【正文】 存入微機(jī)，完成統(tǒng)計(jì)與處理。 2 1990 年以后， AMR得到較快的發(fā)展， 2021 年度，美國(guó)有 2840萬(wàn)自動(dòng)抄表設(shè)備單元應(yīng)用。后來(lái)自動(dòng)抄 表系統(tǒng)在世界各地得到迅猛發(fā)展。由于國(guó)外對(duì)集中抄表技術(shù)的研究起步較早，且比較深入，從標(biāo)準(zhǔn)的制定到抄表專(zhuān)用芯片的生產(chǎn)都比較成熟，多種集中抄表技術(shù)得到了相對(duì)廣泛的、成功的應(yīng)用，在發(fā)達(dá)國(guó)家基該上都實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中抄表。我國(guó)自動(dòng)抄表起步于上世紀(jì)九十年代中期，主要方式為低壓電力載波自動(dòng)抄表系統(tǒng)和智能卡預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。只處在起步試用階段，在使用不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，就發(fā)現(xiàn)存在很多的問(wèn)題。近幾年，隨著電子技術(shù)特別是通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們開(kāi)始用新的理念，新的方法來(lái)解決自動(dòng)抄表問(wèn)題。 GPRS 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由位于水力部門(mén)的供水中心和位于住宅 區(qū)的水表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)組成，利用中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有的 GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò)，水表數(shù)據(jù)通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的 GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。 在國(guó)家相關(guān)政策的推動(dòng)下 ， 民用水表智能化已是大勢(shì)所趨。隨著管理水平的不斷提高、行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷成熟規(guī)范，國(guó)家加強(qiáng)對(duì)抄表設(shè)備監(jiān)管力度和市場(chǎng)引導(dǎo)，將抄表系統(tǒng)及相關(guān)配套產(chǎn)品納入重點(diǎn)計(jì)量器具范圍，建立市場(chǎng)準(zhǔn)入制度也將是必然。相信在不久的將來(lái)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)將會(huì)得到不斷完善并走向成熟。 遠(yuǎn)程 抄表系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 就國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段的研究狀況而言，主要是從采集和傳輸兩個(gè)方面為重點(diǎn)進(jìn)行的。目前，自動(dòng)抄表方式主要有 ： 485總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、 3 紅外、普通電力載波、擴(kuò)頻電力載波、零相超窄帶（ TURTLE）及超窄帶極低頻（ UNB）等。在國(guó)內(nèi)，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究正處于理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵時(shí)期，同時(shí)也在積極開(kāi)展討論制定我國(guó)的《遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》的工作 。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的發(fā)展已有十多年的歷史 ， 許多住宅區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一戶(hù)一表，但實(shí)際效果卻差強(qiáng)人意 ， 許多已安裝自動(dòng)抄表系統(tǒng)的樓盤(pán)由于抄表計(jì)量不準(zhǔn)確最后不得不返回到人工抄表的老路上來(lái) ， 雖然產(chǎn)生這種現(xiàn)象的因素是多方面的 ， 但仔細(xì)分析 ， 根據(jù)目前表具的生產(chǎn)原理出現(xiàn)這種情況是必然的，所以在遠(yuǎn)程自 動(dòng)抄表系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)還有很長(zhǎng)的路要走。 遠(yuǎn)程 抄表系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 通過(guò)霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳的系統(tǒng) ， 其可靠性取決于脈沖發(fā)信表發(fā)信 ?脈沖信號(hào)傳輸以及系統(tǒng)計(jì)量的可靠性。事實(shí)證明 ， 這些環(huán)節(jié)的可靠性是無(wú)法保證的 ， 使用中常會(huì)存在許多弊端。 抄表系統(tǒng)要達(dá)到可靠 ?準(zhǔn)確運(yùn)行的要求 ， 計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性是必須要解決的問(wèn)題 ， 而要真正解決準(zhǔn)確性及可靠性問(wèn)題 ， 就必須改變以脈沖信號(hào)累計(jì)為計(jì)量方式的抄表方式。近年來(lái)市場(chǎng)上推出了無(wú)源總線(xiàn)制的智能型直讀表抄表系統(tǒng) ， 這種直讀式抄表系統(tǒng)將代表了今后抄表系統(tǒng)的一個(gè)方向。智能型直讀表是在傳統(tǒng)的表具內(nèi)加 裝直接讀表的模塊，其可行性和適用性都是原有脈沖表及分線(xiàn)型抄表系統(tǒng)不可比擬的，主要有以下功能特點(diǎn)： 4 （ 1） 無(wú)源總線(xiàn)制直讀表直接感應(yīng)表具的窗口值 ， 即直接“讀取”窗口值 ， 不需要脈沖轉(zhuǎn)換 ?