【正文】 本文詳細(xì)介紹了小區(qū)遠(yuǎn)程抄表 的工作原理，硬件部分設(shè)計(jì)以及軟件部分設(shè)計(jì)。正因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，所以它有很廣闊的市場(chǎng)推廣價(jià)值。根據(jù)目前情況分析，采用遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)則可緩解抄表人員的工作強(qiáng)度，降低了由于人為因素造成的抄表數(shù)據(jù)誤差，并能迅速統(tǒng)計(jì)低壓實(shí)時(shí)線(xiàn)損和降低用電成本，同時(shí)這對(duì)加強(qiáng)用電管理，防止國(guó)家電力資源的流失等方面都具有非常積極的意義。目前，各個(gè)領(lǐng)域、生活的方方面面的無(wú)限的發(fā)展空間隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)日新 月異地發(fā)展也不斷擴(kuò)大，當(dāng)然，在建筑領(lǐng)域也同樣。然而，衡量小區(qū)管理水平的關(guān)鍵所在正是耗能表數(shù)據(jù)抄收問(wèn)題。因此，遠(yuǎn)程抄表方式即滿(mǎn)足客觀要求，又能提高能源管理的先進(jìn)性化水平和現(xiàn)代化水平，是促使小 區(qū)遠(yuǎn)程抄表方式向數(shù)字化和自動(dòng)化方向發(fā)展的方式 [3]。然而杭州沃制電力有限公司也設(shè)計(jì)出IC 系列電表，其可根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需要，利用 RS485 串口，零電壓脈沖輸出或 420MA線(xiàn)性地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)顯示，安裝智能抄表的用戶(hù)超過(guò)了 250 萬(wàn)戶(hù)抄表技術(shù)多樣化：總線(xiàn)、紅外、載波、超窄帶和工頻[4]，抄表方式的多樣化：?jiǎn)伪砗投啾?。從?理結(jié)構(gòu)上看，它與微型計(jì)算機(jī)幾乎沒(méi)有很大的差別，都由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。 單片機(jī)是應(yīng)用系統(tǒng)中的主控部件 ,它直接能夠影響整個(gè)系統(tǒng)性能的好壞。 單片機(jī)如今已經(jīng)滲透到我們生活的很多領(lǐng)域，幾乎找不到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。 單片機(jī)具有功耗低、體積小、擴(kuò)展靈活、控制功能強(qiáng)、微型化及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表中，可結(jié)合不同類(lèi)型的 傳感器 ，實(shí)現(xiàn)諸如頻率、濕度、溫度、電壓、 功率 、厚度、角度、流量、速度、長(zhǎng)度、硬度、壓力、元素等物理量的測(cè)量。 遠(yuǎn)程抄表的總體結(jié)構(gòu) 眾所周知， 作為系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，任何系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)硬件的支持，我們要根 據(jù)功能的要求和系統(tǒng)的工作原理來(lái)進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)各部分模塊主要功能如下： 小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 上位機(jī)模塊：上位機(jī)即 PC 機(jī)，它根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間 , 查詢(xún)各脈沖采集模塊中的數(shù)據(jù)，對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)報(bào)表、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制等操作，統(tǒng)計(jì)用戶(hù)的用水量、用電量、用煤氣量并隨時(shí)抄送 , 當(dāng)遇到某個(gè)特殊的情況時(shí) ,則需要對(duì)某一用戶(hù)單獨(dú)進(jìn)行復(fù)查等。 采集模塊：對(duì)每戶(hù)用戶(hù)所使用的三表進(jìn)行脈沖采集。 小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 下位主控機(jī) 下位主控機(jī)芯片選擇 單片機(jī)的典型代表是 Intel 公司研制出來(lái)的 MCS51 系列的單片機(jī)。和 80C51 單片機(jī)相比， SST、 PHILIPS 和 ATMEL 等公司所生產(chǎn)的和 80C51 兼容的高性能且低功耗 89C51單片機(jī)具有更豐富的硬件資源，尤其是其內(nèi)部增加的存儲(chǔ)器 Flash ROM 給單片機(jī)的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)帶來(lái)了很多便利條件。與 80C51 相比， 89C51單片機(jī)有一種掉電方式或者空閑方式可以達(dá)到節(jié)電的目的。