某某开题报告

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1、南昌工程学院2009级毕业（设计）论文开题报告信息工程学院系（院） 电子信息工程专业题目 基于单片机的智能IC卡电表设计（硬件系统）学生姓名班级学号2009100234指导教师欧阳瑾日期 2012 年 12 月 21 日南昌工程学院教务处订制题目：基于单片机的智能IC卡电表设计（硬件系统）一、选题的依据及课题的意义电表尤其是智能电表是我国电工仪表行业中产量最大的产品。近年来，我国电力建设 发展迅速，电网改造在有些地区已初步完成，用户不仅要求有电用，而且要求用高质量的 电，享受到更好的服务。提高电力部门电费实时性结算水平，建立区域乃至全国统一的电 力大市场已成为所有电力部门的共识。由带来的对传统

2、结算手段的改进。人工手工抄表工 作量大，工作效率低，同时也容易出现混淆、错误，也容易导致用户与供电企业的纠纷。 鉴于此，目前市场上已出现无线（或者有线）抄表的电表和IC卡电表。国家连续出台的多项 与电表行业发展相关的政策以及房地产产业的迅速发展，为电表需求的上升及保持行业发 展的相对稳定起到了一定的保障作用。目前国外智能电表的大规模推广为全球智能电表行业的发展注入了新的活力。国家电 网公司制定建设统一智能电网的规划，也给国内计量和用电信息采集设备、系统的开发带 来了前所未有的机遇。随着智能电网建设步伐的加快，国内厂商在智能电表领域的研究和 推广必将掀起新的热潮。各种新材料、新技术、新工艺的采用

3、也必将极大地提升国内表计 设备的整体水平，从而为我国智能电网的发展提供坚强的技术保障。随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、 自动抄表等产品的优势突显，且已经逐步成为电能表发展的主流，在未来几年里，这种趋 势将更加明显。城乡电网改造，使电工仪器仪表行业步入了快速发展的轨道，同时也为行 业企业提供了一个科技创新的平台，电工仪器仪表生产企业抓住机遇，通过对国外先进技 术的兼收并蓄，并高标准、高起点自主开发了一系列高技术产品。因此研究本课题具有重 要的实用意义。二、研究概况及发展趋势综述1880年电表诞生。19世纪末感应系电表的制造理论就已基本形成。后来，为适应工

4、业 化和电能管理现代化发展的需求，电子式电表应运而生。最初的电子式电表仍基于感应系 测量机构，只是表盘的旋转变成了电脉冲；随后出现了基于各种乘法器原理的电子式电表。 电管理现代化需要访问多种信息并要求决策与电价器具之间能双向通信。数字乘法器型电 子式电能表扩展功能方便，适合与配电自动化系统集成，将成为电子式电表的主要发展方 向。经过多年的发展，电力已经成为国家最重要能源之一，并逐步满足了工业用电和居民 用电需求，解决了电力能源的供需矛盾。同时，电子技术、计算机技术和网络技术的发展， 给供电部门和用电部门、居委会或物业管理部门在供用电管理的规范化、自动化和收费网 络化方面提供了可能。在电表改造或

5、研制方面，出现了磁卡式电表、电卡式电表、IC卡电 表、全电子电表、带有通信接口的电表等多种类型的表计。在抄表方式上，使用远程自动 抄表系统，解决了传统手工抄表方法存在的速度慢、可靠性差、自动化程度低等问题。经 过几年的实际应用，收到了较好的效果，已成为我国用电管理的主流。智能化电表，大体上可分为两种类型：带有微处理器的机电式和全电子式。机电式借 用原感应式电表的机芯，通过光电传感器读取转盘转数来测量用户的用电量，如磁卡式电 表、电卡式电表、IC卡电表等；而全电子式电表则采用电压电流隔离方式，进行A/D转换， 将采样值相乘并累计计算用户的用电量。机电式智能电表成本较低，主要用于单相电表， 适合于

