基于智能卡的農(nóng)灌電控計(jì)量裝置_secret

1、基于智能卡的農(nóng)灌電控計(jì)量裝置摘 要：介紹了由三相電能表、IC卡讀寫(xiě)裝置、單片機(jī)及三相交流接觸器等組成的集IC卡預(yù)付費(fèi)、電能計(jì)量和用電量控制功能的電控計(jì)量箱。該裝置使用接觸式CPU智能卡作為用電量控制的信息載體，實(shí)現(xiàn)了預(yù)先支付電費(fèi)、持卡消費(fèi)的用電管理模式，解決了多用戶分時(shí)用電的計(jì)量和收費(fèi)問(wèn)題。 關(guān)鍵字：接觸式智能卡 單片機(jī) 電能計(jì)量 智能電控計(jì)量1 概述 在農(nóng)田水利灌溉中，往往采用固定機(jī)井或固定水泵對(duì)不同用戶分時(shí)供水的方式，在供水過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)用電計(jì)量和收費(fèi)問(wèn)題。通常所采用的方法是計(jì)錄電能表的讀數(shù)，過(guò)后再根據(jù)水泵使用的時(shí)間分?jǐn)傠娰M(fèi)，這種方法計(jì)量誤差大，不能真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際的用電量情況，給用

2、水管理帶來(lái)很多不必要的麻煩和糾紛。這里介紹一種在傳統(tǒng)電控計(jì)量箱的基礎(chǔ)上，增加用電量的數(shù)據(jù)采集裝置，采用IC卡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一戶一卡、預(yù)付電費(fèi)、持卡消費(fèi)的用電管理方法。每個(gè)用戶都有一個(gè)IC卡，用水前先到用電管理部門(mén)或用電委托管理部門(mén)在卡上預(yù)付電費(fèi)，然后，在電控計(jì)量箱上插卡用電，電能表計(jì)量用電情況，并將消耗的電量從IC卡上扣除，當(dāng)卡上的預(yù)付電費(fèi)扣除完，控制單元控制接觸器動(dòng)作切斷電源停止供電。當(dāng)用戶用電完畢時(shí)，可將IC卡從電控計(jì)量箱卡槽內(nèi)取出，控制單元也控制接觸器動(dòng)作切斷電源停止供電。采用這種方法解決了用電過(guò)程中的各種不合理現(xiàn)象，避免了糾紛的發(fā)生，同時(shí)也提高了用電的信息化管理水平。下面介紹裝置的具體結(jié)構(gòu)

3、和工作原理。 2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思路 傳統(tǒng)的電控計(jì)量箱由電能表、刀閘開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)絲和接線端子等組成，根據(jù)計(jì)量箱內(nèi)的機(jī)械式電能表的讀數(shù)來(lái)收取電費(fèi)。針對(duì)上面提到的傳統(tǒng)電控計(jì)量箱的所存在的問(wèn)題，增加了以下單元組成IC卡智能電控計(jì)量箱： 電能表轉(zhuǎn)盤(pán)的脈沖采樣和脈沖遠(yuǎn)傳裝置； 單片機(jī)組成中央控制單元，負(fù)責(zé)用電量的采樣、IC卡的管理和輸出控制； IC卡的讀寫(xiě)裝置； 控制用電量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 IC卡智能電控計(jì)量箱采用具有脈沖遠(yuǎn)傳功能的機(jī)械式三相電能表作為用電計(jì)量的控制依據(jù)，采用AT89C2052單片機(jī)組成的電控計(jì)量箱的中央控制單元，IC卡采用CPU智能卡作為信息載體，通過(guò)中央處理單元采樣電能表的走字情況，

4、并從IC卡上扣除消耗的電量，根據(jù)讀取IC卡上存儲(chǔ)的預(yù)付費(fèi)電量情況，控制中間繼電器和交流接觸器等實(shí)現(xiàn)用電量的IC卡預(yù)付費(fèi)控制。圖1是系統(tǒng)的總體框圖。 380V交流電的A、B、C三相分別接入電能表輸入端，三相電能表輸出端通過(guò)接觸器C的三對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)輸出三相交流電能。交流接觸器C的吸合線圈受中央控制單元中的5V直流繼電器和中間繼電器控制，當(dāng)不插卡時(shí)，交流接觸器釋放斷開(kāi)輸出回路。當(dāng)插卡時(shí)，中央控制單元首先讀入IC卡上預(yù)付電費(fèi)情況，控制交流接觸器吸合接通三相交流回路。電能表計(jì)量電能消耗，并將計(jì)量的用電量以脈沖的形式輸入中央控制單元，中央控制單元將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電能讀數(shù)，以0.01 kWh為一個(gè)計(jì)量單位，對(duì)

