【正文】 構成具有其它計量功能的多用戶多表聯(lián)網(wǎng)遠傳系統(tǒng)。 系統(tǒng)方案設計 通信標準的選擇 本系統(tǒng)還有一個重要的問題就是通信問題。這里不妨先對常見的串行總線標準作一比較。當速率為 100Kbps 時，傳輸距離可達 1200m。 RS485 標準總線是一種平衡傳輸方式的串行口接口標準，它允許在電路中有多個發(fā)送器，且允許一個發(fā)送器驅動多個負載設備，負載設備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器的組合單元。 由于 RS485 具有上述優(yōu)點，能夠支持一點對多點的通信，便于組網(wǎng)，通信距離也能 滿足本系統(tǒng)的設計要求 。這里，既要充分考慮到 RS485 通信標準中對傳輸距離和波特率的限制，又要兼顧到系統(tǒng)的帶載能力。系統(tǒng)之所以采用這種方案主要基于以下考慮 : 首先，成熟的技術保證了系統(tǒng)的順利實現(xiàn)。 其次，由于本系統(tǒng)對各種遠傳基表的脈沖采集采用了軟件計脈沖方法，且充分考慮 到水、電、氣、暖等基表各自脈沖常數(shù)的差異和特征，同時對用戶的電能耗進行了單獨采集。由于 RS485 接口在一個通道上可進行半雙工通信，所以，只需兩根線便可實現(xiàn)雙向通信，且可以方便地構成一點對多點或多點之間的相互通信 (注 :總線上掛接的節(jié)點數(shù)目因選擇的接口驅動芯片而異，目前可以掛接 16,32, 64, 128 個節(jié)點，甚至更多〔 izl。 此外，上位微機的應用可以更加有效地對用戶各種耗能數(shù)據(jù)進行儲存、處理和分析，可以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)通訊、帳單票據(jù)打印、報表生成以及便于系統(tǒng)維護等等功能 。只不過這是本課題以后要研究的內容。數(shù)據(jù)采集器便能實現(xiàn)這個功能，它用于接收用戶各種遠傳能耗基表的脈沖信號，同時，在采集器中的數(shù)據(jù)還能通過其板上設計的 RS485 通信接口被采集器和 PC 機遠程抄取，也可以通過其紅外接口由便攜式紅外抄表器進行現(xiàn)場抄取。集中器介于采集器和上位微機之間，起橋梁和紐帶作用，集中器一方面起到保護數(shù)據(jù)的作用，減輕系統(tǒng)網(wǎng)絡的負擔，擴大系統(tǒng)的通信距離和帶載能力，增加系統(tǒng)的用戶容量 。 山東科技大學學士 學位 論文 11 3 硬件的設計 CPU的選型： 本系統(tǒng)選用單片機芯片為 AT89C52,其主要特點如下： ☆有適用于控制應用的指令系統(tǒng)和 8 位 CPU； ☆有布爾處理器，它由可尋址位、位處理指令集和相當于累加器的進位位 C 組成，布爾處理器可大大提高 89C51 的邏輯處理能力； ☆有 4 個 8 位并行口，口中各位可單獨尋址； ☆有一個全雙工的串行口； ☆有兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器； ☆全靜態(tài)工作， 3 級程序存儲器保密； ☆ 4KB 可編程程序 Flash 存儲器（可經受 1000 次的寫入 /擦除）； ☆ 3 級程序存儲器保密， 128*8 字節(jié)內部 RAM； ☆ 32 條可編程 I/O 線， 6 個中斷源； ☆編程串行通道； ☆片內時鐘振蕩器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控圖 引腳圖 山東科技大學學士 學位 論文 14 制信號。 P3 口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。對FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 PSEN—— 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程 序存儲器的讀選通信號，當 AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是 該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。接收集中器發(fā)來的各種命令，向集中器傳送所記錄的用戶表計數(shù)據(jù)及狀態(tài)，此外采集器還可通過紅外通訊接口，在現(xiàn)場與手抄器通信，接受手抄器發(fā)出的各種命令，傳送采集器所記錄的各種數(shù)據(jù)。 