基于GPRS非法用電報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 20132013 屆屆 電氣與電子工程電氣與電子工程 學(xué)院學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 電子信息工程（通信技術(shù)）電子信息工程（通信技術(shù)） 完成日期完成日期 20132013 年年 6 6 月月 1010 日日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題題目目基于 gprs 的非法用電報(bào)警裝置的設(shè)計(jì) 專專 業(yè)業(yè) 電子信息工程（通信技術(shù)） 班班 級(jí)級(jí)電 0904-1 班學(xué)生姓名學(xué)生姓名 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程分院導(dǎo)師姓名導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱導(dǎo)師職稱副教授 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) the design of basing on gprss illegal use of electric alarm device 基于基

2、于 gprsgprs 的非法用電報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)的非法用電報(bào)警裝置的設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、總體方案的設(shè)計(jì)。 2、電源及復(fù)位模塊設(shè)計(jì)。 3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) att7022b 模塊外圍電路的設(shè)計(jì)。 4、蓄電池電壓電流模塊的設(shè)計(jì)。 5、數(shù)據(jù)保存模塊設(shè)計(jì)。 6、gprs 通信模塊及顯示模塊設(shè)計(jì)。 二、基本要求 1、gprs 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)電壓變化情況 2、能檢測(cè)到非法用電并進(jìn)行報(bào)警 3、顯示器正確顯示故障類型 三、主要技術(shù)指標(biāo) 1、gtm900 模塊 （1）重量 10 g （2）尺寸（長(zhǎng)寬高）56.5 mm36 mm3 mm（包括屏蔽盒） （3）電源電壓 3.3v4.8v（推薦值 4.0v ）工作電流3.8

3、ma（空閑模式） 2、msp430f149 模塊 （1）安全熔絲的程序代碼保護(hù) （2）低電壓(電壓范圍是 1.8v-3.6v)，超低功耗(2.2v 1mhz 280ua ) （3）使用中斷請(qǐng)求將 cpu 從低功耗模式下喚醒時(shí)間：6us 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) 1、沈建華，楊艷琴，翟曉曙。msp43o 系列 16 位超低功耗單片機(jī)實(shí)踐與系統(tǒng)設(shè)m 。清華 大學(xué)出版社，2005 2、秦龍。msp430 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型事例m。北京:中國(guó)電力出版社 3、胡大可。msp43o 系列 flash 型超低功耗 1 位單片機(jī)m。北京:北京航空航大大學(xué)出版 社，2001 4、魏靈坤，劉志軍，胡春華。a

4、tt7022b 的功能及其應(yīng)用技術(shù)研究?？萍紕?chuàng)新 導(dǎo)報(bào)，2008 五、進(jìn)度計(jì)劃 1、2 月 24 日-3 月 31 日收集資料，生產(chǎn)實(shí)習(xí)，熟悉 cad 軟件，裝機(jī)調(diào)試。 2、4 月 1 日-4 月 30 日完成各模塊硬件布圖的整體框架，選定各模塊所需器件。 3、5 月 1 日-5 月 31 日完成全部設(shè)計(jì)，完成硬件布圖。 4、6 月 1 日-6 月 13 日整理設(shè)計(jì)書，準(zhǔn)備答辯。 教研組主任簽字教研組主任簽字時(shí)時(shí)間間 年年 月月 日日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 題目基于 gprs 的非法用電報(bào)警裝置的設(shè)計(jì) 專 業(yè)電子信息工程（通信技術(shù)）班 級(jí)電 0904-1 班學(xué)生姓名劉榮艷 研究背景：近年來，通信公

5、司大力完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，公司的蜂窩網(wǎng)基站數(shù)量大，分布 面廣，安裝位置分散且情況復(fù)雜?；敬蠖嗍亲庥妹穹浚捎谌狈唧w的監(jiān)測(cè)手段，基 站用電較難管理，也無法對(duì)基站的用電量進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)管理。因此，研究并建設(shè) 能適應(yīng)大規(guī)?；鞠到y(tǒng)需要的非法用電報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)于節(jié)能減排的建設(shè)和用電的精細(xì)化 管理具有積極的意義。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：除電力供電基站外，有很大一部分基站都是采用出租房屋方提供的 電源，因場(chǎng)地條件限制，許多電表安裝無法規(guī)范，可人為私自改動(dòng)電表或私接電源竊電 的機(jī)會(huì)很多。由于沒有先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)此行為進(jìn)行監(jiān)督管理，光靠現(xiàn)有的管理手段， 既使有人改電表或竊電，我們的工作人員也無法知道?，F(xiàn)在所有基站（機(jī)

6、房）都是無人 值守，正好給竊電分子有機(jī)可乘。加之大多數(shù)人對(duì)竊電行為的嚴(yán)重性意識(shí)不足，認(rèn)為竊 電不是違法犯罪，聯(lián)通有錢對(duì)這點(diǎn)小錢不在乎。另外竊電者的竊電手段普遍都比較高明， 不通過技術(shù)的手段是很難抓到竊電者的。利用私接電線的手段進(jìn)行竊電的現(xiàn)象相當(dāng)普遍。 這樣的問題基站現(xiàn)場(chǎng)電表讀數(shù)是無法真實(shí)反映基站實(shí)際用電情況的。 研究方法：通過自己所學(xué)的相關(guān)課程，如移動(dòng)通信、通信原理、數(shù)字電路、模擬電 路電子線路等；以及通過借閱圖書館相關(guān)資料和上網(wǎng)收集相關(guān)課題信息；最后到實(shí)地進(jìn) 行考察，如參觀一些基站用電檢測(cè)系統(tǒng)，或者去參觀新型小區(qū)的基站。 主要工作：系統(tǒng)各模塊分析、各模塊硬件電路設(shè)計(jì)與分析、主控制器的選擇與性

7、能 分析、gprs無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、各模塊cad繪圖、各功能模塊調(diào)試。 指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)語及成績(jī) 學(xué)生姓名劉榮艷專業(yè) 電子信息工程 （通信技術(shù)） 班 級(jí)電 0904-1學(xué) 號(hào)20092397 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目 基于 gprs 的非法用電報(bào)警裝置的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 姓 名 陳東陽 指導(dǎo)教師 職 稱 副教授 指導(dǎo)教師評(píng)語： 專家評(píng)語： 簽字： 年 月 日 答辯小組意見： 答辯小組組長(zhǎng)簽字： 年 月 日 成績(jī)： 院長(zhǎng)(主任) 簽字： 年 月 日 摘要 探討了一種基于 gprs 通信技術(shù)的防竊電實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)方案，詳細(xì)闡述了其系 統(tǒng)組成、核心硬件單元和竊電行為識(shí)別與診斷方法

