【正文】 合或略高于國(guó)家相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化； ?系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)、通用性較好，便于實(shí)現(xiàn)技術(shù)的推廣和應(yīng)用等。 （ 2）上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)：采用客戶(hù)機(jī) /服務(wù)器的客戶(hù)服務(wù)形式對(duì)上位機(jī)進(jìn)行軟件編程。 每個(gè)臺(tái)區(qū)里要有 一個(gè)中間的轉(zhuǎn)發(fā)層，這里稱(chēng)之為“集中器”。 實(shí)際的系統(tǒng)中，處于對(duì)成本的考慮和實(shí)際使用情況，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還有一些其他的變化。要根據(jù)系統(tǒng)的通信距離來(lái)選擇合適的通信標(biāo)準(zhǔn)。常用的總線標(biāo)準(zhǔn)有 RS23 RS422 和 RS485 等等 [6]， RS232 是異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的一種標(biāo)準(zhǔn)總線，其單向數(shù)據(jù)傳輸最大速率為了20Kbps，最大傳送距離為 15m，顯然這種總線標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)法滿(mǎn)足本系統(tǒng)的技術(shù)要求的，且其數(shù)據(jù)傳輸速率較慢，易產(chǎn)生干擾。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)總線是一種平衡傳輸方式的串行口接口標(biāo)準(zhǔn)，它允許在電路中有多個(gè)發(fā)送器，且允許一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)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(diǎn)，能夠支持一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，便于組網(wǎng)通信距離也能滿(mǎn)足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求；且電表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，能耗的抄取 也是不經(jīng)常發(fā)生的，一般情況下僅需要每月抄一次。 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 上位微機(jī)與集中器之間可通過(guò) RS485 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采集器通過(guò)屏蔽雙絞線采集用戶(hù)各種遠(yuǎn)傳能耗基表的 信息，并進(jìn)行換算和存儲(chǔ)；采集器對(duì)電量的采集可以直接通過(guò) DF 型電能表上的 RS485 接口接受用戶(hù)的電量信息，也可以通過(guò)采集器上的紅外接口，利用專(zhuān)用紅外抄表器對(duì)采集器進(jìn)行各種能耗信息的讀取等 整個(gè)系統(tǒng)采用如此結(jié)構(gòu)主要有以下幾方面考慮： 首先，成熟的技術(shù)保證了系統(tǒng)的順利實(shí)現(xiàn)。由于 RS485 接口可以在一個(gè)通道上進(jìn)行半雙工通信，所以，只需兩根經(jīng)便可實(shí)現(xiàn)雙向通信，極大的方便了構(gòu)成一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或多點(diǎn)之間的相互通信。 此外，上位微機(jī)的應(yīng)用可以更有效地對(duì)用戶(hù)各種能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析，可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)、數(shù)據(jù)通訊、賬單票據(jù)打印、報(bào)表生成以及便于系統(tǒng)維護(hù)等等功能；還可以方便地對(duì)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)正常運(yùn)行。整體結(jié)構(gòu)如圖 所示。在兩種模式下，對(duì)沒(méi)有反應(yīng)的終端做備份，并警告等。本系統(tǒng)中選用的是AT89C51 單片機(jī) [8]，現(xiàn)對(duì)其功能引腳，電路特征作一個(gè)詳細(xì)的介紹。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大鏡輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 ， ALE只有在執(zhí)行 MOVX、 MOVC 指令時(shí)才起作用。如果是使用 AT89C51 的其他內(nèi)部有程序空間 的單片機(jī)時(shí)，此引腳接成高電平使程序運(yùn)行時(shí)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)程序指針 PC 值超過(guò)片內(nèi)程序存儲(chǔ)地址時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向內(nèi)部程序存儲(chǔ)器繼續(xù)運(yùn)行。