6、居民用户使用。全电子式电表主要用于三相电计费，针对企业应用。为了实现远程 自动抄表，应选择配有通信接口的智能电表，通常有RS485、RS232、CAN总线收发器 或红外等几种接口形式。通信方式远程自动抄表系统的核心是利用计算机网络与通信技术，通过双绞线、电话 线、电力线、无线电或红外线等通信方式，自动统计各个用户的用电量，并送传到远程监 控中心，实现抄表自动化。电话线方式，电力线载波方式电力线载波（PowerLineCarrier， PLC）方式自动抄表系统，ASK（幅频键控）电力载波方式，SC（扩展频谱电力载波）方式的集 成电路方案，无线通信方式，基于LonWorks技术的抄表方式等。三、研

7、究内容及实验方案1、【研究内容】毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：采用单片机设计一个智能IC卡电表，采用低功耗设计，正常工作时关闭显示功能， 当有IC卡插入时轮流显示当前的用户信息。系统主要功能包括：(1) 预付费功能：通过IC卡实现先付费后用电。(2) 电量报警功能：当电能表剩余电量低于告警电量时，通过报警指示灯和蜂鸣器告 警。(3) 电能计量功能：配合感应电表及计量芯片实现对电能的计量。(4) 保密功能：通过IC卡加密，实现IC卡与电能表的唯一对应，可以严格有效地防 止伪造和复制IC卡的行为，在一定程度上便于电力部门的管理与监督。(5) 自动复位功能：当电能表受到干扰程

8、序跑飞时，通过看门狗电路实现系统自动复 位。(6) 数据自动存储与显示功能：用户数据自动保存在EEPROM中。通过LCD显示当前用 户数据。2、【研究方案】智能电表硬件设计：本设计采用低功耗，高性能的89C51单片机，AT89系列单片机（简称89系列单片机） 是ATMEL公司的8位Flash单片机。这个系列单片机最吸引人的特点就是在片内含有Flash 存储器，AT89C51的单片机是一种低功耗，高性能的含有4K字节快擦写可编程/擦除只 读存储器（EEPORM）的8位CMOS单片机，时钟频率高达24MHZ，与8031的指令系统和引 脚完全兼容。芯片上的EEPROM允许在线（+5V）电才擦除，点写

9、入或采用通用的非易失 存储器对程序存储器重复编程。此外，ATu89C51还支持由软件选择的二种掉电工作方式。 非常适用于电池供电或其他要求低公耗的场合。由于芯片内的4K程序存储器可在线或用 编程器重复编程，因此它有着十分广泛的用途，特别是在便携式和需要特殊信息保存的仪 器和系统中显得更为有用。在保证系统功能及运行可靠地前提下，系统的硬件电路的设计尽可能降低成本。IC卡 接口为IC卡与单片机交换数据提供通道。IC卡插入卡座后卡座自动充电，拔出IC卡后卡 座自动断电，以提高IC卡读写的可靠性，减少能源的消耗。电源处理模块与计量芯片是 在电能计量环节用分压电阻将电压信号变成可用于电子测量的小信号。继

10、电器及控制部分电路主要由三极管和继电器构成，信号通过三极管放大，驱动继电 器线圈，以达到自动断开和接通用户电源的目的。上电复位电路是为了保证系统有效复位， 除此之外，系统通过蜂鸣器和LED执行声光报警。当IC卡插入卡座时，通过LCD显示电 表相关信息或IC操作有关信息。智能电表的软件设计：本软件系统是由IC卡系统程序、显示程序、电度计量中断程序共3大程序块组成。程 序主要流程为上电初始化后进入主循环：首先是按键检测。然后是电源电压检测，用来检 测电源掉电和电池电压不足。IC卡检测是为了判断是否有卡插入。在卡正确插入的条件下， 对卡进行识别和读写。电能表脉冲检测程序则是根据有无脉冲来判断是否正常

