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一种新型智能电表的研制 作者：西安电子科技大学 倪修建 来源：《国外电子元器件》 摘要：介绍了一种新型智能电表的应用系统，并对该智能电表中的手持单元部分 和费率装置部分的实际电路和设计方法进行了说明。给出了具体的电路原理图及相 关的主要软件设计程序。 关键词：智能电表单片机 EEPROM 程序 随着国民经济的发展，智能电表应用愈来愈广泛，作为现在使用较为广泛的IC 卡电表系 统的替代升级产品，智能电 表在日本和欧美等发达国家 已有了广泛的应用。我国也 有厂商正在积极研制商品化 的智能电表产品。本文介绍 一种新型智能电表的电路构 成和软件设计方案。 该智能电表属机电式智 能电表，它由硬件电路、相 应软件及发行系统三部分构 成，可实现某一电力公司不 同时间段不同电价的计费， 从而可实现用电监管的智能 化。本文将对硬件电路和相应的软件系统加以介绍。 1 电表硬件装置 本电表装置的硬件包括接口卡、手持单元及电表费率系统三部分。通过插在微机扩展槽的 接口卡，可用手持单元实现与普通微机的连接。电力公司通过普通微机串口输入用户购电信息 到手持单元部分，用户再将购电信息用手持单元发送到电表费率系统，由费率系统根据用户购 电信息来监视用户用电情况，完成计费，并在适当时候提醒用户购电。 1.1 手持单元 手持单元部分的电路原理图如图1 所示。 它要完成以下功能： （1）通过串口接收由微机程序输出的用户购电信息，并将该用户购电信息存储并加密。 （2 ）准确无误地将用户购电信息用红外方式发送到费率系统。 （3 ）在发送完用户的购电信息后，系统将自动清除购电信息。 在图1 中，Intel 公司的单片机87C51 为完成该部分功能的主体器件，手持单元部分的功能 由存储在87C51 内的软件程序完成。需用87C51 的主要引脚功能说明如下： ●外接晶振引脚XTAL1 和XTAL2 可与87C51 片内的反相放大器构成振荡电路，用于为单 片机提供时钟信号。 ●RST/VPP 是单片机的复位输入端，也是掉电方式下内部RAM 的Vpp 供电端。 ●P1 引脚为输入/输出口，它内部带有上拉电阻，为8 位I/O 口。在EEPROM 编程和程序 验证时，该引脚用于接收低8 位地址。 ●RXD （P3.0 ）引脚为串行输入口。 ●TXD （P3.1 ）引脚为串行输出口。 87C51 的RST 引脚外接复位电路，P1.2 引脚外接发射电路，P1.3 引脚外接接收电路。 24C01A 为美国ATMEL 公司生产的EEPROM ，是一个容量为1k 比特（128×8）的双线串行接 口CMOS 存储器。用于存储软件程序运行时所必需的信息。其中SDA 为串行数据线，SCL 为 串行时钟线。 1.2 电表费率系统 电表费率系统需要完成的功能主要如下: ●接收手持单元发送的用户购电信息； ●将新收到的用户购电信息与费率系统的自有用户用电信息进行合并计算以得到新的信 息；●动态计算以得出剩余电量，并在剩余电量到达警戒值时点燃LED 管，以提醒用户购电， 并在超额用量电达到一定值时切断电源。 电表费率系统的电路原理如图2 所示。 其中PHILIPS SEMICONDUCTORS 公司的高性价比单片机P87LPC764 为完成该部分功能 的主体器件。单片机P87LPC764 自带内部6MHz 的 RC 振荡器、内部看门狗电路和内部复位电路，具有较 强的抗电磁干扰能力和较小的工作电流。 PCF8583 为PHILIPS SEMICONDUCUORS 公司的 自带240×8 位RAM 的时钟/ 日历芯片。用来提供时间 信息，以供电力公司实行分时电价策略。它可存储4 年的日历时间信息，也可通过编程设置它的日历时间 信息功能。 CAT24WC02 是一种真正的0 功耗EEPROM 芯 片，采用I2C 总线接口，具有100 万次擦写寿命。 2 智能电表的软件设计 手持单元部分的软件程序包括微机串口通信、 87C51 内部工作和手持单元数据发射三部分。 微机串口通信部分主要完成将用户购电信息通过 串口异步通讯适配器UART 输出到手持单元部分的单 片机87C51 中。87C51 内部工作部分主要完成将用户 购电信息进行加密工作。 手持单元数据发射程序主要完成将加密后的用户 购电信息发送到