外部不擴(kuò)展而單片機(jī)應(yīng)用時(shí)，則作為一般的雙向 I/O 口用。每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 8 個(gè) TTL 門(mén)電流； P3 口（ ～ ）是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口（準(zhǔn)雙向并行 I/O口），它還提供特殊功能，包括串行通信、外部終端控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或定入控制等功能，其特殊功能引腳分配如下： RXD 串行通信輸入 TXD 串行通信輸出 INTO 外部中斷 0 輸入，低電平有效； INTO 外部中斷 1 輸入，低 電平有效； T0 計(jì)數(shù)器 0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端； T1 計(jì)數(shù)器 1 外部事件計(jì)數(shù)輸入端； WR 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫(xiě)選通，低電平有效； RD 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀選通，低電平有效； 外圍存儲(chǔ)及其監(jiān)控電路模塊 X5045 是一種性能較高的可編程看門(mén)狗芯片，屬于片外看門(mén)狗芯片，不但有看門(mén)狗電路，而且還有存儲(chǔ)器，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，可以直接進(jìn)行復(fù)位。 圖 X5045 芯片引腳 該芯片內(nèi)控串行 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(xiě)周期至少有 100 萬(wàn)次，并且寫(xiě)好的數(shù)據(jù)能保存 100 年。 （ 2） SO：串行輸出， SO 是一個(gè)推／拉串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)在 SCK 脈沖的下降沿由這個(gè)引腳送出。 （ 6） RESET：復(fù)位輸出， RESET 是一個(gè)開(kāi)漏型輸出引腳，只要 Vcc 下降到最小允許 Vcc 值，這個(gè)引腳就會(huì)輸出高電平，一直到 Vcc 上升超過(guò)最小允許值之后200ms，同時(shí)它也受到看門(mén)狗定時(shí)器控制，只要看門(mén)狗處于激活狀態(tài)，并且 WDI引腳上電平保持為高或者為低超過(guò)了定時(shí)時(shí)間，就會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)， CS 引腳上的一個(gè)下降沿將會(huì)復(fù)位看門(mén)狗定時(shí)器，由于這是一個(gè)開(kāi)漏型的輸出引腳，所以在使用時(shí)候必須接上拉電阻。對(duì)沒(méi)有用到的 EPROM 和 RAM 區(qū)，一律寫(xiě)在 FFH 或者OOH，當(dāng) CPU 由于干擾“跑飛”到這些不用區(qū)域中時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生誤操作。 RS485 是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)展了 RS422 的性能，允許雙導(dǎo)線上 1 個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng) 32 個(gè)負(fù)載設(shè)備，同時(shí) RS485允許公用電話線網(wǎng)絡(luò)通信電路結(jié)構(gòu)在平衡連接兩端有終端電阻，在平衡電纜上掛發(fā)送器、接收器或者收發(fā)器。結(jié)構(gòu)引腳見(jiàn)圖 ①性能及特點(diǎn)： ◆單 +5V 電源供電； ◆低功耗，工作電流 120～ 50uA，靜態(tài)電流只有 300uA； ◆驅(qū)動(dòng)器有過(guò)載保護(hù)功能； ◆通信傳輸線上可掛 32 個(gè)收發(fā)器； ◆共模輸入電壓范圍 7V～ +12V； ◆ 8 引腳封裝，適用于半雙工通信； 圖 485 引腳 ②引腳描述： RO：接收器輸出端，若 A 端高于 B 端 200mv 以上， R0 為高，否則 R0 為低。 A：同相接收器輸入與同相驅(qū)動(dòng)器輸出。 將時(shí)鐘放在集中器上既可以滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)時(shí)間信息的基本要求，也不會(huì)給系統(tǒng)增加過(guò)多的負(fù)擔(dān)，當(dāng)需要進(jìn)行底度凍結(jié)時(shí)，集中器會(huì)發(fā)出廣播命令，連發(fā)數(shù)次后，再依次向各電表發(fā)送命令，這樣，所有電表收到命令的時(shí)間最 長(zhǎng)也可以控制在幾分鐘之內(nèi)，可以滿(mǎn)足電力部門(mén)的要求，當(dāng)平時(shí)運(yùn)行抄送命令時(shí)，集中器會(huì)每抄送一塊電表就加上當(dāng)時(shí)的時(shí)間信息。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單的采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅僅需要三個(gè) 口線： RST、 I/O、 SCLK 串行時(shí)鐘。