【正文】 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的國內(nèi)外概況 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)又稱自動(dòng)抄表系統(tǒng),國外稱為Automatic Meter Reading System，通?？s寫為AMRS。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 AT89C51 singlechip microputer 。關(guān)鍵詞: 遠(yuǎn)程抄表。在硬件上對CPU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及其監(jiān)控電路、數(shù)據(jù)傳輸、通信標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)鐘電路、串口擴(kuò)展、電能采集和顯示電路都做了詳細(xì)的論述。另外還進(jìn)行了抗干擾分析，并從硬件和軟件上進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì),對印制電路板的電磁兼容問題給了一些相應(yīng)的解決措施，并在ansoft中進(jìn)行了性能仿真。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第II頁基于AT89C51的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要介紹了一種嶄新的以AT89C51單片機(jī)為核心器件,結(jié)合外部元件設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。從而使系統(tǒng)抗干擾性能有了明顯的提高。并且廣泛應(yīng)用的RS485電氣接口的串行通訊技術(shù)作為通訊方式。 AT89C51單片機(jī)。 RS2485遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第VI頁畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。它是將終端用戶電表單元的數(shù)據(jù)采集后，通過現(xiàn)代傳輸通訊技術(shù)送到遠(yuǎn)端管理部門進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)。隨著公用事業(yè)部門的現(xiàn)代化管理需要，智能化住宅概念的推廣，此項(xiàng)技術(shù)在近年來在國內(nèi)外取得了迅猛的發(fā)展。而這個(gè)時(shí)期主要是采用的EMR(Reading and entering data on a handheld puter keyboard)采用手持計(jì)算機(jī)的人工抄表:隨后開發(fā)了OMR(off site meterreading)無線方式的戶外抄表。隨著科技的進(jìn)步、人民生活水平的提高,在智能化小區(qū)的管理系統(tǒng)中,安全自動(dòng)化、通信自動(dòng)化和管理自動(dòng)化是三個(gè)主要的特征。因此遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)既能滿足實(shí)際要求,又能提高能源管理的自動(dòng)化水平和現(xiàn)代化水平,是促使人工抄表方式向數(shù)字化、 自動(dòng)化方向發(fā)展的方式。根據(jù)信道的介質(zhì)可以分為光纖、電話線和無線三種模式。隨著光纖技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，不久以后再ARMS系統(tǒng)中使用光纖通信網(wǎng)進(jìn)行上層通信將是一種很好的選擇。 (3)無線通信網(wǎng) 利用無線電波進(jìn)行無線通信，對于范圍廣、布局分散的集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信是一種較好的選擇。一般情況下，小型無線電臺(tái)的通信速率較低，常用600bs或者1200bs，且設(shè)備安裝成本較高，所以這種通信方式的使用場合有一定的限制，多用于大用戶電力負(fù)荷的無線電監(jiān)控及用電管理系統(tǒng)中。 (1)低壓電力線載波通信 利用低壓電力線作為AMR系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)通道其運(yùn)行成本低，無疑是非常經(jīng)濟(jì)的方案。低壓電力載波通信網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與RS485系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)相同，采用總線結(jié)構(gòu)。低壓電力線的衰減(高頻信號(hào))是低壓電力線載波通信所遇到的一個(gè)問題。信號(hào)衰減與負(fù)載的關(guān)系，信號(hào)衰減會(huì)隨著負(fù)載在電力線上的連接和斷開而表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，由于負(fù)載變化的不可知性，所以信號(hào)的衰減也是隨之變化的. 其次，電力線上的干擾非常大。高壓開關(guān)的操作，雷電，較大的負(fù)荷變化，以及電力線上的短路故障，通常持續(xù)時(shí)間較短，強(qiáng)度較大，不可預(yù)測性，能量高，頻譜寬等。輸入阻抗是電力線傳輸特性的一個(gè)重要參數(shù)，它關(guān)系著傳輸信號(hào)的頻率，沒有任何電力線是一根均勻分布的傳輸線，由于分布電感和分布電容的影響，很顯然輸入阻抗將隨著頻率的變化而變化，不同的時(shí)候，電力線上的輸入阻抗是不同的，哪怕在同一地點(diǎn)，也會(huì)隨著負(fù)載隨機(jī)的斷開和隨機(jī)的閉合而不同。