射頻卡電表

非接觸式IC卡預(yù)收費(fèi)電度表的硬件電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖中主控單元采用AT89C52單片機(jī)，其內(nèi)有8K字節(jié)的快速擦寫存儲(chǔ)器(FLASH)，無需外接程序存儲(chǔ)器(EPROM)。外接電路主要包括:四位LED顯示電路、電表表盤檢測電路、控制供電的繼電器電路、振鈴控制電路、RS232串行通訊電路、看門狗復(fù)位電路、電源控制電路以及控制非接觸式IC卡的SHC1701讀寫模塊。 圖2 SHC1701RF模塊是IC卡讀寫器的核心單元，它由SHC1501專用電路和RF電路等組成，覆蓋了所有對非接觸式IC卡SHC1101的訪問操作。IC卡讀寫模塊及顯示電路與單片機(jī)的接口如圖3所示。圖中采用4位共陽極的動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示管，顯示字符由單片機(jī)P0口送至鎖存器74LS374鎖存，再經(jīng)顯示驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)管顯示，P1.0~P1.3分別控制每一位的動(dòng)態(tài)顯示。顯示電路用顯示可供使用的電度數(shù)。當(dāng)讀卡發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，將顯示錯(cuò)誤信息。在供電部門存款時(shí)，將顯示存入電卡中的電度數(shù)。 圖3 電表轉(zhuǎn)盤讀數(shù)頭(紅外發(fā)射接收管)產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)一個(gè)非門輸出到單片機(jī)的P1.4口，單片機(jī)實(shí)時(shí)對P1.4口進(jìn)行監(jiān)測。 RS232串行通訊電路采用MAX232芯片，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與微機(jī)的數(shù)據(jù)交換。微機(jī)主要采用VB的通訊控件通過RS232與單片機(jī)進(jìn)行通訊，通過事先約定好的字符對單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。 看門狗電路由4538單穩(wěn)電路組成。初上電時(shí)，CLR端為低電平，使輸出Q為低電平，從而使系統(tǒng)復(fù)位。正常工作時(shí)，單片機(jī)在每個(gè)主程序循環(huán)時(shí)發(fā)出一個(gè)低電平脈沖，觸發(fā)單穩(wěn);當(dāng)程序受干擾跑飛時(shí)，單穩(wěn)因得不到觸發(fā)脈沖而復(fù)位，此時(shí)，輸出端Q=0，使系統(tǒng)復(fù)位。 振鈴控制電路由蜂鳴器、兩個(gè)三極管和電阻組成。當(dāng)單片機(jī)的P1.7端發(fā)出一個(gè)高電平時(shí)，觸發(fā)蜂鳴器蜂鳴。為使系統(tǒng)在停電時(shí)也能正常工作，由兩組電源給系統(tǒng)供電，一組是將220V/50Hz的市電經(jīng)變壓、整流、穩(wěn)壓得到5V直流電，另一組由12V/4A的可充電電流經(jīng)斬波、隱壓、穩(wěn)壓得到5V直流電。一般由市電供電，并對可充電電池充電。市電停電時(shí)由電池供電，12V/4A的可充電電流能使系統(tǒng)連續(xù)工作24h以上。

本文通過分別介紹射頻卡和預(yù)付費(fèi)電度表的工作原理，硬件電路以及軟件設(shè)計(jì)來全面詮釋射頻卡電表的定義。

用戶使用電量的計(jì)量手段的準(zhǔn)確程度取決于電互感器及電度表的精度?，F(xiàn)已出現(xiàn)了接觸式IC卡預(yù)收費(fèi)電度表，它使收費(fèi)從過去繁瑣的人工抄表、手工計(jì)價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩舫挚ㄙ忞?，?shí)現(xiàn)了電費(fèi)收繳管理自動(dòng)化。但它不能解決無源(卡中無電源)和免接觸等問題[2~8]。 非接觸式IC卡(又稱射頻卡)是國外近幾年發(fā)展起來的新技術(shù)[1]，它成功地將射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，解決了無源和免接觸難題。射頻卡無需專門的供電電源;它與讀寫器間無機(jī)械接觸，避免了接觸故障;它的表面無裸露芯片，可防水，且不易產(chǎn)生靜電擊空及彎曲損壞等問題;射頻卡使用時(shí)沒有正反面?？傊墙佑|式IC卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特點(diǎn)。本文采用非接觸式IC卡研制成功了智能預(yù)收費(fèi)電度表。