B 轉走后， K 仍處于“關”的狀態(tài)，直到 A 的再次轉來。 遠傳水表、遠傳熱能表和遠傳燃氣表等基表的脈沖常數(shù)（脈沖常數(shù)指每消耗 1 單位的能量所產生的脈沖個數(shù)），目前市場上基表一般為 100，即使考慮用戶使用最大量，這三個基表的脈沖頻率也是十分低的。 通過上面的介紹，我們知道遠傳能耗表的改制是通過加裝各種感應探頭組件來實現(xiàn)的。對能耗計量的本質是對用戶各種遠傳能耗基表 送出的 脈沖進行計數(shù)的問題。如果計算機要采集數(shù)據(jù)，單片機進入中斷程序，與計算機通信。采樣完后延遲 12ms，經去抖程序處理后，如果真正存在輸入信號，則在暫存后與存儲器中的數(shù)據(jù)進行對比，如果相同則進入計數(shù)子程序計 數(shù)，計數(shù)完畢后，存入存儲器中，繼續(xù)進行一次掃描。 原理流程圖（圖 ）： 方案三：軟件計脈沖帶集中器法 這種方案原理、優(yōu)點與方案二相同，但卻解決了一個方案二存在的主Y Y 上次采集值 =0 開始 X=0 上次采集值 =0 調用計量子程序 X 到計量值 X 加 1 返回 圖 軟件計脈沖法 原理圖 N N N 山東科技大學學士 學位 論文 20 要問題 傳輸距離有限，無法真正的實現(xiàn)遠距離抄表。 通信標準的選擇 本系統(tǒng)還有一個重要的問題就是通信問題。這里不妨先對常見的串行總線標準作一比較。當速率為 100Kbps 時，傳輸距離可達 1200m。 RS485 標準總線是一種平衡傳輸方式的串行口接口標準，它允許在電路中有多個發(fā)送器，且允許一個發(fā)送器驅動多個負載設備，負載設備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器的組合單元。 由于 RS485 具有上述優(yōu)點， 能夠支持一點對多點的通信，便于組網(wǎng)，通信距離也能滿足本系統(tǒng)的設計要求 。即第一組：輸入： 1A11A4,輸出 1Y11Y4,門控端點 1 G 。有 3 個輸入端 A0A1 接收二進制編碼，輸出端 Y0Y7 共 8 條譯碼輸出線。上拉電阻的能增加高電平的噪聲容限，起抗干擾的作用。 SN65LBC184與 SN75176 差分數(shù)據(jù)線收發(fā)器商業(yè)標準兼容，片內 A、 B 引腳接有高能量瞬變干擾保護裝置。一般需外加包括隔離變壓器在內的保護器件。這種設計，通信數(shù)據(jù)率仍可達 250kbt/s，并使電磁干擾減到最小，同時能減少傳輸線終端不匹配引起的反射，因而可降低對傳輸線匹配的要求。 特點如下： ☆具有瞬變電壓抑制功能，能防雷電和抗靜電放電沖擊； ☆限斜率驅動器，使電磁干擾減到最小，并能減少傳輸線終端不匹配引起的反射； ☆總線上可掛 64 個收發(fā)器； ☆接收器輸入端開路故障保護； ☆具有熱關斷保護； ☆滿足或超過 EIA RS485 和 ISO/IEC 8482： 1993（ E）標準； ☆低禁止電源電流： 300uA（最大）。同樣在“ D” 上的高電平 , 迫使，輸出“ A”為高電平輸出“ B” 為低電平 /RE: “接收器輸出使能” DE: “發(fā)送器輸出使能端”。 B: 隨 之翻轉的接收器輸入和發(fā)送器輸出。 LED 采用靜態(tài)顯示方式，各位的共陰極連接在一起并接地；每位的段選線（ adp）分別與一 8為的鎖存輸出相連。 下方的一個移位寄存器 74HC165 用于掃描鍵盤，其余的 74HC164 用于外接 LED 數(shù)碼顯示器。在正常情況下，清零輸入端接高電平，當 CP 信號上升沿到來時，數(shù)據(jù)右移一位； Q0Q7為并行數(shù)據(jù)輸出端，同時 Q7 也是串行數(shù)據(jù)輸出端，對于串行輸入的數(shù)據(jù)，最先輸入的從 Q7 輸出，最后進入的從 Q0 輸出。等待電流和工作電流分別為 5μ A 和 1mA。管腳圖如圖 Vss: 地 SDA： 串行地址數(shù)據(jù)輸入輸出端 SCL： 串行時鐘端 WP ： 寫保護輸入端 Vcc： ＋ ～ 電源供電 A0、 A A2：與內部無聯(lián)系，外部地址 在這個系統(tǒng)中，我們只用一個 16K 的存儲器 24LC16B，則 A0、 AA2 接地即可，當寫保護腳接于高電壓時 ,24LC16B 能用作串形的存儲器 ,編程將被禁止 ,整個存儲器被寫保護，寫保護端不使能，接地。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，在可選的超時 周期之后，看門狗定時器將以 RESET 信號作出響應。