畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電力線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、（輸入章及標(biāo)題）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電力線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 年級專業(yè) 電子信息工程4班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 答辯日期 2007年6月24日iii畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院：里仁 系級教學(xué)單位：電子與通信工程學(xué)號學(xué)生姓名專 業(yè)班 級電信4班題目題目名稱基于單片機(jī)的電力線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目類型工程設(shè)計(jì)題目性質(zhì)實(shí)際題目來源實(shí)際主要內(nèi)容 在深入學(xué)習(xí)單片機(jī)及其接口電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)電力載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。系統(tǒng)由單片機(jī)、傳感器、脈沖整形計(jì)數(shù)、看門狗、e2prom、電力載波傳輸模塊等電路組成。要求設(shè)計(jì)硬件電路圖及系統(tǒng)軟件?；疽?. cpu采用89c51或89c20512. 電力載波傳輸

2、模塊可考慮選用st7536、p300等3. 考慮系統(tǒng)的抗干擾措施，采用crc校驗(yàn)或其他檢錯(cuò)方法。參考資料st7536數(shù)據(jù)手冊單片機(jī)原理與應(yīng)用中國期刊全文數(shù)據(jù)庫及google等網(wǎng)絡(luò)資源周 次14周58周912周1316周1718周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱資料熟悉內(nèi)容方案設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)完善設(shè)計(jì)軟件編程撰寫論文指導(dǎo)教師：練秋生職稱：副教授07年3月20日系級教學(xué)單位審批： 年 月 日 摘要摘 要隨著國民經(jīng)濟(jì)和電力事業(yè)的迅速發(fā)展，一戶一表制已基本普及，企業(yè)級的電力負(fù)荷監(jiān)測、控制系統(tǒng)已在一些地區(qū)投入使用，取得了較好的效果。但低壓電力用戶由于數(shù)量多，地域分布廣，電力公司的抄表工作量相當(dāng)大。因此采用新的技術(shù)手段，利用

3、本地和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)，完成自動(dòng)抄表并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控電能表計(jì)的目的，同時(shí)減少人工上門抄表、數(shù)據(jù)輸入等繁雜又容易出錯(cuò)的勞動(dòng)，提高工作效率，真正做到用電管理自動(dòng)化，遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)就成為電力公司解決抄表問題的一種選擇。本文旨在提供一種利用低壓電力供電網(wǎng)絡(luò)、低成本、高可靠地實(shí)現(xiàn)公共事業(yè)收費(fèi)自動(dòng)化和小區(qū)物業(yè)管理智能化的技術(shù)應(yīng)用。本文討論了數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器的軟硬件設(shè)計(jì)，并對低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的特性等進(jìn)行了分析。在分析擴(kuò)頻通信的基本原理的基礎(chǔ)上，較詳細(xì)地介紹了電力載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案，包括硬件模塊和管理軟件。關(guān)鍵詞低壓電力線網(wǎng)絡(luò) 集中抄表 集中器 遠(yuǎn)程抄表61abstractwith the d

4、evelopment of economy, the consumption of electrical power has greatly increased. because of the great amount and widespread of the power consumers, the workload of meter reading becomes burdensome. remote concentrated meter reading system is a good solution for this problem. amrs can help us reduce

5、 the workload of meter reading improve work efficiency and realize the management automatization.technique of transmitting data via power line(pl)，a new technique developed in recent years，is used to automotive the free collecting system in public service and the management of uptown service o this

6、article discussed the advantage,disadvantage and the current state of the power line carrier communication. the advantage，method and current state of using spread spectrum technique in power line communication are discussed. then the characteristic of low voltage power network was also compendious a

7、nalyzed 。 in this paper, after introducing the principle of ssc, design of hardware and software of the system are been discussed. the system has been put into use, the result has proved its high stability and reliability.keywords low voltage power network; collect meter reading system; collector; r

8、emote meter reading目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1課題背景11.1.1遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的研究背景11.1.2智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)21.1.3遠(yuǎn)程抄表采用低壓電力線載波通信網(wǎng)21.2國內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢31.3論文的主要內(nèi)容4第2章 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能52.1遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成52.2系統(tǒng)工作原理62.2.1集中器62.2.2數(shù)據(jù)采集終端.82.2.3載波電表102.2.4主站122.3 本章小結(jié).13第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)153.1對主要單片機(jī)的介紹153.2數(shù)據(jù)采集器173.3數(shù)據(jù)集中器193.4 本章小結(jié)19第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)214.1

