基于AT89C51的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科生設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、51的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)89C摘 要以AT 89C51單片機(jī)為核心器件，結(jié)合外部元器件，設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。本文還設(shè)計(jì)了具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信功能的軟硬件系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在實(shí)踐中使用，結(jié)果表明該系統(tǒng)的各項(xiàng)功能均達(dá)到了預(yù)期的效果和良好的效果。此外，抗中斷性能和采用基于硬件和軟件的預(yù)防措施，提高了系統(tǒng)的可靠性。給出了解決印刷電路EMI / EMC問(wèn)題的方法。仿真EMI/EMC印刷電路在軟件中的性能。一般來(lái)說(shuō)，該課題的研究將在電力系統(tǒng)管理方面發(fā)展出較高水平，非常值得推廣和應(yīng)用。文章對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)。詳細(xì)闡述了數(shù)據(jù)采集與采集、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)及模式的設(shè)計(jì)。本論文在硬件方面，對(duì)CPU、檢測(cè)電路、

2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等的選擇進(jìn)行了具體說(shuō)明。它采用基于RS-485電接口的異步串行通信技術(shù)作為通信手段。軟件中，我們給出了脈沖采集、通訊、顯示等程序。該遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多用戶電力信息遠(yuǎn)程自動(dòng)抄錄，可實(shí)現(xiàn)小區(qū)能源消耗的優(yōu)質(zhì)高效計(jì)量管理。關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程抄表； AT 89C51單片機(jī)； RS2485TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295644273 一、簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc295644273 h 1 HYPERLINK l _Toc295644274 1.1遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)海外概況 PAGEREF _Toc295644274 h 1 HYPERLINK l _Toc295

3、644275 1.1.1上層星型通信方案 PAGEREF _Toc295644275 h 2 HYPERLINK l _Toc295644276 1.1.2底層總線通信 PAGEREF _Toc295644276 h 3 HYPERLINK l _Toc295644277 1.2本課題研究的背景、目的和意義 PAGEREF _Toc295644277 h 5 HYPERLINK l _Toc295644278 1.3遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) PAGEREF _Toc295644278 h 6 HYPERLINK l _Toc295644279 1.3.1抄表系統(tǒng)的選擇及特點(diǎn) PAGEREF _Toc295

4、644279 h 6 HYPERLINK l _Toc295644280 1.3.2遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc295644280 h 6 HYPERLINK l _Toc295644281 1.4本文所做的工作 PAGEREF _Toc295644281 h 7 HYPERLINK l _Toc295644282 2 、抄表系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295644282 h 8 HYPERLINK l _Toc295644283 2.1抄表系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc295644283 h 8 HYPERLINK l _Toc295644284 2.2抄

5、表系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295644284 h 9 HYPERLINK l _Toc295644285 2.2.1 CPU PAGEREF _Toc295644285 h 9的選擇 HYPERLINK l _Toc295644286 2.2.2外設(shè)存儲(chǔ)及其監(jiān)控電路模塊 PAGEREF _Toc295644286 h 11 HYPERLINK l _Toc295644287 2.2.3數(shù)據(jù)上傳模塊 PAGEREF _Toc295644287 h 15 HYPERLINK l _Toc295644288 2.2.4時(shí)鐘模塊 PAGEREF _Toc295644288 h 19

6、 HYPERLINK l _Toc295644289 2.2.5電能采集與計(jì)數(shù)模塊 PAGEREF _Toc295644289 h 21 HYPERLINK l _Toc295644290 2.2.6顯示電路 PAGEREF _Toc295644290 h 23 HYPERLINK l _Toc295644291 2.3章節(jié)總結(jié) PAGEREF _Toc295644291 h 24 HYPERLINK l _Toc295644292 3.抄表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295644292 h 25 HYPERLINK l _Toc295644293 3.1軟件設(shè)計(jì)要求 PAGEREF

7、 _Toc295644293 h 25 HYPERLINK l _Toc295644294 3.3.1易于理解，易于維護(hù) PAGEREF _Toc295644294 h 25 HYPERLINK l _Toc295644295 3.1.2實(shí)時(shí)性能 PAGEREF _Toc295644295 h 26 HYPERLINK l _Toc295644296 3.1.3可測(cè)試性 PAGEREF _Toc295644296 h 26 HYPERLINK l _Toc295644297 3.1.4準(zhǔn)確度 PAGEREF _Toc295644297 h 26 HYPERLINK l _Toc29564429

8、8 3.1.5可靠性 PAGEREF _Toc295644298 h 26 HYPERLINK l _Toc295644299 3.2主程序的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295644299 h 27 HYPERLINK l _Toc295644300 3.3子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295644300 h 27 HYPERLINK l _Toc295644301 3.3.1清算子程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295644301 h 29 HYPERLINK l _Toc295644302 3.3.2編程接收數(shù)據(jù)和通信 PAGEREF _Toc295644302 h 29

9、HYPERLINK l _Toc295644303 3.3.3數(shù)據(jù)采集子程序 PAGEREF _Toc295644303 h 30 HYPERLINK l _Toc295644304 3.3.4脈沖采集程序 PAGEREF _Toc295644304 h 31 HYPERLINK l _Toc295644305 3.3.5顯示子程序 PAGEREF _Toc295644305 h 32 HYPERLINK l _Toc295644306 3.3.6檢查子程序 PAGEREF _Toc295644306 h 33 HYPERLINK l _Toc295644307 3.3.7數(shù)據(jù)傳輸子程序 PA

10、GEREF _Toc295644307 h 34 HYPERLINK l _Toc295644308 3.4硬件電路驅(qū)動(dòng) PAGEREF _Toc295644308 h 36 HYPERLINK l _Toc295644309 3.4.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片X5405 PAGEREF _Toc295644309 h 36 HYPERLINK l _Toc295644310 3.4.2時(shí)鐘芯片DS1302 PAGEREF _Toc295644310 h 36 HYPERLINK l _Toc295644311 3.4.3數(shù)據(jù)上傳MAX232芯片 PAGEREF _Toc295644311 h 36 HY

11、PERLINK l _Toc295644312 結(jié)論 PAGEREF _Toc295644312 h 37 HYPERLINK l _Toc295644313 至 PAGEREF _Toc295644313 h 38 HYPERLINK l _Toc295644314 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc295644314 h 39一、簡(jiǎn)介1.1國(guó)外遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)概述遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)又稱自動(dòng)抄表系統(tǒng)，在國(guó)外稱為自動(dòng)抄表系統(tǒng)，通?？s寫為AMRS。它是通過(guò)現(xiàn)代傳輸和通信技術(shù)采集終端用戶儀表單元的數(shù)據(jù)并致到遠(yuǎn)程管理部門進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)。采用遠(yuǎn)程抄表技術(shù)，不僅可以節(jié)省人力資源，更重要的是可以提高抄表的準(zhǔn)確性