累計(jì) ?換算 ， 沒(méi)有累計(jì)誤差。解決了目前以累計(jì)脈沖方式工作的系統(tǒng)易受干擾而導(dǎo)致讀數(shù)和系統(tǒng)累計(jì)計(jì)量值不一致的問(wèn)題。 （ 2） 系統(tǒng)在抄表時(shí)不需設(shè)置表底數(shù) ?表常數(shù)等參數(shù) ， 無(wú)需存儲(chǔ)數(shù)據(jù) ， 真正實(shí)現(xiàn)了“讀表”計(jì)量。 （ 3） 直讀表具內(nèi)的電子模塊與表具內(nèi)的計(jì)讀器等裝置沒(méi)有機(jī)械接觸 ， 不影響計(jì)量精度。直接傳送數(shù)字信號(hào)而非脈沖信號(hào) ， 抗干擾性好。不僅不受機(jī)械振 動(dòng)影響 ， 同時(shí)也不受電磁干擾的影響 ，所以在復(fù)雜的使用環(huán)境下能穩(wěn)定 ?準(zhǔn)確 ?可靠地實(shí)現(xiàn)計(jì)量。 （ 4） 表具內(nèi)沒(méi)有電源 ， 直讀裝置在抄表瞬間加電工作。表具的電子部分平時(shí)不工作 ， 讀表瞬間由采集器或手持終端通過(guò)布線(xiàn)供電。由于內(nèi)部不設(shè)電源避免了傳統(tǒng)方式由于供電不穩(wěn)定或故障引起的計(jì)量誤差及大量的維護(hù)工作。使得整機(jī)故障率和功耗大大降低 ， 使用壽命更長(zhǎng)。 該文的結(jié)構(gòu) 第一章主要介紹了抄表系統(tǒng)的研究背景 、 發(fā)展 現(xiàn)狀和發(fā)展 趨勢(shì) ； 第二章論證了系統(tǒng)方案，對(duì)各個(gè) 模塊進(jìn)行 優(yōu)缺點(diǎn)的分析比較 ； 第三章通過(guò)對(duì) 所用 芯片的 介紹以及對(duì)電路功能的分析，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行了描述，給出了單片機(jī)的 控制方案 ； 5 第四章介紹了系統(tǒng)軟件流程 ； 第五章介紹了系統(tǒng)的調(diào)試 ； 結(jié)論部分 總結(jié) 了 整個(gè)設(shè)計(jì)，歸納了存在的問(wèn)題和進(jìn)一步研究的方向 ； 致謝部分 表達(dá)了對(duì)完成該論文有過(guò)幫助的同學(xué)和老師 的感謝 ； 最后的部分是參考文獻(xiàn)和附錄 。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證 按照 該 設(shè)計(jì)的基 本 要求 與任務(wù) ，系統(tǒng) 共包括 五大模塊 ，分別是： 數(shù)據(jù)采集模塊 ?A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ?單片機(jī)控制模塊 ?數(shù)據(jù) 顯示模塊及 GPRS通信 模塊 。針對(duì)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)抄表系統(tǒng)，主要有兩種可實(shí)施方案： 方案一 GSM 方案 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： 6 ； 圖 21 GSM傳輸方案 此方案利用 GSM 把通過(guò)霍爾傳感器收集到的信息以短信的方式發(fā)給上位機(jī)，眾所周知， GSM 是全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)（ Global System for Mobile Communications）的簡(jiǎn)稱(chēng)， 是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話(huà)標(biāo)準(zhǔn)。 GSM只能使用 SMS(短信 )形式傳送數(shù)據(jù)，不能做到“實(shí)時(shí)在線(xiàn)”、“按量計(jì)費(fèi)”。用戶(hù)發(fā)出的短消息首先被發(fā)送到短信息中心的服務(wù)器中，然后短信中心的服務(wù)器對(duì)所收到的短消息進(jìn)行排隊(duì)處理，按順序再發(fā)送給相應(yīng)的接收用戶(hù) 終端，如果接收用戶(hù)關(guān)機(jī)或超出服務(wù)區(qū)不能正常通信時(shí)，則該條短消息進(jìn)行一定的延時(shí)后重新發(fā)送，這樣有可能會(huì)造成后發(fā)的短消息先到的情況。此外短消息中心服務(wù)器為每一個(gè)用戶(hù)開(kāi)設(shè)的緩存區(qū)一般較為有限，約 15~25 條，當(dāng)接收緩存區(qū)存滿(mǎn)而接收用戶(hù)還不能正常通信時(shí)，將不再接收新的短消息，即發(fā)生短消息擁塞，造成短消息丟失。短消息在短消息中心服務(wù)器中保留的時(shí)間也有一定的期限，一般為一天左右。為了保證監(jiān)測(cè)站與中心管理機(jī)的數(shù)據(jù)交換，一定要使接收機(jī)與網(wǎng)絡(luò)處于可靠的通信狀態(tài)。 方案二 GPRS方案 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機(jī) GSM LCD 顯示 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示 ； 圖 22 GPRS傳輸方案 此方案通過(guò) GPRS 直接把數(shù)據(jù)傳給有公網(wǎng) IP 的上位機(jī)。 GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（ General Packet Radio Service）的簡(jiǎn)稱(chēng)。GPRS（分組交換技術(shù)）是在 GSM 系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的分組數(shù)據(jù)承載和傳輸業(yè)務(wù)，其具有“接入速度快”和“實(shí)時(shí)在線(xiàn)”的特點(diǎn)，而且由于數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通信中心時(shí)采用了獨(dú)特的加密壓縮算法，從而減少了信息流量，保障了系統(tǒng)的安全可靠性。 對(duì)于電路交換模式的 GSM 系統(tǒng)而言，在整個(gè)連接期內(nèi)，用戶(hù)無(wú)論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨(dú)自占有相應(yīng)無(wú)線(xiàn)信道；對(duì)于分組交換模式的 GPRS，用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用信道資源。