设计题目

单相电子式电度表设计

学生姓名

学号

专业

电子信息工程

一、课题的目的意义：

电力是人类社会生存、进步和发展所不可缺少的一种重要能源，人类的所有活动几乎都与电有着密切的关系。电力给人类带来了一个崭新的飞速发展的时代，作为一种能源它不仅给人类带来光明,更重要的是酝酿并推动了现代化大生产和现代化科学技术，为人类创造了辉煌的物质文明和精神文明，使人类进入了现代化时代。

随着经济的发展，对电力的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整个电力企业的发展。电能表是电力企业施行收取电费和体现其经济效益的唯一的工具,其性能的稳定性，测量的可靠性以及测量精度的准确性等关系到电力部门的经济利益。

电表作为关乎民生的计量仪表，是电量计量和电费结算的必备工具。在国民经济各部门中得到了广泛的应用，但是长期以来，使用的都是机械式感应电度表，它存在很多缺点，例如笨重、需要人工抄表、防窃电性能低、精度低，因此很难满足现代化生产和生活对电表的要求。

本文基于非接触式IC卡技术设计了一种智能预收费电度表，能完成电能计量、IC卡预付费功能，克服了传统电表的缺点，能很好地适应现代化生产和生活需求，具有一定的实用价值。

二、资料调研分析：

在我国，居民日常使用电能的管理收费多年来一直采用先用、后抄、再付费的传统作业方式。据有关部门统计，仅抄表队伍的人数就数以万计，且人为抄收方式弊端多，工作效率低，给管理部门造成了人力、物力、时间上的极大浪费。同时，由于城市人口稠密，住宅分散，高层居民住宅不断增加，人工抄表不仅劳动强度大而且还有许许多多难以预料的问题。另外，用户欠缴、迟缴或漏缴税费等现象也时有发生。

随着微电子技术的迅猛发展，微控制器和大规模集成电路在电能计量领域的广泛应用，使电能表的技术水平和性能得到长足的发展，电能表也由过去的机械感应式电能表，发展到机电脉冲式、电子式。电子式预付费电能表综合了单片机技术、电子测量技术和智能卡技术，具有计量精度高、自身损耗低和可靠性高等特点。目前已出现了接触式IC卡预收费电度表，它使收费从过去繁琐的人工抄表、手工计价转变为用户持卡购电，实现了电费收缴管理自动化。但它不能解决无源(卡中无电源)和免接触等问题。

非接触式IC卡又称射频卡)是国外近几年发展起来的新技术，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源和免接触难题。射频卡无需专门的供电电源;它与读写器间无机械接触，避免了接触故障;它的表面无裸露芯片，可防水，且不易产生静电击穿及弯曲损坏等问题;射频卡使用时没有正反面。总之,非接触式IC卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特点。

基于非接触式IC卡的单相电子式预付费电度表符合当前国民生产和生活需要，应大力普及。

三、设计方案的可行性分析和预期目标：

（一）方案设计

（1）电能计量部分

电子式电能表是采用乘法器来实现电功率测量的。 被测电压和电流通过电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器，乘法器由电压和电流瞬时值相乘，输出一个与平均功率成正比的直流电压，然后利用电压/频率转换器，电压被转换成相应的脉冲信号，脉冲频率正比于平均功率：将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，得到相应的电能。

目前市面上有很多电能计量的专用芯片，能够满足本次设计需求，所以本次设计采用电能计量专用芯片来进行电能计量。

（2）预付费部分

预付费系统主要是利用 IC 卡实现先付费，再用电。相较于接触式IC卡，非接触式卡无需专门的供电电源；它与读写器间无机械接触，避免了接触故障;它的表面无裸露芯片，可防水，且不易产生静电击穿及弯曲损坏等问题，所以本次设计采用非接触式IC卡。

（3）系统结构

在综合了国内外电能计量、IC卡预付费研究的基础上，本文采用非接触式IC卡研制成功了智能预收费电度表。单相电子式预付费电度表系统主要包括预付费系统和电能计量系统两部分。预付费系统主要是利用IC卡实现先付费，后用电；电能计量系统完成电能计量、电能值显示、掉电保护、通断电控制、购电提醒等功能。本文设计了电能计量电路、单片机主控电路、显示电路、射频IC卡接口电路、电能储存器、掉电检测电路、磁保持继电器驱动电路、通信电路。

本文系统设计基于射频IC卡，以单片机为控制核心，通过电能计量专用芯片完成电能的准确计量，通过IC读写，实现先付费，后用电；通过通信模块实现电量不足时的智能提醒以及电量查询，通过外接EEPROM储存电能，通过外接时钟电路提供时钟信号，通过LCD1602显示用户用电信息，通过磁保持继电器实现通断电控制，通过外接电源电路供电，通过专用芯片实现掉电保护。

在硬件电路确定以后电能表的主要功能就要靠软件来实现，软件编写的好坏直接决定了电能表的功能．软件主要包括主程序、智能卡读写程序和电能计量程序．程序采用Ｃ51编写。

（二）预期目标：

本电度表能够通过电能计量电路对电能精确计量，达到二级表（误差为±2％）的精度；通过显示电路显示用户的用电信息；通过掉电检测电路实现掉电保护功能；通过磁保持继电器驱动电路进行通断电控制；通过通信电路实现电量不足时的短信提醒以及用户查询功能。

四、所需要的仪器设备、材料：

单片机、显示屏、电能计量专用芯片、IC卡、IC卡座、电量存储器、EEPROM、掉电保护专用芯片、磁保持继电器

五、课题分阶段进度计划：

序号

起止日期

工  作  内  容

阶段成果

1

1~2周

明确设计的任务及要求，查找、收集相关资料并对其进行分析

明确设计的任务及要求

2

3~4周

选择、论证、确定总体设计方案，完成开题报告。

完成开题报告

3

5周

电能计量电路设计

完成电能计量电路设计

4

6周

协调器电路设计

完成主控电路设计，并调试程序

5

7周

显示电路的设计

完成显示电路的设计

6

8周

射频IC卡接口电路的设计

完成射频IC卡接口电路的设计

7

9~10周

电能储存器、掉电检测电路的设计

完成电能储存器、掉电检测电路

8

11周

磁保持继电器驱动电路的设计

完成磁保持继电器驱动电路的设计

9

12周

仿真设计

完成仿真设计

10

13~14周

编写、调试程序

完成程序的编写、调试

11

15~16周

撰写论文，准备答辩

完成论文，准备答辩

12

17周

答辩

答辩

指导教师意见：

签字：

2022年   月    日