脈沖電能表設(shè)計(jì)論文.doc

目錄摘要.IABSTRACT.II1緒論.11.1電能表技術(shù).11.2預(yù)付費(fèi)電能表技術(shù)的發(fā)展.21.3設(shè)計(jì)任務(wù).32總體設(shè)計(jì)方案.42.1機(jī)電一體式預(yù)付費(fèi)電能表的工作過(guò)程.42.2機(jī)電一體式預(yù)付費(fèi)電能表各工作模塊的選擇.42.3IC卡技術(shù).72.3.1IC卡簡(jiǎn)介.82.3.2IC卡的分類.82.3.3IC卡內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)的劃分.93預(yù)付費(fèi)電能表的設(shè)計(jì).113.1預(yù)付費(fèi)電表的標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)指標(biāo).113.1.1預(yù)付費(fèi)電表的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).113.1.2預(yù)付費(fèi)電表的主要技術(shù)指標(biāo).123.2機(jī)電一體式預(yù)付費(fèi)電能表的硬件設(shè)計(jì).123.2.1微處理器AT89C51的介紹.143.2.2電源電路.173.2.3脈沖采集系統(tǒng).183.2.4顯示系統(tǒng).183.2.5斷電機(jī)構(gòu)控制電路.193.2.6信息存儲(chǔ)與交換系統(tǒng).204機(jī)電一體式預(yù)付費(fèi)電能表的軟件設(shè)計(jì).254.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).254.2電能表控制程序.254.2.1系統(tǒng)主程序.254.2.2脈沖處理子程序.274.2.3IC卡處理子程序.285系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì).305.1硬件抗干擾措施.305.2軟件抗干擾措施.30結(jié)束語(yǔ).32致謝.33參考文獻(xiàn).34附錄.36脈沖電能表設(shè)計(jì)摘要本課題針對(duì)目前城市居民多層建筑住宅群的電能計(jì)量現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種機(jī)電一體式預(yù)付費(fèi)電能表。該電能表能夠檢測(cè)和記錄用戶的有功電能，不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊、精度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有預(yù)付費(fèi)功能，進(jìn)而提高了電能利用率。本文首先綜述了電能表的發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了機(jī)電一體式電能表的功能與工作原理。然后，論文對(duì)電能表硬件電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，包括電源電路、電能計(jì)量模塊、脈沖發(fā)生裝置、存儲(chǔ)器、顯示電路、斷電機(jī)構(gòu)電路等。該電能表以AT89C51單片機(jī)為核心，具有數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在軟件上，主要介紹了主程序和電能脈沖的采集、數(shù)據(jù)顯示和插卡等子程序，并繪制了其工作流程圖。該課題的研究為電能計(jì)量和數(shù)據(jù)管理提供了一種新的技術(shù)手段，對(duì)提高合理利用電能和緩解電力供需矛盾具有重要意義。關(guān)鍵詞電能表單片機(jī)預(yù)付費(fèi)IC卡PULSEWATT-HOURMETERDESIGNABSTRACTThisprojectaimedaturbanresidentsmulti-storybuildingresidencesofmeteringstatusandproblems,designedamechatronicsprepaymentmeter.Thewatt-hourisabletodetectandrecordtheusersactiveenergy,notonlyhasacompact,highaccuracy,lowpowerconsumption,etc,butalsohastheprepaidfunction,therebyimprovingenergyutilization.Thispapersummarizesthedevelopmentstatusofmeter,andintroducestheintegratedmechanicalandelectricalenergymeterfunctionandworkingprinciple.Then,thepaperdesignofmeterhardwarewasdescribed,includingthepowersupplycircuit,powermeasurementmodule,pulsedevices,memory,displaycircuit,powersectorcircuit.ThepowermetertoAT89C51MCU,withdataprocessingcapability,theadvantagesofanti-interferenceability.Insoftware,introducesthemainprogramandtheenergypulseofacquisition,datadisplayandcardandothersubroutines,anddrawaflowchartofitswork.Thesubjectofstudyforenergymeasurementanddatamanagementoffersanewtechnicalmeans,toimprovetherationaluseofenergyandeasethepowersupplyanddemandsignificantcontradictions.KEYWORDS1緒論電力是人類社會(huì)生存、進(jìn)步和發(fā)展所不可缺少的一種重要能源，人類的所有活動(dòng)幾乎都與電有著密切的關(guān)系。電力給人類帶來(lái)了一個(gè)嶄新的飛速發(fā)展的時(shí)代，作為一種能源它不僅給人類帶來(lái)光明，更重要的是醞釀并推動(dòng)了現(xiàn)代化大生產(chǎn)和現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，為人類創(chuàng)造了輝煌的物質(zhì)文明和精神文明，使人類進(jìn)入了現(xiàn)代化時(shí)代。