相對(duì)于分組交換的技術(shù)特點(diǎn)， GPRS 用戶(hù)是通過(guò)通信的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行計(jì)費(fèi)的，其原則是“得到多少、支付多少”，所以沒(méi)有數(shù)據(jù)流量傳遞時(shí)，用戶(hù)即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。 鑒于該次設(shè)計(jì)要測(cè)水流的流量，功能要求要能實(shí)時(shí)監(jiān)控，所以選用能實(shí)時(shí)監(jiān)控的 GPRS方案。 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機(jī) GPRS 數(shù)碼管顯示 8 數(shù)據(jù)采集部分 數(shù)據(jù)采集，又稱(chēng) 數(shù)據(jù)獲取 ，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入 到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。在 互聯(lián)網(wǎng) 行業(yè)快速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)采集已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)及分布式領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了重要的變化。 該設(shè)計(jì)的 數(shù)據(jù)采集部分由傳感器來(lái)構(gòu)成，通過(guò)傳感器將非電量 信號(hào) 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這就是傳感器的主要功能，也是數(shù)據(jù)采集的主要工作原理 。 現(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代 ，在信息時(shí)代人們的社會(huì)活動(dòng)將主要依靠對(duì)信息資源的開(kāi)發(fā)和獲取 ?傳輸和處理，而傳感器處于 自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測(cè)信息的窗口；傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息，都要通過(guò)它轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號(hào) 。因此 ，傳感器的地位與作用特別重要 。該設(shè)計(jì)最后采用的是中的 YFS201 型傳感器 ，該傳感器主要由塑料閥體、水流轉(zhuǎn)子組件和霍爾傳感器組成。具有以下特點(diǎn) :(1)產(chǎn)品外觀輕巧靈便，體積小，便于安裝；（ 2）葉輪內(nèi)部鑲有不銹鋼珠，較耐磨；（ 3）密封圈采用上下受力的結(jié)構(gòu)不易漏水。 A/D轉(zhuǎn)換部分 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)簡(jiǎn)介 隨著 數(shù)字技術(shù) ，特別是 信息技術(shù) 的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代 9 控制 、 通信及檢測(cè)等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì) 信號(hào) 的處理廣泛采用了數(shù)字 計(jì)算機(jī)技術(shù) 。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量 (如溫度 、 壓力 、 位移 、 圖像等 )， 要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別 、 處理這些 信號(hào) ，必須首先將這些 模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) ， 而 后 經(jīng)計(jì)算機(jī)分析 ， 處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng) 模擬信號(hào) 才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣就需要一種能在 模擬信號(hào) 與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路 模數(shù)和 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 。 將 模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱(chēng)為 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)；將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為 模擬信號(hào) 的電路稱(chēng)為 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)。 A/D 和D/A轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖如下圖所示 圖 23 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖 A/D轉(zhuǎn)換器選用的原則 （ 1） A/D 轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳 。有些 A/D 轉(zhuǎn)換器 可以 提供兩個(gè)輸入引腳，不同量程范圍的模擬量 信號(hào) 可從不同引腳輸入 ； （ 2）是否加采樣 /保持器 ； 10 （ 3） A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率 。不同類(lèi)型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率 有很大差別。 A/D 轉(zhuǎn)換器大體分為兩種：逐次逼近型和積分行。