在傳統的學(xué)生宿舍電子表上，結合單片機和非接觸式IC卡的功能，設計了基于單片機的非接觸式IC卡預付費表的安裝模塊，在不更換電表的基礎上實(shí)現了預付費，使學(xué)生宿舍的電費管理更加高效。

實(shí)現預付費系統功能的過(guò)程

1.1電表與用戶(hù)之間安裝預付費模塊，實(shí)現用戶(hù)用電控制。

1.2預付費用電過(guò)程主要包括預付費和用戶(hù)用電。

①預付款流程：學(xué)生可持IC卡到學(xué)校后勤部門(mén)購買(mǎi)電源，購買(mǎi)的電源存儲在IC卡上。②用戶(hù)用電過(guò)程：學(xué)生將電源IC卡靠近安裝模塊的數據傳輸區域，系統將自動(dòng)將卡上的電源傳輸到模塊的存儲器，并清除IC卡上的電源。模塊上的顯示器將顯示電表的用電量和剩余電量。當預存電量即將用完時(shí)，模塊將點(diǎn)亮紅色報警信號，并通知學(xué)生及時(shí)再次持卡購電。

2系統硬件設計

該模塊的功能由單片機控制，實(shí)現存電、計電、顯示、斷/輸電等功能，并增加射頻識別系統，完成非接觸式IC卡讀寫(xiě)。斷電電源的控制由繼電器電路完成；電源計算由電能計量電路(ADE7755)完成；單片機直流電源由穩壓電源電路完成；EEPROM電路完成用戶(hù)用電量和剩余電量數據的存儲；顯示功能由四位LED顯示電路完成；IC卡由射頻識別系統電路完成。

使用2.1HT48R50A-1單片機?？捎糜诒驹O計的單片機很多，ATMELAT89C51常用，臺灣HOLTEKHT48R50A-1采用本設計。該單片機是專(zhuān)為多輸入輸出控制的產(chǎn)品設計的八位高性能精簡(jiǎn)指令集單片機，功耗低I/O口穩定性高、定時(shí)器功能、振蕩選擇、省電喚醒功能、看門(mén)狗定時(shí)器、蜂鳴器驅動(dòng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應用于工業(yè)控制、消費品、子系統控制器等各種應用[1]。

2.2射頻卡讀/寫(xiě)作介紹。射頻卡讀/寫(xiě)作器的關(guān)鍵芯片是射頻卡基站芯片，主要用于完成數據調制、發(fā)射、射頻接受和數據調解任務(wù)。本設計采用ATMEL生產(chǎn)的U2270B芯片，是一種低成本、性能完善的低頻(100～150kHz)射頻卡基站芯片。

2.3電表電能計量電路。ADI公司的AD7755用于本設計中的電子電能表。從電流傳感器和電壓傳感器傳輸的電流和電壓信號分別由兩個(gè)16位的A/D轉換器轉換為數字信號。電流通道中的高通濾波器用于過(guò)濾電流信號中的直流分量，以消除直流分量對有功功率計算的影響。乘法器乘坐電壓信號后，輸出信號通過(guò)低通濾波器過(guò)濾掉交流分量。剩余的直流分量為瞬時(shí)有功功率。該信號通過(guò)數字/頻率轉換器轉換為與平均有功功率成比例的低頻脈沖信號，并從F1和F2端輸出。這樣，CF端輸出的脈沖頻率與瞬時(shí)有功功率成比例[3]。

頻率輸出CF端與單片機計數器連接，單片機在內部定時(shí)器設定的積分時(shí)間內對CF輸出的脈沖計數，平均功率與平均頻率成正比，由以下公式確定：

平均功率=平均頻率=脈沖數/積分時(shí)間

積分周期內消耗的電能為：

電能=平均功率×積分時(shí)間=(脈沖數/積分時(shí)間)×積分時(shí)間=脈沖數

2.4穩壓電源電路。本設計的穩壓電源電路采用小功率單相橋式整流濾波電路，主要是單片機HT48R50A-1和AT24C02芯片（EEPROM）提供5V電壓。

2.5顯示電路。本設計的顯示電路是四個(gè)陰極七段顯示器，由動(dòng)態(tài)掃描控制，主要用于顯示用戶(hù)的用電量和剩余用電量。其中，用電量和剩余用電量分為兩個(gè)部分，每個(gè)部分顯示四個(gè)部分。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是輪流一個(gè)個(gè)點(diǎn)亮顯示器。

2.6繼電器電路。本設計的繼電器電路采用磁保持繼電器(MB302)控制接觸式IC卡預收費電表的用戶(hù)供電，即控制用戶(hù)用電的斷開(kāi)和連接。磁保持繼電器的觸點(diǎn)由永久磁鋼產(chǎn)生的磁保持。當繼電器的觸點(diǎn)需要打開(kāi)（或關(guān)閉）狀態(tài)時(shí)，只需使用正（或反）到直流脈沖電壓激勵線(xiàn)圈，繼電器就可以完成打開(kāi)（或關(guān)閉）狀態(tài)的轉換。此時(shí)，線(xiàn)圈不需要繼續通電，只依靠永久磁鋼的磁力來(lái)保持繼電器的狀態(tài)。對于磁維持繼電器的控制，需要一定能量的雙向脈沖信號驅動(dòng)來(lái)完成連接和切斷。

2.7EPROM電路。EEPROM電路采用常用的串行EEPROM存儲芯片AT24C02，具有I2C總線(xiàn)接口功能，功耗小，電源電壓寬(2.5~6.0V），工作電流約為3ma，靜態(tài)電流不同于30~110ua。AT24C02主要用于保存用戶(hù)用電量和剩余用電量的數據。一方面，單片機在用戶(hù)用電過(guò)程中隨時(shí)讀寫(xiě)AT24C02，獲取用戶(hù)用電數據，另一方面通過(guò)計數器計數ADE7755輸出的脈沖，動(dòng)態(tài)完成用戶(hù)用電功能。