12、，減少因估算或抄錄造成的計(jì)費(fèi)錯(cuò)誤，使供應(yīng)管理部門能夠及時(shí)準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)和信息.由于用戶不再需要預(yù)約抄表員現(xiàn)場(chǎng)抄表，并且可以快速查詢賬單，這項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越受到用戶的歡迎。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)廣泛用于電力部門。隨著公用事業(yè)現(xiàn)代化管理需求和智能住宅理念的推廣，該技術(shù)近年來(lái)在國(guó)外取得了快速發(fā)展。對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究也已從多個(gè)角度進(jìn)行。從國(guó)外有關(guān)技術(shù)拓展的報(bào)道來(lái)看，市場(chǎng)前景廣闊。1990年代以來(lái)，美國(guó)在AMR技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)信息披露，1990年美國(guó)有791個(gè)AMR應(yīng)用項(xiàng)目，其中約550萬(wàn)只電表實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)抄表；在此期間，主要使用 EMR（在手持計(jì)算機(jī)鍵盤上讀取和輸入數(shù)據(jù)）。手持電腦人工抄表：隨后

13、開發(fā)了OMR（異地抄表）無(wú)線戶外抄表方式。指通過(guò)車載無(wú)線電自動(dòng)抄表。 1990年代以后，隨著電子和通信技術(shù)的發(fā)展，以電力載波、網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)和無(wú)線通信為媒介的AMR技術(shù)出現(xiàn)，并在以美國(guó)為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛推廣應(yīng)用。信息社會(huì)在逐漸改變?nèi)藗兊纳罘绞胶凸ぷ髁?xí)慣的同時(shí)，也對(duì)一些傳統(tǒng)觀念提出了挑戰(zhàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，在智能小區(qū)的管理系統(tǒng)中，安防自動(dòng)化、通信自動(dòng)化和管理自動(dòng)化是三大主要特征。能耗表（冷、熱水表、電表、燃?xì)獗恚┑臄?shù)據(jù)拷貝問(wèn)題是衡量社區(qū)管理水平的一個(gè)非常重要且不可避免的問(wèn)題。抄收問(wèn)題能否得到有效解決，將直接影響到生活的安全和便利，也影響到物業(yè)管理工作。以往人工抄抄

14、采集能耗表的方式無(wú)法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，會(huì)造成大量人力、物力和時(shí)間的浪費(fèi)，還可能出現(xiàn)抄錯(cuò)現(xiàn)象、遺漏復(fù)制和估計(jì)復(fù)制。給居民帶來(lái)了很多麻煩，甚至引發(fā)了很多不必要的糾紛。因此，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)不僅能滿足實(shí)際需要，還能提高能源管理的自動(dòng)化水平和現(xiàn)代化水平。如此一來(lái)，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)成為社區(qū)“智能建設(shè)”的重要組成部分，成為新興智慧社區(qū)的必要條件。1.1.1上層星型通信方案星型通信系統(tǒng)是以安裝在供電局管理中心的系統(tǒng)工作站為基礎(chǔ)，通過(guò)通信通道以發(fā)散形式與分散在各個(gè)區(qū)域的集中器相連，形成一對(duì)多的連接形式。這樣，信道的通信數(shù)據(jù)量比較大，需要一定的傳輸速率和帶寬。根據(jù)信道的介質(zhì)，可分為光纖、有線和無(wú)線三種模式。(1

15、) 光纖通信光纖通信具有帶寬大、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適合上層通信網(wǎng)絡(luò)的要求。由于光纖本身難以實(shí)現(xiàn)T型連接，無(wú)法實(shí)現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)（除非采用光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)），因此特別適合星型連接。由于目前星型連接節(jié)點(diǎn)成本高，安裝成本高，無(wú)法在ARMS系統(tǒng)中使用。隨著光纖技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來(lái)，在ARMS系統(tǒng)中使用光纖通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上層通信將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。(2) 金屬絲網(wǎng)由于有線網(wǎng)絡(luò)在城鎮(zhèn)迅速普及，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信也是一種經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。要使用通信，只需在數(shù)據(jù)集中器和管理中心主機(jī)上加一個(gè)調(diào)制解調(diào)器（Modem），它的通信速率就可以達(dá)到2.4kbs、9.6kbs甚至56

16、kbs。主機(jī)對(duì)集中器的呼叫主要由交換機(jī)通過(guò)撥號(hào)自動(dòng)完成。(3) 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)線電波進(jìn)行無(wú)線通信是與具有廣泛包圍和分散布局的集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的更好選擇。其特點(diǎn)是傳輸頻段寬，通信容量大（可達(dá)幾千臺(tái)），通信距離遠(yuǎn)（一般幾十公里，也可以通過(guò)中繼站延伸到更遠(yuǎn)的距離）。通信時(shí)，管理中心主機(jī)控制電臺(tái)發(fā)出呼叫指令，各集中器收到指令后進(jìn)行地址比對(duì)，如果正確則發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，完成數(shù)據(jù)建立，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。使用這種通訊方式，方便安裝調(diào)試。主要缺點(diǎn)是申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)。如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰的兩個(gè)信道就會(huì)相互干擾。一般情況下，小型電臺(tái)的通信速率較低，一般為600bs或1200bs，設(shè)備安裝成本較高，所以這種通信

17、方式的使用有一定的限制，多用于無(wú)線電監(jiān)測(cè)和功耗大用戶功率負(fù)載。在管理系統(tǒng)中。1.1.2底層總線通信采用總線式通訊系統(tǒng)，克服了星形連接的不足。這樣，每個(gè)分散的采集器或電度表都與串行總線相連，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)。這樣信道上節(jié)點(diǎn)多，傳輸速率不高（與通信介質(zhì)有關(guān)），傳輸距離短，不超過(guò)2000m，所以一般用于底層電力數(shù)據(jù)的采集。常用的模式有低壓電力線載波通信、RS-485網(wǎng)絡(luò)等。(1) 低壓電力線載波通信使用低壓電力線作為AMR系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)通道，運(yùn)行成本低，無(wú)疑是一種非常經(jīng)濟(jì)的方案。致器在致數(shù)據(jù)時(shí)，首先將數(shù)據(jù)調(diào)制到高頻載波上，然后經(jīng)過(guò)功率放大后，通過(guò)耦合電路耦合到電源線上。信號(hào)頻帶一般為50-300k

18、Hz，峰間電壓不超過(guò)l0v，不會(huì)對(duì)電源線造成不良影響。高頻信號(hào)通過(guò)線路傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，接收機(jī)通過(guò)耦合電路將高頻信號(hào)分離，濾除干擾信號(hào)，放大，再通過(guò)解調(diào)電路恢復(fù)為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào).低壓電力載波通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與RS-485系統(tǒng)相同，采用總線結(jié)構(gòu)。在同一變壓器區(qū)域下，一個(gè)集中器從數(shù)千個(gè)采集器或電度表中收集數(shù)據(jù)，形成母線圖。但是，使用低壓電力線作為傳輸通道還存在很多問(wèn)題。首先，低壓電力線信號(hào)的特性決定了電力載波傳輸?shù)膹?fù)雜性。低壓電力線（高頻信號(hào)）的衰減是低壓電力線載波通信遇到的問(wèn)題。信號(hào)衰減與距離之間的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，是成正比的。傳輸距離越長(zhǎng)，信號(hào)衰減越大，衰減也越嚴(yán)重。但是由于電力線傳輸特性不均勻、