單片機(jī)最小系統(tǒng)各部分模塊主要功能如下： 時(shí)鐘 模塊：為下位主控機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)。它們都是準(zhǔn)雙向端口，每個(gè)端口各有 8 條 I/O 線(xiàn)，均可輸入 /輸出。 圖 AT89C51 最小系統(tǒng) (2) 主控機(jī) AT89C51 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路主要作用是產(chǎn)生其工作時(shí)所需要的時(shí)鐘控制信號(hào)。構(gòu)成內(nèi)部振蕩方式的方法是在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接陶瓷振蕩器或晶體諧振器。本系統(tǒng)采用頻率為 6MHz 的晶振為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖。若 RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就會(huì)一直在循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。綜上所述， 復(fù)位操作可 以使單片機(jī)處于初始化狀態(tài)，這其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC＝ 0000H，也就是說(shuō)此時(shí)程序從 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行。 （ 4）主控機(jī) AT89c51 電源模塊 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，本系統(tǒng)中需要一個(gè)電源模塊。本此設(shè)計(jì)采用橋式整流。再通過(guò)濾波電路進(jìn)行濾波而得到平滑的直流電壓，再經(jīng)過(guò) LM7805 的穩(wěn)壓作用，在輸出端會(huì)產(chǎn)生 5V 的穩(wěn)壓直流電， AT89C51 平時(shí)正常工作時(shí)的電壓就由此電路供給。此表可以分時(shí)計(jì)費(fèi)，功能強(qiáng)大，表中有 10 個(gè)時(shí)段、 4種費(fèi)率；還兼有掌上電腦紅外抄表、 RS485通信接口有線(xiàn)抄表和遙控器紅外編程功能，是電力部門(mén)進(jìn)行現(xiàn)代化電能測(cè)量的理想計(jì)量?jī)x表。本系統(tǒng)將普通的水表和煤氣表進(jìn)行改進(jìn)，在其上安裝傳感器，這樣一來(lái)，就可以將普通儀表的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而可以直接與單片機(jī)進(jìn)行連接。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的是 WB20xx 型號(hào)的干簧管傳感器，干簧管傳感器技術(shù)利用的是電磁轉(zhuǎn)換原理來(lái)工作的，如圖 所示。那么，設(shè)計(jì)傳感器電路應(yīng)用電阻的分壓作用在輸出端就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)電壓，從而完成電信號(hào)和開(kāi)關(guān)量之間的轉(zhuǎn)換。 液晶顯示器在低功耗應(yīng)用系統(tǒng)和袖珍式儀表中得到 很普遍的 應(yīng)用 正是因?yàn)樗?顯示內(nèi)容豐富、微功耗、體積小、超薄輕巧 等許多 優(yōu)點(diǎn)。它可以顯示 8 4行 16 16 點(diǎn)陣的漢字，在本次設(shè)計(jì)中主要用其直觀顯示出某用戶(hù)家里所使用水表、電表和煤氣表的讀數(shù)。 小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 圖 顯示模塊引腳連接圖 鍵盤(pán)模塊 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，本系統(tǒng)設(shè)定鍵盤(pán)按鍵與主控機(jī)進(jìn)行信息交換。 鍵盤(pán)模塊的電路圖如圖 所示： 圖 鍵盤(pán)模塊的電路圖 小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 由于目前使用的開(kāi)關(guān)都是機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的合、斷操作就對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓信號(hào)，但是通常因?yàn)闄C(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的彈性作用，當(dāng)鍵盤(pán)閉合時(shí)，不會(huì)馬上很穩(wěn)定地接通，而按鍵斷開(kāi)時(shí)，也不會(huì)馬上斷開(kāi)，這樣就出現(xiàn)了“抖動(dòng)”現(xiàn)象（時(shí)間一般為 5~10ms）。軟件去抖即，在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè) 10ms 以上（延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間應(yīng)大于按鍵的抖動(dòng)時(shí)間）的延時(shí)子程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài) [12] ；同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。