復位一直確保到 Vcc 返回且穩(wěn)定為止。 X5045/43 的功耗更低，通信速度更快（最高 ， X25045/3 為 1MHz），已經得到廣泛應用。 可編程看門狗定時器（可設定看門狗超時時間，典型時間 200ms、 600ms、 或禁止）； 需 加高電壓（ 15~18V 加在 WP 引腳）及一個專門的時序。 防止偶然性寫保護包括：上電 /掉電保護電路、寫使能鎖存器、寫保護引腳； 山東科技大學學士 學位 論文 30 X5045 的引腳及引腳說明 如圖 /CS： 片選輸入 SO： 串行輸出 SI：串行輸入 SCK： 串行時鐘輸入 /WP： 寫保護輸入 VSS： 地 VCC： 電源電壓 /RESET： 復位輸出 X5045 可直接與許多通用的微控制器的同步串行外設接口（ SPI）連接。 X5045 監(jiān)視線，如果在預設的看門狗超時周期時間內，沒有產生下跳沿，將輸出復位信號 。一個集中器能帶 16 個采集器。 存儲器的設計 采集器所用的存儲器是 24LC65。 24LC65 有一個輸入頁寫緩沖器（快存），能快速寫入最多 8 頁。 I2C總線技術及應用 I2 C 總線： I2 C 總線是 Philips 公司首先推出的一種兩線制串行傳輸總線。 停止信號：在時鐘線（ SCL）為高電平其間，數(shù)據(jù)線（ SDA）由低變高，將產生一個停止信號 。 注意：在 I2C 通信過程中，所有的數(shù)據(jù)改變都必須在時鐘線 SCL 為低電平時改變 ,在時鐘線 SCL 為高電平時必須保持數(shù)據(jù) SDA 信號的穩(wěn)定 ,任何在時鐘線為高電平時數(shù)據(jù)線上的電平改變都被認為是起始或停 止信號。由于集中器與上位微 機 PC 的通信一般一月才一次，而且采集器已對計量現(xiàn)場的停電或電源故障等考慮了后備電源，因此集中器的電源設計不用考慮后備電源。目前電源主要有以下幾種形式： 1） 阻容分壓式。這種電源穩(wěn)壓性能好、穩(wěn)波小，但成本較高，且對外界電網(wǎng)的干擾也比較嚴重。所以需要進行整流和濾波處理。其中，一組是給采集器中的 CPU、存儲器電路、硬件看門狗電路、顯示器以及其它的外圍接口電路供電，這里的主要能量消耗來自于供電正常時的 LED 數(shù)碼管的顯示，因為它不僅顯示戶號信息 （ 4 位 ） ，而且包括 3 種能耗信息 （ 每種 6 位，共 18 位 ） ，以每個數(shù)碼管的最大靜態(tài)電流15mA 設計， 22 個數(shù)碼管需要 300 多 mA，再外加其它器件的功耗以及設計的裕量，同時考慮電網(wǎng)的波動 （ 20%） 因素，該組二次繞組在設計時選擇了 9V/6W 的參數(shù)。因為，如果此時電網(wǎng)的波動使得變。這里值得注意的是，設計時要考慮電網(wǎng)的波動 （ 177。此電路較為簡單，如圖 所示： 山東科技大學學士 學位 論文 34 其中 LM7805 是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是 TO220 封裝，能提供 DC 5V 的輸出電壓，應用范圍較廣。這種電源穩(wěn)壓性能好，隔離特性好，價格適中。這種電源穩(wěn)壓性能差、電源波動大、帶負 載能力小、電網(wǎng)干擾極易串入。集中器 5V 主電源設計原理圖與采集器完全相同，在此不再贅述。后備電源設計要求能保證采集器連續(xù)工作時間不少于 48 小時，并能自動充電，在市電停電時能及時啟用等。在主機讀從機時正確讀完一字節(jié)后，主機在下一個時鐘周期同樣也要將數(shù)據(jù)線（ SDA）拉低，發(fā)出認可信號，告訴從機所發(fā)數(shù)據(jù)已經收妥。 I2 C 總線的數(shù)據(jù)傳輸基本過程為： A01A12A23V s s4 S D A 5S C L 6NC 7V C C 82 4 L C 6 5 圖 24LC65 引腳圖 山東科技大學學士 學位 論文 32 1）、主機發(fā)出開始信號； 2）、主機接著送出 1 字節(jié)的從機地址信息，其中最低位為讀寫控制碼（ 1 為讀、 0 為寫），高 7 位為從機器件地址代碼； 3）、從機發(fā)出認可信號； 4）、主機開始發(fā)送信息，每發(fā)完一字節(jié)后，從機發(fā)出認可信號給主機； 5）、主機發(fā)出停止信號。 功能 管腳如圖 Vss： 地 SDA： 串行地址數(shù)據(jù)輸入輸出端 SCL： 串行時鐘端 NC： 無關位 Vcc： ＋ ～ 電源供電 A0、 A A2：與內部無聯(lián)系，外部地址 因為集中器中只需要一個 24LC65，則可以把 A0、 A A NC、 V