19、不平衡，連接的負(fù)載阻抗不匹配，所以信號(hào)也會(huì)遇到反射、駐波等現(xiàn)象：信號(hào)衰減與頻率的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，頻率越高，頻率越高。 ，衰減越差；信號(hào)衰減與交叉相位傳播的關(guān)系，通常同相傳播信號(hào)小于交叉相位傳播衰減：信號(hào)衰減與電源相位的關(guān)系，有時(shí)每個(gè)工頻電源中的高頻信號(hào)大當(dāng)相位被包圍時(shí)會(huì)發(fā)生衰減變化。這些電路上通常有大量的電容或大功率電器，會(huì)引起高頻信號(hào)的急劇變化，而開關(guān)電源會(huì)對(duì)電源線釋放大量的高頻干擾，從而影響普通的。溝通工作；信號(hào)衰減與負(fù)載的關(guān)系，信號(hào)衰減會(huì)隨著電源線上負(fù)載的接通和斷開而呈現(xiàn)不同的特性，由于負(fù)載變化的不可知性，信號(hào)衰減也會(huì)相應(yīng)變化。二是對(duì)電源線的干擾很大。人為干擾電力線路上的電氣設(shè)備等，以干

20、擾雷電等自然現(xiàn)象等非人為干擾；周期性脈沖干擾和隨機(jī)突變干擾，電氣設(shè)備會(huì)處于工頻交流基波的某一部分。固定相位釋放干擾。還有大量的電氣設(shè)備釋放干擾，這些干擾的瞬時(shí)頻率、周期、相位、變化非常大，即不斷變化的干擾；高壓開關(guān)的運(yùn)行、雷電、大負(fù)荷變化都與電力線路有關(guān)。地表短路故障通常具有持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度高、不可預(yù)測(cè)、能量高、頻譜寬等特點(diǎn)，因此如何抑制干擾，提高通信可靠性是首要考慮的問(wèn)題。第三，不同地方的線路特點(diǎn)可能完全不同。所用線路的類型和線路上的負(fù)載對(duì)電力線上高頻信號(hào)的傳輸特性有很大的影響。即使是同一段電力線，其傳輸特性也會(huì)隨著各種電力負(fù)載的切換而變化，因此通信設(shè)備的穩(wěn)定性和對(duì)不同線路的適應(yīng)能力也很重要

21、。輸入阻抗是電力線傳輸特性的重要參數(shù)，它與傳輸信號(hào)的頻率有關(guān)。沒(méi)有電力線是均勻分布的傳輸線。由于分布電感和分布電容的影響，很明顯輸入阻抗會(huì)隨頻率變化。變化，不同時(shí)期，電源線的輸入阻抗是不同的，即使在同一個(gè)位置，也會(huì)隨著負(fù)載的隨意開合而不同。同一電源線在不同位置的等效阻抗并不完全相同。從Dyer定理可以看出，不同等效端口得到的等效輸入阻抗是不同的。由于電力線上阻抗的劇烈變化，如果采用電力線或電力載波方式傳輸信號(hào)，發(fā)射機(jī)功放的輸出阻抗不等于接收機(jī)功放的輸入阻抗，而是阻抗匹配困難。目前，市場(chǎng)上電力線使用的調(diào)制解調(diào)器一般都是基于頻移鍵控（FSK）調(diào)制。由于傳輸速率低（一般不超過(guò)2400bs）、抗干擾性

22、能差、傳輸距離短，已基本被淘汰。 ，而擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器被廣泛使用。擴(kuò)頻系統(tǒng)分為發(fā)射端和接收端兩部分，接收端可以簡(jiǎn)化為調(diào)制和擴(kuò)頻兩個(gè)模塊。在致端，信號(hào)先調(diào)制一定的載頻，調(diào)制器輸出的窄帶調(diào)制信號(hào)再送到擴(kuò)頻器進(jìn)行二次解調(diào)，輸出信號(hào)為寬帶調(diào)制信號(hào)。由于擴(kuò)頻器采用高速偽隨機(jī)碼（PN）序列調(diào)制發(fā)射信號(hào)，因此得到的輸出信號(hào)的頻譜密度大大降低。接收端由解擴(kuò)解調(diào)器組成。在接收端，使用與致端相同的偽碼序列對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)（擴(kuò)頻的逆變化），并恢復(fù)為窄帶調(diào)制信號(hào)。在解調(diào)器之后，原始信號(hào)被解調(diào)。由于擴(kuò)頻信號(hào)的帶寬與窄帶濾波器的帶寬之比越大，信噪比也越大，因此擴(kuò)頻通信以更寬的帶寬換取更高的信噪比比，提高了通信的抗

23、干擾能力，提高了通信性能。隱瞞。因此，這種調(diào)制方式將是低壓電力線載波通信的發(fā)展方向。(2) RS-485 網(wǎng)絡(luò)EIARS-485 是符合 CCITT 標(biāo)準(zhǔn)化 V.11/X.27 的平衡電氣特性標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)使用集成電路在一對(duì)平衡互連電纜上傳輸差分信號(hào)，并在接收端使用差分接收器來(lái)做出信號(hào)決策。該接口具有抑制共模干擾的能力，因此抗干擾性能更好，信號(hào)傳輸頻率最高可達(dá)1OMHZ。當(dāng)使用雙絞線且信號(hào)速率小于100kbs時(shí)，可以達(dá)到傳輸距離1200m。 RS-485接口可在一個(gè)通道上進(jìn)行半雙工通訊，雙向通訊只需兩根線，即可輕松組成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或多點(diǎn)相互通訊網(wǎng)絡(luò)。通常使用雙絞線。線作為網(wǎng)絡(luò)總線。連接到總線的節(jié)點(diǎn)數(shù)

24、隨所選接口驅(qū)動(dòng)芯片的不同而不同，最多可連接128個(gè)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于要求較高的系統(tǒng)，可以考慮光隔離、防雷擊和防靜電放電沖擊的收發(fā)器，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要綜合考慮這些因素。1.2本研究的背景、目的和意義長(zhǎng)期以來(lái)，水表、電表、燃?xì)獗肀粋鹘y(tǒng)的人工抄表方式抄襲收集。就是抄表員挨家挨戶抄抄數(shù)據(jù)，把巡查結(jié)果記錄在紙上，然后人工計(jì)量。和費(fèi)用計(jì)算。然而，隨著城市的現(xiàn)代化建設(shè)和大量住宅小區(qū)的興起，城市水、電、氣建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，管理工作也越來(lái)越復(fù)雜。在這種情況下，傳統(tǒng)的管理模式暴露出種種弊端：一方面，由于消費(fèi)管理量大，需要處理的數(shù)據(jù)量大，從建立用戶到記錄、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析正常用電后抄表數(shù)據(jù)的查詢非常復(fù)雜和困難。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的