9、 數(shù)據(jù)采集器的軟件設(shè)計(jì)214.1.1 主程序214.1.2數(shù)據(jù)采集與處理子程序214.2 數(shù)據(jù)集中器的軟件設(shè)計(jì)254.2.1主程序設(shè)計(jì)264.2.2電源管理程序的設(shè)計(jì)274.3 本章小結(jié).27結(jié) 論29參考文獻(xiàn)31附錄133附錄239附錄343附錄457致謝59第一章 緒論第1章 緒論1.1課題背景1.1.1遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的研究背景從十九世紀(jì)七十年代貝爾發(fā)明電話到今天信息高速公路的建設(shè)，一百多年來，通信技術(shù)己經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，特別是近年來，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，通信技術(shù)更是日新月異。迅速發(fā)展的通信技術(shù)已經(jīng)成為人們生活不可缺少的一部分1。隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程的深入和電力市場改

10、革的深化，要求用電管理、配電管理實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化和科學(xué)化，配電網(wǎng)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)是用電營業(yè)管理自動(dòng)化的一個(gè)重要手段和組成部分。通過自動(dòng)抄表可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、集中、定時(shí)地抄錄各用戶的電量，迅速統(tǒng)計(jì)低壓實(shí)時(shí)線損，通過銀行向各用戶自動(dòng)完成轉(zhuǎn)賬收款、電費(fèi)結(jié)算，為供電部門的用電監(jiān)察提供服務(wù)。當(dāng)配網(wǎng)電力市場開放時(shí)，提供更多的戶信息和市場信息。因此自動(dòng)抄表系統(tǒng)是邁向配電自動(dòng)化的第一步。遠(yuǎn)程集中抄表技術(shù)是利用現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合電能表技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)減人增效、提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)措施和手段。集中抄表的媒介可以有低壓電力線、雙絞線、同軸電纜等。目前，大部分建筑物內(nèi)的防火、防盜、空調(diào)等系統(tǒng)都是基于雙絞線、同

11、軸電纜或光纜等物理媒介進(jìn)行通信的。這些通信線路，雖然通信容量較大，但造價(jià)高、維護(hù)難，尤其對老建筑物的改造更加不易。相反只要有建筑就會(huì)有電力線，利用電力線進(jìn)行通信可以大大地減少投資和對線路的維護(hù)成本，電力線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的成本低，免去了重新架設(shè)線路的麻煩，而且可最大限度地發(fā)揮電力系統(tǒng)的優(yōu)勢。電力部門利用電力線傳輸數(shù)據(jù)可達(dá)到“四遙”水平，即遙測,遙信、遙控、遙調(diào)，這樣可節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力。因此，電力線遠(yuǎn)程抄表是最符合電力系統(tǒng)特點(diǎn)的自動(dòng)抄表方案，本論文將詳細(xì)論述關(guān)鍵部分的工作原理.1.1.2智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)基本解決了人工抄表和一般自動(dòng)抄表系統(tǒng)的難題，不但能夠?qū)崿F(xiàn)水、電、氣表的遠(yuǎn)

12、程查抄、計(jì)量和收費(fèi)等功能，還具有通斷控制功能(控制中心需取得通斷控制的合法權(quán)限)，同時(shí)在系統(tǒng)中增加了各種防護(hù)措施，包括防斷線、防強(qiáng)磁干擾、防開啟等，能夠自動(dòng)檢測斷線、強(qiáng)磁干擾、非法檢修等狀態(tài)，并由管理中心計(jì)算機(jī)顯示2。此外智能采集器預(yù)留多個(gè)數(shù)字采集端口，可采集住戶的若干報(bào)警信息并通過軟件處理報(bào)警信息，為其他系統(tǒng)的集成進(jìn)入(如安全防護(hù)系統(tǒng))留有接口。智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的優(yōu)越性在于:只要有用水、電、氣的地方，就需要計(jì)費(fèi)結(jié)算，通過集中計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，可以在不必進(jìn)入住戶住宅的情況下實(shí)現(xiàn)完整、合理的分?jǐn)偱c結(jié)算，并降低抄取數(shù)據(jù)的費(fèi)用;由于從讀數(shù)設(shè)備到帳單打印全部采用嚴(yán)密的電子數(shù)據(jù)傳輸，避免了人為讀數(shù)錯(cuò)誤，增強(qiáng)用戶

