遠(yuǎn)程通信智能電表計(jì)費(fèi)計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

河北理工大學(xué)信息學(xué)院 摘要 4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件介紹Keil4是一款由德國Keil公司開發(fā)的功能強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境軟件，常用于編寫和調(diào)試51單片機(jī)、ARM等多種類型微控制器的匯編和C語言程序。Keil4軟件界面簡潔實(shí)用，集成了智能編譯器、代碼編輯窗口、仿真調(diào)試工具、程序燒錄等眾多功能模塊。它提供了豐富的庫函數(shù)資源，并支持多種硬件開發(fā)平臺，操作便捷，深受開發(fā)者青睞。本遠(yuǎn)程通信智能電表計(jì)費(fèi)計(jì)量系統(tǒng)的軟件程序即是使用Keil4的μVision4集成開發(fā)環(huán)境編寫的，并利用其仿真功能進(jìn)行了軟硬件無關(guān)的調(diào)試。Keil4的軟件界面如4.1圖所示：圖4.1Keil_4軟件界面4.2軟件程序的設(shè)計(jì)4.2.1主程序流程主程序的流程圖如圖4.2所示，系統(tǒng)上電后，從HLW8032讀取電能數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、有功功率等，并根據(jù)用電時(shí)長和設(shè)定電價(jià)計(jì)算累積電費(fèi)。從DS1302讀取當(dāng)前時(shí)鐘數(shù)據(jù)。將檢測到的電能數(shù)據(jù)、時(shí)間、計(jì)費(fèi)電量等信息顯示在LCD1602屏幕上。掃描本機(jī)按鍵狀態(tài)，如果有按鍵操作就進(jìn)行相應(yīng)處理（如開關(guān)控制、菜單設(shè)置等）。通過TSOP1238接收遙控指令，并進(jìn)行解碼處理。通過LoRa模塊收發(fā)無線數(shù)據(jù)，包括響應(yīng)上位機(jī)以及執(zhí)行軟件發(fā)出的開關(guān)控制指令。統(tǒng)一處理電路的通斷開關(guān)控制。圖4.2主邏輯流程圖4.2.2按鍵模塊流程按鍵去抖是在電子設(shè)備中常用的技術(shù)，用于消除機(jī)械按鍵在按下或釋放時(shí)可能引起的抖動現(xiàn)象。檢測按鍵信號變化：通過輪詢或中斷等方式檢測按鍵信號的變化。在檢測到按鍵狀態(tài)變化后，啟動一個(gè)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。等待一段時(shí)間，通常稱為去抖時(shí)間窗口，以確保按鍵信號穩(wěn)定。在去抖時(shí)間窗口結(jié)束后，再次檢測按鍵狀態(tài)。如果按鍵狀態(tài)在時(shí)間窗口內(nèi)保持一致，確認(rèn)為有效的按鍵操作。流程圖如圖4.3所示。圖4.3按鍵流程圖4.2.3顯示模塊流程如圖4.4所示，在使用LCD1602時(shí)，從HLW8032模塊讀取電壓、電流、功率的原始數(shù)據(jù)。將讀取到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行單位換算和數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)換為實(shí)際的電壓（V）、電流（A）、功率（W）的數(shù)值。根據(jù)用電時(shí)長和設(shè)定的電價(jià)，計(jì)算當(dāng)前的總計(jì)費(fèi)電量（度）。從DS1302讀取當(dāng)前的年月日時(shí)分秒時(shí)間數(shù)據(jù)。根據(jù)LCD1602的16x2的顯示區(qū)域，相應(yīng)地分配和劃分各數(shù)據(jù)的顯示位置。對浮點(diǎn)數(shù)據(jù)如電壓、電流、功率等，分別用整數(shù)部分和小數(shù)部分顯示。將轉(zhuǎn)換處理后的電壓、電流、功率、用電量、時(shí)間等一次性顯示在LCD1602模塊上。圖4.4LCD1602子程序流程圖5系統(tǒng)的測試畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE23PAGE235系統(tǒng)的測試5.1軟件硬件調(diào)試5.1.1硬件調(diào)試在單片機(jī)電路中進(jìn)行硬件調(diào)試要先檢查電路連接，確保所有組件正確連接到單片機(jī)引腳。然后，使用示波器或邏輯分析儀來監(jiān)視信號波形，并確保它們符合預(yù)期。接著，逐步驗(yàn)證每個(gè)模塊的功能，例如檢查傳感器輸出是否正常，執(zhí)行邏輯操作是否正確。在調(diào)試過程中，可能需要修改單片機(jī)程序或者調(diào)整電路元件的參數(shù)，以解決問題。最后，進(jìn)行整體測試，確保系統(tǒng)在各種條件下都能正常工作。通過持續(xù)地觀察信號波形和模塊功能，不斷排查問題并進(jìn)行調(diào)整，最終完成硬件調(diào)試工作。5.1.2軟件調(diào)試在單片機(jī)電路中進(jìn)行軟件調(diào)試要先編寫或下載適當(dāng)?shù)能浖绦虻絾纹瑱C(jī)中。然后，通過連接到單片機(jī)的調(diào)試接口（如串口或仿真器），使用調(diào)試工具（如調(diào)試器或監(jiān)視器）來檢查程序的執(zhí)行情況。通過在程序中插入調(diào)試語句、斷點(diǎn)或觀察變量的值等方式，逐步檢查程序的運(yùn)行過程，發(fā)現(xiàn)并修復(fù)可能存在的問題。最后，通過反復(fù)測試和調(diào)試，確保程序在實(shí)際應(yīng)用中能夠正常運(yùn)行。5.2實(shí)物展示經(jīng)過上述軟硬件的調(diào)試工作，我們制作了遠(yuǎn)程通信智能電表計(jì)費(fèi)計(jì)量系統(tǒng)的實(shí)物，用于功能和性能測試。該樣機(jī)集成了STC89C52單片機(jī)控制板、LCD1602顯示模塊、LoRa通信模塊、遙控接收頭以及模擬電能表底座的電源采樣電路，整體設(shè)計(jì)較為緊湊。如圖5.1所示：圖5.1系統(tǒng)實(shí)物圖5.2.1電量監(jiān)控展示圖5.2電量監(jiān)控展示智能電表通過HLW8032高精度芯片，可以精確檢測和計(jì)算用電負(fù)載的電壓、電流、有功功率以及累計(jì)用電量等參數(shù)。