11、用电。并根 据不同的检测结果进行相应的处理。经以上检测之后，通过LED显示出电能表控制电路的 相关信息以及用电量。四、目标、主要特色及工作进度基于单片机的智能IC卡电表的设计的目标：(1) 付费功能：通过IC卡实现先付费后用电。(2) 电量报警功能：当电能表剩余电量低于告警电量时，通过报警指示灯和蜂鸣器告 警。(3) 电能计量功能：配合感应电表及计量芯片实现对电能的计量。(4) 保密功能：通过IC卡加密，实现IC卡与电能表的唯一对应，可以严格有效地防 止伪造和复制IC卡的行为，在一定程度上便于电力部门的管理与监督。(5) 自动复位功能：当电能表受到干扰程序跑飞时，通过看门狗电路实现系统自动复

12、位。(6) 数据自动存储与显示功能：用户数据自动保存在EEPROM中。通过LCD显示当前用 户数据。基于单片机的智能IC卡电表的设计的主要特色：(1) 不需要人工抄表，有利于现代化管理。IC卡电表的使用避免人工抄表上门收 费给客户带来的诸多不便，且历史购电数据均可以保存，便于客户查询。(2) 充分体现了电力的商品属性。实行先买电后用电，客户可以根据自己的实际需要有计划地购电、用电，不会因欠费而发生滞纳金，增加不必要的开支。(3) IC卡电表具有多种防窃电功能，起动电流小、宽负荷、低功耗，准确度高：全电子式设计，内置进口专用芯片，精度不受频率、温度、电压高次谐波影响。(4) 长寿命：采用SMT技

13、术，优化的电路设计，整机出厂后无需调整电路。(5) 功耗低：采用低功耗设计，降低电网线损。工作进度：(1) 2012年12月3日，下达本科毕业论文任务书，明确撰写开题报告、毕业论文及其过 程管理手册的基本要求。(2) 2012年12月12日至2013年5月6日，收集、整理原始资料与次级资料；完成毕业论 文开题报告、任务分析及英文资料翻译并交指导老师审定。(3) 2013年3月初至2013年3月底，制定、修改毕业论文写作大纲；依据规定大纲再次 充实写作资料，可行性方案分析及方案论述。2013年4月初至2013年4月中旬，根据收集资料，硬件电路总体规划、设计与调试,撰写完成毕业论文初稿。(5) 2

14、013年4月中旬至2013年5月初，软、硬件联合调试与实验，毕业论文定稿。(6) 2013年5月6日至5月26日，完成毕业论文和答辩工作。五、主要参考文献1 曹天汉等.单片机原理与接口技术M.第2版北京：电子工业出版社，20062 李建忠.单片机原理及应用M.第2版西安：西安电子科技大学出版社，20083 陈杰.黄鸿编著.传感器与检测技术M.北京：高等教育出版社，2002.4 王思彤，周晖，袁瑞铭，易忠林.智能电表的概念及应用J.电网技术.2010(04)5 王智佟国香。一种IC卡电表系统的实现J.仪表技术,2011(12)6 杨玉婷.一种基于IC卡的电能收费系统的设计方案J.计算机光盘软件与

15、应用， 2012，(.7 吕馥云.全电子式智能卡预付费电表与用电管理J, 2010，(12)8 周军，史兴才，徐超基于ZigBee的多用户智能电表设计J.电测与仪表 2010(01)9 庄葛巍.直流电能表智能化的研究与应用D.上海交通大学201210 胡长安.基于智能费控电能表的预付费用电体系架构设计与实践D.华北电力大 学 201211 张毅刚.MCS-51单片机运用设计。哈尔滨工业大学出版社，199712 梅丽凤.单片机原理及接口技术，北京清华大学出版社.200413 杨宁.单片机与控制技术，北京北京航空航天大学出版社.200414 陈伟人李华，MCS-51系列单片机实用接口技术北京航天航空大学出版社.2004.1015张毅刚.MCS-51系列单片机实用子程序集锦.清华大学出版社,200616 何立民.单片机应用文集北京航天航空大学出版社.200317 徐永权.汪明慧.黄英等，单片机在控制系统中的应用，电子工业出版社2003.1018 赵茂泰.智能仪器原理及应用，电子工业出版社.2005.119何立明.单片机典型模块设计实例导航.人民邮电出版社.2005.320 SimonNewman,Gavin Sutter.