13、對計(jì)費(fèi)計(jì)算的信任度，避免了煩瑣的走訪式抄表，減少了對用戶的干擾。1.1.3遠(yuǎn)程抄表采用低壓電力線載波通信網(wǎng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)，有很多方式,本論文采用低壓電力載波通信方式.低壓電力線載波通信網(wǎng),利用低壓電力線作為amr系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)通道運(yùn)行成本低,無疑是很方便的。其通信的基本原理如圖1-1所示。數(shù)字終端數(shù)字終端調(diào)制調(diào)制放大放大濾波濾波耦合變壓器耦合變壓器圖 1-1低壓電力線載波通信基本原理 220v ac在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一高頻載波上，再經(jīng)過功率放大后通過藕合電路藕合到電力線上。信號頻帶一般為50khz-300khz，峰值電壓不超過l0v，因此不會(huì)對電力線路造成不良影響。此

14、高頻信號經(jīng)線路傳輸?shù)浇邮辗?，接收機(jī)通過藕合電路將高頻信號分離出來，濾去干擾信號后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進(jìn)制數(shù)字信號。低壓電力線載波通信網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同rs-485系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用總線結(jié)構(gòu)。在同一變壓器臺(tái)區(qū)下，一個(gè)集中器采集若干個(gè)采集器或電能表的數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個(gè)總線型網(wǎng)。1.2國內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電力公司為了商業(yè)收費(fèi)而進(jìn)行的抄表工作可以追溯到l00多年前。早期的力一法是抄表員走家串戶，讀取用戶表計(jì)的數(shù)據(jù)，并記錄在抄表記錄本上由此生成用戶繳費(fèi)所需的帳單。當(dāng)抄表系統(tǒng)采用通信、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)后，使得抄表系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手持終端抄表，車載無線電抄表以及全自動(dòng)抄表(amr,automatic meter

15、 reading)。到日前為止，常見的抄表方式有如下幾種3: 人工抄表:由抄表員人工讀取用戶表計(jì)的數(shù)據(jù)并記錄在抄表記錄本上。早期，是人工計(jì)算用戶的用電量、用水量或用氣量并生成帳單。后來，隨著電腦的廣泛應(yīng)用，采用電腦來加速帳單的生成和防止人為的錯(cuò)誤。這種基本的方式100多年來一直在使用。手持終端(手持電腦)人工抄表:這種方法可以將表計(jì)的數(shù)據(jù)人工讀出并錄入手持終端，生成帳單。有些手持終端還夠“聰明”可以向抄表員批示抄表路線，指示與表計(jì)有關(guān)的特殊信息(如某個(gè)院子有惡狗)，提示抄表員可能出現(xiàn)錯(cuò)誤(如用電量超出正常范圍、電表反轉(zhuǎn))等功能。手持終端(手持電腦)自動(dòng)抄表:當(dāng)各表計(jì)具有紅外通信、無線電通信、r

16、s-232c, rs-485、電力線載波通信等接口時(shí)，手持終端可以通過通信接口自動(dòng)讀取表計(jì)的數(shù)據(jù)。這種方式在表計(jì)難以接近(如表計(jì)被鎖在室內(nèi)、表計(jì)附近有惡狗)時(shí)特別有用。車載無線電抄表:通過小功率無線電收發(fā)器進(jìn)行表計(jì)和手持電腦或車載電腦的通信，抄讀表計(jì)的數(shù)據(jù)，降低了抄表過程的工作量。自動(dòng)抄表(automatic meter reading):全自動(dòng)抄表是指抄表主站(master station)通過通信通道(如電話網(wǎng)、無線電通信、電力線載波(plc)通信、有線電視電纜通信、光纖電纜通信、專用線路通信等)自動(dòng)地讀取每一只表計(jì)的數(shù)據(jù)，通過遙測、傳輸和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)匯總到營業(yè)部門，代替人工抄表及一連串后續(xù)

17、工作。用于電力系統(tǒng)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)按其用途分類，主要有用于抄讀低壓電力用戶表計(jì)的抄表系統(tǒng)和用于抄讀變電站(發(fā)電廠)關(guān)口及大用戶表計(jì)的抄表系統(tǒng)。目前低壓用戶集中抄表系統(tǒng)主要完成電能量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理，為電能量計(jì)費(fèi)和用電管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。1.3論文的主要內(nèi)容論文比較系統(tǒng)的討論了基于單片機(jī)的電力線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的原理，主要進(jìn)行了硬件方便的設(shè)計(jì)，主要討論的內(nèi)容有以下三點(diǎn)：(1) 研究了遠(yuǎn)程抄表的工作過程,采用低壓電力線傳輸。(2) 分析了電力線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成、原理以及功能。(3) 詳細(xì)闡述了數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器的軟硬件設(shè)計(jì)。第二章 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能第2章 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成