25、發(fā)展和生活用水的日益改善，人們對(duì)家居環(huán)境提出了越來(lái)越高的要求。安全、舒適、便捷、速度、人性化、智能化成為新的追求目標(biāo)。以往的住宅結(jié)構(gòu)和管理方式越來(lái)越不能滿足人們的需求。隨著電子計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給世界各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了無(wú)限的發(fā)展空間，建筑領(lǐng)域也不例外。物業(yè)管理、安防網(wǎng)絡(luò)更換、寬帶上網(wǎng)等，但能耗表計(jì)量和入戶抄表解決方案仍處于低水平。本文構(gòu)建了以單片機(jī)為主要結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程自越系統(tǒng)，以替代目前廣泛使用的人工抄表，并消除其帶來(lái)的各種弊端，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)表，準(zhǔn)確準(zhǔn)確，節(jié)省人力資源。在本設(shè)計(jì)中，力求構(gòu)建遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的總體框架，以單片機(jī)為主題，結(jié)合通信技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，設(shè)

26、計(jì)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，最大限度地提高系統(tǒng)性能穩(wěn)定、抗干擾、實(shí)時(shí)、經(jīng)濟(jì)。1.3遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)1.3.1抄表系統(tǒng)的選擇及特點(diǎn)(1)抄表系統(tǒng)的選擇主要考慮以下功能具有存儲(chǔ)功能，如遇特殊情況，保證以前記錄的所有數(shù)據(jù)不丟失。備有備用電源，斷電時(shí)系統(tǒng)仍能正常工作?？垢蓴_能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定性高靈活的系統(tǒng)組成方案，可應(yīng)用于住宅小區(qū)、高層住宅、散戶等特殊居住區(qū)，擴(kuò)展性能好。(2) 功能齊全全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表功能，通過(guò)計(jì)量、通訊模塊、實(shí)時(shí)功能、數(shù)據(jù)上傳下載，將抄表數(shù)據(jù)復(fù)制到管理處或電源供應(yīng)管理部門通過(guò)網(wǎng)絡(luò)。管理職能。1.3.2遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的組成圖 1.1 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)組成(1)自動(dòng)抄表系統(tǒng)如圖1.1所示。其中，每個(gè)采集器需要

27、采集十幾戶到二十多戶電表的脈沖，經(jīng)過(guò)處理后成為抄表數(shù)據(jù)，傳輸?shù)郊衅鳌?2) 通過(guò)有線或其他接入網(wǎng)絡(luò)到傳入網(wǎng)絡(luò)?？紤]到抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量不大且易于訪問(wèn)等因素，可采用線路MODEM實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息傳輸。(3) 整個(gè)抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和芯片功能的實(shí)現(xiàn)將在后面的章節(jié)中詳細(xì)介紹。1.4本文所做的工作本文以整個(gè)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為研究?jī)?nèi)容，在詳細(xì)了解國(guó)外現(xiàn)狀后，結(jié)合本人所學(xué)，以AT 89C51為核心，構(gòu)建遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭用電量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且可以準(zhǔn)確的記錄和計(jì)算，并根據(jù)PC的要求及時(shí)傳輸數(shù)據(jù)以供參考。在設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程中，主要解決以下問(wèn)題：(1)根據(jù)實(shí)際需要完成抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

28、包括抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)，抄表系統(tǒng)主要用于完成電量的采集和計(jì)量，與上位機(jī)（PC）進(jìn)行通信。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了盡量減少硬件設(shè)施，降低功耗，簡(jiǎn)化電路，選擇了功能強(qiáng)大的芯片。(2)編寫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的軟件。用匯編語(yǔ)言編寫軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和保存。用C語(yǔ)言編寫采集器與PC機(jī)的通訊程序，實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)交換。（3）確定通信方式和通信標(biāo)準(zhǔn)，采用串行異步通信標(biāo)準(zhǔn)RS-485，采集器測(cè)量的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)可通過(guò)RS-傳輸至智能小區(qū)物業(yè)管理中心PC機(jī)485總線，與管理中心統(tǒng)一處理，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)人查表”。(4)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)。干擾問(wèn)題一直是困擾遠(yuǎn)程抄表的問(wèn)題。在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中

29、，影響系統(tǒng)測(cè)量精度的因素是脈沖信號(hào)是否有效。由于干擾信號(hào)的干擾效應(yīng)，在脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和傳輸過(guò)程中，可能會(huì)導(dǎo)致脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。為了避免上述現(xiàn)象，本課題在硬件和軟件上做了大量工作，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。2 、抄表系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì)2.1抄表系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)在了解國(guó)外現(xiàn)有AMR產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為了使抄表器的功能更加完善，所設(shè)計(jì)的抄表器具有脈沖計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理、電量顯示和顯示等基本功能。其狀態(tài)，以及與控制中心的通信。功能。整體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1 抄表系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的整體工作流程如下：(1)脈沖采集計(jì)數(shù)模塊根據(jù)脈沖計(jì)算電表數(shù)據(jù)，并存入本機(jī)的RAM中。(2) AT 51根據(jù)

30、時(shí)鐘模塊的時(shí)間設(shè)置，89C周期性地向脈沖計(jì)數(shù)模塊致數(shù)據(jù)傳輸命令，采集其電表中的數(shù)據(jù)，按照設(shè)置的約定存儲(chǔ)到外部RAM中，等待用于上位機(jī)的查詢，并記錄無(wú)響應(yīng)的上位機(jī)并上傳至上位機(jī)。(3)在上位機(jī)運(yùn)行中，有定時(shí)拷貝和隨時(shí)拷貝兩種模式：定時(shí)拷貝，即上位機(jī)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間查詢各個(gè)脈沖采集計(jì)數(shù)模塊中的數(shù)據(jù).隨時(shí)抄襲是指在某些特殊情況下，需要單獨(dú)審核某個(gè)用戶。在這兩種模式下，都會(huì)對(duì)無(wú)響應(yīng)的 PC、警告等進(jìn)行備份。2.2抄表系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)這是整個(gè)抄表部分的核心部分。從圖2.1可以看出，主要由CPU（MCU）、直流穩(wěn)壓器、斷電控制、顯示、系統(tǒng)保護(hù)、時(shí)鐘、外圍存儲(chǔ)電路、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)傳輸、電源、數(shù)據(jù)采集、各

31、部分的正確選擇和設(shè)計(jì)及其與電路的連接對(duì)系統(tǒng)的硬件電路非常重要。2.2.1CPU的選擇(1) CPU是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，直接影響系統(tǒng)的性能。對(duì)于本系統(tǒng)選用的AT5189C單片機(jī)，對(duì)其功能管腳和電路特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。兼容MCS-51系列單片機(jī)。有4K可編程ROM和128字節(jié)RAM。 在 0Hz 和 24Hz 之間可以完全靜態(tài)操作。芯片有32個(gè)可編程U0管腳。 芯片有兩個(gè)十六位定時(shí)器（計(jì)數(shù)器）。有6個(gè)中斷源和2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。 可編程串行通道。 低功耗工作模式和掉電工作模式。AT 89C51 是一款性價(jià)比高、功能先進(jìn)的 8 位微處理器，已廣泛應(yīng)用于許多嵌入式系統(tǒng)，尤其是 4K 字節(jié)的 EPROM

