河南理工大学毕业设计（论文）说明书
摘 要
国家电网于2009年5月首次向社会公布“智能电网”发展计划以来，智能电网开始逐步的走进了人们的生活，智能电网作为未来电网发展的大趋势，在智能电网的改造和建设中，智能电力设备将会从中受益，智能电能表是智能电力设备中必不可少的设备，目前普遍采用的单相电能表技术虽然成熟，运行稳定，电能计量准确，但是其智能管理和安全保密性却很难满足智能电网建设和管理的需要，因此费控智能电能表的研发对智能电网的改造和建设具有重要的意义。
本文以低功耗高性能的ATMEL公司生产的Atmega16单片机为核心，配以ADI公司的高精度电量测量芯片ADE7755，SLE4442卡等外围电路设计的IC卡预收费电度表控制系统，采用硬件和软件相结合的方法，通过C语言编程实现IC卡在电表终端的持卡消费。本系统所涉及的主要内容有:IC卡的基础知识;硬件的选用、硬件设计和功能分析:主程序、掉电中断子程序、AT24C02读写子程序、SLE4442卡子程序和显示子程序的软件设计以及数据安全设计。通过对系统中涉及的硬件的选用和组合使整个系统的功耗和稳定性达到较好效果。通过对IC卡的选用和内部存储器的合理分配以及对程序的合理设计增强了IC卡中数据的安全性。
关键词：IC卡；电度表；ADE7755；单片机
I
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Abstract
Since the state grid first publicize the development plan of \2009, Smart grid steps into people's life gradually, Smart grid as a trends of grid development in future, smart power equipment will benefit from the reform and construction of smart grid, smart electricity is a indispensable equipment of smart power equipment. The current poly-phase electricity although has the characters of mature technology, stable operation and power accuracy, but it defects in smart management and safety confidentiality, therefore the smart electricity will have the important significance of the reform and construction of smart grid.
Based on low-power, high-performance production ATMEL Corporation Atmega16 as the core, coupled with ADI's high-precision measurement of electricity chip ADE7755. ALE4442 cards and cards and other external circuit design of IC card charges meter control system, The controlling system of the prepaid electrodynamic meter with 1C card combines hardware and software knowledge and accomplishes consumption of the electrodynamic meter terminal with IC card through assembly language programming. Main program, brownout interrupt subroutine, AT24C02 read and write subroutines, SLE4442 card and display subroutine subroutine design and software design and data security, system of the hardware primarily to analyze with the function;The main procedure,the IC card break-sub-procedure,the customer card sub- procedure, the pulse break-sub-procedure and the display-sub- procedure design.and data security.The system in consumption and stability is optinal effect through selection hardware.The card's security with data is enhanced through programming in reason.
Key words:IC card; the electrodynamic meter;ADE7755;microchip computer
II
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目 录
1 引言 ........................................................................................................................... 1
1.1 研究背景 ................................................................................................... 1 1.2 IC卡电度表发展现状 ............................................................................... 3 1.3 本文研究的主要内容 ............................................................................... 4
2 系统的方案论证 ....................................................................................................... 6
2.1电能计量系统方案设计 ............................................................................ 6
2.1.1 电子式电能表的测量原理 ............................................................ 6 2.1.2 方案的选择 .................................................................................... 9 2.2 IC卡系统方案设计 ................................................................................. 11 2.3 系统总体方案设计 ................................................................................. 13
3 系统的硬件设计 ..................................................................................................... 14
3.1 电量检测电路 ......................................................................................... 14
3.1.1电量测量芯片的选择 ................................................................... 14 3.1.2电量测量芯片ADE7755 .............................................................. 14 3.1.3电量采集电路硬件设计 ............................................................... 17 3.2 IC卡接口电路 ......................................................................................... 20