18、及功能本章系統(tǒng)介紹遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表的實(shí)現(xiàn)過程，電表采用的是載波電表，利用低壓電力線傳輸，集中器與系統(tǒng)主機(jī)的連接是通過pstn（公共電話網(wǎng)絡(luò)），這樣能有效減少重新架設(shè)傳輸線路，有效的利用即有網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，節(jié)省了人力，物力，財(cái)力。2.1遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成用戶載波表系統(tǒng)主站集中器市話線臺(tái)變載波采集終端圖 2-1 低壓電力線載波自動(dòng)抄表系統(tǒng)框圖系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2-1所示。采用用戶載波表加載波采集終端，即可進(jìn)行電力線載波通信功能的操作，完成電能計(jì)量、電壓和功率測量等;集中器掛接在同一臺(tái)配變器下的電力線上，根據(jù)設(shè)置的要求定時(shí)或隨時(shí)通過電力線抄收臺(tái)變下所有載波表的測量數(shù)據(jù)并保存;主站計(jì)算機(jī)可通過電話網(wǎng)或其他通信

19、媒介對集中器發(fā)布設(shè)置、廣播命令或抄表命令，對集中器進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)的抄收，對集中器下的任一臺(tái)載波電表進(jìn)行召抄或通斷電控制，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和監(jiān)控功能，極大減少電力部門的勞動(dòng)力，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益;為電力管理上等級和現(xiàn)代化管理水平的提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)4。2.2系統(tǒng)工作原理2.2.1集中器數(shù)據(jù)集中器在抄表系統(tǒng)中起著很重要的作用，工作原理如圖2-2所示。通信媒介接口模塊自適應(yīng)控制電路電力線載波通信處理接口cpu 工作狀態(tài)顯示大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)硬件時(shí)鐘本地通信接口線路抗emi保護(hù)和電源管理模塊圖 2-2 集中器工作原理框圖集中器根據(jù)已設(shè)置好的不同的抄表方案對各載波電表實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳送，具有內(nèi)部硬時(shí)鐘

20、可與系統(tǒng)進(jìn)行廣播校時(shí)，并實(shí)施定時(shí)抄表命令，存儲(chǔ)抄表數(shù)據(jù)，可通過各種網(wǎng)絡(luò)媒介與主站完成數(shù)據(jù)交換。集中器的作用是將配變臺(tái)區(qū)載波電能表連成本地網(wǎng)絡(luò)，能自動(dòng)抄錄數(shù)據(jù)采集終端及載波單表的數(shù)據(jù)，集中并存儲(chǔ)。通過抄表器或電話線將數(shù)據(jù)傳輸給電力局的計(jì)算機(jī)中心。從圖2-2可看出，數(shù)據(jù)集中器是由cpu, ram、直流電源5、指示電路及接口組成，是一個(gè)能通過載波接口及rs232接口與外界通信的單片機(jī)系統(tǒng)。下面簡要介紹各組成部分:(1) 直流電源:利用220v交流電降壓后，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后分別得到+24v, +5v.(2) 指示電路:指出數(shù)據(jù)集中器工作是否正常、欠壓。(3) 主機(jī):由cpu, ram以及附加電路組

21、成運(yùn)行程序，完成各項(xiàng)功能。(4) 接口電路:具有rs232接口、載波通信接口、rs485接口兩個(gè)接口電路。其中rs232接口和rs485接口是通過電纜進(jìn)行抄表器通信、計(jì)算機(jī)通信。載波通信接口是利用電力線與載波單表、采集終端進(jìn)行載波通信。工作原理，cpu與ram的工作原理與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類似，這里主要介紹接口的工作原理。(1) rs232接口6由9腳d型插座與外部設(shè)備聯(lián)系，d型插座所有腳上的信號電平都是eia電平:“0”(+3v+15v),“1”(-3v15v)。這種電平，經(jīng)過幾十米導(dǎo)線傳輸衰減后，仍能區(qū)分“1”或“0”，而ttl/cmos電平經(jīng)導(dǎo)線傳輸衰減后很難區(qū)分“1”或“0”。所以，凡是