8、，還指出了該系統(tǒng)的安全措施和 技術(shù)特點(diǎn)。該系統(tǒng)方案將供用電過程透明化，供用電信息實(shí)時(shí)化，從而能有效地防 治竊電行為。 本設(shè)計(jì)是從降低開發(fā)成本、擴(kuò)大適用范圍、系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性的設(shè)計(jì) 目的出發(fā)，采用 msp430f149 單片機(jī)為控制核心、以 gatt7022b 來完成電壓信號(hào) 的采集、電壓以數(shù)字的方式顯示在 led 液晶上，最終實(shí)現(xiàn)電壓的采集、顯示。并重 點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件編程的設(shè)計(jì)過程。其中硬件構(gòu)成有六部分:電源及復(fù) 位模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、上位機(jī)、gtm900 模塊和顯示模塊。 msp430f149 是一種 16 位內(nèi)含 flash 型芯片的單片機(jī)，具有高速運(yùn)算

9、、開發(fā) 設(shè)備簡(jiǎn)便、可現(xiàn)場(chǎng)編程等特點(diǎn)，這給控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的便利性。各個(gè)模 塊的電路原理圖都由 cad 來完成。 關(guān)鍵詞：gprs msp430f149 電壓控制 cad att7022b abstract the design of realtime monitoring system against electric larceny is discussed based on gprs technology；and its framework，core hardware as well as methods for detecting and diagnosing electricl

10、arceny are expounded in detail. besides，the stability，reliability and merits of the system are also mentioned the design makes the process from power supplier to consumers transparent and can prevent electric larceny with the full realtime information the design is to reduce costs, expand the develo

11、pment of the scope and the system running stability, reliability, designed by msp430f149 monolithic integrated circuits to control the voltage sensor to complete the temperature of the collection, the voltage in the number of ways in led display led1602, achieve the voltage of the collection and dis

12、play and police. the minimum temperature values based on actual requirements, the keyboard for set, for automatic temperature control and other function, and the hardware and software system of the programming process the design of hardware to constitute a part of six modules, power and resets the c

13、ollected, the data acquisition module, thedata storage module, pc, the gtm900 module and module display module. msp430f149 is a 16-bit flash chips including the type of operation of a monolithic integrated circuits, the development of device easy, but the characteristics and programming for the cont

14、rol system design a great convenience., all modules of a schematic diagram of a circuit are cad to complete. key words: gprs msp430f149 voltage control cad att7022b 目 錄 第 1 章 緒論.1 1.1 課題研究的目的意義 .1 1.2 研究現(xiàn)狀 .1 1.2.2 基站的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) .2 1.3 論文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新特點(diǎn) .3 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容 .3 1.3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新特點(diǎn) .4 第 2 章 硬件模塊理論基礎(chǔ).5 2.

15、1 gtm900 系統(tǒng)簡(jiǎn)介.5 2.1.1 產(chǎn)品定位 .5 2.1.2 產(chǎn)品外形 .5 2.1.4 邏輯框圖 .7 2.1.5 產(chǎn)品應(yīng)用 .7 2.1.6 電氣特性 .9 2.2 msp430f149 單片機(jī).10 2.3.1 msp430f149 的組成.10 2.3.2 msp430f149 的特點(diǎn).10 2.3.3 msp430f149 的定時(shí)器及轉(zhuǎn)換模塊.11 2.3 電壓電流采集系統(tǒng) .12 2.3.1 芯片特性 .13 2.3.2 內(nèi)部框圖 .14 2.3.3 引腳描述 .14 2.3.4 應(yīng)用示意圖.17 第 3 章 硬件部分.18 3.1 總體方案的設(shè)計(jì) .18 3.2 電源模

16、塊設(shè)計(jì) .19 3.2.1 計(jì)量工作電源 .19 3.2.2 微處理器工作電源 .20 3.3 復(fù)位模塊設(shè)計(jì) .21 3.3.1 上電復(fù)位和電源電壓監(jiān)視 .22 3.3.2 硬件復(fù)位和軟件監(jiān)視 .22 3.4 電參數(shù)計(jì)量的設(shè)計(jì) .22 3.4.1 att7022b 外圍硬件設(shè)計(jì).22 3.4.2 微處理器與 att7022b 之間的數(shù)據(jù)交換.25 3.4.3 電參數(shù)數(shù)據(jù)的獲取 .29 3.4.4 校表方法 .29 3.5 蓄電池電壓采集電路的設(shè)計(jì) .31 3.6 蓄電池電流采集電路的設(shè)計(jì) .32 3.7 數(shù)據(jù)保存電路的設(shè)計(jì) .33 3.8 gprs 通信接口的硬件設(shè)計(jì) .34 3.9 顯示模塊

17、的設(shè)計(jì) .35 3.10 重連機(jī)制的改進(jìn) .36 第 4 章 軟件設(shè)計(jì).39 4.1 串口 0 任務(wù)處理 .39 4.2 gprs 任務(wù)處理 .39 4.3 短信任務(wù)處理 .40 第五章 總結(jié)與展望.42 5.1 總結(jié) .42 5.2 展望 .42 參考文獻(xiàn).43 致謝.44 附錄 1：外文翻譯.45 附錄 2 原理圖.55 附錄 3：軟件相關(guān)程序.56 第 1 章 緒論 本章主要介紹課題研究的目的意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及課題研究的主要內(nèi) 容及創(chuàng)新點(diǎn)。 1.1 課題研究的目的意義 近年來，各公司大力完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，公司的蜂窩網(wǎng)基站數(shù)量大，分布面廣，安 裝位置分散且情況復(fù)雜?；敬蠖嗍亲庥妹穹浚?/p>

18、有些電表由電網(wǎng)公司安裝，有些電 表為業(yè)主安裝，表的類型非常多，既有機(jī)械式電度表，也有電子式電度表，還有 ic 卡電表。由于點(diǎn)多面廣，情況復(fù)雜，公司需要派專人或委托代維公司抄表、維護(hù)， 以滿足基站的電量核算、用電分析等能耗日常管理。特別是近年來，隨著基站數(shù)量 迅速增加，用電成本已經(jīng)成為公司的主要成本，而且比例還在逐年增加。 現(xiàn)有的竊電手段很多，歸納起來無非都是從電能計(jì)量的基本原理或計(jì)量裝置下 手。電能表對(duì)電能的計(jì)量決定于電壓、電流、功率因素三要素及其與時(shí)間的乘積， 改變這些要素中的任何一個(gè)，或者改變電能計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)或?qū)ζ涫┘佑绊懯闺娔?表慢轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)甚至反轉(zhuǎn)，以達(dá)到竊電的目的。盡管目前防竊電技術(shù)

