【正文】 reading system has a possibility to be put into reality. The residential district intellectualization, the work have bee the residence construct the development direction, using the modernization puter technology, the munication technology, the sensing technology consumes energy the table far biography system also gradually to enter the mon people39。設(shè)計該課題可以把我們平時所學(xué)的理論知識應(yīng)用于實際，鞏 固了所學(xué)的知識，像單片機(jī)，通訊的知識，而且也是硬件和軟件很好的結(jié)合，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。 設(shè)計的要求 1） 能耗抄取 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 2 1．采集器采集水、電、暖氣、燃?xì)獗淼拿}沖 信息，根據(jù)這些脈沖信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能耗量，存儲在采集器中。 2．管理微機(jī)可對用戶的用電量、用水量、用燃?xì)饬?、用暖氣量的基?shù)進(jìn)行設(shè)置。 4） 設(shè)計的技術(shù)指標(biāo) （ 1）通信波特率： 1200bps。系統(tǒng)所能帶的集中器個數(shù)： 16 個。 （ 5）后備電源工作時間：不少于 72 小時。 (4)由于系統(tǒng)所涉及四表聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，因此對現(xiàn)場的水、電、燃?xì)?、暖氣基表要有一定的認(rèn)識，對電脈沖常數(shù)、水脈沖常數(shù)、氣脈沖常數(shù)的理解要正確，對這些脈沖的頻率有個正確的估計，以免 CPU 在計量時發(fā)生漏計脈沖而增加計量誤差。 (7)如何對用戶用電，水等規(guī)定一個正常的范圍，對于浪費(fèi)能源的給予提示，以節(jié)省有限的能源。 系統(tǒng)概述 本課題主要是針對目前居民小區(qū)的水、電、 氣和暖等基表能耗計量中存在的問題，以及能耗計量的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和聯(lián)網(wǎng)等問題而設(shè)計的“四表聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”。 根據(jù)以上系統(tǒng)所帶的采集器和集中器個數(shù)，可以簡單計算一下系統(tǒng)的容量：每個采集器可以采集 16 個用戶的各種能耗信息，每個集中器可帶 16個采集器，那么每個集中器就可以收集 256 個用戶的各種能耗信息：系統(tǒng)可以帶 16 個集中器，由此系統(tǒng)可以采集 4096 個用戶的各種能耗信息，且每個用戶可以擁有多達(dá) 7 塊基表。四表聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（簡稱 AMRS， Automatic Meter Reading System）主要由上位微機(jī)、管理軟件、數(shù)據(jù)集中器、數(shù)據(jù)采集器以及各種遠(yuǎn)傳能耗基表等組成，是一種不需要人員到達(dá)現(xiàn)場就能完成抄讀用戶各種能耗信息的智能化多用戶遠(yuǎn)程集中抄表裝置。由于通信距離要求不少于2400 米，因此，要根據(jù)系統(tǒng)的通信距離來選擇合適的通信標(biāo)準(zhǔn)。常用總線標(biāo)準(zhǔn)有 RS232, RS422 和 RS485 等 [川。 RS422 抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率快，且為全雙工的。 RS485 的共線電路結(jié)構(gòu)是一對平衡傳輸?shù)膬啥硕寂渲媒K端電阻，其發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器可以掛在平衡傳輸線上任何位置，在數(shù)據(jù)傳輸中實現(xiàn)多個驅(qū)動器與接收器共用同一條傳輸線的多點(diǎn)應(yīng)用。且四表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)對實時性的要求不高，能耗的抄取也是不常發(fā)生的，一般情況下一個月僅需抄表一次。為了增加整個遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的可靠性，在各種基表與上位管理微機(jī)之間，本文采用了采集器、集中器兩級結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)的總體分布結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。一方面，隨著目前遠(yuǎn)傳基表市場的日趨成熟和科學(xué)技術(shù)的不斷完善進(jìn)步，國內(nèi)市場已出現(xiàn)許 多能夠生產(chǎn)符合國家計量標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)傳基表專業(yè)廠家。這一方面可以保證采集器在進(jìn)行水、電、氣、暖等能耗信息采集時不會發(fā)生電脈沖信息的丟失，另一方面也可以充分利用現(xiàn)有的多用戶電能表資源。因此可以用組建 RS485 網(wǎng)的方式將系統(tǒng)中的采集器、集中器和上位微機(jī)等構(gòu)成有機(jī)統(tǒng)一的兩級分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。