遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)

1、遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要目前，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，遠(yuǎn)程智能抄表已逐漸取代人工抄表在人們生活中的地位。逐漸地，無線遠(yuǎn)程智能電表將普及全國，一個(gè)數(shù)字化傳送的智能抄表時(shí)代即將到來。所以，開發(fā)性能穩(wěn)定的水、電、氣以及純水的智能化計(jì)量抄錄裝置是我們的當(dāng)務(wù)之急。本課題正是在這樣的背景之下開始研制的。本文是針對智能化小區(qū)的抄表系統(tǒng)所作的研制。經(jīng)過對國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)和案例的分析、研究之后，結(jié)合小區(qū)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)控制技術(shù)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了單片機(jī)技術(shù)以及RS485通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了儀表數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、傳輸?shù)裙ぷ?。論文對自?dòng)抄表系統(tǒng)作了全面的研究與討論，介紹了自動(dòng)抄表系統(tǒng)的總

2、體設(shè)計(jì)方案，并對系統(tǒng)中采集器終端的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究。論文中詳細(xì)介紹了采集器終端供電模塊、微控制器(單片機(jī))模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通信模塊、顯示模塊、時(shí)鐘模塊的硬件設(shè)計(jì)。對各模塊的硬件設(shè)計(jì)，介紹所選芯片的特點(diǎn)及使用方法并給出該模塊的電路連接圖。系統(tǒng)軟件也基本遵循模塊化的設(shè)計(jì)方法，以對應(yīng)硬件電路的各模塊。在軟件設(shè)計(jì)章節(jié)討論了系統(tǒng)中的通信協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，各個(gè)軟件模塊的功能、設(shè)計(jì)難點(diǎn)和解決方法等?！瓣P(guān)鍵詞”：遠(yuǎn)程智能抄表，單片機(jī)，RS485，經(jīng)濟(jì)The design on the remote automation meter reading systemAbstractWith the rapi

3、d development of science and technology,the remote intelligent meter reading has gradually replaced the manual meter reading position in people's lives. Increasingly, wireless remote intelligent energy meters will be popularized to all the country, the era of a digital transmission of Intelligen

4、t Meter Reading is coming. Therefore, to develop the device which can meter water, electricity, gas or pure water stablely and intelligently is our top priority. This project started just in this context.The automatic meter reading system for intelligent residential quarters is designed in this pape

5、r. Through analysis and study of the correlative technique and cases，combined with the practical conditions of the residential quarters，the automatic meter-reading system based on microcomputer control technique is designed.The design considers sensor technology,microcomputer technology，RS-485 commu

6、nication technology and infraed communication technology as major supports.The paper has a detailed introduction to the hardware of the power circuit,microcontroller circuit,communication circuit,data storage circuit and display circuit of the collection device terminal. For the hardware design of e

7、very module and the paper shows the circuit diagram.As a modularization of system's softwre ,the programs are modulariation,too.In softwre chapter,the functions of each program modules are introduced detailed.“Key Words”: Remote smart meter reading, SCM, RS485, Economic目 錄第一章 引言11.1課題的目的和意義11.2

8、國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r11.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀21.3 本文主要工作4第二章 遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)52.1遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)概述52.2 遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)72.3 遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)目標(biāo)10第三章 采集器和集中器的硬件設(shè)計(jì)113.1 采集器的硬件設(shè)計(jì)123.1.1 單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)123.1.2 RS485電路的設(shè)計(jì)163.1.3 脈沖數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)183.1.4采集器存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)203.1.5 看門狗電路的設(shè)計(jì)223.1.6 采集器電源電路的設(shè)計(jì)233.1.7時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)233.1.8顯示電路的設(shè)計(jì)243.1.9 預(yù)付費(fèi)卡的設(shè)計(jì)253.

9、2 集中器的硬件設(shè)計(jì)253.2.1單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)263.2.2通信電路的設(shè)計(jì)273.2.3主電源電路的設(shè)計(jì)283.2.4地址的確定28第四章 采集器和集中器的軟件設(shè)計(jì)294.1集中器的軟件設(shè)計(jì)294.1.1上位微機(jī)PC發(fā)送命令的路徑294.1.2集中器主程序的設(shè)計(jì)304.1.3集中器接收命令子程序的設(shè)計(jì)314.1.4集中器處理PC命令子程序的軟件設(shè)計(jì)324.1.5 集中器向采集器發(fā)命令子程序的設(shè)計(jì)344.1.6集中器向PC機(jī)應(yīng)答子程序的設(shè)計(jì)354.2采集器的軟件設(shè)計(jì)354.2.1 采集器處理命令子程序的設(shè)計(jì)354.2.2采集器采集脈沖子程序的設(shè)計(jì)364.3 存儲(chǔ)器的資源分配374.3.1 采

10、集器的存儲(chǔ)資源分配374.3.2集中器的存儲(chǔ)資源分配384.4通信協(xié)議38第五章 總結(jié)與展望40參考文獻(xiàn)41致謝43第一章 引言1.1課題的目的和意義智能抄表系統(tǒng)簡稱 AMRS(Automatic Meter Reading System),是一種不需要工作人員到達(dá)現(xiàn)場就可以進(jìn)行抄錄用戶能耗的智能化能耗管理系統(tǒng)。近年來，無線遠(yuǎn)程智能抄表技術(shù)在國內(nèi)外迅速發(fā)展。為了增強(qiáng)用戶的耗電量、耗水量、耗氣量的管理，提高對于居民能耗管理的效益，使其適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)需要，管理部門實(shí)行電度表、水表、氣表、純水表的自動(dòng)抄表和用電、用水、用氣的監(jiān)控管理是非常必要的。因此，遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)將是未來發(fā)展的主要方向,這對于提高

