隨著社會經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的飛速發(fā)展，IC卡及應(yīng)用必將取代磁卡、條形碼卡等占領(lǐng)所有該領(lǐng)域的主要市場，相應(yīng)的電器產(chǎn)品也越來越廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。電能需求量的日益增大，電力部門一直在探尋一種方便，實用的收費(fèi)方法。實現(xiàn)先購電再用電是解決此問題的有效途徑之一，它既利于供部門的管理，又便于用戶交費(fèi)用電，預(yù)付費(fèi)電表就是為此目的而開發(fā)的。從而實現(xiàn)電費(fèi)收繳管理微機(jī)化，它為電能使用監(jiān)督管理提供了有利手段，同時也大大降低了電業(yè)部門營運(yùn)成本。新型電子器件的不斷推出，也將使得預(yù)付費(fèi)電能表系統(tǒng)的本身性能價格比不斷提高，因該類產(chǎn)品應(yīng)用面非常廣，使產(chǎn)品定會產(chǎn)生較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（一）預(yù)付費(fèi)電度表的 系統(tǒng)原理與功能

1預(yù)付費(fèi)電度表是以標(biāo)準(zhǔn)的感應(yīng)式電度表為基表改裝而成，IC卡充當(dāng)信息傳遞的媒介，經(jīng)過單片機(jī)的處理和控制，用戶從電力管理部門購買的電量通過 IC卡傳遞給電度表。單片機(jī)將新的購電量和原表內(nèi)剩余電量

相加得到新的剩余電量，存于可斷電保存的 存儲芯片中，借用原有電度表電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能的部份機(jī)構(gòu)，在原有電度表轉(zhuǎn)盤上涂黑一小塊，并加裝一對紅外發(fā)射接收管，對基表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計數(shù)，根據(jù)電表常數(shù)/即轉(zhuǎn) 0 度1得到使用的電度數(shù)，每用一度電，單片機(jī)內(nèi)剩余電量減一度，當(dāng)單片機(jī)內(nèi)剩余電量減到 " 時，通過表內(nèi)繼電器切斷用戶供電，用戶需通過 IC 卡再次購電，方可得到供電。達(dá)到先購電后用電，方便物業(yè)收費(fèi)管理的目的。

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預(yù)付費(fèi)電度表使用：通過 IC 卡實現(xiàn)先買電，后用電。

預(yù)付費(fèi)電度表計量：配合原感應(yīng)電度基表，采用非接觸式光電取樣，不改變原表計量精度。

預(yù)付費(fèi)電度表保密功能：保證一戶一卡，若使用非指定介質(zhì)、壞卡或不同密碼的 IC 卡時，具有錯誤提示功能， ，該卡是具有寫保護(hù)和可編程密碼功能的 IC卡，加上軟件算法和5動態(tài)加密5，可嚴(yán)格有效地防止依靠偽造和復(fù)制購電卡的行為，這在一定程度上便于物業(yè)管理部門的監(jiān)督。

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預(yù)付費(fèi)電度表 數(shù)字顯示功能：采用 輪流顯示剩余電量，報警電量，超負(fù)荷次數(shù)。

預(yù)付費(fèi)電度表限量供給功能：當(dāng)剩余電量小于設(shè)定的告警電量時，紅色指示燈提出警示，以提醒用戶及時購電。當(dāng)表中剩余電量為零時，自動切斷供電。

預(yù)付費(fèi)電度表過載保護(hù)功能：當(dāng)用戶超負(fù)荷用電超過 ’60" 秒時，系統(tǒng)自動斷電。減輕負(fù)荷時，系統(tǒng)自動供電，且能記錄超負(fù)荷次數(shù)。

預(yù)付費(fèi)電度表 斷電數(shù)據(jù)保護(hù)功能：電網(wǎng)停電時表中數(shù)據(jù)可靠自行保存，各種數(shù)據(jù)保存十年以上。

預(yù)付費(fèi)電度表自動復(fù)位功能：系統(tǒng)受干擾，程序跑飛，通過看門狗電路可使系統(tǒng)自動復(fù)位。

預(yù)付費(fèi)電度表 低功耗功能：現(xiàn)有的感應(yīng)式電度表，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的功耗不超過 3W，對于 IC卡預(yù)付費(fèi)電度表電路，均采用低功耗器件設(shè)計。

預(yù)付費(fèi)電度表用戶電器保護(hù)功能：電網(wǎng)停電后恢復(fù)供電、延時數(shù)分鐘接通用電回路，對家用電器如電冰箱、彩電等起到保護(hù)作用。

預(yù)付費(fèi)電度表 多卡合一功能：允許同一 !" 卡可作為設(shè)置卡、復(fù)位卡及用戶卡，即三卡合一或二卡合一或單專用卡。

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系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計思想是：在保證系統(tǒng)功能及運(yùn)行可靠性的前提下，盡可能降低成本。故本系統(tǒng)以單片機(jī)構(gòu)成控制和處理信息的核心部分。盡管選用 90年代流行的 8031單片機(jī)可以實現(xiàn)本系統(tǒng)，并且有成熟的通用接口，但構(gòu)成的最小系統(tǒng)外圍器件較多，系統(tǒng)成本、功耗較高，性能價格比較低。選用目前流行的GMS97C51系列單片機(jī)又有些大材小用，會造成成本、功耗偏高。因此，采用 2051系列單片機(jī)應(yīng)該是較佳選擇。其本身就是一個單片機(jī)最小系統(tǒng)。片內(nèi)含有 2K 字節(jié) 和EEPROM 存貯器和 128字節(jié)的 RAM，是具有 20引腳、低電壓、高性能的 CMOS8 位單片機(jī)，指令系統(tǒng)與 MCS51單片機(jī)兼容，程序可三級加密，安全性高，考慮到盡量減少對單片機(jī) 2051引腳的占用，對顯示電路、斷電數(shù)據(jù)保持電路以及 !"IC卡接口，均采用串行數(shù)據(jù)傳送，從而大大降低硬件電路的制作成本.

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 顯示電路和斷電數(shù)據(jù)保持

顯示電路包含鎖存器、譯碼器和驅(qū)動器，接口信號較多，需占用大量單片機(jī)的硬件資源，而且輔助電路也比較復(fù)雜，功能單一，不適合本系統(tǒng)，本系統(tǒng)選用了 MOTOROLA 的新型顯示器。該芯片是一種高集

成的 LED 顯示驅(qū)動器件，它采用了動態(tài)掃描方式，直接驅(qū)動 5 位 /7段 LED帶小數(shù)點(diǎn)位’或帶符號的 4 1/2( 位十進(jìn)制數(shù) 0-9),16 進(jìn)制 ,A-F 以及由 LDE組合而成的其它字符或符號。該器件的輔助電路簡單，只需外接一個電阻 R，即可達(dá)到驅(qū)動 LED 顯示的目的。數(shù)據(jù)傳送采用同步串行方式，只占用單片機(jī) 3個引腳。同樣用這 3個引腳再連接 24LCO2串行 EEPROM完成斷電數(shù)據(jù)保持工作。即自動斷電保存所有可以修改的數(shù)據(jù)，如剩余電量、密碼、卡號等。顯示電路和斷電數(shù)據(jù)保持的數(shù)據(jù)傳送.