1.1電能表技術(shù)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力的需求量不斷擴(kuò)大，電力銷售市場(chǎng)的擴(kuò)大又刺激了整個(gè)電力企業(yè)的發(fā)展。電能表是電力企業(yè)施行收取電費(fèi)和體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益的唯一的工具，其性能的穩(wěn)定性，測(cè)量的可靠性以及測(cè)量精度的準(zhǔn)確性等關(guān)系到電力部門的經(jīng)濟(jì)利益，而電費(fèi)的核算及收繳的及時(shí)性、準(zhǔn)確性也已成為用電企業(yè)的重要課題。飛速發(fā)展的電力工業(yè)對(duì)電能的計(jì)量、控制以及管理也提出了越來(lái)越高的要求，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:第一，要使電能成為真正的商品，必須實(shí)現(xiàn)“先付費(fèi)后使用”，使得電力工業(yè)的發(fā)展有可靠的資金保障。第二，實(shí)施分時(shí)電價(jià)，高峰時(shí)電價(jià)上浮，低谷時(shí)電價(jià)下浮，科學(xué)合理、公平有效地削峰填谷，大大提高電網(wǎng)的負(fù)荷率，有效地解決電力供需矛盾。第三，通過(guò)遙測(cè)、監(jiān)控和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表功能，不僅節(jié)省大量的人力物力資源，而且還使抄錄的數(shù)據(jù)更多、更及時(shí)、更準(zhǔn)確。普通的電能表很難滿足以上要求。但是，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制與管理技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)深入到各個(gè)行業(yè)。電能表技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，由過(guò)去單一的機(jī)械感應(yīng)式電能表，發(fā)展到機(jī)電脈沖式電能表、電子式電能表。感應(yīng)式電能表利用金屬鋁轉(zhuǎn)盤中感應(yīng)的電流與通有交流電流的固定線圈的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)鋁盤旋轉(zhuǎn)，累計(jì)消耗的電能。脈沖式電能表又稱機(jī)電一體式電能表，它通常以感應(yīng)式電能表的電磁系統(tǒng)為工作組件，配以適當(dāng)?shù)拿}沖發(fā)生裝置構(gòu)成，就能輸出電能脈沖。電子式電能表用具有乘法功能的模擬乘法器電路或數(shù)字乘法器電路測(cè)量電功率，輸出對(duì)應(yīng)的脈沖或數(shù)字，對(duì)其累加，即得消耗的電能。電子式電能表沒(méi)有感應(yīng)式電能表的電壓、電流組件，鐵心和線圈等，因而自身的消耗小，對(duì)節(jié)能降耗也有著積極的意義。另外，電能表的功能也由過(guò)去單一的計(jì)量功能，擴(kuò)展為預(yù)付費(fèi)功能，復(fù)費(fèi)率功能，多功能等。1.2預(yù)付費(fèi)電能表技術(shù)的發(fā)展預(yù)付費(fèi)電能表起源于歐洲。二戰(zhàn)后，流動(dòng)人口很多，導(dǎo)致電力公司收電費(fèi)困難，為解決這個(gè)問(wèn)題，一些制造廠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)了預(yù)付費(fèi)電能表。在我國(guó)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，流動(dòng)人口在不斷地增加，一些用戶法制觀念淡薄，遲交電費(fèi)，拖欠電費(fèi)，不交電費(fèi)，甚至偷電、竊電的現(xiàn)象屢禁不絕，用電管理部門為此花費(fèi)大量的人力物力，但仍有數(shù)以億計(jì)的電費(fèi)收不上來(lái)。為解決收費(fèi)困難的問(wèn)題，預(yù)付費(fèi)的辦法和預(yù)付費(fèi)電能表便應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)際上預(yù)付費(fèi)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)過(guò)程，從最初的投幣方式過(guò)渡到磁卡方式，電鑰匙方式。到1989年末，西歐首先推出IC卡預(yù)付費(fèi)電能表，這是IC卡在電話、金融等領(lǐng)域后的又一成功地應(yīng)用。從1999年開始，代碼交換預(yù)付費(fèi)控制技術(shù)開始主導(dǎo)預(yù)付費(fèi)控制領(lǐng)域。預(yù)付費(fèi)電能表是在微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)的支撐下產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的。預(yù)付費(fèi)電能表具有高可靠性，高精度，自身功耗低，線性好，體積小，調(diào)整校驗(yàn)方便，造型美觀等特點(diǎn)，而且還能將電能計(jì)量與收費(fèi)結(jié)合起來(lái)。隨著電能表的應(yīng)用，電能表技術(shù)正向多元化方向發(fā)展。(1)利用低壓載波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抄表、通信以及數(shù)據(jù)交換的功能；(2)電能表能夠用于音頻接收控制，并實(shí)現(xiàn)家用節(jié)能電器的遠(yuǎn)程控制；(3)不必任何人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表的技術(shù)。可以利用無(wú)線車載抄表系統(tǒng)，只要沿街行駛便能接收電能表的高頻脈沖信號(hào)，通過(guò)無(wú)線通道發(fā)送到用電管理中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的電能計(jì)費(fèi)，或者利用紅外無(wú)線終端抄表機(jī)，電能表可以通過(guò)紅外線及確認(rèn)碼輸出各種電量參數(shù)至手持終