11、居民能耗管理部門的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益無疑具有著十分重要的意義。居民住宅區(qū)中的智能抄表系統(tǒng)是能耗管理自動(dòng)化的一個(gè)重要手段和組成部分,它的最終目的是：自動(dòng)、集中、定時(shí)地抄錄各用戶的用電量、用水量、用氣量，按耗能的峰、平、谷時(shí)間來自動(dòng)的調(diào)整復(fù)費(fèi)率去核算每個(gè)用戶的能耗費(fèi)用，最終通過一個(gè)上位機(jī)來自動(dòng)完成向各用戶電費(fèi)結(jié)算、打印收據(jù)并通過銀行轉(zhuǎn)賬結(jié)算。為能耗管理部門提供了及其有效的能耗管理辦法。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是邁向能耗管理自動(dòng)化的第一步,并有助于提高能耗管理的現(xiàn)代化水平1。1.2 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀在美國、加拿大、日本和西歐等許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)用自動(dòng)抄表系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工抄表早已實(shí)現(xiàn)并廣

12、泛應(yīng)用了，尤其是對用戶煤氣表的自動(dòng)抄錄系統(tǒng)，己經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史了。自動(dòng)抄表系統(tǒng)的快速發(fā)展得益于80年代計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路和通訊技術(shù)等的快速發(fā)展，它們使得無線遠(yuǎn)程智能抄表技術(shù)在智能化、低功耗、低成本和通信標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的品質(zhì)要求下逐漸成型，如今無線遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)已達(dá)到可以大規(guī)模應(yīng)用于廣大用戶的實(shí)用性階段。在國外,電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟了，近些年正在向著利用電力線載波通信來實(shí)現(xiàn)家庭能耗管理自動(dòng)化的方向上發(fā)展，國外學(xué)者已經(jīng)研究并提出了統(tǒng)一的電能表通信協(xié)議DLMS/COSEM(DeviceLanguage Message Specification/Companion Spe

13、cification for Energy Metering)，并被國際電工委員會(huì)采納作為 IEC62056 國際標(biāo)準(zhǔn)。這一通信技術(shù)的進(jìn)步大力促進(jìn)了電力線載波抄表的發(fā)展并使得它的發(fā)展有了統(tǒng)一的方向而更加規(guī)范和易于操作。國外無線通信以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展使基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用逐漸成為當(dāng)前無線通信的主流。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)其自身的特點(diǎn)、合理的組網(wǎng)方式以及可靠的傳輸機(jī)制，使其成為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中解決監(jiān)控點(diǎn)地域廣、設(shè)備布局分散等問題的主流技術(shù)。目前國外無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)主要基于微處理器，通過 GPRS、CDMA 等無線通信網(wǎng)絡(luò)，向管理系統(tǒng)傳送采集的數(shù)據(jù)。在歐洲，在國家政策的刺激下，公用事業(yè)企業(yè)間的競爭逐漸

14、加劇。遠(yuǎn)程智能抄表技術(shù)成為企業(yè)提高服務(wù)水平、爭取用戶并提供及時(shí)的耗用信息、降低銷售成本的重要手段，于是英、法、德、意等國的企業(yè)紛紛制訂了發(fā)展遠(yuǎn)程智能抄表技術(shù)的計(jì)劃。其中能生產(chǎn)自動(dòng)抄表設(shè)備的儀表制造公司有英國的DresserIndustries，法國的MAGNOL，德國的Schlumberger，意大利的Metrum24。1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀90年代以前，在我國大部分地區(qū)，傳統(tǒng)的抄表方式主要有兩種：一是人工抄表，另一種是掌上機(jī)抄表。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市高層建筑不斷增多，工商用戶及三資企業(yè)迅速增加，農(nóng)村農(nóng)網(wǎng)逐漸普及，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)逐漸增多，農(nóng)民家用電器迅速普及，還有“一戶一表”政策的實(shí)施以及多種

15、電價(jià)制度的執(zhí)行，都使得抄表工作發(fā)生了巨大的變化并且變得越來越復(fù)雜。常規(guī)抄表方式的質(zhì)量和效率問題也逐漸暴露出來：（1）、人工抄表受人的行為因素影響查抄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性人是人工抄表的實(shí)施主體，但人的行為容易受到情緒等因素的影響，還容易受到天氣等環(huán)境因素的影響。人的行為不確定性直接影響到抄表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。（2）、 樓宇表井安裝情況復(fù)雜影響抄讀表數(shù)目前住宅樓宇建設(shè)，基本都是各種計(jì)量器具與入戶管道都集中在同一表井中，熱計(jì)量表安裝在表井之內(nèi)，由于樓宇房型不同，熱表安裝位置不同，表井大小不同，在無照明的情況下，抄表人員讀取表數(shù)非常困難，影響了查抄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。（3）、人工查表增加后續(xù)人工成本現(xiàn)代居民小區(qū)