19、已經(jīng)取得很大進(jìn) 步，但是由于竊電手段也日益智能化和專業(yè)化，從而竊電更加隱蔽，更加不易查處， 甚至少數(shù)供電部門內(nèi)部人員監(jiān)守自盜造成大量“人情電”流失。常規(guī)的防竊電手段 都只是設(shè)置在用戶端，缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)控，造成竊電證據(jù)不能及時(shí)采集，竊電者仍有可 趁之機(jī)對(duì)于某些內(nèi)外勾結(jié)進(jìn)行大肆竊電的非法行為，不能得到有效的控制。從根 本上防止竊電行為的發(fā)生，只有通過實(shí)現(xiàn)基于供電和用電電量平衡的全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 方案來解決，將整個(gè)供用電過程透明化使竊電者無機(jī)可趁由于缺乏具體的監(jiān)測(cè)手段， 基站用電較難管理，也無法對(duì)基站的用電量進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)管理。因此，研究 并建設(shè)能適應(yīng)大規(guī)?；鞠到y(tǒng)需要的能耗管理系統(tǒng)，對(duì)于節(jié)能減排的建設(shè)

20、和用電的 精細(xì)化管理具有積極的意義。 1.2 研究現(xiàn)狀 1.2.1 gprs 技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1 gprs 是通用分組無線業(yè)務(wù)(general packet radio service)的簡(jiǎn)稱，它突破了 gsm 網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站 系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來說并不大，但得到的用 戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。gprs(general packet radio service)是一種以全球手機(jī)系統(tǒng) gsm 為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可說是 gsm 的延續(xù)。gprs 和以往連續(xù)在頻道傳輸 的方式不同，是以封包(packet)式來傳輸，

21、因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料 單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。 gprs 的傳輸速率可提升至 56 甚至 114kbps。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無線應(yīng) 用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會(huì)更方便容易。如此，使用者既可聯(lián)機(jī) 上網(wǎng)，參加視訊會(huì)議等互動(dòng)傳播，而且在同一個(gè)視訊網(wǎng)絡(luò)上(vrn)的使用者，甚至 可以無需通過撥號(hào)上網(wǎng)，而持續(xù)與網(wǎng)絡(luò)連接。 1.2.2 基站的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 基站即公用移動(dòng)通信基站是無線電臺(tái)站的一種形式，是指在一定的無線電覆蓋 區(qū)中，通過移動(dòng)通信交換中心，與移動(dòng)電話終端之間進(jìn)行信息傳遞的無線電收發(fā)信 電臺(tái)。移動(dòng)通信基站的建設(shè)是我國(guó)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商投資的重

22、要部分，移動(dòng)通信基站 的建設(shè)一般都是圍繞覆蓋面、通話質(zhì)量、投資效益、建設(shè)難易、維護(hù)方便等要素進(jìn) 行。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)化、分組化方向發(fā)展，移動(dòng)通信基站的發(fā)展趨勢(shì) 也必然是寬帶化、大覆蓋面建設(shè)及 ip 化2。 廣義的基站是基站子系統(tǒng)(bss，base station subsystem)的簡(jiǎn)稱。以 gsm 網(wǎng)絡(luò) 為例，包括基站收發(fā)信機(jī)(bts)和基站控制器(bsc)。一個(gè)基站控制器可以控制十幾 以至數(shù)十個(gè)基站收發(fā)信機(jī)。而在 wcdma 等系統(tǒng)中，類似的概念稱為 nodeb 和 rnc。 狹義的基站，即公用移動(dòng)通信基站是無線電臺(tái)站的一種形式，是指在一定的無 線電覆蓋區(qū)中，通過移動(dòng)通信交換中

23、心，與移動(dòng)電話終端之間進(jìn)行信息傳遞的無線 電收發(fā)信電臺(tái)。 無論 2g 還是 3g 基站，都有一些通用的要求，總結(jié)起來有八點(diǎn)：性能卓越，包 括接收靈敏度、抗干擾能力、極限容量、發(fā)射頻譜等；投資節(jié)省，就是降低綜合運(yùn) 營(yíng)成本，能夠充分利用已有投資，設(shè)備投資注重長(zhǎng)遠(yuǎn)收益；基站的容量配置比較靈 活，支持多載波技術(shù)、大功率功放、多頻段；支持的業(yè)務(wù)更加多樣，除了基本業(yè)務(wù) 還能支持一些新的業(yè)務(wù)，對(duì)視頻和其他新的業(yè)務(wù)支持更加方便；產(chǎn)品的形態(tài)更加豐 富，如宏蜂窩基站、微基站，小型基站，室內(nèi)站和室外站等；設(shè)備集成度更高，從 射頻和基帶兩方面提高設(shè)備的集成度；靈活的部署方式，要選址/安裝方便，共用已 有設(shè)施，美化環(huán)境

24、；另外，升級(jí)維護(hù)要方便，支持硬件/軟件升級(jí)、遠(yuǎn)程維護(hù)管理等。 傳統(tǒng)型基站主要提供宏基站和微基站服務(wù)。宏基站容量大、體積大、功率大， 適用于大部分區(qū)域；微基站特點(diǎn)是容量小、體積小，小功率型適用于密集地區(qū)和 室內(nèi)覆蓋，大功率型適用于機(jī)房獲取困難及偏遠(yuǎn)地區(qū)。特色型基站包括分布式基站 rru 形式，其特點(diǎn)備受關(guān)注，應(yīng)用前景廣闊。大功率的分布式基站被用于解決大容 量問題，小型化基站則主要解決室內(nèi)覆蓋的建網(wǎng)。另外還有概念型基站微微蜂窩， 這主要是解決家庭小區(qū)域的覆蓋。 從基站的發(fā)展趨勢(shì)來看，主要呈現(xiàn)下面幾個(gè)特點(diǎn)3： 第一，將呈現(xiàn)開放式模塊化的特點(diǎn)，使基站建設(shè)可以以“搭積木”的方式進(jìn)行， 能夠快速響應(yīng)，縮短