同時(shí)，該芯片在與單片機(jī)相連時(shí)接口也非常簡(jiǎn)單。其電路圖連接如圖 所示： 圖 串口擴(kuò)展圖 分別控制了兩個(gè)輸入輸出引腳，形成了兩個(gè)完整的回路，一個(gè)完整數(shù)據(jù)向485 和網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送，另外一個(gè)連接 485 網(wǎng)絡(luò)和 MCU 內(nèi)核，完成采集模塊數(shù)據(jù)的上傳和 PC 機(jī)命令的下傳。功率計(jì)量部分包括 AD775分流器、分壓電流、基本電壓源、保護(hù)電路圖、光耦合器輸出電路。顯示數(shù)字亮度可由數(shù)字進(jìn)行控制，每位具有閃爍使能控制位。 主要的功能引 腳說(shuō)明 RET：復(fù)位引腳； LOAD：裝載數(shù)據(jù)輸入，當(dāng) LOAD 位高電平，串行輸入數(shù)據(jù)的最后 16 位被鎖定； DIN：串行數(shù)據(jù)輸入，在 CLK 的下降沿，數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部 16 位移位寄存器； CKL：時(shí)鐘輸入，最高頻率為 500KHz。 本章小結(jié) 在本章中詳細(xì)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設(shè)計(jì)，對(duì)其中各個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)都進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，這也是本設(shè)計(jì)中最基本的部分，在接下去的章節(jié)中，我們要對(duì)其硬件電路的軟件控制及其流程進(jìn)行詳 細(xì)的論述。因此，智能儀表的設(shè)計(jì)很大程度上可以說(shuō)是軟件的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)使用的方便性和靈活性主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的軟件設(shè)計(jì)上。由于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度越來(lái)越高，測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員很難在短時(shí)間內(nèi)就能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)理解得準(zhǔn)確無(wú)誤，軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試也不可能一揮而就，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)又要便于修改和完善。 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)就是采用上述模塊化設(shè)計(jì)方法。 。這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重要意義，對(duì)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)而言就更具有實(shí)際意義，其結(jié)果的準(zhǔn)確程度直接關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)的切身利益。近年來(lái)，由于硬件高度集成化和速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求較容易得到 滿(mǎn)足，特別是對(duì)于使用匯編語(yǔ)言編制的軟件。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 機(jī)發(fā)送命令到達(dá)的路徑 集中器主程序等待 PC 機(jī)發(fā)命令，當(dāng) PC 機(jī)發(fā)“電表清零”命令時(shí)，集中器先把存儲(chǔ)器的電量清零，再向采集器轉(zhuǎn)發(fā)“電表清零”的命令，當(dāng)采集器終端接收到這個(gè)命令時(shí)，采集器同樣先把采集器中的存儲(chǔ)器 電量清零，再向 DF 電表發(fā)“電表清零”命令，當(dāng) DF 電表接收到“清零命令”后，它把所有的電量清零，然后向采集器發(fā)“電表清零應(yīng)答信號(hào)”，當(dāng)采集器接收到 DF 電表的“電表清零應(yīng)答信號(hào)”后，它就知道了電表清零命令己經(jīng)接收到且已經(jīng)完成，這時(shí)，采集器就可以向集中器應(yīng)答了，集中器接收到后，它再把應(yīng)答命令轉(zhuǎn)發(fā)給 PC 機(jī)， PC 機(jī)就知道“電表清零”命令己經(jīng)完成。又要與紅外抄表器進(jìn)行通信，進(jìn)行能耗、參數(shù)的預(yù)置和抄??；還向 DF 多用戶(hù)電能表發(fā)命令，需要打開(kāi)向電表發(fā)送命令的通信使能端，轉(zhuǎn)發(fā)命令、等待接收 DF 電表的應(yīng)答，如不需要進(jìn)一步向電能表發(fā)送命令時(shí)則要做處理成功的標(biāo)志，這時(shí)采集器就可以向上一級(jí)集中器應(yīng) 答了。而且如果定時(shí)時(shí)間過(guò)短， 對(duì)儲(chǔ)存器的頻繁讀寫(xiě)、對(duì) CPU 的資源占用過(guò)多。