16、以高層建筑居多，要雇用大量的人力進(jìn)行抄表工作，據(jù)測算每人每天可完成100塊熱表的抄表工作，以20萬戶為例：要雇用2000人才能完成一次抄表工作。所以對于這種臨時(shí)性較強(qiáng)，但又必須要求查抄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，供熱管理單位在人力組織上是非常困難的。（4）、 人工抄表很難做到統(tǒng)一時(shí)點(diǎn)抄表熱計(jì)量的數(shù)據(jù)是從供熱開始的統(tǒng)一時(shí)間開始，對于初裝熱計(jì)量表用戶,初次確定表數(shù)應(yīng)從熱計(jì)量表計(jì)數(shù)開始，人工抄表從第一戶開始到最后一戶，熱計(jì)量表數(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了差異，所以人工抄表很難統(tǒng)一時(shí)點(diǎn)查抄數(shù)據(jù)，容易造成糾紛。（5）、 人工抄表不利于對熱表的監(jiān)控用戶的熱表通常是在供熱前統(tǒng)計(jì)，供熱結(jié)束統(tǒng)計(jì)，以表數(shù)為準(zhǔn)，結(jié)算用熱費(fèi)，在整

17、個(gè)供熱期間若發(fā)生熱表故障，用熱戶用熱發(fā)生變化，供熱單位根本無法掌握。以上所有出現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)問題，僅靠增加抄表人員、延長抄表時(shí)間、增加抄表次數(shù)，不僅無濟(jì)于問題的解決，而且會(huì)造成整個(gè)供電部門成本上升、效益下降、管理混亂等等多方面問題，不利于能耗管理系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。進(jìn)入90年代以后，國內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)紛紛投入對自動(dòng)抄表技術(shù)的研究，并有多種自動(dòng)抄表系統(tǒng)陸續(xù)問世，這標(biāo)志著我國自動(dòng)抄表技術(shù)應(yīng)用的起步。目前國內(nèi)存在三種抄表方式：人工抄表、預(yù)付費(fèi)方式、遠(yuǎn)程集中抄表方式。人工抄表由于前述的諸多缺陷已成為落后的抄表方式，只在少數(shù)邊遠(yuǎn)地區(qū)使用。預(yù)付費(fèi)方式也由于 IC 卡的一些致命技術(shù)隱患及帶來的管理問題而應(yīng)用受到限

18、制。遠(yuǎn)程集中抄表（分線制、總線制、無線、電力載波、衛(wèi)星通訊等）由于其通信技術(shù)的先進(jìn)性和系統(tǒng)靈活等優(yōu)點(diǎn)而得到重大發(fā)展。就電表采集方式來說，分線制即采集器定時(shí)順序采集來自多路分線連接的表計(jì)信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，存儲(chǔ)，各采集器之間采用總線制連接，最后連接至計(jì)算機(jī)，其典型特點(diǎn)是各戶表通過分戶線連接至采集器位置。目前國內(nèi)市場上各抄表開發(fā)系統(tǒng)的公司多用此型。分線制集中抄表模式單純從技術(shù)上講較成熟，也節(jié)約成本（多戶表共享一個(gè)采集器），但從實(shí)際情況看存在如下缺點(diǎn)：分線的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏都將使采集器采集不到數(shù)據(jù)、需專業(yè)人員調(diào)試系統(tǒng)而維擴(kuò)費(fèi)用也相應(yīng)增加、采集器掉電或出現(xiàn)其他嚴(yán)重故障則會(huì)使該采集器上的所有戶表數(shù)據(jù)丟失

19、。實(shí)際使用中效果反映不理想?？偩€制智能抄表方式開發(fā)由來已久，它是在表內(nèi)設(shè)單片機(jī)，即在表計(jì)上裝配采集器，表計(jì)的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、等基礎(chǔ)工作全由采集器完成。其優(yōu)點(diǎn)是出現(xiàn)故障不影響其他表的抄取，缺點(diǎn)是成本增加、管理中心壓力大（需管理每只表）。目前江蘇、安徽省地區(qū)等實(shí)際使用效果比較滿意。抄表系統(tǒng)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物業(yè)公司、自來水公司、煤氣公司、供電公司、企業(yè)內(nèi)部宿舍的計(jì)量收費(fèi)管理。尤其是如今住房需求的不斷增長，還有舊的居民小區(qū)需要改造，這些都為智能建筑市場提供了良好機(jī)遇，無線抄表系統(tǒng)作為小區(qū)智能建筑的標(biāo)準(zhǔn)配置也將獲得廣闊的應(yīng)用市場和發(fā)展空間56。1.3 本文主要工作本文以當(dāng)前遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)的研究

20、為基礎(chǔ)，主要圍繞集中期和采集器的硬件與軟件的設(shè)計(jì)展開論述。第二章從宏觀角度介紹了智能抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并簡要說明了本設(shè)計(jì)的某些重要特點(diǎn)。第三章分塊介紹了采集器和集中器的硬件設(shè)計(jì)，其中對采集器主要介紹起外圍電路，集中器與采集器有許多相似之處，所以只對集中器與采集器不同之處進(jìn)行介紹。第四章分塊介紹了采集器和集中器的軟件設(shè)計(jì)，并給出程序框圖。第二章 遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)本文所介紹的系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的“電表遠(yuǎn)程智能抄表”的基礎(chǔ)上，新增加了對于居民用戶的用氣、用水、用純水三個(gè)能耗量的檢測、抄錄與傳送裝置。還運(yùn)用了電力線載波通訊方式。本系統(tǒng)主要針對智能化居民區(qū)設(shè)計(jì)，由兩部分構(gòu)成：主控端和采集器（