25、建設(shè)時(shí)間，同時(shí)使維護(hù)設(shè)備種類減少，降低運(yùn)維難度，節(jié)省運(yùn) 維成本。微基站將進(jìn)一步縮小體積，分布式基站則繼續(xù)強(qiáng)化靈活性，未來將扮演復(fù) 雜無線環(huán)境的應(yīng)用主角。 第二，基站將能夠支持多載波、大容量，具有更高的集成度、更低的功耗、更 高的性能。容量需求變化時(shí)只需增加信道板，就可以實(shí)現(xiàn)快速平滑擴(kuò)容，這將成為 基站的另一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)在能看到的是 12 個(gè)載波的系統(tǒng)，或者搭載更多，一 個(gè)宏基站加上 ruu 就能夠提供更好的覆蓋。 第三，高功率效率。功放部分現(xiàn)在有兩種主流實(shí)現(xiàn)：一種是 dsp 加 ipta，其 中采用了軟件技術(shù)，能夠更靈活更快地響應(yīng)市場(chǎng)需求；還有一種方式是采用專用的 集成芯片，其優(yōu)點(diǎn)是集成

26、芯片能夠批量生產(chǎn)，成本和集成度方面比第一種方式更有 優(yōu)勢(shì)，可以有效降低維護(hù)成本，并增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。 第四，ip 化發(fā)展。如今從核心網(wǎng)到無線接入網(wǎng)再到終端，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)整體都 在向全 ip 方向發(fā)展，基站設(shè)備和傳輸也必須注重 ip 化，從而降低從傳統(tǒng)的 tdm 網(wǎng) 絡(luò)直接升級(jí)為全 ip 網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)投資。 第五，一些新的室內(nèi)覆蓋解決方案將面世。3g 室內(nèi)業(yè)務(wù)量特別是多媒體業(yè)務(wù)量 在室內(nèi)比較多，現(xiàn)在能夠統(tǒng)計(jì)的結(jié)果是 70%左右的業(yè)務(wù)量是發(fā)生在室內(nèi)的。此外， 3g 對(duì)室內(nèi)覆蓋的要求比 2g 要高，因此有必要細(xì)分各種室內(nèi)覆蓋的設(shè)備市場(chǎng)，發(fā)展 大型、中型和小型室內(nèi)辦公，家庭辦公等地區(qū)室內(nèi)覆蓋解決方

27、案。 1.3 論文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新特點(diǎn) 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容 (1)完成三相電參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，包括各相電壓電流有效值、各相和合相有功無 功功率、各相和合相有功和無功電能、各相和合相功率因數(shù)以及電網(wǎng)頻率等，計(jì)量 精度達(dá)到 1s。 (2)完成蓄電池電壓、蓄電池電流的數(shù)據(jù)采集，電壓采集精度達(dá)到 0.05v，蓄電 池電流精度達(dá)到 1ma。 (3)將數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)定閾值進(jìn)行比較，判斷告警事件發(fā)生與否。告警類型包括市電停 電、蓄電池電壓欠壓、市電端相、市電過壓、市電過流。 (4)可通過串口進(jìn)行本地操作，通過上位機(jī)將各種數(shù)據(jù)從終端中讀取出來。 1.3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新特點(diǎn) 采用 msp430f149 作為控制模塊的

28、主要部件，外圍接有 gprs 模塊，數(shù)據(jù)采集 模塊，led 燈，蓄電池電壓電流采集模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等。而且如果發(fā)生故障或 是達(dá)到報(bào)警閾值就會(huì)在 led 燈上顯示出來，以便工作人員檢修和維護(hù)。同時(shí) msp430f149 通過串口 uart0 可與上位機(jī)相連，直接對(duì)其進(jìn)行各種參數(shù)的復(fù)制，簡(jiǎn) 單快捷。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)基站電量實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，提高了效率，節(jié)省財(cái)力物力， 是一個(gè)很實(shí)用的設(shè)備。 基于 gprs 的通信基站用電監(jiān)測(cè)終端具有以下創(chuàng)新點(diǎn)： (1)電壓采集一般用電阻分壓后供 a/d 采樣，本論文采用的繼電器采集方案用低 成本的方式實(shí)現(xiàn)了蓄電池電壓高精度采集，也達(dá)到了電氣隔離和抗干擾的作用。 (2)

29、采用蓄電池充放電方向來判斷市電停電與否。 (3)通信模塊選擇了華為公司的 gtm900，內(nèi)置 tcp/ip 協(xié)議，大大縮短了項(xiàng)目 開發(fā)時(shí)間。 (4)對(duì)通信故障發(fā)生后系統(tǒng)自主重連網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn)，不僅實(shí)現(xiàn)了可靠重 連網(wǎng)絡(luò)的功能，還大大縮短了重連網(wǎng)絡(luò)所取消的時(shí)間。 (5)在 gprs 網(wǎng)絡(luò)正常情況下，由終端發(fā)起的通訊都采用 gprs 方式，由服務(wù)器 發(fā)起的通訊都采用 sms 方式；在 gprs 網(wǎng)絡(luò)故障情況下，終端通訊方式有 gprs 方 式轉(zhuǎn)為 sms 方式，每次有發(fā)送數(shù)據(jù)需求時(shí)，采用 sms 發(fā)送，待 gprs 故障恢復(fù)后， 再啟用 gprs 模式，這樣確保了通信的可靠性4。 第 2 章

30、硬件模塊理論基礎(chǔ) 本章簡(jiǎn)要介紹華為公司的 gtm900 模塊，msp430f149 單片機(jī)模塊及 att7022b 模塊等硬件的技術(shù)特點(diǎn)、功能、發(fā)展優(yōu)勢(shì)等等。 2.1 gtm900 系統(tǒng)簡(jiǎn)介4 2.1.1 產(chǎn)品定位 華為 gtm900 無線模塊是一款三頻段 gsm/gprs 無線模塊。它支持標(biāo)準(zhǔn)的 at 命令及增強(qiáng) at 命令，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N 應(yīng)用的理想解決方案。同時(shí)，gtm900 無線模塊也適合在 gt800 的網(wǎng)絡(luò)下運(yùn)行。它 提供組呼、廣播、私密呼叫、優(yōu)先級(jí)呼叫等豐富的集群功能，是 gt800 各類終端的 核心解決方案。 2.1.2 產(chǎn)品外形 gtm9