32、為用戶提供了極大的便利。當(dāng)程序較小時(shí)，無(wú)需為 CPU 添加外部擴(kuò)展 ROM?？臻e工作模式和掉電保護(hù)模式可以保證CPU工作在低功耗狀態(tài)，內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。AT 51芯片主要引腳介紹：89CVCC：AT 89C51電源正極輸入，接+5V電壓；GND：電源地端；XTALI：連接外部晶振的引腳。在微控制器部分，它是構(gòu)成片上振蕩器的反相放大器的輸入。使用外部振蕩時(shí)，該引腳應(yīng)接地；XTAL2：連接外部晶振的引腳。該芯片連接到振蕩器的反相放大器輸出和外部時(shí)鐘發(fā)生器輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，該引腳連接到外部振蕩器信號(hào)的輸入；RST： 89CAT 51 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳工作在高電位。當(dāng)芯片要復(fù)位時(shí)，

33、只要將該引腳的電位拉高并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上，AT 89C51就可以完成系統(tǒng)復(fù)位，使各部分特殊功能寄存器設(shè)置為已知狀態(tài)；ALEIPROG：ALE是英文“ADDRESS LATCH ENABLE”的縮寫，表示地址鎖存使能信號(hào)。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 信號(hào)的負(fù)跳變觸發(fā)外部 8 位鎖存器（如 74LS373），并將端口 PO 的地址總線（AO-A7）鎖存到鎖存器中。在非訪問(wèn)外部存儲(chǔ)控制器期間，ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的1/16，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，以1/12振蕩頻率輸出；EA/VPP：該引腳為低電平時(shí)，讀取外部程序代碼（存儲(chǔ)在外部EPROM中）執(zhí)行

34、程序。在8051中，EA引腳必須接低電位，因?yàn)槔锩鏇](méi)有程序存儲(chǔ)空間。如果使用 AT 89C51 或其他具有程序空間的微控制器，該引腳連接到高電平以在程序運(yùn)行時(shí)訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器。當(dāng)程序指針 PC 值超過(guò)芯片程序存儲(chǔ)地址（如 8051/8751/89C51 時(shí)，PC 超過(guò) OFFF 時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到外部程序存儲(chǔ)器繼續(xù)運(yùn)行。另外，當(dāng)程序代碼燒錄到8951 EPROM .89C51 FLASH，該引腳可用于輸入和提供編程電壓（AT 89C51為12V）；PSEN：這是“Program Store Enable”的縮寫。訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器讀取指令代碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期

35、都會(huì)產(chǎn)生第二個(gè) PSEN 信號(hào)。執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令時(shí)不產(chǎn)生PSEN信號(hào)，訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)也不產(chǎn)生PSEN信號(hào)；P0,P1,P2,P3PO 端口 (PO.O-PO.7) 是一個(gè) 8 位開漏雙向輸入和輸出端口。訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，是地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。不對(duì)外擴(kuò)展，單片機(jī)使用時(shí)，作為通用雙向I/O口使用。 PO 端口的每個(gè)引腳可以承載 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載：端口P1（P1.0-P1.7）是一個(gè)雙向I/0端口（準(zhǔn)雙向并行I/0端口），帶有部分升壓電路，其輸出可承載4個(gè)LSTTL負(fù)載。僅用戶用作輸入和輸出的端口；端口P2（P2.0-P2.7）是帶有部分升壓電路的雙向I/O口（準(zhǔn)雙向并行I

36、/O口），訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)為高8位地址。不對(duì)外擴(kuò)展，單片機(jī)使用時(shí)，作為通用雙向I/0口使用。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載；P3口（P3.0-P3.7）是一個(gè)帶有部分升壓電路的雙向I/0口（準(zhǔn)雙向并行I/0口），它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、定時(shí)計(jì)數(shù)控制對(duì)于外部隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的讀寫控制等功能，其特殊功能引腳分配如下：P3.0 RXD 串行通訊輸入P3.1 TXD 串行通訊輸出P3.2 INTO外部中斷0輸入，低電平有效P3.3 INT1 外部中斷 1 輸入，低電平有效P3.4 TO 計(jì)數(shù)器 0 外部事件計(jì)數(shù)輸入P3.5 T1 計(jì)數(shù)器 1 外部事件計(jì)數(shù)輸入P3.6 WR 外

37、部隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的寫選通，低電平有效P3.7 RD 外部隨機(jī)存取存儲(chǔ)器讀選通，低電平有效圖 2.2 AT 89C51 外形引腳排列2.2.2外設(shè)存儲(chǔ)及其監(jiān)控電路模塊X5405是一款高性能可編程看門狗芯片，集看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控、EEPROM三項(xiàng)功能于一身。 X5405 采用簡(jiǎn)單的三線總線操作串行外設(shè)接口 (SPI) 和軟件協(xié)作。其電路結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示，八腳封裝。圖 2.3 X5405 芯片管腳該芯片的串行 EEPROM 是一個(gè)受 Xicor 塊鎖保護(hù)的 CMOS 串行 EEPROM。它由一個(gè) 8 位結(jié)構(gòu)組成。它采用SPI總線的四線結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作，其擦寫周期至少為100萬(wàn)次，寫入數(shù)據(jù)可保存

38、100年。（一）特點(diǎn)： 具有可選時(shí)間的看門狗定時(shí)器； VCC降壓檢測(cè)和復(fù)位控制； 五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)復(fù)位電壓； 低電壓檢測(cè)和復(fù)位啟動(dòng)電壓可以使用特定的編程順序進(jìn)行編程：復(fù)位電壓可低至VCC=1V；省電特性：看門狗開啟時(shí)，電流小于50uA；看門狗關(guān)閉時(shí)，電流小于1OuA；讀操作時(shí)，電流小于2mA；具有數(shù)據(jù)模塊保護(hù)功能，可以保護(hù)所有EEPROM的1/4、1/2，當(dāng)然也可以設(shè)置非保護(hù)狀態(tài)；使用命令內(nèi)容對(duì)寫保護(hù)引腳進(jìn)行寫操作；時(shí)鐘可達(dá)3.3ms；編程時(shí)間短，16字節(jié)頁(yè)寫模式，寫時(shí)由器件部自動(dòng)完成，典型器件寫周期為5ms。圖2.4 X5405電路圖(2) 功能及引腳說(shuō)明該器件集成了上電復(fù)位控制、看門狗定時(shí)器、