21、客戶智能用量表）端?？蛻舳伺c主控 PC 機(jī)通過通信模塊來完成智能抄表任務(wù)。本設(shè)計(jì)實(shí)際包含兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)：通信部分的設(shè)計(jì)與客戶端智能表的設(shè)計(jì)。2.1遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)概述1、自動(dòng)抄表系統(tǒng)的組成典型的能耗計(jì)量智能抄表系統(tǒng)主要的組成部分包括：前端采集子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、中心處理子系統(tǒng)。即由采集器順序定時(shí)采集來自多路分線所連接的電表信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)等，各采集器之間采用的連接方式是總線連接，最后連接至計(jì)算機(jī)。其典型特點(diǎn)是各用戶分表通過每一分戶線連接至采集器。系統(tǒng)一般分為四個(gè)層次的結(jié)構(gòu)，分別為：前端采集子系統(tǒng)、服務(wù)器(區(qū)域管理器) 子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、管理中心子系統(tǒng)，有些產(chǎn)品還會(huì)附帶一個(gè)掌抄器。系統(tǒng)

22、的結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。（1）前端采集子系統(tǒng)采集各個(gè)基表所輸出的數(shù)據(jù)，一般一個(gè)采集器可以采集多個(gè)基表。遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以由電子式電能表或加裝了光電轉(zhuǎn)換器的機(jī)電脈沖式電能表來構(gòu)成系統(tǒng)的最前端，它們以電脈沖的形式把用戶的耗能量傳遞給上一級(jí)數(shù)據(jù)采集裝置。目前應(yīng)用廣泛的遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)大多數(shù)都采用兩級(jí)式數(shù)據(jù)匯集結(jié)構(gòu)，即由安裝于用戶生活小區(qū)單元的采集器收集十幾到幾十個(gè)基表的讀數(shù)，而負(fù)責(zé)定期從采集器讀取數(shù)據(jù)的裝置是安裝在配電變壓器下的集中器。（2）服務(wù)器(區(qū)域管理器) 子系統(tǒng)它的功能是用多機(jī)通信的方式采集數(shù)據(jù)采集器中的各個(gè)基表的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行處理、存儲(chǔ)等操作，并通過某通信總線與總控制室的系統(tǒng)管理中心

23、的計(jì)算機(jī)相連接，一個(gè)服務(wù)器可以連接多達(dá)幾十個(gè)數(shù)據(jù)采集器。（3）通信子系統(tǒng)通信子系統(tǒng)的主要功能是把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的總線通道去。為了符合成本要求并適應(yīng)不同的環(huán)境條件，通信子系統(tǒng)的構(gòu)成有多種方案。按照通信介質(zhì)不同來區(qū)分，通信子系統(tǒng)主要包括光纖傳輸、無線傳輸、電話線傳輸和低壓電力線載波傳輸?shù)人姆N方案。管理中心通信子系統(tǒng)服務(wù)器服務(wù)器采集器采集器采集器采集器基表基表基表基表基表基表基表基表圖1-1 遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig 1-1 Structure diagram of the remote automation meter reading system（4）管理中心子系統(tǒng)管理中心子系統(tǒng)主要由系

24、統(tǒng)管理軟件和多媒體計(jì)算機(jī)組成，安裝在物業(yè)管理中心，是整個(gè)能耗計(jì)量智能抄表系統(tǒng)的最上層，所有用戶的能耗信息通過總線通道匯集到此處，管理人員利用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析并作出相應(yīng)決策。在硬件允許的情況下，還可以直接向下級(jí)的集中器以及電能表發(fā)出控制指令，從而對用戶的能耗操作實(shí)施如停、送等遠(yuǎn)程操作的控制。由于各個(gè)基表要處理的數(shù)據(jù)量比較大，因此要求管理中心的硬件必須要有運(yùn)算和存儲(chǔ)的能力。軟件方面則要求操作系統(tǒng)一定要穩(wěn)定可靠，軟件需要具有處理大量數(shù)據(jù)的能力。典型的抄表軟件具有如下功能：A.遠(yuǎn)程設(shè)定抄表集中器。B.采集器內(nèi)的參數(shù)。C.抄收整個(gè)系統(tǒng)中所有電能表的數(shù)據(jù)。D.電量日報(bào)、月報(bào)，進(jìn)行電費(fèi)結(jié)算。E.使系

25、統(tǒng)可進(jìn)行查詢管理。F對異常用戶給予告警提示。物業(yè)管理中心的系統(tǒng)管理軟件需要有如下功能：A.查詢管理網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)用戶的基表的示數(shù)以及各月的耗能量，并且可以查詢應(yīng)繳納的費(fèi)用。B.查詢居民區(qū)的某一棟樓每個(gè)月各個(gè)基表的示數(shù)及應(yīng)繳納的總費(fèi)用。C.修改每一戶的各基表的底數(shù)和修改每戶戶主的姓名。E.查詢上個(gè)月的費(fèi)率，輸入本月期望的費(fèi)率。F.能夠打印報(bào)表，按月、季打印出居民區(qū)內(nèi)每單元、每用戶的能耗用量及其費(fèi)用。G.打印各用戶應(yīng)繳費(fèi)用的通知單及其月用量。2、自動(dòng)抄表系統(tǒng)的主要功能及特點(diǎn)自動(dòng)抄表系統(tǒng)之所以成功，要?dú)w功于現(xiàn)代科技將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)以及傳感器技術(shù)等高精尖技術(shù)完美地結(jié)合起來，構(gòu)成了一個(gè)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)