31、00 無線模塊的外形規(guī)格，如表 2-1 所示。 表 2-1 產(chǎn)品外形規(guī)格 外形規(guī)格指標(biāo) 重量10 g 尺寸（長(zhǎng)寬高）56.5 mm36 mm3 mm（包括屏蔽盒） gtm900 無線模塊的物理外形，如圖 2-1 所示。 圖 2-1 產(chǎn)品物理外形 2.1.3 產(chǎn)品特性 gtm900 的產(chǎn)品特性如所表 2-2 示。 表 2-2 產(chǎn)品特性 產(chǎn)品特性描述 工作頻段 egsm900/gsm1800 雙頻 工作頻段 gt800單頻 gsm850/gsm1900（需要另外選配器件） 最大發(fā)射率 egsm900/gt800 class4(2w) gsm1800 class1(1w) 接收靈敏度-102dbm

32、工作溫度-30c +75c 電源電壓3.3v4.8v（推薦值 4.0v ） 工作電流3.8ma（空閑模式） 協(xié)議 兼容gsm/gprs phase2/2+協(xié)議 支持華為gt800 協(xié)議 at 命令 gsm 標(biāo)準(zhǔn)at 命令 at命令 v.25 at命令 華為擴(kuò)展的 at 命令 40pin fpc 連接器uart 接口（最大串口速率可達(dá) 115200bit/s） 標(biāo)準(zhǔn)sim 卡接口（3v） 兩路模擬音頻接口 電源接口 gsc 射頻天線連接器50 gsc 射頻天線連接器 語音業(yè)務(wù)支持fr、efr、hr 和amr 的語音編碼 語音業(yè)務(wù) 支持免提通話，提供回聲抑制功能 短消息業(yè)務(wù)支持mo 和mt 短消息

33、業(yè)務(wù) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和小區(qū)廣播 短消息模式支持 text 和 pdu gprs 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) gprs class 10 編碼方式cs 1，cs 2，cs 3，cs 4 最高速率可達(dá)85.6kbit/s 支持pbcch 內(nèi)嵌 tcp/ip 協(xié)議：支持多鏈接，提供 ack 應(yīng)答，提供 大容量緩存 電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 支持csd 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，最高速率可達(dá)14.4kbit/s 支持傳真：group3 ，class2.0 支持 ussd 補(bǔ)充業(yè)務(wù)來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持、呼叫等待、三方通話 等 集群功能組呼，廣播，私密呼叫等 2.1.4 邏輯框圖 gtm900 使用 at 命令集，通過 uart 接口與外部 cpu

34、 通信，主要實(shí)現(xiàn)無線發(fā) 送和接收、基帶處理、音頻處理等功能。鍵盤、lcd(liquid crystal display)等外部 設(shè)備由外部 cpu 進(jìn)行控制。 gtm900 的邏輯框圖如圖 2-2 所示。 圖 2-2 邏輯框圖 上述實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)如下： (1)接口簡(jiǎn)單。 (2)用戶能利用各種鍵盤和 lcd 開發(fā)各種類型的終端產(chǎn)品。 2.1.5 產(chǎn)品應(yīng)用 gtm900 在 terminal 型固定臺(tái)、phone 型固定臺(tái)、車載臺(tái)和公用電話、電力無 線抄表業(yè)務(wù)等方面被廣泛的應(yīng)用。 (1)業(yè)務(wù)演示框圖 gtm900 的業(yè)務(wù)演示框圖如圖 2-3 所示。 電源管理單元程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元sim卡處理單元

35、串口處理單元cpu中央處理器 單元 模擬基帶處理單元 射頻收發(fā)單元 射頻信號(hào)功率 放大單元 音頻處理單元數(shù)字基帶處理單元ad/da 轉(zhuǎn)換單元射頻天線開關(guān)單元 到基站模擬器去的50歐姆電纜或天線 標(biāo)準(zhǔn)rs232串口 gsc 接頭 3v 電平信號(hào)，需作電平轉(zhuǎn)換 的射頻電纜 40pin 的 柔性電纜 圖 2-3 業(yè)務(wù)演示框圖 (2)terminal 型固定臺(tái)應(yīng)用 gtm900 應(yīng)用于 terminal 型固定臺(tái)時(shí)，需外接 cpu。外接 cpu 主要完成對(duì) slic(subscriber line interface circuit)芯片的配置以及電源管理、串口通信等功能， 其余的功能均由 gtm90

36、0 完成。 terminal 型固定臺(tái)應(yīng)用的邏輯框圖如圖 2-4 所示 audio 天 線 uart sim irda power 圖 2-4 terminal 型邏輯框圖 (3)phone 型固定臺(tái)應(yīng)用 gtm900 應(yīng)用于 phone 型固定臺(tái)時(shí)，外部需要增加鍵盤和 lcd。鍵盤和 lcd 受外接 cpu 的控制。phone型固定臺(tái)應(yīng)用的邏輯框圖如圖2-5所示。 計(jì)算機(jī) 電源 gtm900 sim 卡 用戶設(shè)備 （如固定臺(tái)， 車載臺(tái)，移 動(dòng)臺(tái)） 串口 無 線 模 塊 開燈、亮燈控 制 irda sim power cpu slic 電池充放電 及電池管理 audio 天 線 uart si

37、m irda power 圖 2-5 phone型邏輯框圖 (4)車載臺(tái)、公用電話應(yīng)用 gtm900 應(yīng)用于車載臺(tái)時(shí)，配合 gps 衛(wèi)星定位系統(tǒng),提供有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控和方 便的集群語音調(diào)度功能；gtm900 應(yīng)用于公用電話時(shí)，應(yīng)用方式與 terminal 型固定 臺(tái)和 phone 型固定臺(tái)應(yīng)用方式相同。用戶可根據(jù)具體需要，開發(fā)相應(yīng)的鍵盤、lcd 模塊以及其他結(jié)構(gòu)。 (5)電力無線抄表業(yè)務(wù)應(yīng)用 gtm900 應(yīng)用于無線抄表業(yè)務(wù)時(shí)，通過單片機(jī) cpu 連接控制。 2.1.6 電氣特性 （1）極限應(yīng)用條件 gtm900 的極限應(yīng)用條件如表 2-3 所示。 表 2-3 極限應(yīng)用條件 參數(shù)參數(shù)描述最小值最

38、大值單位 ts儲(chǔ)藏溫度-40+85 vi在任何管腳上輸入 或者輸出信號(hào)電壓 -0.53.5 v iin輸入電流-100ma vesd靜電電壓-2000v 無 線 模 塊 采樣、開關(guān)機(jī)檢測(cè)等 irda sim power cpu lcd 串口 電池充放電 及電池管理 audio keypad （2）電源特性 輸入電源 gtm900 的輸入電源要求如表 2-4 所示。 表 2-4 輸入電源要求 參數(shù)最小值典型值最大值 單位 vbatt+3.34.04.8v 工作電流 gtm900 的工作電流要求如表 2-5 所示。 表 2-5 工作電流要求 工作模式最小值典型值最大值單位 空閑狀態(tài)-3.8ma 通