且當(dāng)接收 PC 機(jī)命令成功時(shí)，在中斷中置接收 PC 機(jī)成功標(biāo)志。若成功，則調(diào)用向 PC 機(jī)應(yīng)答子程序。上電復(fù)位后進(jìn)入主程序，除了初始化程序和上電電量數(shù)據(jù)清零程序外，其他部分是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，電表的所有功能都在這個(gè)大的循環(huán)里面執(zhí)行，其整個(gè)程序流程如圖 所示。單片機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)區(qū)域的清零，如圖 所示。 圖 接收數(shù)據(jù)與通信程序 PC 機(jī)向數(shù)據(jù)采集發(fā)送不同的命令，包括設(shè)置參數(shù)，抄表數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)，設(shè)置戶(hù)號(hào)，電表數(shù)據(jù)清零等。依次循環(huán)，在等到最后一戶(hù)的電量的信息顯示完畢就對(duì)所有用戶(hù)的電量進(jìn)行合并顯示。當(dāng)然每個(gè)芯片元件部分的上電初始化工作也是十分重的，系統(tǒng)的軟復(fù)位，各個(gè)運(yùn)算的初始值的恢復(fù)、定時(shí)、串口的初始化、時(shí)鐘的設(shè)定、 及其顯示模塊等。 X5045 的各個(gè)引腳，注意 X5045 芯片與單片機(jī) CPU 引腳的連接關(guān)系。 單片機(jī)輸出一個(gè)字節(jié)，即等同于向 X5045 寫(xiě)入一個(gè)字節(jié) 。 在串行通信中，收發(fā)雙發(fā)對(duì)傳送的數(shù)據(jù)速率即波特率要有一定的約定。 在方式 2 中，波特率取決與 PCON 中的 SMOD 值，當(dāng) SMOD 0 時(shí)，波特率為fosc/64:當(dāng) SMOD l 時(shí)，波特率為 fosc/32。 其中 Tl 的溢出率取決于單片機(jī)定時(shí)器 Tl 的計(jì)數(shù)速率和定時(shí)器的預(yù)置值。為了避免溢出而產(chǎn)生不必要的終端，此時(shí)應(yīng)禁止 Tl 中斷。方式 1 所傳送的波特率取決于定時(shí)器 Tl 的溢出率和 PCON 中的 SMOD 位，將在下一小節(jié)討論。所以，方式 1 接收時(shí)，應(yīng)先用軟件清楚 RI 和 SM2 標(biāo)志。設(shè)置定時(shí)器 l 為方式 2 MOV TLI， OF3H 。允許串行口中斷 SETB ES LJMP MAIN 。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH DPH PUSH A MOVA， SBUF 。發(fā)送完，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POP DPH POP DPL SETB EA 。寫(xiě)保護(hù)位不能在多字節(jié)傳送模式下寫(xiě)入。把數(shù)據(jù)地址賦給 RO MOV XMIDAT， 00H 。命令字節(jié)為 SE MOV ByteCnt， X 。調(diào)用寫(xiě)入子程序 RET 。數(shù)據(jù)地址賦給 R0 MOV XmtDat， 00H 。多字節(jié)傳送模式 MOV RO， XmtDat 。 通信協(xié)議 計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊兩種方式。 RS 一 485 總線是工業(yè)應(yīng)用中非常成熟的技術(shù)，是現(xiàn)代通訊技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，采用 RS 一 485 總線設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)也是基于這些原因。本協(xié)議為主一從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。通信鏈路的建立與解除均由主站發(fā)出的信息幀來(lái)控制。其傳輸序列如圖 所示 圖 11 位的幀格式 幀是傳送信息的基 本單元。當(dāng)使用的地址碼長(zhǎng)度不足 6 字節(jié)時(shí)，用十六進(jìn)制 AAH 補(bǔ)足 6 字 節(jié)。讀數(shù)據(jù)時(shí) L≤ 200，寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí) L≤ 50， L 0表示無(wú)數(shù)據(jù)域。 16H:標(biāo)識(shí)一幀信息的結(jié)束，其值為 16H 00010110B。 受到命令幀后的響應(yīng)延遲 Td:20ms≤ Td≤ 500rns。 圖 穩(wěn)壓電源電路圖 本系統(tǒng)有如下幾組電源： +5V 供單片機(jī)；177。電能采集模塊使 用177。一般使用壽命為 15 年，所以此法是可行的。 軟件抗干擾設(shè)計(jì) 在提高硬件抗干擾能力的同時(shí)，軟件看干擾以其設(shè)計(jì)靈活，節(jié)省硬件投資，可靠性好越來(lái)越受到重視。 首先采用指令冗余的辦法，在程序出錯(cuò)時(shí)，便可以自動(dòng)納入正軌。另外，電表在校驗(yàn)時(shí)要經(jīng)歷慢 上下電的考驗(yàn)。只有程序正常一步一步運(yùn)行，口令才會(huì)逐一被賦予正確的值到最后寫(xiě)入時(shí)再判斷所有口令是否正確。當(dāng)由于干擾使微處