5、IC卡的預(yù)購(gòu)電量進(jìn)行扣除，直到預(yù)購(gòu)電量用完，接觸器C釋放切斷輸出電源。在使用過(guò)程中取出IC卡，接觸器C也會(huì)釋放觸點(diǎn)切斷輸出。 3 中央控制單元的原理框圖及硬件結(jié)構(gòu) 中央控制單元由AT89C2051單片機(jī)、脈沖采樣單元、IC卡讀寫(xiě)單元、LED數(shù)碼顯示單元、EEPROM存儲(chǔ)器單元、交流接觸器控制單元等部分組成，圖2是中央控制單元的系統(tǒng)框圖。 3.1 用電量的數(shù)據(jù)采樣及脈沖遠(yuǎn)傳方式 電能計(jì)量使用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤(pán)式三相電能表，電能的計(jì)量來(lái)自于轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，在電能表轉(zhuǎn)盤(pán)的相應(yīng)位置開(kāi)一小孔，采用光電耦合式傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中透光和遮光次數(shù)，轉(zhuǎn)盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一圈，完成一次遮光和透光，光電接收端就會(huì)輸出一個(gè)脈沖，并

6、輸入到中央控制器進(jìn)行處理。記錄脈沖的個(gè)數(shù)就會(huì)間接檢測(cè)出鋁盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，從而根據(jù)圈數(shù)與用電量的關(guān)系計(jì)算出用電量。圖3是脈沖檢測(cè)的電路原理圖。 3.2 中央控制單元的硬件設(shè)計(jì) 中央控制單元由89C2052單片機(jī)、CPU卡讀寫(xiě)裝置、電能表脈沖計(jì)量單元、接觸器控制部分、AT24C02 EEPROM、數(shù)碼顯示單元及電源等部分組成。具體電路圖見(jiàn)圖4。 智能卡電控計(jì)量箱采用插卡供電，取卡停電的工作方式，插卡后系統(tǒng)顯示CPU卡上預(yù)購(gòu)的電量，在用電過(guò)程中，不斷從CPU卡上扣除消耗的電量，顯示卡上剩余電量。在電控計(jì)量箱工作過(guò)程中，單片機(jī)與CPU卡通過(guò)串行接口隨時(shí)交換信息。 AT24C02 EEPROM用于存放用戶

7、的密碼信息、用戶的用電信息以及脈沖當(dāng)量與用電量的換算關(guān)系等。四位LED數(shù)碼顯示用于時(shí)實(shí)顯示CPU卡上剩余電量數(shù)、錯(cuò)卡信息、故障信息等，使用戶能夠掌握電控計(jì)量箱的工作狀況和卡上的剩余電量情況。 供電控制采用三級(jí)繼電器控制，即單片機(jī)P1.7通過(guò)三極管T3控制直流繼電器J的吸合與釋放，直流繼電器J的常開(kāi)觸點(diǎn)控制中間繼電器Z的吸合線圈，中間繼電器Z的常開(kāi)觸點(diǎn)控制交流接觸器C的吸合線圈，接觸器C的常開(kāi)觸點(diǎn)控制計(jì)量箱三相交流電源的輸出。 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 圖5為系統(tǒng)軟件總體框圖，而系統(tǒng)應(yīng)用軟件包括： 初始化程序：RAM單元的清零和參數(shù)預(yù)置、單片機(jī)的異步串行通信工作方式設(shè)置、中斷設(shè)置、定時(shí)器設(shè)置、CPU卡的上電復(fù)位和下電復(fù)位、系統(tǒng)的自檢等； 顯示及監(jiān)控程序：初始化完成后，單片機(jī)檢測(cè)卡座是否有卡，等待插卡操作，同時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)； CPU卡讀寫(xiě)操作程序； 用電量采集程序：檢測(cè)電能表輸出的反映實(shí)際用電量的脈沖，并將脈沖換算成電量，當(dāng)電量達(dá)到0.01 kWh時(shí)，從卡中扣除所使用的電量； 輸出控制程序：卡座內(nèi)無(wú)卡或卡上無(wú)剩余電量時(shí)，控制接觸器切斷供電輸出。 5 結(jié)論 基于CPU卡的農(nóng)灌電控計(jì)量箱采用IC卡作為信息載體、預(yù)存電費(fèi)、插卡用電，解決了多用戶用電計(jì)量的收