3.2.1 IC卡的选择 .................................................................................. 20 3.2.2 SLE4442卡 ................................................................................... 21 3.2.3 IC卡接口电路 .............................................................................. 25 3.3 数据存储电路 ......................................................................................... 26 3.4 用电控制电路 ......................................................................................... 27 3.5 报警电路设计 ......................................................................................... 27 3.6显示电路设计 .......................................................................................... 28 3.7掉电检测电路 .......................................................................................... 29 3.8电源电路设计 .......................................................................................... 29 3.9单片机最小系统设计 .............................................................................. 31
3.9.1 Atmega16单片机介绍 .................................................................. 31 3.9.2最小系统电路 ............................................................................... 32
4 程序的软件设计 ..................................................................................................... 33
III
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4.1 掉电中断子程序的设计 ......................................................................... 33 4.2 AT24C02读写子程序设计 ................................................................... 33
4.2.1 向AT24C02中写入数据的设计 ............................................... 34 4.2.2 从AT24C02中读取数据的设计 ............................................... 34 4.3 显示子程序的设计 ................................................................................. 34 4.4 数字滤波的设计 ..................................................................................... 35 4.5 SLE4442卡子程序 .................................................................................. 36
4.5.1 写数据程序 .................................................................................. 37 4.5.2 读数据程序 .................................................................................. 37 4.5.3 密码校验程序 .............................................................................. 38 4.6 系统主流程图 ......................................................................................... 40
5 误差的定性分析及改进措施 ................................................................................. 41
5.1 空间电磁场的抗干扰设计 ..................................................................... 41 5.2 模拟通道与数字通道之间抗干扰设计 ................................................. 41 5.3电源和接地系统的抗干扰设计 .............................................................. 44 5.4 印刷电路板抗干扰设计 ......................................................................... 44
6 结 论 ....................................................................................................................... 46 致 谢 ........................................................................................................................... 47 参考文献 ..................................................................................................................... 48 附录 ............................................................................................................................. 49
IV
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1 引言
1.1 研究背景
IC卡是集成电路卡（Integrated Circuit Card）的英文简称，在有些国家也称之为灵巧卡（Smart Cart）、智慧卡（Intelligent Card）、微芯片卡（Microchip Card）等。将一个专用的集成电路芯片镶嵌于符合当然也可以封装成纽扣、钥匙、饰物等特殊形状。
IC卡的最初设想是由日本人提出来的。1969年12月，日本的有村国孝（Karnataka Arimura）提出一种制造安全可靠的信用卡方法，并于1970年获得专利，那时叫ID(Identification Card）。1974年，法国的罗兰?莫雷诺（Roland Moreno）发明了带集成电路芯片的塑料卡片，并取得了专利权，这就是早期的IC卡。1976年法国布尔（Bull）公司研制出世界第一枚IC卡。1984年，法国的PTT（Posts Telegraph sand Telephones）将IC卡用于电话卡，由于IC卡良好的安全性和可靠性，获得了意想不到的成功。随后，国际标准化组织（ISO，International Standardization Organization）与国际电工委员会（IEC International Electro technical Commission）的联合技术委员会为之制订了一系列的国际标准、规范，极大地推动了IC卡的研究和发展。
IC卡较之以往的识别卡，具有以下特点：一是可靠性高──IC卡具有防磁、防静电、防机械损坏和防化学破坏等能力，信息可保存100年以上，读写次数在10万次以上，至少可用10年；二是安全性好；三是存储容量大；四是类型多。从全球范围看，现在IC卡的应用范围已不再局限于早期的通信领域，而广泛地应用于金融财务、社会保险、交通旅游、医疗卫生、政府行政、商品零售、休闲娱乐、学校管理及其它领域。
目前在我国，随着金卡工程建设的不断深入发展，IC卡已在众多领域获得广泛应用，并取得了初步的社会效益和经济效益。2010年，全国IC卡发行量约为2.3亿张，其中电信占据了大部分市场份额。公用电话IC卡1.2亿多张，移动电话SIM卡超过4200万张，其它各类IC卡约6000万张。2011年IC卡总出货量约3.8亿张，较上年增长26%；发行量约3.2亿张，较上年增长40%。从应用领域来看，公用电
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