摘 要

近年来，随着社会的快速发展和科技的显著进步，电度表的缴费方式变得更为方便与快捷。在现代化的大学校园里，学生宿舍的电表多采用非接触式IC卡为其预缴费，从而保证学生能随时购电，达到自动售退电、即时通断电的控制效果。这种电子式IC卡预付费系统的技术有效解决了在电力领域对电能计量、控制和管理的问题。

本论文对国内外电度表的发展状况进行研究，考虑到国内电力部门对高精度电表的现实需要，将理论与实际相结合，在技术上寻求解决电能表无接触和无源的方案，设计一种新型的智能电表——非接触式预付费电表。这种电表以STC89C52核心，加入卡读写模块，从而实现IC卡的读写功能，并控制液晶屏的显示、继电器的开闭，累计用电量的计算。此外，由于单片机具有记忆电路，可以实现电表信号的读、写操作，实时监控电表工作的电压与电流。至于软件方面，本次设计运用keil，proteus等实现仿真电表的工作过程，并将程序写入到电表中，使其具有电最计量及显示功能， 实现预收费，电量低于5度自动报警，抗干扰，掉电保护等一系列功能。

此外，本文将描述预付费系统的软件设计流程，将其中几个关键的功能模块重点介绍，详细阐述总体方案的设计和实施，电能计量方法以及非接触式IC卡技术的工作原理与应用。

关键词：非接触式IC卡 电度表 电能计量 单片机

Abstract

In recent years, with the rapid development of society and the remarkable progress of science and technology, the payment method of electricity meters has become more convenient and faster. In the modern university campus, the meter in the student dormitory is mostly prepaid by the non-contact IC card, thus ensuring that students can purchase electricity at any time, and achieve the control effect of automatic sale and de-energization and instant power-off. The technology of this electronic IC card prepaid system effectively solves the problem of energy metering, control and management in the power field.

This paper studies the development status of domestic and international electricity meters, taking into account the actual needs of high-voltage electricity meters in the domestic power sector, combining theory with practice, and seeking to solve the problem of contactless and passive energy meter in technology. A new type of smart meter - contactless prepaid meter. This type of electric meter is added to the card reading and writing module with the STC89C52 core, thereby realizing the reading and writing function of the IC card, and controlling the display of the liquid crystal screen, the opening and closing of the relay, and the calculation of the accumulated power consumption. In addition, since the MCU has a memory circuit, it can read and write the meter signal and monitor the voltage and current of the meter in real time. As for the software, this design uses keil, proteus, etc. to realize the working process of the simulated electric meter, and writes the program into the electric meter, so that it has the most electric metering and display function, realizes pre-charge, and the electric quantity is lower than 5 degrees automatic alarm. Anti-jamming, power-down protection and other functions.

In addition, this article will describe the software design process of the prepaid system, highlighting several key functional modules, detailing the design and implementation of the overall solution, the energy measurement method and the working principle and application of the non-contact IC card technology.

Key words : non-contact IC card; electricity meter; electric energy metering; single chip microcomputer

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1. 1 课题的来源及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1. 3 课题研究的主要内容 3

第二章 方案选择 4

2.1 单片机的方案选择 4

2.2 IC卡读写模块的选择 4

2.2.1 接触式IC卡 4

2.2.2 非接触式IC卡 5

2.3 显示模块的选择 5

2.4 电源电路的选择 6

2.5 预付费电能计量管理系统方案 6

第三章 硬件设计 8

3.1 单片机电路设计 8

3.2 IC卡读写模块设计 10

3.3 液晶显示模块设计 11

3.4 电源电路设计 12

3.5 继电器控制电路设计 12

3.6 电能计量模块设计 13

3.7 报警电路设计 14

第四章 系统软件设计 15

4.1 软件设计步骤 15

4.2 各控制程序设计 15

4.2.1 主程序设计 15

4.2.2 卡读写程序设计 17

4.2.3 液晶显示屏读写程序设计 18

第五章 系统调试 20

5.1 硬件调试 20

5.1.1 元件清单 20

5.1.2 硬件调试步骤 21

5.2 软件调试 22

5.2.1 开发环境Keil 22

5.2.2 程序下载 23

5.3 实物演示 23

第六章 总结 25

参考文献 26

致谢 28

附录一 硬件原理图 29

附录二 实物照片 30

附录三 软件程序源代码 31

第一章 绪论

1.1 课题的来源及研究意义

由于技术的限制，以往的电度表大都有抗电磁干扰能力差、数据不透明、充值方式不便捷等缺点，并且由于电表内部元件大多具有非线性的特性，导致电表的电压与电流的关系不再呈现出严格的正弦波的形式，最终产生了如测量精度下 滑，误差变大等一系列问题。更为致命的是当测量波形畸变较大时，电表甚至无法正常的工作。基于以上情况，旧式电表已不能承载超重负荷的电量测量。因此，当下急需改变这个现状，利用新技术合理利用电能，提高用电效率，从而改善电力消耗不均的现象。根据最新的调查结果显示，中国部分省市供电部门已开始逐步推广基于单片机的IC卡预付费电表，多速率电能表，电子多功能测量仪表和自动功率测量系统。这一系列新型电表的出现可以有效解决上述旧电表的缺点，除此之外更为均衡以及经济的用电方式是这些电表的又一大优势。

当今社会，经济的飞速发展与科技的巨大进步使人们日益增长的各类需求得以满足，在此背景之下，电度IC卡预收费系统应运而生。基于该系统，市场上出现了一种新型电表，具有实时计量和监控、先收费后使用和电源管理现代化等功能。这就是IC卡预付费电表，它使用IC卡作为电信号数据传输介质，并在电表（电子或机械电能表）上增加负载控制部分等功能模块，实现电能计算与电量抄送^[1]。

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