39、降壓管理和帶模塊功能的串行 EEPROM 四大功能，有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并減小印制板的占位面積。提高可靠性。CS/WDI：片選輸入，當(dāng)CS為高電平時(shí)，芯片不被選中，并且SO設(shè)置為高阻狀態(tài)，設(shè)備處于標(biāo)準(zhǔn)功耗模式，除非開始一個(gè)周期寫入非易失性單元，在 CS 為高電平時(shí)，將 CS 拉低將使器件處于選中狀態(tài)，器件處于工作功耗狀態(tài)。上電后進(jìn)行任何操作之前，CS必須有一個(gè)由高到低的過(guò)程?？撮T狗輸入。加載的 WDI 引腳上的從高到低的轉(zhuǎn)換將在看門狗定時(shí)器到期之前復(fù)位看門狗定時(shí)器并產(chǎn)生復(fù)位。SO：串行輸出，SO為推挽式串行數(shù)據(jù)輸出引腳。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)在 SCK 脈沖的下降沿從該引腳致。WP：寫保護(hù)，當(dāng)WP引腳

40、為低電平時(shí)，禁止對(duì)X5045的寫操作，但其他功能正常，當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，所有操作都正常，包括寫操作，如果CS為低電平時(shí)WP變?yōu)榈碗娖?，寫入X5045的操作將被中斷。但是，如果此時(shí)非易失性寫周期已經(jīng)初始化，則WP變?yōu)榈碗娖?，沒(méi)有任何作用。SI：串行輸入，SI為串行數(shù)據(jù)輸入端，指令碼、地址、數(shù)據(jù)均通過(guò)該管腳輸入，數(shù)據(jù)在SCK上升沿輸入，高位WSB在前。SCK：串行時(shí)鐘，在串行時(shí)鐘的上升沿通過(guò)SI引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，在下降沿通過(guò)SO引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。RESET：復(fù)位輸出，RESET為開漏輸出引腳，只要VCC下降到最小內(nèi)容VCC值，該引腳會(huì)在VCC上升到最小內(nèi)容值以上200ms后輸出高電平，同時(shí)也受制

41、于查看看門狗定時(shí)器控制，只要看門狗處于活動(dòng)狀態(tài)，并且WDI引腳上的電平保持高電平或低電平超過(guò)定時(shí)時(shí)間，就會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，CS引腳上的下降沿將復(fù)位看門狗.看門狗定時(shí)器，因?yàn)檫@是一個(gè)開漏輸出引腳，使用時(shí)必須連接到一個(gè)上拉電阻。(3) X5045的電路連接圖2.4中的看門狗為系統(tǒng)提供保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障并超過(guò)設(shè)定時(shí)間時(shí)，電路中的看門狗會(huì)通過(guò)RESET信號(hào)響應(yīng)CPU。它提供了三個(gè)時(shí)間值供選擇。它具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響。當(dāng)電源電壓下降到內(nèi)容范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)復(fù)位。 X5045內(nèi)存和CPU可以通過(guò)串行通信接口，總共5k字存儲(chǔ)抄表數(shù)據(jù)。如何保證WDT的正常運(yùn)行也是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。根據(jù)

42、WDT發(fā)生故障的原因，采取各種措施防止發(fā)生故障，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性：盡量減少干擾源的存在，減少不可去除的干擾的影響，如電源電壓的波動(dòng)、尖峰、浪涌等，都是強(qiáng)度比較高的干擾源，應(yīng)濾除：2、劃分本機(jī)的任務(wù)，合理配置CPU的運(yùn)行任務(wù)，能在上位機(jī)上運(yùn)行的功能一般都應(yīng)該在上位機(jī)上運(yùn)行，因?yàn)樯衔粰C(jī)的運(yùn)行環(huán)境好且容易來(lái)控制，從而減少本地機(jī)器錯(cuò)誤的概率： 實(shí)時(shí)備份過(guò)程控制程序中的地址指針和判斷轉(zhuǎn)換的條件狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。當(dāng) WDT 因數(shù)據(jù)修改而失效時(shí)，可以從備份 RAM 中恢復(fù)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而恢復(fù)系統(tǒng)。對(duì)于未使用的 EPROM 和 RAM 區(qū)域，它們總是寫為 FFH 或 OOHI。當(dāng)CPU因干擾“跑”到

43、這些未使用的區(qū)域時(shí)，不會(huì)發(fā)生誤操作。采取上述措施可以更好地提高WDT的穩(wěn)定性，有利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行。圖 2.5 X5405 的電路連接2.2.3數(shù)據(jù)上傳模塊所謂數(shù)據(jù)上傳，就是將采集器中采集的電表數(shù)據(jù)通過(guò)異步串行方式致到網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備。該模塊起到電平轉(zhuǎn)換的作用。(1) 串行通訊總線標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口主要包括以下幾類：RS -232C、RS-232E； RS-449（RS-422、RS-423、RS-485）； 20mA電流回路； USB通訊接口。所謂標(biāo)準(zhǔn)接口，就是明確定義多條信號(hào)線，對(duì)接口電路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。借助串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，同類型的數(shù)據(jù)通信設(shè)備可以輕松實(shí)現(xiàn)它們之間的串行通信。使

44、用標(biāo)準(zhǔn)接口后，可以很方便的將各種計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備有機(jī)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行串行通訊。 RS-232C由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）正式公布，是異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的一種。標(biāo)準(zhǔn)總線，即傳輸電氣和機(jī)械特性方面的規(guī)定，適用于短距離和有調(diào)制解調(diào)的場(chǎng)合。為了提高數(shù)據(jù)的傳輸距離和傳輸速率，EIA公布了RS-449串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。 20mA電流環(huán)是一種非標(biāo)準(zhǔn)的串行接口電路，但具有簡(jiǎn)單、對(duì)電噪聲不敏感等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于串行通信中。為了滿足通信可靠性的要求，在選擇接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須注意兩點(diǎn)：1）通信速度和通信距離； 2）抗干擾能力。 通訊速度和通訊距離通常，標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣特性都有滿足可靠傳輸?shù)淖畲缶嚯x和最大傳

45、輸速度的指標(biāo)，但這兩個(gè)指標(biāo)之間存在相關(guān)性。適當(dāng)降低通信速度可以增加傳輸距離，反之亦然。例如，當(dāng)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)用于單向數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為20Kb/s，最大傳輸15米距離為300米數(shù)據(jù)傳輸速率，則可以達(dá)到傳輸距離抗干擾能力通常選用的標(biāo)準(zhǔn)接口在保證不超出其適用范圍的情況下，具有一定的抗干擾能力，從而保證信號(hào)的可靠傳輸。但是，在一些工業(yè)控制系統(tǒng)中，通信環(huán)境非常惡劣。因此，在選擇接口標(biāo)準(zhǔn)、通信介質(zhì)時(shí)，要充分考慮其抗干擾能力，采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施。比如在長(zhǎng)距離傳輸中，RS-422標(biāo)準(zhǔn)可以有效抑制共模干擾信號(hào)，使用20mA電流環(huán)技術(shù)可以大大降低干擾。對(duì)噪音敏感。本方案中單片機(jī)與入網(wǎng)設(shè)備連接，