還可以方便地對數(shù)據(jù)采集器、集中器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行狀況監(jiān)控等，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 系統(tǒng) 工作原理 四表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)主要由上位微機(jī)、集中器、采集器和各種遠(yuǎn)傳基表等構(gòu)成兩級分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一個采集器能根據(jù)參數(shù)的設(shè)置對多塊遠(yuǎn)傳基表的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行計量，可同時記錄用戶的多個遠(yuǎn)傳基表的能耗數(shù)據(jù)。另一方面，它自動定時地對采集器進(jìn)行抄表或根據(jù)人 (如管理員 )的命令要求進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表，并將抄得的數(shù)據(jù)儲存在 集中器中，等待上位微機(jī)的抄錄。 AT89S52 主要性能如下： AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位 定山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 12 時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash A 。P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28X T A L 119X T A L 218R E S E T9EA31P S E N29A L E / P R O G30P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17P 8P 7P 6P 5P 4P 3P 2P 1A T 89C 52 圖 89C52 引腳 圖 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 13 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。 在 flash編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。 在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問外部程存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存 地址的低 8 位字節(jié)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 EA/VPP—— 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 AT89C52 的功能很強(qiáng)，多用戶四表合一遠(yuǎn)傳系統(tǒng)采用的是 AT89C52 采集器設(shè)計 采集器是微處理器控制的智能設(shè)備，是四表系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。 遠(yuǎn)傳基表 的選擇 目前遠(yuǎn)傳水表、遠(yuǎn)傳熱能表和遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼然淼男盘栞敵龃蠖际菣C(jī)械磁控式的， 是通過加裝各種感應(yīng)探頭組建來實現(xiàn)的，本系統(tǒng)采用自保持開關(guān)型的， 它們的工作原理十分相似，大致的工作原理為：在某一字輪相山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 16 對應(yīng)的位置設(shè)置感應(yīng)開關(guān) K,它是帶自保功能的觸點(diǎn)開關(guān)，在字輪上面設(shè)置不同特性的兩個感應(yīng)部件 A 和 B。依次周而復(fù)始，形成嚴(yán)格按基表的能耗量 實現(xiàn)“開 —— 關(guān) —— 開”發(fā)出一個方波脈沖信號。例如，當(dāng)水表脈沖常數(shù)是 100imp/kkg 時，最短時間約 20 秒才產(chǎn)生一個方波脈沖。這種感應(yīng)探頭能夠探知能耗基表機(jī)械轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，機(jī)械轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一圈 ，該感應(yīng)探頭便輸出一個脈沖信號。這樣，就需要進(jìn)行遠(yuǎn)傳基表脈沖采集方案的設(shè)計。 方案一的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：（ 1）對硬件性能要求不高 ，并能有效運(yùn)用單片機(jī)的接口 （ 2）不要求精確計算，實現(xiàn)容易； （ 3）適應(yīng)于多用戶，多頻率，性能強(qiáng)； （ 4）軟硬件相結(jié)合，程序設(shè)計相對簡單。如果計算機(jī)要采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，與計算機(jī)通信。 這種方案中電腦與采集器之間由集中器進(jìn)行連接，集中器把采集器中數(shù)據(jù)提取到其存儲器中，等候電腦的查詢。由于通信距離要求不少于2400 米，因此，要根據(jù)系統(tǒng)的通信距離來選擇合適的通信標(biāo)準(zhǔn)。