22、數(shù)據(jù)集中器輸出到d型插座的信號(rts,td,dtr)需將ttl/cmos電平轉(zhuǎn)換成eia電平，凡從d型插座輸入給數(shù)據(jù)集中器的信號(dcd,rd,ri，cts)需將eia電平轉(zhuǎn)換成ttl/cmos電平。電平轉(zhuǎn)換是rs232接口的第一個(gè)功能。rs232接口的第二個(gè)功能是傳遞通信的應(yīng)答信號，以便步調(diào)一致，順利地通信。(2) modem功能eia電平在30m距離內(nèi)傳輸，衰減后仍能辨認(rèn)，所以數(shù)據(jù)集中器與抄表器之間通信，只需通過d型插座將它們相連就行了。由于直接相連，應(yīng)答信號可以免去，只需發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、地線三根線相連就可以了。超過30m距離就不用專用線了、一般借用電話線7。但電話線只能傳輸模擬信號

23、，通帶很窄(30-3khz )，而數(shù)據(jù)集中器與計(jì)算機(jī)中傳遞的都是數(shù)字信號“1”與“0”其跳變部分含有很高的頻率成分。如在電話線上直接傳輸數(shù)字信號，將產(chǎn)生很大的失真，無法區(qū)分“1”與“0”造成數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)。為了能用電話線傳輸數(shù)字信號，在發(fā)送端必須先將數(shù)字信號“1”與“0”轉(zhuǎn)換成2khz與1khz的音頻信號(屬于模擬信號，在電話線的通帶范圍之內(nèi))，再調(diào)制到電話系統(tǒng)的載波上，沿電話線傳輸出去，在接收端再進(jìn)行反變換，將模擬信號還原成數(shù)字信號“1”與“0”數(shù)據(jù)集中器將數(shù)據(jù)傳送計(jì)算機(jī)。這個(gè)任務(wù)是modem來完成。發(fā)送端的modem是將數(shù)字信號變換成模擬信號、接收端的modem是將模擬信號變換成數(shù)字信號。(

24、3)載波通信接口本接口的核心是電力線載波通信集成電路。在發(fā)送狀態(tài)時(shí)，它把數(shù)字信號調(diào)制成調(diào)頻信號而發(fā)送到電力線上8。在接收狀態(tài)時(shí)，它能從電力線上接收微弱的調(diào)頻信號，經(jīng)限幅放大后，解調(diào)成數(shù)字信號，濾去高頻諧波噪聲等，再整形成數(shù)字信號。a、發(fā)送電路數(shù)字輸入當(dāng)tx irx輸入端為“1”時(shí)，集成電路處于發(fā)送狀態(tài)，其框圖如圖2-3所示。調(diào)制電流控制振蕩器正弦波發(fā)生器alc功放圖 2-3 載波通信發(fā)送電路cr數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制器去控制電流控制振蕩器，將“1”和“0”分別變成65khz與67.9khz的三角波，經(jīng)正弦波發(fā)生器整形成正弦波，經(jīng)自動(dòng)電平控制(alc)到功放輸出。電流控制振蕩器的中心頻率fo=65khz

25、，由co粗調(diào)，ro細(xì)調(diào)。alc實(shí)現(xiàn)輸出幅度自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載阻抗很高時(shí)，alc將減少驅(qū)動(dòng)，當(dāng)負(fù)載阻抗低時(shí)，alc提供大的驅(qū)動(dòng)，本芯片發(fā)送電流可達(dá)60map-pe輸出電壓幅度由負(fù)載阻抗和輸出電流決定。如輸出電流不夠(在傳輸距離遠(yuǎn)，負(fù)載阻抗低時(shí))可外接功率放大器。b、接收電路。當(dāng)tx irx端輸入“0”時(shí)，集成電路處于接收狀態(tài)?？驁D如圖2-4所示。2.2.2數(shù)據(jù)采集終端.數(shù)據(jù)采集終端是一個(gè)測量電表用電量的單片機(jī)系統(tǒng)9，如下圖2-5所示。其中主機(jī)是核心，程序存在主機(jī)cpu中。由于單元式公寓一個(gè)單元大多為10-14戶，所以數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)為16戶。表計(jì)輸出的采樣脈沖，經(jīng)過輸入電路實(shí)現(xiàn)信號電平轉(zhuǎn)換，再經(jīng)施

