全电子式IC卡预付费电能表的设计与研究.pdf

鞍山科技大学
硕士学位论文
全电子式IC卡预付费电能表的设计与研究
姓名:张新贺
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:刘鸿雁
20050301
鞍山科技大学硕士论文摘要
摘要
本课题以开发研究,卡智能仪表”为背景,对全电子式卡预付费电能表
进行了分析和设计,对其仪表系统卡安全问题进行了初步研究。
本文首先叙述了电能表的现状及发展趋势,分析了现行电能表收费中存在的弊
端,介绍了卡分类、物理特性等相关技术,对电能计量的基本原理及卡电能
表的功能进行了说明。
全电子式卡预付费电能表的详细设计是本文的重点。全电子式卡预付费
电能表以电能计量专用芯片和微处理器芯片为核心,利用卡作
为仪表用户与供电管理系统之间进行信息传递的媒介,采用磁保持继电器控制供电
回路的通断状态。本文从硬件和软件两个方面分别对该仪表系统设计进行了较为全
面的阐述。说明了系统主要元器件选择,对所选卡的具体结构及工作原理
进行了介绍并给出了卡接口电路在阐述专用芯片的有功电能测量原理
基础上给出了电量采集电路,以及单片机系统电路、继电器接口电路、电源电路等
利用语言进行了单片机仪表系统的软件编程,给出了主要子程序的设计流程图并
在附录中给出了部分程序的源代码清单。
确保卡中数据安全是卡仪表系统中的重要问题之一。作者在分析了工
卡仪表系统数据安全问题基础上,提出了一种卡仪表系统数据安全方案。作者研
究了新一代高级加密标准的算法。根据卡系统的实际需求,进行
了算法硬件实现的方案设计研究,并在环境下,用语言
对算法进行了编程实现及软件仿真并在本文中给出了仿真结果。
论文中还给出了所设计电能表的主要性能指标,分析了影响电能表误差的因素,
并总结了系统调试过程中遇到的问题及解决办法。
本文在结论中阐述了尚需进一步解决的问题以及下一步的工作内容。
关键词卡,,电能表
鞍山科技大学硕士论文



















助

助
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签名新叹导师签名日期
鞍山科技大学硕士论文第一章绪论
第一章绪论
随着社会的发展和科技的进步,电子技术己经广泛应用于电信、公安、金融、
社保、交通、商业流通、航天航空等各个领域。由于电子技术的飞速发展,许多领
域己经采用电子式仪表取代传统的机械式仪表,并由智能控制取代人工操作。在电
能计量领域,也势必由电子式仪表来取代机械仪表,抄表方式由自动抄表方式取代
人工抄表。现行的仪表抄表方式有人工抄表方式、自动抄表方式和卡收费方式等
多种抄表方式。在上述各种抄表方式中,卡收费方式比较适合我国国情,因此本
文以兀卡作为数据传输的媒介对全电子式预付费电能表进行了研究。
,,课题背景
电能表的现状及发展趋势
作为测量电能的专用仪表一电能表,已有一百多年的历史。在这期间,随着电
力系统及所有以电能为动力的产业的发展,电能表的结构和性能经历了不断更新、
优化的发展过程。大体上可以分为以下两个阶段
感应式电能表
感应式电能表是利用处在交变磁场的金属圆盘中的感应电流与有关磁场形成力
的原理制成的。它具有制造简单、可靠性高和价格便宜等特点。经过近一百年的不
断改进与完善,感应式电能表的制作技术己经成熟,通过双重绝缘、加强绝缘和采
用高质量双宝石轴承甚至磁悬浮轴承等技术手段,其结构和磁路的稳定性得以提高,
电磁振动被削弱,使用寿命大大延长,且过载能力明显增强。但是由于其原理与结
构等因素的制约,要进一步提高计量精度和扩展功能是有限度的。另一方面,随着
用电量的增长和能源供需矛盾的加剧,应该加强电量负荷监控,以实现计划用电和
合理配电,提高电网负荷率。功能单一的感应式电能表及其相关机械装置己不再适
应现代电能管理的要求。
虽然如此