擴(kuò)頻系統(tǒng)分發(fā)送端和接收端兩個(gè)部分，接收端可簡化為調(diào)制和擴(kuò)頻兩個(gè)模塊。由于擴(kuò)頻信號(hào)帶寬與窄帶濾波器帶寬之比越大，信噪比也就越大，所以擴(kuò)頻通信是以較寬的帶寬換取高信噪比，并提高通信的抗干擾能力、增強(qiáng)通信的隱蔽性。這種接口具有抑制共模干擾的能力，因此抗干擾性能較好，信號(hào)發(fā)送頻率最高可達(dá)1OMHZ。對要求較高的系統(tǒng)可以考慮選用帶光隔離的、抗雷電及抗靜電放電的沖擊的收發(fā)器，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮這些因素。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水的日益提高，人們對家居環(huán)境提出了越來越高的要求，安全、舒適、方便、快捷、人性化、智能化已成為新的追求目標(biāo)，以往的住宅結(jié)構(gòu)及管理方式越來越不能滿足人們的需求。 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) 抄表系統(tǒng)的選型及其特點(diǎn) (1)抄表系統(tǒng)的選型，主要考慮以下幾個(gè)方面的功能 ①具有儲(chǔ)存功能，在出現(xiàn)特殊情況下，保證以前的所有記錄的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。其中每個(gè)采集器要采集十幾戶到二十幾戶的電表脈沖，處理后變成抄表數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊衅髦小?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)為研究內(nèi)容，對國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的了解后，結(jié)合自己所學(xué)知識(shí)，以AT89C51為內(nèi)核，搭建一個(gè)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程中為了盡量減少硬件設(shè)施，降低功耗，簡化電路，選用了功能強(qiáng)大的芯片。(3)確定通信方式及通信標(biāo)準(zhǔn)，采用串行異步通訊標(biāo)準(zhǔn)RS485，采集器測量到的數(shù)據(jù)以及設(shè)備狀態(tài)可以通過RS485總線傳至智能小區(qū)的物業(yè)管理中心的PC機(jī)，有管理中心統(tǒng)一進(jìn)行處理，真正實(shí)現(xiàn)“無人查表”。由于干擾信號(hào)的干擾作用可能會(huì)使脈沖信號(hào)在產(chǎn)生和傳輸?shù)倪^程中發(fā)生錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)。(2)AT89C51根據(jù)時(shí)鐘模塊的時(shí)間設(shè)定，定時(shí)向脈沖計(jì)數(shù)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸命令，收集其電表中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置好的約定，存儲(chǔ)于外部的RAM中，等待上位機(jī)的查詢，并把沒反應(yīng)過來的上位機(jī)的號(hào)碼記錄下來，上傳給上位機(jī)。 抄表系統(tǒng)的各功能模塊設(shè)計(jì)這是整個(gè)抄表部分的核心部分，主要由CPU(MCU)、直流穩(wěn)壓、斷電控制、顯示、系統(tǒng)保護(hù)、時(shí)鐘、外圍儲(chǔ)存電路、數(shù)據(jù)的上傳、數(shù)據(jù)的下遞、電源、數(shù)據(jù)采集等組成。 ②內(nèi)有4K的可編程ROM和128個(gè)字節(jié)的RAM. ③在0Hz到24Hz之間可以全靜態(tài)操作。 ⑦可編程串口通道。 ②GND:電源接地端。 ④XTAL2:接外部晶振的一個(gè)引腳。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器期間，將以1/12振蕩頻率輸出。⑧PSEN:此為“Program Store Enable”，低電平有效。PO口每一個(gè)引腳可以帶8個(gè)LSTTL負(fù)載: P1口()是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/0口)，其輸出可以帶4個(gè)LSTTL負(fù)載。每一個(gè)引腳可以推動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。 X5405芯片引腳該芯片內(nèi)的串行EEPROM是具有Xicor公司的塊鎖保護(hù)CMOS串行EEPROM，它被組成8位結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)四線結(jié)構(gòu)的SPI總線方式進(jìn)行操作，其擦寫周期至少有100萬次，并且寫好的數(shù)據(jù)能保存100年。 ④使用特定的編程順序即可對低壓電壓檢測和復(fù)位開始電壓進(jìn)行程: ⑤復(fù)位電壓可以低至VCC=1V。⑦具有數(shù)據(jù)的模塊保護(hù)功能，可以保護(hù)1/4,1/2全部的EEPROM，當(dāng)然也可以設(shè)置不保護(hù)狀態(tài)。看門狗輸入，在看門狗定時(shí)器超時(shí)并產(chǎn)生復(fù)位之前，一個(gè)加載WDI引腳上的由高到低的電平的變換將復(fù)位看門狗定時(shí)器。⑤SCK:串行時(shí)鐘，串行時(shí)鐘的上升沿時(shí)通過SI引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入，下降沿通過SO引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。