46、不影響傳輸距離，速度可以適當(dāng)放寬，所以-232C上行傳輸模塊可以使用RS標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成TTL電平到CMOS電源。平面轉(zhuǎn)換。(2)RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)、芯片及接口電路 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)接口目前應(yīng)用最廣泛的串行通信總線接口是RS。 RS標(biāo)準(zhǔn)-232C接口的全稱是“使用二進(jìn)制交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口”。-232C計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備和顯示終端屬于數(shù)據(jù)終端設(shè)備，而調(diào)制解調(diào)器屬于數(shù)據(jù)通信設(shè)備。 RS 在通訊線路中的連接-232CRS-232C在通訊線路中的連接方式如圖 2.6 所示：圖 2.6 RS232 通訊示意圖“RS -232C”是Rcommended Sta

47、ndard，232是標(biāo)識(shí)符，C表示標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議修改了3次，原來(lái)有RS-232A和RS-232B標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C定義了20條信號(hào)線，其中最常用信號(hào)線的定義、分類和功能表 2.1 RS232 信號(hào)線定義針號(hào)信號(hào)名稱簡(jiǎn)稱方向功能1保護(hù)區(qū)連接到設(shè)備外殼并安全接地2致數(shù)據(jù)TXD到大連商品交易所DTE致串行數(shù)據(jù)3接收數(shù)據(jù)接收端后向DTEDTE接收串行數(shù)據(jù)4請(qǐng)求致即時(shí)戰(zhàn)略到大連商品交易所DTE請(qǐng)求切換到致模式5明確致中旅后向DTEDTE已切換到準(zhǔn)備接受6準(zhǔn)備好數(shù)字設(shè)備DSR后向DTEDCE準(zhǔn)備就緒7信號(hào)地信號(hào)地8載波檢測(cè)DCD后向DTEDCE收到遠(yuǎn)程信號(hào)20數(shù)據(jù)終端就緒DTR到大連商品交易所DTE準(zhǔn)備就緒二

48、十二振鈴指示RI后向DTE通知DTE通信線路已準(zhǔn)備好RS-232C 是為促進(jìn)公共網(wǎng)絡(luò)通信而開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。其邏輯電平與地對(duì)稱，與TTL.MOS邏輯電平完全不同；邏輯0電平指定在+3V+15V之間，邏輯電平在+3V+15V之間。 1電平規(guī)定在-3V-15V之間，所以RS-232C驅(qū)動(dòng)器和TTL電平必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。 RS規(guī)定的邏輯電平-232C不同于一般微處理器和單片機(jī)的邏輯電平。在實(shí)際使用中，將微處理器和單片機(jī)的信號(hào)電平（TTL）轉(zhuǎn)換成-232CRS的電平，或者進(jìn)行兩次逆變換，這兩個(gè)電平的轉(zhuǎn)換是通過(guò)專用的電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的。RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)連接系統(tǒng)采用RS-232C連接系統(tǒng)時(shí)，有短距離通信

49、和遠(yuǎn)距離15米通信之分-232C。15米以上遠(yuǎn)距離通訊需要加調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)與網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的距離很近，可以直接連接，即選擇短距離通信方式。當(dāng)兩臺(tái)PC系列機(jī)器進(jìn)行短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信時(shí)，或PC系列機(jī)器與外部設(shè)備進(jìn)行串行通信時(shí)，兩臺(tái)DTE可以直接連接，省去調(diào)制解調(diào)器MODEM作為DCE。這種連接方式稱為零調(diào)制解調(diào)器連接。在這方面，計(jì)算機(jī)通?？雌饋?lái)像一個(gè) MODEM，因此它可以使用 RS232C標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行零對(duì)RS的零MODEM模式-232C： 1）具有良好的硬件握手功能，“數(shù)據(jù)致”和“數(shù)據(jù)接收”相互交叉連接，使兩個(gè)設(shè)備都能正常致和接收。 “Data Terminal Read

50、y”和“Data Device Ready”這兩條線也是交叉連接的，這樣兩臺(tái)設(shè)備都可以檢測(cè)對(duì)方是否準(zhǔn)備好。 2）相比上一個(gè)，它有更好的硬件握手功能，他們的“請(qǐng)求致者（RTS）”和自己的“清除致者（CTS）”，這樣當(dāng)設(shè)備向?qū)Ψ街抡?qǐng)求時(shí)，立即通過(guò)自己的“Clear sender”表示對(duì)方已經(jīng)回復(fù)。這里的“請(qǐng)求致”線往往也連接到對(duì)方的“載波檢測(cè)”線，因?yàn)椤罢?qǐng)求致”信號(hào)的出現(xiàn)類似于通信信道中的載波檢測(cè)。 3) 最簡(jiǎn)單的連接方法是只將“致數(shù)據(jù)”和“接收數(shù)據(jù)”交叉連接，并連接到公共地，其他信號(hào)不使用。這種連接方式需要軟件實(shí)現(xiàn)其握手功能，其連接方式如圖2.7所示：圖 2.7 將終端/計(jì)算機(jī)連接到終端/計(jì)算機(jī)

51、的最簡(jiǎn)單方法在本設(shè)計(jì)方案中，一端是單片機(jī)的電平轉(zhuǎn)換芯片，另一端是網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備。兩者用三根線連接，可以將PC中的數(shù)據(jù)上傳到互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。(3) 功率電平轉(zhuǎn)換芯片及其接口電路 RS-232C電平轉(zhuǎn)換芯片多。例如，INTERSIL 的 ICL232 是彈片集成的雙 RS-232 發(fā)射器和接收器。它使用單個(gè) +5V 電源，最多可以為 4 個(gè)外部電容器和 2 個(gè)電阻器供電，形成標(biāo)準(zhǔn)的 RS-232 通信結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，還有 MAXIM 和 HARRIS。等等，雖然它們來(lái)自不同的廠商，但它們的引腳功能是相互兼容的，甚至可以相互替代。下面對(duì)本系統(tǒng)使用的MAXIM公司的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行重申。

52、 MAX232芯片及其接口電路MAX232芯片由MAXIM公司生產(chǎn)，包括2通道接收和驅(qū)動(dòng)芯片，適用于各種EIA-232C和V28N.24通信接口。 MfAX232部分有一個(gè)電源變壓器，將輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換成-232CRS輸出電平所需的10V電壓，所以使用該芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要一個(gè)+5V電源。在沒(méi)有12V電源的場(chǎng)合比較實(shí)用，價(jià)格適中，硬件接口電路簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。 MAX232 芯片引腳如圖2.8 所示。圖 2.8 MAX232 引腳圖2.2.4時(shí)鐘模塊該系統(tǒng)屬于自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，需要記錄數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)時(shí)還需要記錄時(shí)間。當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)時(shí)間記錄查明數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的時(shí)間并進(jìn)行處理。為了達(dá)到自