26、監(jiān)控管理系統(tǒng)。它具有其它抄表系統(tǒng)所不具備的獨(dú)特優(yōu)勢：（1）自動(dòng)化：數(shù)據(jù)能夠在通信網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通訊，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。（2）易于控制：表內(nèi)數(shù)據(jù)可通過系統(tǒng)指令來實(shí)現(xiàn)定時(shí)抄表并能夠很輕松的實(shí)現(xiàn)各時(shí)段能耗量抄送。（3）實(shí)時(shí)性：可精確的獲得系統(tǒng)內(nèi)部所有電能表在某一時(shí)段的能耗用量；（4）高效性：提高現(xiàn)代化能耗管理水平并實(shí)現(xiàn)抄表、核算、收費(fèi)全部自動(dòng)化，減輕了各個(gè)能耗管理部門人工抄表負(fù)擔(dān)，為其減員增效提供了高技術(shù)手段。（5）數(shù)據(jù)處理功能全面：可實(shí)現(xiàn)能耗量日報(bào)表、月報(bào)表的查詢及打印、基表管理功能，還可處理完整的用戶信息。2.2 遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體方案圖如圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)總體

27、方案圖Figure 2-1 The overall schematic diagram of AMRS從圖中可以看到系統(tǒng)總體分為三層。最低一層是數(shù)據(jù)采集單元，它是由基表以及采集器所構(gòu)成的；中間一層是抄表單元，它是由集中器、通訊網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)采集單元所構(gòu)成；最高一層為整個(gè)遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)，它是由所有的抄表單元、主站（可擴(kuò)展Modem或Interne聯(lián)接）所構(gòu)成的。系統(tǒng)采用的是模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的鏈接更加的靈活多變。 這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：系統(tǒng)的基表通過其內(nèi)部的傳感器以脈沖信號(hào)的方式把耗能量傳輸給采集器，采集器接收到多路脈沖信號(hào)后進(jìn)行計(jì)數(shù)和處理，并將結(jié)果儲(chǔ)存。采集器與集中器之間所采用的通訊方式是RS

28、485方式，采集器平時(shí)處于接受命令狀態(tài)，當(dāng)接收到集中器的操作命令時(shí)，則按照指令內(nèi)容進(jìn)行操作，并將有關(guān)數(shù)據(jù)送至集中器。 集中器可以定時(shí)或?qū)崟r(shí)地對下屬多的采集器的數(shù)據(jù)進(jìn)行抄錄并存儲(chǔ)。當(dāng)主站計(jì)算機(jī)想要調(diào)用數(shù)據(jù)的時(shí)候，集中器就會(huì)將儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)打包上傳給主站，或直接對采集器進(jìn)行各種操作。當(dāng)基表安裝的位置比較分散時(shí)，系統(tǒng)還可以創(chuàng)造性地使用中繼器對其下屬采集器進(jìn)行中轉(zhuǎn)。下面介紹本系統(tǒng)的實(shí)際選擇：本系統(tǒng)針對現(xiàn)在居民用戶所使用的電表、氣表、水表和純水表等基本計(jì)量工具所存在的諸多缺陷提出一定的解決方案。還能夠?qū)⒛芎臄?shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到指定單位，實(shí)現(xiàn)抄錄、傳送、繳費(fèi)等的自動(dòng)化。系統(tǒng)主要應(yīng)用AT89S51單片機(jī)作為CPU

29、分站，對用戶的電、水、氣以及純水的用量進(jìn)行脈沖采樣，其中電的能耗量可直接從多用戶電子式電能表上進(jìn)行抄收。系統(tǒng)大約可承受32個(gè)以上集中器，每個(gè)集中器又可以連接32個(gè)采集器，每個(gè)采集器可以帶3塊基表以及一塊多用戶電子式電能表。本系統(tǒng)通過分布式結(jié)構(gòu)，并與上位機(jī)構(gòu)成了典型的分布式測控系統(tǒng)。通過上述對采集器和集中器的個(gè)數(shù)的分析，可以很輕松的算出系統(tǒng)總的容量：每個(gè)采集器可以采集一個(gè)用戶的水、電、氣以及純水的用量，而每個(gè)集中器可容納32個(gè)采集器之多，那么每一個(gè)集中器上就收錄了32個(gè)用戶的能耗信息，有知道每個(gè)子網(wǎng)上可連接32個(gè)集中器，由此可算得每個(gè)子網(wǎng)上匯聚的用戶能好信息量可達(dá)1024戶，這還沒有算上中繼器，

30、如果加入了中繼器，理論上我們可遠(yuǎn)程抄收的用戶能耗量可達(dá)無限多戶。以目前城市居民小區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r來看，這個(gè)系統(tǒng)已具有足夠的能力去管理各種各樣的居民小區(qū)了。該系統(tǒng)可以通過控制中心計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，直接對下層的各用戶基表進(jìn)行控制，實(shí)施抄收、設(shè)定、傳送數(shù)據(jù)等功能?？梢栽谕耆珱]有抄表人員干涉的情況下高效完成對用戶各基表數(shù)據(jù)的抄收任務(wù)，還能實(shí)現(xiàn)由工作人員采用便攜機(jī)進(jìn)行抄取和設(shè)定等操作。系統(tǒng)更人性化的加入了后備電池裝置，可以在市內(nèi)停電48小時(shí)以內(nèi)連續(xù)正常工作710。由于系統(tǒng)是設(shè)計(jì)任務(wù)是對采集器和集中器的硬件與軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，采集器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)為硬件而集中器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是通信。本設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)框圖如圖1-2所示。圖1-

