浅谈高校公寓电子式预付费电表的介绍与研究

时间：2021-01-04

朱鹍

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定201801

2. 系统设计与分析

预付费电度表虽然只是不同计量器具，但是由于微控制器的引入，对设计的要求就会很高。因为由电源引入的干扰很*导致程序出错，比如各种数据丢失、改变、微处理器死机等情况发生。在常年不间断运行的情况下要求设备高质量和高可靠的运行，尤其是在东北地区冬夏温差大的恶劣条件下。

2．1电能计量系统方案设计

对电流和电压分别采样，先通过模拟乘法器相乘，得到一个与功率P成正比的模拟电压(或是电流)，再利用V/F变换(或是I/F)变换成频率信号f，单片机对频率信号f进行累加，便可得到电能。系统框图如图1所示。采用这种方法硬件成本低、程序设计简单而且对CPU要求低，可以采用AT89S52单片机进行控制，而且现有集成电路SM99O3将模拟乘法器、低通滤波器和V/F变换器集成在一起，其性能指标远远**分立元件。并且采用集成的液晶显示屏大大降低了设备功耗，还可以显示数字，界面清晰、明了。

2.2预付费系统方案设计

IC卡可以作为销售电能的传输媒质，由于是学校内部进行购电因此可以采用非加密存储器式IC卡，这种卡内嵌入芯片为通用存储器芯片，主要特点是卡内嵌入通用EEPROM；卡内无安全控制逻辑，可对卡内部信息不受限制地任意存取；多采用2线串行通信协议(I2C总线协议)或是3线串行通信协议(SPI协议)采用这种方式的IC卡主要可以针对单位或是学校内部进行定量用电、标付款等应用。

2.3电能测量

电能测量利用集成电路SM9903，芯片内包含了四象限模拟乘法器、积分器、电压/频率转换器VFC、计数器(分频器)及控制逻辑，其能将正弦电压和电流相乘后转换为频率输出，单片机对输出的脉冲信号进行累计计数就能够得到电能数量。

3. 硬件电路设计

3.1控制电路设计

AT89S52是一种低功耗、COMS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。产品指令和引脚兼容MCS51系列单片机。片内Flash允许程序存储器在系统可编程。AT89S52包括：8KFlash存储器，256字节RAM，32位I/O端口，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，1个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。AT89S52还可以可降至0H z静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU在停止工作时，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

系统中复位电路和震荡电路是要有的，采用按键式复位电路，晶振采用12M Hz频率。单片机的31个引脚EA/上加一个高电平，14个定时/计数器T O上接一个型号为TL521的光耦，利用这个光耦将SM9903输出的频率信号进行累加计算。

3.2电能计量电路设计

电能计量电路采用了电度表**集成电路SM9903。SM9903采用3tzm硅栅BICMOS工艺制成。电路设计，内部集成有缓冲放大器、乘法器、V/F型A/D转器等电路。模拟部分SM9903和数学部分可分开供电，所以可靠性较高。封装采用DIP30塑封。

3.3显示电路设计

显示部分采用SMG12232B-2液晶显示屏，显示各种信息。SMG12232B-2液晶显示屏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，屏幕分辨率为122×32点阵。SMG12232B-2液晶显示屏与单片机之间采用总线方式连接。在单片机AT89S52的每条数据总线上都加一个1OkQ上拉电阻然后再和液晶屏的每个数据引脚连接；液晶屏的片选信号CS2、CS1和数据/命令选择端AO分别与单片机的P2．2、P 2．1、P2．0连接；写信号WR/和读信号R D/分别与单片机的写信号WR/和读信号RD/连接；复位段RST则可以通过按键连接高电平或是直接接地；背光源驱动电压输入端EL+和EL一则可以通过一个电位器接电源，调节屏幕亮度。

3.4 lC卡接口电路

IC卡接口电路用于存储由售电管理系统写入的密码、卡号、电度数等，是公寓管理部门管理每个学生公寓的主要途径。必须提高Ic卡操作的可靠性，要求有卡上下电控电路、卡插入检测电路、卡短路检测电路等辅助电路，结合汇编程序设计可以进一步加强IC卡的读写准确性和可靠性。在电路设计上可以利用单片机的P 1．6控制IC卡座电源的通断，利用P1．5检测IC卡电源有无短路现象发生，防止潮湿或人为造成的破坏。

3.5掉电检测电路设计

掉电检测电路设计比较简单，可以利用一片L M 393电压比较器来完成。电路中利用一个基准电压LM336给比较器LM 393的反向输入端提供一个基准电压Vz，在同向输入端输入一个电源电压的参考值，当电源正常时V一<V+则LM393将会输出一个高电平，反之当电源断开时则会输出一个低电平。将L M 393输出的电平送人单片机的P3．2作为断电检测信号。

3.6磁保持继电器驱动电路设计

磁保持继电器能在脉冲的作用下进行动作，并在无电源消耗的情况下长期保持在一定的位置，即保持在末尾一个脉冲指令的状态。由于具有双稳态和记忆的功能，且能耗低，因此磁保持继电器广泛运用于航天、铁路以及电气测量等领域。磁保持继电器正常工作时不需要加驱动电流，只在需要改变触点状态时加上200ms的反向脉冲即可。随后不需要任何驱动。这就大大节省了能量，降低了消耗。

H桥电路在驱动信号的驱动下，使继电器线圈通过双向脉冲电流，从而改变继电器的通断状态。作为负载的磁保持继电器内部是感性线圈，通态电阻较小，且负载上面的电流、电压不能突变。因此H桥主电路的MOSFET端设计常见的RCD吸收电路。同时，考虑到磁保持继电器是脉冲驱动，对电源的要求不高，所以这种驱动电源设计简单可靠、成本低廉、体积小，尤其适合于预付费电能计量系统。分别利用单片机的I/O端口P 1．0和P 1．1作为磁保持继电器的驱动信号。

作者简介：朱鹍，女，就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为企业能源管控

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