實(shí)時(shí)顯示模塊中，我們可以清晰看到當(dāng)前的電壓值、電流值、功率值以及經(jīng)過換算后的電量值（單位為度）。該電量讀數(shù)會隨著用電時(shí)長的增加而持續(xù)遞增累計(jì)。5.2.2上位機(jī)控制展示圖5.3手機(jī)遠(yuǎn)程控制展示智能電表系統(tǒng)集成了LoRa無線通信模塊，可通過上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。PC軟件界面上可以實(shí)時(shí)查看電表采集的電能數(shù)據(jù)，并可發(fā)出指令控制電表的開關(guān)狀態(tài)。這一無線控制功能不僅便于用戶管理用電，而且也為電力公司的遠(yuǎn)程抄表和負(fù)荷控制提供了條件。5.2.3遙控器控制圖5.4遙控遠(yuǎn)程控制展示本智能電表系統(tǒng)還具備紅外遙控遠(yuǎn)程控制功能。我們可以通過系統(tǒng)自帶的小型遙控器，在一定距離范圍內(nèi)對電表進(jìn)行開關(guān)操作，具有一定的方便性。該遙控功能也可用作現(xiàn)場維護(hù)和緊急控制等用途?？偟膩碚f，本遠(yuǎn)程通信智能電表計(jì)費(fèi)計(jì)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)電表的基本計(jì)量功能，同時(shí)具備了實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制等智能化優(yōu)勢，有望在家庭、工地、工廠等場合得到應(yīng)用推廣。結(jié)論結(jié)論本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種基于STC89C52單片機(jī)的遠(yuǎn)程通信智能電表計(jì)費(fèi)計(jì)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了LCD1602顯示模塊、HLW8032電能檢測模塊、DS1302時(shí)鐘芯片、LoRa無線通信模塊等多種功能硬件，并經(jīng)過精心的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對用電情況的實(shí)時(shí)檢測、顯示、計(jì)費(fèi)計(jì)量，以及本地按鍵控制、遙控器遠(yuǎn)程控制、上位機(jī)控制等多種操作模式。系統(tǒng)的核心是采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的STC89C52單片機(jī)作為控制運(yùn)算中心，完成各模塊的初始化、數(shù)據(jù)讀取、顯示控制、按鍵掃描及通信控制等重要功能。高精度的HLW8032芯片檢測電流、電壓、功率，并由單片機(jī)對用電量進(jìn)行累計(jì)；DS1302時(shí)鐘芯片提供時(shí)間基準(zhǔn)；LCD1602模塊實(shí)時(shí)顯示電能數(shù)據(jù)和時(shí)間；LoRa模塊實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的遠(yuǎn)程無線通信。通過對系統(tǒng)的全面軟硬件測試，最終制作出了實(shí)物樣機(jī)并進(jìn)行了功能展示。該智能電表不僅具備了傳統(tǒng)電表的基本計(jì)量功能，還支持了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠(yuǎn)程狀態(tài)查看與開關(guān)控制等諸多智能化功能，可廣泛應(yīng)用于家庭、工廠、工地等多種用電場合，具有一定的實(shí)用價(jià)值。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們對多種硬件模塊和技術(shù)方案都進(jìn)行了分析比較，選擇了性價(jià)比較高、適合該系統(tǒng)需求的模塊和方案。同時(shí)，軟件設(shè)計(jì)上也遵循了模塊化的編程原則，保證了整體程序的可靠性和可維護(hù)性。盡管本系統(tǒng)目前的功能和性能尚有進(jìn)一步提升的空間，但該設(shè)計(jì)思路和技術(shù)路線對于其他智能電表或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)也具有一定的借鑒意義。畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]馬揚(yáng).基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電表系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J].大眾用電,2021.[2]張威振,劉勇.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電表監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息系統(tǒng)工程,2019(8):1.DOI:CNKI:SUN:XXXT.0.2019-08-091.[3]龍世渚,涂來.基于智能家居的家庭用電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2022,12(4):5.[4]錢亮,張贏,左勇.基于云平臺的數(shù)據(jù)保護(hù)功能智能電能表設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2023,13(9):131-134.[5]劉利彬.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能抄表系統(tǒng)的研究[D].東北電力大學(xué)[2024-03-04].DOI:CNKI:CDMD:2.1014.176990.[6]李燕,路文梅,李文才,等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方式研究[J].河北水利電力學(xué)院學(xué)報(bào),2018(1):5.DOI:CNKI:SUN:JGZX.0.2018-01-006.[7]陳杰.一種基于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