53、動(dòng)抄表的目的，記錄抄表時(shí)間，這里使用了時(shí)鐘芯片。設(shè)置抄表時(shí)間后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)芯片提供的時(shí)間查詢抄表數(shù)據(jù)。(1) 芯片的選擇DS1302是DALLAS公司推出的一款實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，內(nèi)含實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分鐘、小時(shí)、月和年的信息。每月天數(shù)和閏年天數(shù)可以自動(dòng)調(diào)整。時(shí)鐘還可以通過(guò) AM/PM 決定使用什么時(shí)間系統(tǒng)。 DS1302與單片機(jī)的通信可以簡(jiǎn)單地通過(guò)同步串口進(jìn)行，只需要三個(gè)端口：1）RSTT，2）I/O，3）SCLK串行時(shí)鐘。時(shí)鐘 RAM 的讀寫數(shù)據(jù)以 1 字節(jié)或最多 31 字節(jié)字符的形式進(jìn)行通信。 DS1302工作時(shí)功耗很小

54、，保存數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)的功耗小于1MW。(2) DS1302芯片功能介紹實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有計(jì)算2100年前的秒、分、日、日、周、月、年的能力，還具有閏年調(diào)整的能力。31*8位臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAMSerial UO口模式盡量減少管腳數(shù)量寬工作電壓：2.0-5.5V工作電流：2.0V，小于300mA 讀寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)，有兩種傳輸方式：?jiǎn)巫止?jié)傳輸或多字節(jié)傳輸。 pin DIP 封裝或可選 8 pin SOIL 封裝 簡(jiǎn)單的3線接口，兼容TTL（VCC=5V） 可選工作溫度范圍廣：-40+85兼容DS1302，具有可選的VCCl涓流充電能力，主電源和備用電源采用雙功率管，備用電容引腳可以電池或大電容輸入

55、（3）DS1302引腳接其電路X1，X2接32.768KHz晶振引腳GND，地SCLK，串行時(shí)鐘，RST復(fù)位引腳I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳VCCl、VCC2電源管腳圖 2.9 DS1302 引腳圖圖2.10 DS1302電路連接圖2.2.5電能采集計(jì)數(shù)模塊(1) 電能計(jì)量部分實(shí)現(xiàn)電流、電壓信號(hào)的采樣，產(chǎn)生電能脈沖功能。其核心是AD7755芯片，是專門用于功率測(cè)試或電能測(cè)量的專用集成電路，是目前電子式電能表的核心芯片之一。電能計(jì)量部分包括AD7755、分流器、分壓器、基本電壓源、保護(hù)電路、光耦輸出電路。(2) AD7755集成了增益可選放大器(PGA)、固定增益放大器、16位二階模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)

56、、相位校正電路、可選高通濾波器(HPF )、數(shù)字乘法器、低通濾波器 (LPF)、數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器 (D/F)、電壓監(jiān)視器和 2.5V 內(nèi)部電壓基準(zhǔn)。電流和電壓信號(hào)分別通過(guò)分流和分壓電路進(jìn)行采樣；電流通道和電壓通道的信號(hào)經(jīng)放大器放大后，由AD7755的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為兩個(gè)數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行相乘和低通。在濾波、數(shù)字變頻等電路的處理中，AD7755輸出一個(gè)與瞬時(shí)功率成正比的脈沖，并將這個(gè)脈沖致給微處理器MCU。表 2.2 傳遞函數(shù)和通道增益框圖S1所以F1-F4G1去獲得001.7001013.4012106.81081113.61116(3) AD7755的CF引腳可提供16001MP/KWH(脈

57、沖數(shù)/kWh)的脈沖常數(shù)。該輸出脈沖由LED和光電耦合器隔離輸出，然后送到MCU的中斷輸入引腳，由MCU的計(jì)量功率脈沖控制。 AD7755產(chǎn)生的輸出頻率與兩個(gè)電壓信號(hào)乘積的平均值成正比。 AD7755通過(guò)計(jì)算通道1和通道2兩個(gè)輸入電壓的乘積，然后對(duì)乘積進(jìn)行低通濾波，得到有功功率信息。該有功功率進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為頻率并以低電平有源方式從F1和F2輸出。這個(gè)頻率是有功功率信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間積累后產(chǎn)生的，所以這個(gè)輸出頻率與平均有功功率成正比。有功功率的平均過(guò)程是在數(shù)頻轉(zhuǎn)換中隱式完成的。 AD7755 上添加的輸入電壓值為 U1 和 U2。圖 2.11 AD7755，性能測(cè)試圖Fl、F2輸出的脈沖頻率F與輸入電壓信

58、號(hào)的有效值U1、U2有一定的定量關(guān)系。式中：F為F1、F2引腳輸出的頻率（Hz）；U1為差分輸入電壓的有效值（V）；U2為差分輸入電壓的有效值（V）；G 為 1、2、8、16，取決于 PGA 的增益，由 GO 和 G1 的邏輯輸入決定；U為參考電壓（2.5V0.8%）（V）；由主時(shí)鐘CLKIN分頻得到，分頻系數(shù)由SO和S1決定。2.2.6顯示電路(1)LCD1602液晶顯示屏是由若干個(gè)5*8或5*11的點(diǎn)陣塊組成的顯示字符組。每個(gè)點(diǎn)陣塊是一個(gè)字符位，字符間距和行間距都是一個(gè)點(diǎn)的寬度。主控驅(qū)動(dòng)電路為HD44780（日立），帶有字符發(fā)生器ROM，可顯示192種字符，160個(gè)5*7點(diǎn)陣字符和32個(gè)5

59、*10點(diǎn)陣字符，帶有64字節(jié)的自定義字符RAM，可以可定制8個(gè)5*8點(diǎn)陣字符或4個(gè)5*11點(diǎn)陣字符，80字節(jié)RAM，標(biāo)準(zhǔn)接口特性適應(yīng)M6800系列MPU的運(yùn)行時(shí)序，具有低功耗、長(zhǎng)壽命和高可靠性。(2) 引腳功能1602采用標(biāo)準(zhǔn)16針接口，其中：引腳 1：VCC 是電源地2腳：VDD接5V電源正極3腳：V0為液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)節(jié)端。接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，電源接地時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可通過(guò)10K電位器調(diào)節(jié)對(duì)比度） .4腳：RS為寄存器選擇，高電平為1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平為0時(shí)選擇指令寄存器。5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平（1）時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平（0）時(shí)進(jìn)行寫操作。

60、引腳 6：E（或 EN）端為使能端。引腳 7 到 14：D0 到 D7 是 8 位雙向數(shù)據(jù)終端。第1516腳：空腳或背光供電。 15腳背光正極圖 2.13 LCD1602 引腳圖2.3本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了抄表系統(tǒng)的底層硬件結(jié)構(gòu)，完成了電力數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹了各個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)，這是本設(shè)計(jì)最基本的部分。在接下來(lái)的章節(jié)中，我們將詳細(xì)討論其硬件電路的軟件控制及其流程。3 、抄表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)要求硬件是骨架，構(gòu)成軟件的運(yùn)行環(huán)境，軟件是連接各個(gè)硬件的紐帶，對(duì)系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。在單片機(jī)系統(tǒng)中，軟件的重要性與硬件的設(shè)置一樣重要。硬件是載體，軟件是靈魂。單片機(jī)系統(tǒng)的