26、密特電路整形變換成方波，以滿足鎖相環(huán)低通濾波器比較器脈沖噪聲慮波器集電器開路電路i/o載波信號圖 2-4 載波通信接收電路限幅放大用戶1用戶 2用戶16 16脈沖輸入及整形電路選通電路選通電路主機(jī)紅外通信接口載波通信接口附加電路1-8戶9-16戶p圖 2-5 數(shù)據(jù)采集終端單片機(jī)對輸入信號的要求。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的p門只能通8路數(shù)據(jù)，所以16路脈沖，要采用分時(shí)制，先通1-8路，再通9-16路，故需要經(jīng)過一個(gè)選通電路。附加電路,為確保數(shù)據(jù)采集終端安全可靠地運(yùn)行10，除上述主要組成部分之外，還有許多附加電路，如看門狗、掉電檢測、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、狀態(tài)指示電路、蜂鳴器、片外eprom等。數(shù)據(jù)保護(hù)是數(shù)據(jù)采集終端的關(guān)鍵

27、問題之一。采用看門狗電路、系統(tǒng)復(fù)位電路和上、掉電檢測電路，就是為了保護(hù)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路提供時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分、秒)。狀態(tài)指示電路，用以指示數(shù)據(jù)采集終端的運(yùn)行狀態(tài)，分三種:a,正常運(yùn)行時(shí)，短路片斷開，“底度”指示燈閃爍。b、常亮(設(shè)置參數(shù)時(shí)除外)或常暗，表示數(shù)據(jù)采集終端工作不正常。c、設(shè)置參數(shù)時(shí)，短路片接通，“底度”指示燈常亮。數(shù)據(jù)采集終端內(nèi)裝有備份電池，停電時(shí)為時(shí)鐘芯片供電，以保持時(shí)間正確?！扒穳骸敝甘緹袅?xí)r，表示電池電壓低，應(yīng)換新電池。片外eprom各戶的表號、電表常數(shù)、底度、功率限額等參數(shù)及整數(shù)值用電量，都保存于這個(gè)eprom中。停電時(shí)，這些數(shù)據(jù)也能長期保持。2.2.3載波電表載波

28、電能表的工作原理如圖2-6所示。載波電表的組成，以cpu為核心，由ram、電量轉(zhuǎn)換電路、接口、直流電源等構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，如下圖2-7所示。(1) 直流電源，從220v交流電壓經(jīng)變壓器降壓，整流、濾波及穩(wěn)壓后得到+24v, +5v, +24v供載波電路用，+5v供其他電路用電。(2) 主機(jī)，程序存在cpu內(nèi)的e-prom中，ram用于存放用戶的用電數(shù)據(jù)。其任務(wù)是:a,每當(dāng)電表正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一圈，cpu就累計(jì)電量11，并存入eprom.b,接收抄表器發(fā)來的參數(shù)、表號，存入eprom.c,與數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行載波通信。本章開始提到了數(shù)字電表，它的工作原理這里不做贅述，鑒于目前居民用表的情況，本論文中采用載

29、波電表，其實(shí)現(xiàn)方式也比較簡單。接口介紹，(1) 電量轉(zhuǎn)換電路它的作用是電能表每正轉(zhuǎn)一圈，發(fā)出一個(gè)脈沖，供cpu計(jì)數(shù)。如圖2-8所示:a, b為光電頭，由它采樣脈沖。遮光片經(jīng)過槽一次產(chǎn)生一個(gè)脈沖，cpu計(jì)數(shù)。而電表反轉(zhuǎn)時(shí)(由潛動(dòng)、抖動(dòng)等因素造成)，計(jì)度器也反轉(zhuǎn)使數(shù)采集終端讀數(shù)比表計(jì)窗口示值大，造成多計(jì)，讀數(shù)不準(zhǔn)。為了解決因潛動(dòng)等造成的多計(jì)。采用雙光電頭采樣電路來判別是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖計(jì)數(shù)，反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖便記下個(gè)數(shù)(a4.6v255d235信號高電平4.6a2.9v235d148信號抖動(dòng)狀態(tài)2.9va2.5v148d128信號低電平2.5va0.7v128d36短路0.7va0v36d