39、話狀態(tài)-250-ma gprs 數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)-350(gprs4+1)-ma 關(guān)機(jī)狀態(tài)-50-a 2.2 msp430f149 單片機(jī) 本設(shè)計(jì)采用 msp430f149 單片機(jī)作為核心部件。 2.3.1 msp430f149 的組成 基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊，包括一個(gè)數(shù)控振蕩器(dco)、一個(gè)高速晶體振蕩器(最高 8mhz) 和一個(gè)低速晶體振蕩器(32768hz)。 看門狗定時(shí)器 watch timer，可用作通用定時(shí)器。 帶有 3 個(gè)捕獲/比較寄存器的 16 位定時(shí)器 timer_a3。 帶有 7 個(gè)捕獲/比較寄存器的 16 位定時(shí)器 timer_b7。 兩個(gè)具有中斷功能的 8 位并行端口:p1 與 p

40、2。 四個(gè) 8 位并行端口;p3、p4、p5 與 p6。 模擬比較器 compator_a。 2 位 200kbps 的 a/d 轉(zhuǎn)換器 adc12，自帶采樣保持。 兩通道串行通信接口可用于異步或同步(usart0、usa1t1)。 一個(gè)硬件乘法器。 2.3.2 msp430f149 的特點(diǎn)5 (1)低電壓(電壓范圍是 1.8v-3.6v)，超低功耗(2.2v 1mhz 280ua)。 (2)超低功耗。在休眠條件下上作電流只有 0.8ua;就是在(2.2v、1mhz)條件下電 流只有 280ua。 (3)使用中斷請(qǐng)求將 cpu 從低功耗模式下喚醒時(shí)間：6us。 (4)快速的指令執(zhí)行時(shí)間。msp

41、430f149 為 16 位 risc 結(jié)構(gòu)，指令周期為 150ns。 (5)片內(nèi)有 12 位 a/d 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供參考電壓。a/d 轉(zhuǎn)換器具有采樣保持和 自動(dòng)掃描特點(diǎn)。 (6)具有靈活的時(shí)鐘設(shè)計(jì)。 (7)方便的調(diào)試功能。 (8)單片機(jī)是 flash 型的，可以實(shí)現(xiàn)寫入和擦除，再加上次單片機(jī)提供 jtag 口，能實(shí)現(xiàn)能很好的在線調(diào)試仿真功能。通過集成的 ide 開發(fā)環(huán)境，使用戶很容易 調(diào)試程序8。 (9)片內(nèi)提供模擬信號(hào)比較器、較多的儲(chǔ)存器。 (10)串口通信模塊，usart0 usart1。 (11)提供 pl.0-p6.0 六個(gè)數(shù)據(jù)端口，能為用戶提供更多的處理功能。 (12)安全熔絲的

42、程序代碼保護(hù)。 2.3.3 msp430f149 的定時(shí)器及轉(zhuǎn)換模塊6 在 msp430f149 中有一個(gè) 16 位定時(shí)器和一個(gè) 12 位轉(zhuǎn)換模塊 adc12。 16 位定時(shí)器可以用作看門狗定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)在秒數(shù)量級(jí)上的定時(shí)。其中有 2 個(gè)中 斷向量，便于處理各種定時(shí)中斷。另外，定時(shí)器還具有捕獲模式，我們可以通過定 時(shí)器的捕獲功能實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量，比如脈沖寬度測(cè)量。12 位 a/d 轉(zhuǎn)換用到 2 個(gè)參考電 平，即 vr+和 vr-，作為轉(zhuǎn)換范圍的上下限和讀數(shù)的量程值和 0 值。轉(zhuǎn)換數(shù)值在輸入 信號(hào)大于等于 vr+時(shí)為滿量程，小于等于 vr-時(shí)為0。adc12 有 4 種工作模式。 可以在單通道上實(shí)現(xiàn)單

43、次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換，也可以在序列通道上實(shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或重 復(fù)轉(zhuǎn)換。對(duì)于序列通道轉(zhuǎn)換，采樣順序完全由用戶定義。轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存在 16 個(gè)轉(zhuǎn) 換寄存器中，這樣 adc12 可以進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換而不需要軟件干頂，這一點(diǎn)提高了系 統(tǒng)性能，也減少了軟件開銷。 msp430f149 單片機(jī)管腳如圖 2-5 所示： 圖 2-5msp430f149 單片機(jī)管 2.3 電壓電流采集系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用 att7022b, att7022b 是一顆高精度三相電能專用計(jì)量芯片，適用 于三相三線和三相四線應(yīng)用。att7022b 集成了六路二階 sigma-delta adc、參考電 壓電路以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及

44、頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理等電 路。att7022b 能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能 量以及無功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等 參數(shù)，充分滿足三相復(fù)費(fèi)率多功能電能表的需求。att7022b 支持全數(shù)字域的增益、 相位校正，即純軟件校表。有功、無功電能脈沖輸出 cf1、cf2 提供瞬時(shí)有功、無 功功率信息，可以直接接到標(biāo)準(zhǔn)表，進(jìn)行誤差校正。詳細(xì)校表方法請(qǐng)參考第三部分 校表方法。att7022b 可以對(duì)基波有功、無功功率進(jìn)行測(cè)量，提供脈沖輸出 cf3 和 cf4 提供瞬時(shí)基波有功功率以及基波無功功率信息，可直接用于基波的校正7。 att702

45、2b 提供兩類視在能量輸出，rms 視在能量以及 pqs 視在能量，cf3 和 cf4 也可被配置為視在能量脈沖輸出。att7022b 提供一個(gè) spi 接口，方便與外 部 mcu 之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。spi 具體規(guī)格參見后面第四部分的 詳細(xì)說明。所有計(jì)量參數(shù)都可以通過 spi 接口讀出8。att7022b 內(nèi)部的電壓監(jiān)測(cè)電 路可以保證加電和斷電時(shí)正常工作。 2.3.1 芯片特性9 高精度在輸入動(dòng)態(tài)工作范圍(1000:1),內(nèi)非線性測(cè)量誤差小于 0.1% 有功測(cè)量滿足 0.2s、0.5s，支持 iec 62053-22，gb/t 17883-1998 無功測(cè)量滿足 2 級(jí)、3

