基于RFID的预付费电能表的研制

摘要 运用保密性好且物美价廉的RFID技术实现预付费电能表；着重介绍RFID本身及其与电能表的接口。作为核心部分的电能表，采用全数字电路来实现，有效地提高了测量精度；同时采用可视化的液晶屏和交互式的键盘等，改善了人机界面。RFID和电能表的集合，改变了现在的电表付款方式，可以提高电力部门的工作效率，安全、可靠；是当前电子式电能表的一种发展方向。

关键词 RFID预付费电能表MFRC500AD7755MSP430DS130224LC16

引言

　　随着人均用电量的大幅度增加，推动了一户一表制的使用。传统的机械式电能表测量精度有限，会带来较大误差；当用电量很大时，误差将让人难以接受。本文介绍的电子式预付费电能表是通过电能测量集成电路对电压电流的取样信号进行处理，并输出与有功功率成正比的频率信号；微处理器通过对脉冲计数来计算所消耗的电量。用户将RFID卡片（预先在电力部门购买，卡片上充有定额的现金）靠近电能表，这时MCU通过射频芯片读取卡的金额，将其存储到EEPROM，同时此卡清零。电能表将通过声音和LCD显示来提醒用户充值。

1 硬件电路总体设计

　　通过对AD7755的电能测量，与以低功耗著称的MSP430 MCU接口，再用DS1302作为时钟，将数据储存在24LC16 EEPROM中。用工作于13.56 MHz的MFRC500芯片来实现预付费卡片数据的读取。硬件框图如图1所示。

1．1 电能计量模块AD7755的特点和接口

　　AD7755是Analog Devices公司生产的电量计量集成电路，技术指标超过了IEC1036规定的准确度要求。值得一提的是，国内现有替代产品，上海贝岭的BL0932可以很好地替代AD7755。这里的AD7755工作于这种方式：电流和电量通过其互感器送入各输入通道。电压和电流通道上额定值要设计在最大输出电压的半刻度上，使电表能满足过压和过流的要求。把CF频率输出端接到单片机的端口，设置SCF＝0，S1＝0，S0＝1，CF的最高输出频率为21.76 Hz，MCU对输入脉冲进行计数，计数值的大小即反映电能消耗的多少。本设计中，分流器电阻在340 μΩ条件下，表常数为3 200脉冲/kWh，即每kWh电产生3 200脉冲。从CF经光耦输出到MCU计数。

图1 硬件框图{{分页}}

1．2 MCU模块MSP430

　　MSP430 MCU是TI公司的超低功耗16位单片机；采用精简指令集；具有丰富的片内外设，功能强大，并且具有很低的电能消耗，特别适用于三表设计。在此选用带有LCD驱动和I/O丰富的MSP430F435。MSP430F435有80和100两种封装形式（在此选用小型化的80封装）。MCU作为电路的核心模块，要与各个外设打交道，不仅要负责计出AD7755所输出的计量脉冲值，还要将其转换为金额，并对各种外扩的接口芯片进行协调和处理。

1．3 时钟模块DS1302

　　要保证电能表时间的准确性，时钟电路还是必需的。在此选用Dallas公司推出的高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片DS1302，可以对年、月、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5 V。DS1302采用三线接口与MSP430单片机进行通信。这部分主要是对DS1302的串行信号和时钟的模拟以及掉电保护电路设计。

1．4 外扩存储器模块24LC16

　　作为计量仪表需要有许多数据（如电流电压的系数、分时计费表、累计计费表等）是变动的或可以通过正常手段修改的，但不能因系统中的干扰而改写，更不能因停电等事件而丢失。串行EEPROM是当前仪表设计中最合适的器件。这里选用Microchip公司生产的24LC16来实现这种功能。24LC16是具有I2C接口的EEPROM。其容量为2048