31、2 主要設(shè)計(jì)框圖Figure 1-2 The main design diagram of this design采集器單片機(jī)通信接口電路數(shù)據(jù)采集電路看門狗電路電源電路存儲(chǔ)電路時(shí)鐘電路顯示電路TM卡電路集中器單片機(jī)通信接口電路看門狗電路電源電路顯示電路時(shí)鐘電路存儲(chǔ)電路信道2.3 遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)目標(biāo) 下面是用戶提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo): （1）對水、純水、氣、電的基表計(jì)量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸并能實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)功能（2）系統(tǒng)要對其中的傳輸線路的短路及斷路具有一定提示功能。 （3）欠費(fèi)可停止用戶用電，方便物業(yè)管理。 （4）抗磁干擾功能。水、氣、純水等基層計(jì)量裝置被放置在磁鐵附近時(shí)，不應(yīng)影響其工作。 （5）

32、抄表時(shí)間預(yù)定為凌晨，并且可以支持自動(dòng)抄表和手動(dòng)抄表兩種模式。 （6）能用便攜機(jī)到現(xiàn)場進(jìn)行抄表和參數(shù)設(shè)置等操作，并保證系統(tǒng)便于手動(dòng)安裝和調(diào)試。 （7）能夠針對特定的用戶進(jìn)行抄表。 （8）對于每戶的費(fèi)用報(bào)表可以分別打印也可安固定單位集中打印。 （9）可按照用戶的地址、編號(hào)、電話、姓名等詳細(xì)信息進(jìn)行分類設(shè)置和查看小區(qū)各個(gè)住戶的用度數(shù)據(jù)。 （10）系統(tǒng)應(yīng)具有后備電池裝置，保證市內(nèi)停電后還可正常工作48小時(shí)。 （11）系統(tǒng)或某設(shè)備意外斷電時(shí)，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 （12）有記錄歷史數(shù)據(jù)的能力，便于系統(tǒng)的查詢和管理。第三章 采集器和集中器的硬件設(shè)計(jì)采集器的硬件設(shè)計(jì)主要包括：用戶的各種基表（如遠(yuǎn)傳電能表、遠(yuǎn)傳水表

33、、遠(yuǎn)傳熱能表和遠(yuǎn)傳燃?xì)獗恚┑倪x擇，采集器的硬件電路的設(shè)計(jì)，集中器的硬件電路的設(shè)計(jì)，顯示電路的設(shè)計(jì)，采集器的后備電源的設(shè)計(jì)以及通訊電路的設(shè)計(jì)等等，本文將一一介紹。3.1 采集器的硬件設(shè)計(jì) 采集器要完成的功能很簡單，就是每隔一段時(shí)間通過485總線采集電表數(shù)據(jù)，把最新數(shù)據(jù)存到E2PROM芯片里，若接收到集中器的命令則把E2PROM數(shù)據(jù)通過無線模塊上傳給集中器。采集電表的時(shí)間間隔大概一個(gè)小時(shí)。另外采集器還有路由中繼、控制電表通斷等功能，不過硬件結(jié)構(gòu)上主要由RS485接口、E2PROM存儲(chǔ)器、無線模塊幾部分組成。采用8位單片機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)這些功能，我們選用AT89S51。采集器框圖結(jié)構(gòu)如下圖3-4：AT

34、89S51電源看門狗電路時(shí)鐘電路通信接口電路顯示電路E2PROM圖3-4 采集器結(jié)構(gòu)圖Figure3-4 Collector structure diagram3.1.1 單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)圖3-5 AT89S51的引腳圖Figure3-5b The pin diagram of AT89S51AT89S51的管腳圖如上圖3-5所示。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及

35、80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系

36、統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 （1）主要特性： 8031 CPU與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路（2）管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8

37、TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 端口引腳第二功能P1.5MOSI（用于SPI編程）P1.6MISO（用于SPI編程）P1.7SCK（用于S

38、PI編程）P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“

39、1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回

40、到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心，1然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)，為什么看上面的圖，如果不對端口置1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q為1加到場效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)

41、作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。接下來讓我們再看另一個(gè)問題，從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別，除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖

42、。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編

43、程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出1415。本設(shè)計(jì)的引腳分配如圖3-6。圖3-6 單片機(jī)控制電路Figure3-6 control circuit of singlechip3.1.2 RS485電路的設(shè)計(jì)1、RS485接口電路的特點(diǎn)：（1） RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（26） V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（26）V表示。接口信號(hào)電平比RS-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。 （2） RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10

44、Mbps 。 （3） RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。 圖3-7 RS485接口電路圖Figure3-7 RS485 interface circuit diagram（4） RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000米，另外RS-232接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器， 即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 2、RS485接口電路圖：圖3-7 RS485接口電路圖Figure3-7 The inter