46、級(jí)，支持 iec 62053-23，gb/t 17882-1999 提供基波、諧波電能以及總電能測(cè)量功能 提供視在電能測(cè)量功能 提供正向和反向有功/無功電能數(shù)據(jù) 提供有功、無功、視在功率參數(shù) 提供功率因數(shù)、相角、線頻率參數(shù) 提供電壓和電流有效值參數(shù),有效值精度優(yōu)于 0.5% 提供電壓相序檢測(cè)功能 提供電流相序檢測(cè)功能 提供三相電流矢量和之有效值輸出 提供三相電壓矢量和之有效值輸出 提供電壓夾角測(cè)量功能 提供失壓判斷功能 具有反向功率指示 提供有功、無功、視在校表脈沖輸出 提供基波有功、基波無功校表脈沖輸出 合相能量絕對(duì)值相加與代數(shù)相加可選 內(nèi)置溫度測(cè)量傳感器 電表常數(shù)可調(diào) 起動(dòng)電流可調(diào) 可準(zhǔn)確

47、測(cè)量到含 21 次諧波的有功、無功和視在功率 支持增益和相位補(bǔ)償，小電流非線性補(bǔ)償 具有 spi 接口，方便與外部 mcu 通訊 適用于三相三線和三相四線模式 采用 qfp44 封裝 單+5v 供電 2.3.2 內(nèi)部框圖10 att7022b 內(nèi)部框圖如 2-6 所示. 圖 2-6 att7022b 內(nèi)部框圖 2.3.32.3.3 引腳描述引腳描述10 att7022b 引腳圖如 2-7 所示。 1reset 輸入， att7022b 復(fù)位管腳低電平有效內(nèi)部有 47k 上拉電阻 2 sig 輸出，att7022b 上電復(fù)位或者異常原因重新啟動(dòng)時(shí)，sig 將變?yōu)榈碗娖健?當(dāng)外部 mcu 通過 s

48、pi 寫入較表數(shù)據(jù)后，sig 將立即變?yōu)楦唠娖?3,4 v1p/v1n 輸入，a 相電流信道正，負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸入方式， 正常工作最大輸入 vpp 為 1.5v，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 esd 保護(hù)電路,最大承受電壓 為 6v 5refcap 輸出，基準(zhǔn) 2.4v，可以外接；該引腳應(yīng)使用 10uf 電容并聯(lián) 0.1uf 電 容進(jìn)行去耦 6,7 v3p/v3n 輸入，b 相電流信道正，負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸入方式， 正常工作最大輸入 vpp 為1.5v，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 esd 保護(hù)電路,最大承受電壓為 6v 8 agnd 電源， 模擬電路(即 adc 和基準(zhǔn)源)的接地參考點(diǎn) 9,10

49、v5p/v5n 輸入，c 相電流信道正，負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸入方式， 正常工作最大輸入 vpp 為1.5v，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 esd 保護(hù)電路,最大承受電壓 為6v 11 refout 輸出,基準(zhǔn)電壓輸出，用作外部信號(hào)的直流偏置 12 avcc 電源，該引腳提供 att7022b 模擬電路的電源，正常工作電源電壓應(yīng) 保持在 5v5%，為使電源的紋波和噪聲減小至最低程度，該引腳應(yīng)使用 10uf 電容 并聯(lián) 0.1uf 電容進(jìn)行去耦 13,14 v2p/v2n 輸入，a 相電壓信道的正、負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸入方 式，正常工作最大輸入 vpp 為1.5v，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 esd 保護(hù)電

50、路,最大承受 電壓為 6v 15 agnd 電源，模擬電路(即 adc 和基準(zhǔn)源)的接地參考點(diǎn) 16,17 v4p/v4n 輸入，b 相電壓信道的正、負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸入方 式，正常工作最大輸入 vpp 為1.5v，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 esd 保護(hù)電路,最大承受 電壓為6v 18avc 電源，該引腳提供 att7022b 模擬電路的電源，正常工作電源電壓應(yīng)保 持在 5v5%，為使電源的紋波和噪聲減小至最低程度，該引腳應(yīng)使用 10uf 電容并 聯(lián) 0.1uf 電容進(jìn)行去耦 19,20 v6p/v6n 輸入，c 相電壓信道的正、負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸入方 式正常工作最大輸入 vpp 為1

51、.5v，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 esd 保護(hù)電路,最大承受電 壓為6v 21，22 v7p/v7n 輸入，第七路 adc 的正、負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸入 方式，正常工作最大輸入 vpp 為1.5v,兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 esd 保護(hù)電路,最大承受 電壓為 6v 23gnd 電源，數(shù)字地引腳 24test 輸入測(cè)試管腳，正常應(yīng)用接地。內(nèi)有 47k 下拉電阻 25nc -不連接 26 sel 輸入三相三線低電平，三相四線高電平選擇。內(nèi)部 300k 上拉電阻 27cf1 輸出，有功電能脈沖輸出，其頻率反映合相平均有功功率的大小，常用 于儀表有功功率的校驗(yàn)，也可以用作有功電能計(jì)量 28cf2 輸出，無功電能

52、脈沖輸出，其頻率反映合相平均無功功率的大小，常用 于儀表無功功率的校驗(yàn)也可以用作無功電能計(jì)量 29 nc - 不連接 30cf3 輸出，cf3：基波有功電能脈沖輸出，其頻率反映基波的合相平均有功 功率的大小，常用于儀表基波有功功率的校驗(yàn)，也可以用作基波有功電能計(jì)量， cf3 也可配置為 rms 視在電能脈沖輸出 31cf4 輸出，cf4:基波無功電能脈沖輸出,其頻率反映基波的合相平均無功功 率的大小,常用于儀表基波無功功率的校驗(yàn),也可以用作基波無功電能計(jì)量。cf4 也 可配置為 pqs 視在電能脈沖輸出。 32nc -不連接 33vdd 電源內(nèi)核電源輸出 3.0v。外接 10f 電容并聯(lián) 0.