常用總線標(biāo)準(zhǔn)有 RS232, RS422 和 RS485 等 [川。 RS422 抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率快，且為全雙工的。 RS485 的共線電路結(jié)構(gòu)是一對平衡傳輸?shù)膬啥硕寂渲媒K端電阻， 其發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器可以掛在平衡傳輸線上任何位 置，在數(shù)據(jù)傳輸中實現(xiàn)多個驅(qū)動器與接收器共用同一條傳輸線的多點(diǎn)應(yīng)用。且四表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)對實時性的要求不高，能耗的抄取也是不常發(fā)生的，一般情況下一個月僅需抄表一次。第二組：輸入 2A12A4,輸出2Y12Y4,門控端 2G 。有 3 個片選端 S1,S2,S3。 與電表和集中器通訊的硬件設(shè)計 由于系統(tǒng)通信總線的長度不小于 2400 米。這種結(jié)構(gòu)能承受峰值為 400 瓦（典型值）的過壓瞬變，從而顯著地提高器件抗過壓瞬變的可靠性。使用 75LBC184，可直接與傳輸線相連接而不需要熱和外加保護(hù)元 件，這提供了一種可靠，低價和簡單的設(shè)計方案。接受器的獨(dú)特設(shè)計是當(dāng)輸入端開路時，其輸出為高電平，這一特性保證接收器輸入端電纜有開路故障時，不影響系統(tǒng)的正常工作。 R: “接收器輸出端”。當(dāng)置“ DE”為高電平時 ,發(fā)送器輸出“ A” 和“ B”使能。 發(fā)送功能表： 接收功能表： 差分輸入 AB 使能短 RE 輸出端 R Vid≥ L H Vid L ? Vid≤ L L X H Z OPEN L H 表 SN75LBC184 接收功能表 使能端 DE 輸出端 A 輸出端 B H H L H L H L Z Z 表 SN75LBC184 發(fā)送功能表 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 26 注： H：高電平， L：低電平， Z：高阻態(tài)， X：任意電平， ?：狀態(tài)不定， Vid： A 和 B 兩線的電壓差 AB 與 SN75LBC184 的 1 到 4 好引腳相連的是 4 個光電耦合器。顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止。該電路用 I/O 口較少，靜態(tài)顯示亮度較大，占用 CPU 掃描時間短，鍵輸入也較穩(wěn)定。 CP 為移位脈沖。 24LC16B也有可達(dá) 16 個字節(jié)的數(shù)據(jù)頁寫能力。把 SDA 端和SCK 端接與 CPU 的端口即可。如果允A01A12A23V s s4 S D A 5S C L 6WP 7V C C 82 4 L C 1 6 B 圖 24LC16B 引腳圖 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 29 許看門狗定時器工作且 /CS 保持高電平或低電平的時間長與看門狗超時周期，則系統(tǒng)復(fù)位。在本系統(tǒng)中，主要是用到看門狗功能和低電壓檢測功能，以增強(qiáng) CPU 工作的可靠性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗干擾能力。 此系統(tǒng)我們用 X5045。 上電復(fù)位及低電壓檢測，即在上電和 Vcc 低于檢測門限時，輸出復(fù)位信號。 每字節(jié)擦寫次數(shù)可達(dá) 10 萬次、數(shù)據(jù)可保存 100 年； 輸入的數(shù)據(jù)在變?yōu)榈碗娖街蟮?SCK 第一個上升沿被采樣，隨 SCK 時鐘同步輸入。在本系統(tǒng)中，看門狗超時周期設(shè)為 秒。 集中器地址的確定 中器的地址的確定與采集器的相似，不同的是用了一個 4 位的撥盤開關(guān)，而不是 8位撥盤開關(guān)。 24LC65 是一種微型的 8K*8 串行電可擦除的可編程只讀存儲器（ E2PROM）。 64 字節(jié)的數(shù)據(jù)，該器件還有一個可編程的保護(hù)模式，再擦寫數(shù)據(jù)或代碼時，提供一種保護(hù)，且最多能保護(hù) 15 個 4K 存儲塊。它由一根數(shù)據(jù)線（ SDA）和一根時鐘線（ SDL）組成。 應(yīng)答信號：既認(rèn)可信號，主機(jī)寫從機(jī)時每寫完一字節(jié)，如果正確從機(jī)將在下一個時鐘周期將數(shù)據(jù)線（ SDA）拉低，以告訴主機(jī)操作有效。 電源及后備電源電路的設(shè)計 采集器的 電源包含交流電產(chǎn)生的三個 5V 主電源和后備電源，后備電源是在市電停電時取代采集器主板的 5V 主電源的，給采集器 CPU、存儲器24LC16B 及遠(yuǎn)傳基表的供電，保障采集器在市電停電時能繼續(xù)進(jìn)行正常的脈沖采集，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的正確性。因此，其電源設(shè)計只包含三組 5V 主電源的設(shè)計 :一組給集中器 CPU 及其外圍接口電路供電，另外兩組直流 5V 輸出為通信隔離所用芯片的供電。采用簡單的電阻電容分壓、濾波。 3） 線性電源。用 4 個二極管 4004 對交流電壓進(jìn)行橋式全波整流后，用一個大電容為 2200uf 對所整流的電壓進(jìn)行濾波，然后用一專用的穩(wěn)壓集成塊 LM7805 對電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，再經(jīng)過濾波后便 得到一較穩(wěn)定的 5V 電壓。另外兩組直流 5V 輸出為通信隔離所用芯片的供電，由于只有為幾個隔離信號的光藕一側(cè)和通信的驅(qū)動轉(zhuǎn)換芯片提供能量，因此這兩組的二次繞組在設(shè)計時選擇了 9V/1W 的參