45、face circuit of RS485根據(jù)有關(guān)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口，其輸入阻抗應(yīng)大約為大于或等于2k,相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，為了適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場合，有些芯片的輸入阻抗被設(shè)計(jì)成了1/2負(fù)載、1/4負(fù)載或1/8負(fù)載，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64、 128或256個(gè)。采集器中我們所采用的485的驅(qū)動(dòng)芯片是SN65HVD3082，它的輸入阻抗為1/8負(fù)載，可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)256個(gè)節(jié)點(diǎn)。然而在實(shí)際應(yīng)用中是不可能連接這么多電表的，考慮到采集器存儲(chǔ)容量的限制及實(shí)際情況，最大電表數(shù)設(shè)置為64個(gè)，其實(shí)在安裝時(shí)只有前文提到的四只表而已。 485芯片可以工作在5V電壓下，輸入高電平要在2V5V之間，

46、低電平則要在OV0.8V之間。因此單片機(jī)AT89S51的串口可以直接和485芯片相應(yīng)引腳相連。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明這種方式可以正常進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計(jì)中TXD, CON485引腳通過上拉電阻連接到VCC(5V)，以提高電路的可靠性，上拉電阻要根據(jù)波特率來選擇。在性能要求比較嚴(yán)格的場合，通常要在MCU和485芯片之間加隔離電路，常用的隔離電路一般是高速光禍隔離。 在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120左右，所以線路設(shè)計(jì)時(shí)，在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接一只120的匹配電阻（R9)，以減少線路上傳輸信號(hào)的反射。 由于RS-485芯片的特性，終端電阻為120時(shí)接收器

47、的檢測靈敏度為±200mV即差分輸入端VA-VB +200mV，輸出邏輯1, VA-VB -200mV，輸出邏輯0；當(dāng)A、B端電位差的絕對值小于200mV時(shí)，輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí)，接收器輸出為邏輯0，CPU會(huì)誤認(rèn)為通信幀的起始引起工作不正常。解決這個(gè)問題的辦法是人為地使A端電位高十B兩端電位，這樣RXD的電平在RS485總線不發(fā)送數(shù)據(jù)期間呈現(xiàn)唯一的高電平，單片機(jī)就不會(huì)被誤中斷而收到亂字符。通過在RS485電路的A、 B輸出端加接上拉電阻R10和下拉電阻R11就可以很好地解決這個(gè)問題。 輸出電路的設(shè)計(jì)要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境

48、十分復(fù)雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以RS485總線的傳輸端一定要加有一定的保護(hù)措施。在電路設(shè)計(jì)中采用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件Tl，也可以用穩(wěn)壓管相對串聯(lián)組成吸收回路。T2和T3是瞬態(tài)電壓抑制二極管，其作用是防雷擊保護(hù)輸出電路16。3.1.3 脈沖數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì) 一個(gè)用戶用一個(gè)采集器對4個(gè)基表的脈沖信號(hào)進(jìn)行采集，要用一個(gè)數(shù)據(jù)輸入緩沖器來隔離這4個(gè)信號(hào)，常用數(shù)據(jù)輸入緩沖器有單向和雙向兩種，而本系統(tǒng)中只有單向取脈沖信號(hào)和斷線檢測信號(hào)，因此選用單向數(shù)據(jù)緩沖器足矣。常用的單向輸入緩沖器有74HC240、74HC241和74HC244等，在本系統(tǒng)考慮到價(jià)格問題選用74HC244作為數(shù)據(jù)輸

49、入緩沖器而對應(yīng)于每路外部信號(hào)可能引入的瞬時(shí)電壓沖擊，電路中使用TVS管進(jìn)行過電壓瞬態(tài)保護(hù)。如圖3-8：圖3-8 脈沖采集電路原理圖Figure 3-8 The circuit of capturing impulse下面是芯片74HC244的具體功能及用法：圖3-9 74HC244的管腳圖Figure3-9 The pin diagram of 74HC2441、74HC244芯片的功能如果輸入的數(shù)據(jù)需要保持比較長的時(shí)間，簡單的輸入接口擴(kuò)展通常使用的典型芯片為74HC244，由該芯片可構(gòu)成三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。74HC244芯片的引腳排列如圖3-9所示。74HC244芯片內(nèi)部共有兩個(gè)四位三態(tài)緩沖器，

50、使用時(shí)可分別以1G和2G作為它們的選通工作信號(hào)。當(dāng)1G和2G都為低電平時(shí)，輸出端Y和輸入端A狀態(tài)相同；當(dāng)1G和2G都為高電平時(shí)，輸出呈高阻態(tài)。2、極限值電源電壓7V輸入電壓5.5V輸出高阻態(tài)時(shí)高電平電壓5.5V工作環(huán)境溫度54XXX- 5512574XXX- 070存儲(chǔ)溫度- -651503、功能表InputOutputGAYLLHLHXLHZ3.1.4采集器存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)隨時(shí)可能掉電，所以一定要有數(shù)據(jù)保護(hù)方案。在此文中，我們可以考慮應(yīng)用靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器外加一組后備電池或用Xicor公司的E2PROM等方案。由于本設(shè)計(jì)對存儲(chǔ)速度的要求并不高，而串行的E2PROM更具有價(jià)格、功耗和體積等方面