非接觸式IC卡系統(tǒng)由讀寫器和非接觸式IC卡兩部分組成。應(yīng)用系統(tǒng)通過讀寫器對卡進(jìn)行操作;讀卡器通過射頻信號同步進(jìn)行近距離通訊，并為卡上芯片提供能量;非接觸式IC卡響應(yīng)讀寫器的指令，并報(bào)告處理的結(jié)果。非接觸式IC卡通過連接IC芯片的線圈在特定交變磁場中耦合獲得高壓能量，非接觸式IC卡的讀寫器通過發(fā)射線圈發(fā)射交變強(qiáng)磁場，強(qiáng)予IC卡能量，通過磁場的斷、續(xù)編碼寫入數(shù)據(jù)，并通過線圈感應(yīng)IC卡發(fā)生的磁場閱讀IC卡發(fā)來的數(shù)據(jù);IC卡通過交變磁場獲得能量，通過檢驗(yàn)磁場的數(shù)、續(xù)獲得讀寫頭寫來的數(shù)據(jù)，并按設(shè)定的模式編碼、調(diào)制，向讀寫頭發(fā)出數(shù)據(jù)。 本系統(tǒng)采用上海華虹集成電路公司開發(fā)的SHC1701RF讀寫模塊。它主要由射頻和SHC1501大規(guī)模集成電路構(gòu)成，共同安裝在PCB板上，同時(shí)安裝屏蔽罩，可完成讀寫器與IC卡之間的各種交互功能，包括調(diào)制/解調(diào)、加密/解密、認(rèn)證、讀寫、加/減等，并具有同微處理器的接口。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1 非接觸式IC卡與讀寫器的通信內(nèi)容包括復(fù)位應(yīng)答、防沖突、選擇卡片、相互認(rèn)證、對數(shù)據(jù)塊的操作和中止。

預(yù)收費(fèi)電度表可分為電子式和機(jī)電式兩種，它們的區(qū)別在于電能變換元件不同。前者將電壓、電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再將采樣值相乘并累計(jì)，得到用戶消耗的電度數(shù);后者借用原感應(yīng)式電度表的機(jī)芯，通過光電傳感器讀取轉(zhuǎn)盤數(shù)據(jù)數(shù)得到用戶消耗的電度數(shù)。為節(jié)省成本，選用機(jī)電式電度表。

本系統(tǒng)的工作原理為:

(1)用戶持IC卡到供電部門交款購電時(shí)，供電部門把用戶的IC卡放在與PC機(jī)相連的讀寫器上，由寫卡程序在IC卡上寫入與用戶交款數(shù)相符的一定電度數(shù)。

(2)用戶把IC卡帶回家，將卡掠過家中預(yù)收費(fèi)電度表的讀定，卡中電度數(shù)被主機(jī)讀出，與預(yù)收費(fèi)電度表中來剩余的電度數(shù)相加。由于機(jī)內(nèi)采用備用電池，不怕掉電失去數(shù)據(jù)。

(3)電表表盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由紅外發(fā)射接收管把表盤數(shù)變成電脈沖送入單片機(jī)。單片機(jī)記錄表盤的轉(zhuǎn)數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)等于電表常數(shù)時(shí)，通過單片機(jī)控制使內(nèi)存中的剩余電度數(shù)減去一度。

(4)單片機(jī)隨時(shí)監(jiān)測內(nèi)存中剩余電度數(shù)是否小于15度。如是，則點(diǎn)亮預(yù)告用電量將盡的發(fā)光二極管指示器，提示用戶持卡到供電部門重新購電。

(5)當(dāng)單片機(jī)發(fā)現(xiàn)用戶電表中剩余電量完全用完時(shí)，控制繼電器切斷用戶供電電源。

(7)系統(tǒng)采用VB的通訊控件通過RS232與單片機(jī)進(jìn)行通訊。微機(jī)通過事先約定好的字符來實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的控制，如小區(qū)的管理中心定期通過RS232串行通訊口讀取用戶電度表的使用電量和剩余電度數(shù)，并制成數(shù)據(jù)庫加以保存。供電部門可通過Internet對小區(qū)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和管理，從而實(shí)現(xiàn)了供電管理部門網(wǎng)絡(luò)化的管理手段。

(8)本裝置屬于二次儀表，精度主要取決于一次儀表。只要表盤轉(zhuǎn)動(dòng)正常，二次儀表不會(huì)引入誤差。