路
• 4.4.2 电能芯片与微处理器的接口
• 4.4.3 IC卡与微处理器的接口
• 4.4.4 实时时钟的接口电路
• 4.4.5 LCD模块的接口
• 4.4.6 继电器接口电路
• 4.4.7 电源电路
• 第5章 电子式三相IC卡预付费电能表的软件设计
• 5.1 主程序的设计
• 5.2 中断服务程序的设计
• 5.2.1 IC卡中断程序
• 5.2.2 定时读电能芯片中断程序
• 5.2.3 LCD显示中断程序
• 第6章 单片机系统的抗干扰技术研究
• 6.1 干扰产生的原因及危害
• 6.1.1 单片机系统抗干扰的重要性
• 6.1.2 干扰产生的原因
• 6.1.3 干扰的危害
• 6.2 干扰分析
• 6.2.1 干扰的基本要素
• 6.2.2 干扰的分类
• 6.2.3 干扰的主要祸合方式
• 6.3 硬件抗干扰技术
• 6.3.1 硬件抗干扰技术的原理和方法
• 6.3.2 电子式三相IC卡预付费电能表设计中的硬件抗干扰措施
• 6.4 软件抗干扰技术
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况