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IC卡智能电表控制系统设计

作者：蒋亚欢

来源：《科技视界》2013年第25期

【摘要】以AT89S52单片机为控制核心，通过电压传感器和电流传感器从用户采集电量信息，把IC卡中的购电量信息也存入数据存储模块，不断地进行数据交换，在LCD1602上清晰的显示出当前的剩余电量和累计用电量。系统主要由单片机控制模块、电能采集和计量模块、数据存储模块、显示模块、报警模块、断电控制模块组成。 【关键词】电能表；IC卡；单片机；ADE7755 1 IC卡智能电表控制系统的设计方案 1.1 IC卡智能电表控制系统的计要求

从供电部门购得所需电量后，存入IC卡中。然后将IC卡插入IC卡座，经过IC卡智能电表控制系统对IC卡的识别后，开始供电。显示芯片可以把当前的用电量信息以及卡中的所剩电量清晰的显示出来，若余额达到限定值，系统的红色LED会闪烁进行报警，提示对IC卡充值。如果电量用完，系统会自动断电，停止供电。 1.2 IC卡智能电表的硬件设计方法

IC卡智能电能表控制系统中含有微处理器或微控制器，在微处理器或微控制器的外围进行设备的扩展如程序存储器ROM、数据存储器RAM、显示器、报警装置。作为一个完整的智能电能表还应包括输入通道和输出通道。

智能电能表实际上是一个微型计算机系统，它具有微处理器或微控制器，并有标准总线接口，不同功能的智能电能表由不同部件组合而成。智能电能表的监控程序固化在程序存储器EPROM、ROM、EEPROM等中，被测参量通过传感器采集电量，然后经过模数转换后变为微处理器能直接识别的数字信号。 2 硬件选择

2.1 系统硬件设计框图 2.2 控制芯片AT89S52单片机

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的

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8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。因此，综合考虑功率、系统稳定性等因素后，选用AT89S52单片机。 2.3 电能计量芯片

ADE7755是一种高准确度电能测量集成电路。ADC和基准源为模拟电路，乘法器和滤波器都是数字电路，这可以使ADE7755能够保持极高的准确度和长期的稳定性。 2.4 IC卡SLE4442

选择合适IC卡的时候主要考虑了以下几个方面：卡片类型、存储模式、存储容量、安全性要求和综合价格因素。综合以上因素，结合当前市场上流行的IC卡的使用，考虑到预付费电表推广所受到的价格方面的影响，本设计采用逻辑加密型存储卡。并以德国西门子（SIEMENS）公司设计的逻辑加密存储卡SLE4442为所选IC卡。 2.5 数据存储

选择AT24C08，可提供8192位的串行电可擦写可编程只读存储器（EEPROM），组织形式为1024字×8位字长。适用于许多要求低功耗和低电压操作的工业级或商业级应用。可选节省空间的8脚PDIP， 8脚JEDEC SOIC， 8脚Ultra Lead Frame Land Grid Array （ULA），5脚SOT23，8脚TSSOP，和8触点dBGA2封装，并通过2-wire串行接口存取。 3 电路主要模块设计 3.1 电源模块

电源模块原理图如图2所示。从220V的居民常用电的主网中接入，然后经过桥式整流电路整流后，电解电容储能、平波。滤波电容滤除高频纹波，再经过三端稳压即获得直流+5V和+12V为各种芯片和器件的正常工作提供必要的电源。 3.2 IC卡电路模块

IC卡的接口电路由R14、R15、R6，按钮B1和IC卡组成，如图3所示。其中，管脚1接+5V电源，单片机的P23、P24、P25外接上拉电阻后分别和IC卡的2、3、8引脚连接，6，9为常开触点，10脚接地，6脚和按钮B1连接后接到单片机的P33口。当插入IC卡时，单片机并不立即对卡进行操作，为了避免插卡的不稳和有效去抖动，提高系统的稳定性，此时需要按下B1按钮，单片机获得中断申请才开始对IC卡进行读写操作。 3.3 看门狗电路

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设计中的复位电路是由MAX706构成，负责监控电路的通电、断电、单片机程序跑飞或意外进入“死循环”，产生一个单片机复位脉冲，将单片机复位， 如图4所示。

MAX806通过内部的比较监控器监控Vcc，为单片机产生上电复位信号；在MR外部连接一个手工复位按钮，当复位按钮按下时，在MR引脚出现低电平，为单片机产生一个手工复位信号；另一个电压比较器可以对单片机的供电电源进行监控，该比较器的反向输入端已经与1.25V的内部基准电压源连接，使用时只需外接2只电阻以监控单片机的供电电源，一旦电源电压低于门限电压，MAX806即可产生一个“电源过低”的报警信号输出；MAX806内部包含一个1秒的定时器的Watchdog定时器，单片机在运行程序时用周期小于1秒的脉冲信号不断地发送给WDI以清除Watchdog定时器，使其不会溢出。一旦出现单片机失控、程序“跑飞”或陷入意外“死循环”等情况，MAX806的Watchdog定时器不能被及时清零，1秒后Watchdog定时器溢出，MAX806将输出一个Watchdog定时器溢出的复位信号给单片机。 3.4 报警电路

报警电路由发光二极管D3、电阻R17、电阻R18和一个三极管Q3组成。

报警单路的主要功能是：当用户电表里的剩余电量小于报警限定值时，单片机的P27口会输出低电平，发光二极管被点亮报警，如图5所示。 3.5 供电控制电路

当用户IC卡电表的数据存储模块中的剩余电量没有达到剩余电量跳闸极限值时，该电路通过继电器让用户保持供电；当用户剩余电量达到跳闸限值时，本电路通过继电器停止向用户供电。

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