30、0對于信號發(fā)生抖動(dòng)(其實(shí)是一種臨界狀態(tài)，處在高低電平之間)，在處理時(shí)直接將其剔除，等到下一采集周期重新進(jìn)行采樣并判斷。通信中斷子程序，通信中斷程序負(fù)責(zé)與集中器的通信并執(zhí)行數(shù)據(jù)集中器下達(dá)的各項(xiàng)指令，如圖4-3所示。在接收集中器命令幀時(shí)，為了防止長期處于偵聽接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，進(jìn)而影響對電表的采集過程，所以對接收過程進(jìn)行計(jì)時(shí)，從數(shù)據(jù)集中器喚醒數(shù)據(jù)采集器開始250ms內(nèi)數(shù)據(jù)未接收到或通訊字節(jié)接收時(shí)間間隔超過2. 5ms，則終止此次通訊。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢之后，需對命令幀進(jìn)行檢驗(yàn)，保證命令幀的可靠性。通過以下步驟實(shí)現(xiàn):檢驗(yàn)報(bào)頭，檢驗(yàn)報(bào)文長度、累加校驗(yàn)報(bào)文、檢驗(yàn)報(bào)尾。任何一步檢驗(yàn)報(bào)錯(cuò)均視為干擾信號并中斷檢驗(yàn)，返回

31、到主程序中。只有以上四個(gè)步驟的檢驗(yàn)都通過，才確認(rèn)為正確的命令幀。對通過校驗(yàn)的不同命令幀，數(shù)據(jù)采集器處理方法有所不同，但差別不大，均需經(jīng)歷以下幾步:檢驗(yàn)命令所指采集器地址與采集器地址是否一致;通過總線讀取存儲(chǔ)器，獲取所需表的抄收數(shù)據(jù);根據(jù)規(guī)定的應(yīng)答幀格式建立應(yīng)答幀;通過rs-485總線向數(shù)據(jù)集中器發(fā)送應(yīng)答幀;返回主程序。存儲(chǔ)器操作子程序，存儲(chǔ)器操作子程序包括對28c256的讀操作和寫操作。讀操作是在向數(shù)據(jù)集中器發(fā)送應(yīng)答幀時(shí)進(jìn)行的，寫操作是在數(shù)據(jù)采集上來并處理好后進(jìn)行的，這部分非常重要，因?yàn)橄到y(tǒng)一旦工作后，記錄的數(shù)據(jù)是絕對不能丟失的。系統(tǒng)初始化處理命令幀c6命令幀c4命令幀c3命令幀對命令幀進(jìn)行判

32、斷c2命令幀圖 4-3 通信中斷子程序流程圖nyyn串口接收使能開，等待接收數(shù)據(jù)判斷250ms內(nèi)是否收到命令校驗(yàn)命令幀是否正確延時(shí)子程序，據(jù)采集器工作時(shí)，很多情況下需要延時(shí)環(huán)節(jié)。在通道a/d轉(zhuǎn)換期間，對通道的操作都會(huì)引起模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷，造成無法獲得模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，程序設(shè)計(jì)中的延時(shí)子程序相當(dāng)重要，延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間必須足夠大，但又不能過大，以免影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。對于長時(shí)間延時(shí)，一般采用循環(huán)來實(shí)現(xiàn).4.2 數(shù)據(jù)集中器的軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集中器的軟件功能同樣有很多子程序?qū)崿F(xiàn)14，其中的通信中斷子程序、存儲(chǔ)器操作子程序、延時(shí)子程序都與數(shù)據(jù)采集器的子程序相同，在此只對其主程序和電源管理子程序作一介紹

33、。4.2.1主程序設(shè)計(jì)調(diào)用通信中斷子程序與上位機(jī)進(jìn)行通信調(diào)用中斷通信子程序與數(shù)據(jù)采集模塊通訊圖 4-5 主程序流程圖nynnyy是否已到15分鐘？是否收到上位機(jī)通訊請求？連續(xù)對n個(gè)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集開始系統(tǒng)初始化讀取存儲(chǔ)器中的該集中器地址接收上位機(jī)，屏蔽下位機(jī)，打開通訊中斷是否收到數(shù)據(jù)采集模塊通訊請求？主程序負(fù)責(zé)輪詢16個(gè)數(shù)據(jù)采集器，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，同時(shí)響應(yīng)管理中心和ic卡抄表器的命令，主程序流程圖如圖4-5所示由于89c51只有一個(gè)串口，而系統(tǒng)既要與上位機(jī)通信15，又要與下位機(jī)通信，在設(shè)計(jì)時(shí)采取的措施是:接收或發(fā)送上位機(jī)時(shí)，下位機(jī)屏蔽;接收或發(fā)送下位機(jī)時(shí)，位機(jī)屏蔽。其中通信中斷子程