逐次逼近型是中速 A/D 轉(zhuǎn)換器，用于個(gè)通道過(guò)程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 。積分型的轉(zhuǎn)換速率相對(duì)較低 ，只能構(gòu)成低速 A/D 轉(zhuǎn)換器，一般 轉(zhuǎn)換 壓力 ?溫度及流量等緩慢變化的模擬量時(shí)應(yīng)用較多； （ 4） A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù) 。 A/D 轉(zhuǎn)換器決定分辨率的高低 。在系統(tǒng)中 ， A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上 ； （ 5） A/D 轉(zhuǎn)換器 具有的 晶閘管現(xiàn)象 。該現(xiàn)象是由于在正常使用時(shí) ， A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 的 電流 會(huì) 驟增，時(shí)間一長(zhǎng) 必然 燒壞芯片 ； （ 6） A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng) 、 結(jié)束轉(zhuǎn)換 。一般 A/D 轉(zhuǎn)換器可由外部 （ CPU） 控制信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ，轉(zhuǎn)換結(jié)束后 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平 來(lái)通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 A/D轉(zhuǎn)換器選擇方案 方案一 雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 如： ICL7135?ICL7109 等 。 雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 是間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器，其基該原理是 ：對(duì)未知的輸入電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，然后轉(zhuǎn)向?qū)?biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反相積分至積分輸出電壓為零（返回起始值），則標(biāo)準(zhǔn)電壓積分的時(shí)間正比 于 輸入電壓 。輸入電壓越大 ， 相應(yīng) 反向積分時(shí)間越長(zhǎng) 。雙 積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是其輸出端多不是二進(jìn)制碼，而是直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的，所以若直接將其輸出端接 I/O 11 接口會(huì)給軟件設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的不便。 方案二 逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 如 ： ADC0808?AD574 等。 逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換 ， 一般具有采樣 /保持功能。采樣頻率高、精度高、功耗低，直接接 I/O口，軟件設(shè)計(jì)方便，是理想的高速 ?高精度 ?省電型 A/D轉(zhuǎn)換器件。 高精度逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器一般都帶有內(nèi)部基準(zhǔn)源和內(nèi)部時(shí)鐘 ， 基于 51系列單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)僅需要外接幾個(gè)電阻?電容。 考慮到 ADC0808 采樣 速度快，配合流量傳感器應(yīng)用方便，價(jià)格低廉，可以降低設(shè)計(jì) 成本 ，所以該設(shè)計(jì)選用 ADC 作為最理想的A/D轉(zhuǎn)換。 單片機(jī)的選型 單片機(jī)的 選型是一件重要而費(fèi)心的事情 ， 如果單片機(jī)型號(hào) 選擇地合適 ,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 的 工作 就會(huì) 可靠 ；如果選擇地不合適，就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi) ， 影響單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行 ， 甚至根本就達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的功能 。 對(duì)于一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō) ， 它的技術(shù)要求和系統(tǒng)功能都應(yīng)當(dāng)十分明確 。 如果選擇功能過(guò)少的單片機(jī) ， 這個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就無(wú)法完成控制任務(wù) ， 但是如果選擇的單片機(jī)功能過(guò)于強(qiáng)大 ， 這不但沒(méi)有必要 ， 還會(huì)造成資源浪費(fèi) ，降低 性?xún)r(jià)比 。事實(shí)證明， 只要掌握和運(yùn)用單片機(jī)正確選型的原則 ， 就可以選擇出最能適用于應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī) ， 保證 12 單片 機(jī) 應(yīng)用系統(tǒng)有最高的可靠性 ， 最優(yōu)的性?xún)r(jià)比 ， 最長(zhǎng)的使用壽命和最好的升級(jí)換代可能 。 對(duì)單片機(jī)選型 ， 主要從單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)性 、 實(shí)用性和開(kāi)發(fā)性三方面來(lái)考慮 ： （ 1） 技術(shù)性 ：從設(shè)計(jì) 的功能要求和單片機(jī)的性能 著手， 選擇最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 及 容量