本設(shè)計(jì)為了確保系統(tǒng)斷電后數(shù)據(jù)不丟失，選用 I2C總線(xiàn)進(jìn)行 E2PROM 串行擴(kuò)展， I2C總線(xiàn)只需要兩根線(xiàn)，即串行時(shí)鐘線(xiàn) SCL 和串行數(shù)據(jù)線(xiàn) SDA，便可以實(shí)現(xiàn)器件之間的全雙工數(shù)據(jù)傳送。管腳描述如表 所示。并行傳遞的距離通常小于 30m。異步串行方式即一個(gè)字符一個(gè)字符地傳送，是以 字符為信息單位傳送的，小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 一幀信息只包含一個(gè)字符，所以每次傳送的信息量少，而同步串行通信是以數(shù)據(jù)塊為信息單位傳送，每幀信息包含成百上千字符，每次傳送的位信息量大 [14]，所以異步串行通信通常用于數(shù)據(jù)傳輸率要求不是很高和傳送數(shù)據(jù)量較少的場(chǎng)合。 RS232 接口標(biāo)準(zhǔn) RS232 最初是為遠(yuǎn)程通信直接數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE 與數(shù)據(jù)通信設(shè) DCE 而制定的，它是串行通訊中目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于 DCE 和 ETE 之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行二進(jìn)制通信，通信速率為 4800， 9600， 1920xxbps等，最高通信速率為 [15]，在通信速率不高于 20kbps 時(shí)、 RS232 所能連接的最遠(yuǎn)距離為 15m，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載電容應(yīng)小于 2500pf[15]，為保證設(shè)備控制準(zhǔn)確的完成、二進(jìn)制數(shù)據(jù)能夠正確傳送，有必要使所 用的信號(hào)電平保持一致，為此 RS232 規(guī)定 +3— +15V 之間的任意數(shù)據(jù)表示邏輯“ 0”電平， 3— 150 之間的任意電壓表示邏輯“ 1”電平。 ②傳輸率速高。 ④傳輸距離遠(yuǎn)。 RS485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布系統(tǒng)最多可以另行掛接 32個(gè)驅(qū)動(dòng)器 和 32 個(gè)接收器，這樣用戶(hù)可以利用單一的 RS485 接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 5V 輸出需要雙電源或者一個(gè)價(jià)格昂貴的接口芯片。經(jīng)過(guò)以上描述，此系統(tǒng)的通信模塊的連接圖如圖 所示。 顯示子程序負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)顯示在 LCD液晶顯示屏上，可以顯示每 個(gè)用戶(hù)所消耗的水量、電量和煤氣量。 CH=0XFF。//開(kāi)機(jī)畫(huà)面 delay()。//初始化定時(shí)器 while(1) { for(i=1。主程序一開(kāi)始運(yùn)行則設(shè)置堆棧起始地址為 00H，設(shè)置寄存器，首先系統(tǒng)進(jìn)入主函數(shù)進(jìn)行初始化，使其各個(gè)指令、數(shù)據(jù)寄存器的值進(jìn)行清空，屏幕不顯示任何字符。 //向 LCD 發(fā)送命令。 // :命令 //delayms()。 //delayms()。// R/W=L ， E=H→ L數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 IR 或 DR //_nop_()。 //EN 下降源 _nop_()。程序設(shè)計(jì)中先判斷按鍵編碼，然后依據(jù)每個(gè)編碼把鍵盤(pán)所代表的數(shù)值送入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，然后可實(shí)現(xiàn)功能選擇或數(shù)據(jù)處理。通信子程序流程圖如圖 所示。遠(yuǎn)程抄表的核心部件是單片機(jī)，因其極高的性?xún)r(jià)比得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，從而加快了遠(yuǎn)程抄表的發(fā)展。抄表員不需要挨家挨戶(hù)地抄表，抄表人員也不必手工將這些用戶(hù)的用水量、用電量和用煤氣量讀數(shù)輸入電腦，一切都可由讀數(shù)采集程序自動(dòng)完成，減少了由于人為因素所造成的紕漏。 當(dāng)然，本課題設(shè)計(jì)因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系存在著不足和需要改進(jìn)的地方 。北京航空航天大學(xué)出版社 ,1995:269270. 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VD4 完全兼容， VD1 和 VD3 電壓調(diào)節(jié)值是 12V， VD2 和 VD4