X5045儲(chǔ)存器與CPU可以通過串行通信方式接口，共有5k字位，來儲(chǔ)存抄表數(shù)據(jù)。 X5405的電路連接 數(shù)據(jù)的上傳模塊所謂的數(shù)據(jù)上傳，即把采集器中采集到的電表數(shù)據(jù)通過異步串行的方式發(fā)送網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備中，這個(gè)模塊起到一個(gè)電平轉(zhuǎn)換的作用。 USB通信接口。為了保準(zhǔn)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 通常選擇的標(biāo)準(zhǔn)接口，在保證不超過其適用范圍時(shí)都有一定的抗干擾能力，以保證可靠的信號(hào)傳輸，但在一些工業(yè)控制系統(tǒng)中，通信環(huán)境十分惡劣，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，是用RS422標(biāo)準(zhǔn)能有效的抑制共模干擾信號(hào)，使用20mA電流環(huán)技術(shù)，能大大的降低對噪聲的敏感程度。邏輯0電平規(guī)定為+3V~+15V之間,邏輯1電平規(guī)定3V~15V之間，因此RS232C驅(qū)動(dòng)器與TTL電平必須要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)化。而本系統(tǒng)中，單片機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的距離很近，可以直接連接，即選用近程通信方式。 零MODEM方式與RS232C連接通常有三種方式:1)具有較好的硬件握手功能，“數(shù)據(jù)發(fā)送”和“數(shù)據(jù)接收”相互交叉相連，使得兩臺(tái)設(shè)備都能正常的發(fā)送和接收。3)最簡單的連接方法就是僅僅將“發(fā)送數(shù)據(jù)”與“接收數(shù)據(jù)”交叉連接，共用地對接，其他的信號(hào)懸空不用。下面作重闡述一下該系統(tǒng)所用MAXIM公司的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。對于沒有士12V電源的場合的實(shí)用性更強(qiáng)，且其價(jià)格適中，硬件接口電路的簡單，都被廣泛的應(yīng)用。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可以自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘還可以通過AM/PM來決定采用什么時(shí)制。⑦腳DIP封裝或可選8腳SOIL封裝 ⑧簡單的3線接口，與TTL兼容(VCC=5V) ⑨可選擇的工作溫度范圍較廣:40+85攝氏度⑩與DS1302兼容，且對VCCl有可選的涓流充電能力，雙電源管用主電源和備份電源供應(yīng)，備份電容管腳可由電池或者大電容輸入(3)DS1302引腳及其電路連接X1,，接地端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電源供電管引腳 DS1302引腳圖 DS1302電路連接圖 電能的采集和計(jì)數(shù)模塊(1)功率計(jì)量部分實(shí)現(xiàn)對電流和電壓信號(hào)的采樣，產(chǎn)生功率脈沖功能。電流通道和電壓通道的信號(hào)經(jīng)放大器放大后，通過AD7755內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為兩路數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)乘法、低通濾波、數(shù)字頻率變換等電路的處理，AD7755輸出與瞬時(shí)功率成正比的脈沖，并將此脈沖送至微處理器MCU.S1SOFlF4G1GOGAIN000010101210108111116(3)AD7755的CF引腳可以提供脈沖常數(shù)為16001MP/KWH(脈沖數(shù)/千瓦時(shí))，將此輸出脈沖用LED和光電耦合器隔離輸出，然后送入MCU的中斷輸入引腳，由MCU控制計(jì)量功率脈沖。這個(gè)頻率是對有功功率信號(hào)經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間累計(jì)后產(chǎn)生的，因此這個(gè)輸出頻率與平均有功功率成正比，有功功率的平均過程是隱含在數(shù)字—頻率轉(zhuǎn)換中完成的。 U1為差動(dòng)輸入電壓的有效值(V)。由主時(shí)鐘CLKIN分頻獲得，分頻系數(shù)由SO和S1決定. 顯示電路（1）LCD1602液晶顯示屏是以若干個(gè)5*8或5*11點(diǎn)陣塊組成的顯示字符群。第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。15腳背光正極圖 LCD1602引腳圖 本章小結(jié)在本章中詳細(xì)的介紹了抄表系統(tǒng)的底層的硬件結(jié)構(gòu)，完成電能數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K的設(shè)計(jì)，對其中各個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)都進(jìn)行了詳細(xì)的說明，這也是本設(shè)計(jì)的最為基本的部分，在接下去的章節(jié)中我們要對其硬件電路的軟件控制及其流程進(jìn)行詳細(xì)的論述。硬件有這樣的功能，硬件的選擇決定了整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)，在硬件搭配合理的情況下，適當(dāng)?shù)能浖O(shè)計(jì)就決定了整個(gè)