51、的優(yōu)勢。所以我們選用E2PROM來充當(dāng)采集器的數(shù)據(jù)保護(hù)裝置。我們在這里還需要對采集器需要的存儲(chǔ)容量進(jìn)行計(jì)算，考慮到實(shí)際應(yīng)用的需求，以小區(qū)住宅常見樓層住戶為例：1個(gè)用戶的水、電、氣、純水的四個(gè)能耗量，一個(gè)量占4個(gè)字節(jié)，則每一戶需要的存儲(chǔ)容量為4×4 =16個(gè)字節(jié)；每戶的各耗能率，24小時(shí)的用電費(fèi)率，每小時(shí)兩個(gè)字節(jié)則24×2=48個(gè)字節(jié)，用氣、用水、用純水的量，各需要兩個(gè)字節(jié)，共計(jì)6個(gè)字節(jié)；在這里我們對各用量應(yīng)繳納的金額實(shí)行獨(dú)立計(jì)費(fèi)，水、電、氣、純水各4字節(jié)，共16字節(jié)；又知參數(shù)區(qū)還占有48字節(jié)，戶號(hào)占1個(gè)字節(jié)，另外加上狀態(tài)字等，總共需要大約200個(gè)字節(jié)，這里為了方便對存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)

52、行操作，存儲(chǔ)器的容量應(yīng)大于該值，為了保證斷電后用戶各種基表能耗數(shù)據(jù)不丟失，本設(shè)計(jì)采用的是串行的E2PROM來存儲(chǔ)用戶能耗數(shù)據(jù)和各種基表參數(shù)以及戶號(hào)信息等，這樣做不僅使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分簡單，而且還減少了該部分的故障率；又由于串行接口比并行接口具有更高的抗干擾能力，所以存儲(chǔ)器的誤讀寫概率也大大的降低了，系統(tǒng)的穩(wěn)定性由此也增強(qiáng)了。在采集器的運(yùn)行過程中，需要用戶各種基表能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行頻繁地改寫(如每1小時(shí)改寫一次用量)，因此要采用儲(chǔ)存容量大、擦寫次數(shù)較高的E2PROM。在這里我們選擇Xicor公司的X25165(容量為2K字節(jié)可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)作為采集器的存儲(chǔ)器。下面對X25165作簡要介紹。X2

53、5165是一個(gè)容量為2K字節(jié)可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，這個(gè)芯片由2K *8位組成的存儲(chǔ)器，具有三線串行接口，單電源供電工作電壓最低為2.7V，低功耗CMOS技術(shù)，可保證100萬次擦/寫周期和100年的數(shù)據(jù)保存期，較寬的有效工作溫度范圍;有可達(dá)32個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)頁寫能力，頁寫模式時(shí)，典型的寫周期時(shí)間為5ms,整個(gè)存儲(chǔ)器可硬件寫保護(hù)，8腳DIP封裝，8腳或14腳SOIC封裝 X25165是符合SPI( Serial Peripheral Inerface總線協(xié)議的E2PROM,寫操作有字節(jié)寫和頁寫，頁寫時(shí)最多為3個(gè)字節(jié)，讀操作有當(dāng)前地址讀、隨機(jī)讀和序列讀三種方式，其中，序列讀可以讀任意多個(gè)數(shù)據(jù)。VSS

54、:地CS：片選輸入端SI：串行輸入端SO：串行輸出端SCK：串行時(shí)鐘輸入端WP：寫保護(hù)輸入端RESET：高電平有效復(fù)位端VCC：+2.7計(jì)5.5電源供電圖3-10 X25165的管腳圖Figure3-10 The pin diagram of X25165存儲(chǔ)器X25045的管腳分布如上圖3-10所示。在采集器這個(gè)子系統(tǒng)中，只需用一個(gè)4字節(jié)的存儲(chǔ)器X25165,當(dāng)將X25045用作串行的存儲(chǔ)器時(shí)，只要將CS、SI、SO、SCK分別與采集器CPU對應(yīng)的I/O口相連即可。X25165與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸符合SPI總線規(guī)程，遵守三線制總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，CPU產(chǎn)生控制總線收發(fā)的串行時(shí)鐘SCK,并且

55、產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳送的起始和終止條件。在數(shù)據(jù)傳送過程中，當(dāng)SCK為高時(shí)，數(shù)據(jù)必須是穩(wěn)定的。因?yàn)椴杉饕獙?塊基表的能耗信息進(jìn)行采集計(jì)量，且每個(gè)基表能耗數(shù)據(jù)用四個(gè)字節(jié)來表示(三個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)脈沖位構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體)，在寫用戶能耗信息時(shí)，如果采用字節(jié)寫方式會(huì)占用較多的時(shí)間，從而影響計(jì)量:如果采用頁寫方式，略去了頻繁的起始和終止時(shí)序，將會(huì)節(jié)CPU寫用戶能耗數(shù)據(jù)的時(shí)間，從而使計(jì)量更為準(zhǔn)確。所以，在采集器中，本文采用四字節(jié)頁寫方式，又由于其頁寫地址的“翻卷”問題(數(shù)據(jù)裝載時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)按字地址或現(xiàn)行地址的低N位定位，隨后N位地址指針自動(dòng)加1,計(jì)滿后并不向字地址高位進(jìn)位而恢復(fù)為零，形成地址“翻卷”現(xiàn)象)，所以，首戶能耗的存儲(chǔ)地址應(yīng)選4的整數(shù)比倍，有關(guān)X25165的存儲(chǔ)空間分配請參閱本文第四章相關(guān)章節(jié)。根據(jù)采集器的存儲(chǔ)容量來選擇不同擦寫次數(shù)的E2PROM芯片，如