53、1uf 電容進(jìn)行去耦 34vcc 電源，數(shù)字電源引腳；正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5v5%，該引腳應(yīng) 使用 10uf 電容并聯(lián) 0.1uf 電容進(jìn)行去耦 35cs 輸入 ，spi 片選信號(hào)，低電平有效，內(nèi)部上拉 200k 電阻 36 sclk 輸入，spi 串行時(shí)鐘輸入(施密特)，注意：上升沿放數(shù)據(jù)，下降沿取數(shù) 據(jù) 37 din 輸入 ，spi 串行數(shù)據(jù)輸入(施密特)，內(nèi)部下拉 200k 電阻 38 dout 輸出 spi 串行數(shù)據(jù)輸出，cs 為高時(shí)高阻輸出 39 vdd 電源 ，內(nèi)核電源輸出 3.0v。外接 10uf 電容并聯(lián) 0.1uf 電容進(jìn)行去耦 40revp 輸出，當(dāng)檢測(cè)到任意一相的有

54、功功率為負(fù)時(shí)，輸出高電平；當(dāng)檢測(cè)到 各相有功功率都為正時(shí)，該引腳的輸出又將復(fù)位到低電平 41vcc 電源，數(shù)字電源引腳；正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5v5%，該引腳應(yīng) 使用 10uf 電容并聯(lián) 0.1uf 電容進(jìn)行去耦 42osci 輸入系統(tǒng)晶振的輸入端或是外灌系統(tǒng)時(shí)鐘輸入晶振頻率 24.576mhz 43osco 輸出晶振的輸出端 44gnd 電源數(shù)字地引腳 圖 2-7 att7022b 引腳圖 2.3.4 應(yīng)用示意圖 att7022b 的應(yīng)用示意圖如 2-8 所示。 圖 2-8 att7022b 的應(yīng)用示意圖 第 3 章 硬件部分 本章主要介紹硬件部分的各個(gè)模塊，這些模塊包括電源模塊及復(fù)位模

55、塊，gprs 模塊的 gtm900，msp430f149 單片機(jī)控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊， 報(bào)警模塊，led 顯示模塊。gprs 模塊采用 gtm900 芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障 診斷數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器，接收服務(wù)器和用戶數(shù)據(jù)，通過短信形式下達(dá)命令。數(shù)據(jù)采集 模塊采用 att7022b 三相專用電能計(jì)量芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)電壓電流電功率等采集。數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)模塊采用 fm24c512 芯片，保存打包的實(shí)時(shí)電參數(shù)和故障診斷數(shù)據(jù)。led 顯 示燈顯示工作的正常與否。 3.1 總體方案的設(shè)計(jì) 基于 gprs 非法用電報(bào)警系統(tǒng)是由三相專用電能計(jì)量芯片 att7022b、高性能 單片機(jī) msp430f14

56、9、gprs 模塊 gtm900 和蓄電池參數(shù)采集四大部分及其它輔助 電路，如 led 指示燈、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 fm24c512、復(fù)位芯片 max706s、三端穩(wěn)壓芯 片 pl1085adj 等組成，并可與上位機(jī)通過 uapt0 通信。總體硬件框圖如圖 3.1 所 示。 蓄電池電壓 電流采集 msp430 f149 att 7022 b gtm900上位機(jī) fm24c512 圖 3.1 總體硬件框圖 微處理器 msp430f149 通過握手信號(hào)線 sig、復(fù)位控制線 reset 和 spi 口線實(shí) 現(xiàn)對(duì)計(jì)量芯片 att7022b 的控制和數(shù)據(jù)讀寫，能夠讀取 att7022b 內(nèi)所有計(jì)量參數(shù) 寄存器

57、的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，完成電參數(shù)數(shù)據(jù)采集；上位機(jī)可通過 uart0 與微處理器通信、修改 att7022b 內(nèi)寄存器參數(shù)、讀寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寄存器值， 讀出終端數(shù)據(jù)11；微處理器通過 uart1 與 gprs 模塊通信，并將故障診斷數(shù)據(jù)通 過發(fā)送短信方式發(fā)送到固定手機(jī)上。fm24c512 保存打包的實(shí)時(shí)電參數(shù)和故障診斷 數(shù)據(jù)。蓄電池電壓、電流采集電路將蓄電池電壓和電流信號(hào)送入 msp430f149 內(nèi)部 a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。 3.2 電源模塊設(shè)計(jì) 終端內(nèi) att7022b 的工作電壓為 5v，msp430f149 的工作電壓為 3.3v，gtm900 的工作電壓為 4v，存在 3

58、個(gè)不同等級(jí)的工作電源，故電源設(shè)計(jì)非常 重要。為了提高電源的可靠性，電源模塊分為計(jì)量工作電源和微處理器工作電源 2 個(gè)部分。 3.2.1 計(jì)量工作電源 計(jì)量工作電源電路如下圖 3.2 所示 圖 3.2 計(jì)量工作電源電路 蓄電池電壓 48v 經(jīng) dc-dc 模塊 t1 變換為 7.5v 后給三端穩(wěn)壓模塊 pl1085adj 供電，輸出 5v 直流電壓供給計(jì)量芯片 att7022b。 dc-dc 變換器 dc-dc converter，是指在直流電路中將一個(gè)電壓值的電能變?yōu)?另一個(gè)電壓值的電能的裝置。 性能： 1.輸入輸出端的電壓均為平滑直流,無交流諧波分量 2.輸出阻抗為零 3.快速動(dòng)態(tài)響應(yīng),抑制

59、能力強(qiáng) 4.高效率小型化 pl1085adj 是一款輸出電壓可調(diào)的輸入輸出壓差低的三端穩(wěn)壓模塊，壓差最小 達(dá)到 0.5v，輸出端口 vout 兩端的電壓 u 計(jì)算公式為： （3-1） = (1 + 2 1) + 2 式中典型值為 1.25v，典型值為 0.055ma，應(yīng)用中，為 2為3001 100， （3-2） = 1.25 (1 + 300 100) + 0.055 0.3 = 5() 3.2.2 微處理器工作電源 微處理器工作電源電路如下圖 3.3 所示： 圖 3.3 微處理器工作電源電路 蓄電池電壓 48v 經(jīng) dc-dc 模塊 t2 變換為 7.5v 后給三端穩(wěn)壓模塊 pl1085a

60、dj 供電，輸出 5v 直流電壓供給三端穩(wěn)壓模塊 as11117-33,as1117-33 穩(wěn)壓輸出 3.3v 作為微處理器 msp430f149 的工作電源。 as11117-33 是一款輸出電壓值確定的輸入輸出壓差低的穩(wěn)壓管，壓差典型值為 1v。 圖 3.3 中的 vdd5 經(jīng)過圖 3.16 的穩(wěn)壓管 spx29302 輸出 4v，作為 gprs 模塊 gtm900 的工作電源。 3.3 復(fù)位模塊設(shè)計(jì) 復(fù)位電路如圖 3.4 所示，復(fù)位芯片采用 max706s。max706s 可實(shí)現(xiàn) 4 種功能： 上電復(fù)位、電源電壓監(jiān)視、按鍵復(fù)位微處理器和軟件運(yùn)行情況監(jiān)視。 圖 3.4 復(fù)位電路 max70