34、序1用來接收和解析管理中心下傳的命令并執(zhí)行相應(yīng)操作，如開戶時(shí)對采集器初始化表底數(shù)，上傳電表表數(shù)據(jù)等操作，其操作和數(shù)據(jù)采集器的通信中斷子程序類似;通信中斷子程序2用來接收抄表器命令并上傳抄表數(shù)據(jù)，其操作和數(shù)據(jù)采集器的存儲(chǔ)器操作子程序類似。4.2.2電源管理程序的設(shè)計(jì)電源管理程序是對電源模塊進(jìn)行管理，程序流程圖如圖4-6所示電源管理程序主要負(fù)責(zé)檢測蓄電池的電壓16，根據(jù)電平高低進(jìn)行恒流、恒壓、浮充充電，充電過程中的各種狀態(tài)由兩個(gè)指示燈顯示。yellowled亮表示恒流充電:yellowled間隔亮表示恒壓充電;greenled亮表示浮充充電;greenled閃亮表示浮充放置。4.3 本章小結(jié).在本

35、章中，對數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)，給出了軟件流程圖，另外，還作出了電源管理的程序流程圖，來進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的控制能力，使遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的功能進(jìn)一步完善。結(jié)論啟動(dòng)恒壓充電啟動(dòng)恒流充電啟動(dòng)浮充充電進(jìn)入放置狀態(tài)yynnnynnyny圖 4-6 電源管理流程圖電壓低于14.8v？電壓低于14v？電壓低于12.2v？檢測到220v電源嗎檢測到蓄電池嗎檢測鉛酸蓄電池電壓開始結(jié) 論低壓電力線載波自動(dòng)抄表系統(tǒng)適用于電力部門對居民區(qū)、工廠、變電所等用電區(qū)域或者居住小區(qū)、工廠內(nèi)部用電狀態(tài)數(shù)據(jù)的管理。它具有遠(yuǎn)程自動(dòng)采集，數(shù)據(jù)集中，交費(fèi)管理，用電統(tǒng)計(jì)分析，復(fù)合監(jiān)測以及綜合查詢等項(xiàng)功能，對電力部門推進(jìn)配電自動(dòng)化

36、，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃中的分時(shí)計(jì)費(fèi)方案有著重大意義。本系統(tǒng)具有技術(shù)水平高、可靠性好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)、功能全、模塊體積小、功耗低，系統(tǒng)操作界面簡單易懂、安裝維護(hù)方便。就現(xiàn)在的方案來說電力遠(yuǎn)程集中抄表用到了自動(dòng)控制技術(shù)，通信技術(shù)，程序設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)是比較完善的。這套系統(tǒng)的使用極大地減少電力部門的勞動(dòng)量，為電力企業(yè)上等級和創(chuàng)優(yōu)必將起很大的作用，同時(shí)提高了電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平，有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對系統(tǒng)稍加擴(kuò)充，便可完成對煤氣表、自來水表的自動(dòng)抄收，從而推進(jìn)智能化小區(qū)的建設(shè)。但是，我們也應(yīng)該清醒地認(rèn)識到，從我國集中抄表系統(tǒng)的整體發(fā)展水平來看，要滿足大面積推廣使用的的要求，在系統(tǒng)的可靠

37、性及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量上還有待進(jìn)一步的提高。成都電業(yè)局于1998年在本市一些片區(qū)投入3000多萬元推出集中遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，收到了較好的成效。但在運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如與集中器連網(wǎng)的電話線有時(shí)出現(xiàn)故障，而且系統(tǒng)的維護(hù)量較大，有時(shí)抄表成功率不高，而且相應(yīng)的電表也比較貴。這些需要電力科技工作者不斷努力，拿出更好的產(chǎn)品回報(bào)社會(huì)。我們相信，隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷應(yīng)用和改進(jìn)，必將對電力系統(tǒng)減人增效、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證電表抄收的及時(shí)性和正確性，防止竊電，加快電費(fèi)的回收等方面提供有效的技術(shù)手段?？梢灶A(yù)見該技術(shù)有著廣泛的發(fā)展前景。特別是對中國加入wto迎接國際化市場競爭，有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1. 胡蓉，胡科。智能抄表系統(tǒng)技術(shù)的研究進(jìn)展.成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004(3):13-172. 劉志中，孫麗芳.住宅小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).電腦開發(fā)與應(yīng)用，2002(4): 8-103. 趙興勇，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)研究.電力學(xué)報(bào)，2000. 15卷.1期4. 李治、黃璐