【正文】 5 1 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(duì)電流和電壓信號(hào)的采樣，產(chǎn)生功率脈沖功能。這個(gè)頻率是對(duì)有功功率信號(hào)經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)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(guò)程是隱含在數(shù) 字 —頻率轉(zhuǎn)換中完成的。 41?F 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。 15 腳背光正極 12345678910111213141516V S SV C CV0RSR /39。 第 5 腳： RW 為讀寫(xiě)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(xiě)操作。 U1 為差動(dòng)輸入電壓的有效值 (V)。電流通道和電壓通道的信號(hào)經(jīng)放大器放大后，通過(guò) 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、 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 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. 表 傳輸函數(shù)與通道增益框圖 S1 SO FlF4 G1 GO GAIN 0 0 0 0 1 0 1 0 1 2 1 0 1 0 8 1 1 1 1 16 (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。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(guò) AM/PM來(lái)決定采用什么時(shí)制。 ② MAX232 芯片及其接口電路 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) MAX232 芯片是由 MAXIM 公司生產(chǎn)，包含了 2 路接收器和驅(qū)動(dòng)器的芯片，適用于各種 EIA232C 和 的通信接口。 “數(shù)據(jù)終端就緒 ”和 “數(shù)據(jù)設(shè)備就緒 ”兩根線也是交叉相連，使得兩臺(tái)設(shè)備都能檢測(cè)出對(duì)方是否已經(jīng)準(zhǔn)備好。 RS232C 規(guī)定的邏輯電平與一般的微處理器、單片機(jī)的邏輯電平不一樣 ,在實(shí)際的運(yùn)用中把微處理器和單片機(jī)的信號(hào)電平 (TTL)轉(zhuǎn)換成為 RS232C 的電 平，或者對(duì)兩者進(jìn)行逆轉(zhuǎn)換，這兩種電平的轉(zhuǎn)換由專(zhuān)門(mén) 的電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)。2)抗干擾能力。 (1)串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口 標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口主要有以下幾類(lèi) : RS232C,RS232E。 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。時(shí)鐘可達(dá) 。 ② VCC 的降壓檢測(cè)和復(fù)位控制 。 P2 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/O 口 )，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高 8 位地址。如果是使用AT89C51 或其它內(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)程序儲(chǔ)存地址 (如 8051/8751/89C51 的 PC 超過(guò) OFFF 均時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序儲(chǔ)存器繼續(xù)運(yùn)行。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放 大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 ⑤ 芯片有 2 個(gè)十六位定時(shí)器 (計(jì)數(shù)器 )。隨時(shí)抄，指在某種特殊的情況下，需要單獨(dú)的對(duì)某個(gè)用戶(hù)進(jìn)行復(fù)查等。在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確性的因素是脈沖信號(hào)是否有效。包括抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì) ,抄表系統(tǒng)主要用來(lái)完成對(duì)電量的采集和計(jì)量工作以及與上位機(jī)（ PC）之間進(jìn)行通訊。 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)構(gòu)成 圖 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的組成 (1)如圖 所示的自動(dòng)抄表系統(tǒng)體系。在這種情況下，傳統(tǒng)的管理模式暴露出種種弊端 ：一方面，由于用量管理內(nèi)容多，要處理的數(shù)據(jù)量大，從用戶(hù)建立到正常用量后抄表數(shù)據(jù)的記錄，存儲(chǔ)，統(tǒng)計(jì)，分析查找都十分繁瑣和困難。該標(biāo)準(zhǔn)采用集成電路，在一對(duì)平衡的互聯(lián)電纜上傳送差分信號(hào)，在接收端用差分接收器進(jìn)行信號(hào)判決。當(dāng)前市場(chǎng)上應(yīng)用于電力線上的調(diào)制解調(diào)器一般是基于移頻鍵控 (FSK)調(diào)制方式，由于傳輸速率低 (一般不超過(guò) 2400bs)，而且抗 干 擾性能差、傳輸距離短，所以基本上是已經(jīng)被淘汰，而被廣泛使用的是擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器。還有大量的用電設(shè)備釋放出干擾，而這些干擾的瞬動(dòng)頻率、周期、相位、變化很大 ，即產(chǎn)生連續(xù)變化的 干 擾 。 首先，低壓電力線信號(hào)特性決定了電力載波傳輸?shù)膹?fù) 雜性。常用的模式有低壓電力線載波通信、 RS485 網(wǎng)等。主機(jī)對(duì)集中器的呼叫主要通過(guò)撥號(hào)由交換機(jī)自動(dòng)完成。在這種方式下，信道的通信數(shù)據(jù)量較大，要求有一定的傳輸速率和帶寬。 信息化社會(huì)在逐步改變?nèi)藗兊纳罘绞脚c工作習(xí)慣的同時(shí) ,也對(duì)一些傳統(tǒng)的理念提出了挑戰(zhàn)。 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力部門(mén)。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 AT89C51 singlechip microputer 。在硬件上對(duì) 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。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I 頁(yè) 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。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。 RS2485 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 III 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)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： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 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(guó)家有關(guān)部門(mén)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。隨著公用事業(yè)部門(mén)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(lái)在國(guó)內(nèi)外取得了迅猛的發(fā)展。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。根據(jù)信道的介質(zhì)可以分為光纖、電話線和無(wú)線三種模式。 (3)無(wú)線通信網(wǎng) 利用 無(wú)線電波進(jìn)行無(wú)線通信，對(duì)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。 (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(wú)疑是非常經(jīng)濟(jì)的方案。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(wèn)題。高壓開(kāi)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(cè)性，能量高，頻譜寬等。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(jiǎn)化為調(diào)制和擴(kuò)頻兩個(gè)模塊。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) 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 1OMHZ。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(duì)家居環(huán)境提出了越來(lái)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(lái)越不能滿(mǎn)足人們的需求。其中每個(gè)采集器要采集十幾戶(hù)到二十幾戶(hù)的電表脈沖，處理后變成抄表數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊衅髦?。在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了盡量減少硬件設(shè)施，降低功耗，簡(jiǎn)化電路，選用了功能強(qiáng)大的芯片。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^(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)。在兩種模式下，對(duì)沒(méi)有反應(yīng)的 PC 機(jī)做備份，并 警告 等 。 ⑥ 共有 6 個(gè)中斷源， 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。它采用外部振蕩時(shí)，該引腳應(yīng)接地 。此外，在程序代碼燒錄至 8951內(nèi)部 內(nèi)部 FLASH 時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入提供編程電壓 (AT89C51 為12V)。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作為一般雙向 I/0 口用。 ③ 五種標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)始復(fù)位電壓 。 ⑧ 短的編程時(shí)間， 16 字節(jié)的頁(yè)寫(xiě)模式，寫(xiě)時(shí)由器件內(nèi)部自動(dòng)完成，典型的器件寫(xiě)周期 5ms. 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 圖 X5405 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖 (2)功能及其引腳描述 本器件將四種功能容為一體，上電復(fù)位控制，看門(mén)狗定時(shí)器，降壓管理以及具有模塊功能的串行 EEPROM，有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少印制板的占用面積，提高可靠性。 (3)X5045 的電路連接如圖 中的看門(mén)狗對(duì)系統(tǒng)提供保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過(guò)設(shè)置時(shí)間時(shí)，電路中的看門(mén)狗將通過(guò) RESET 信號(hào)向 CPU 做出反應(yīng)。RS449(RS422,RS423,RS485)。 ① 通信速度和通信距離 通常標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣特性都有滿(mǎn)足可靠性傳輸?shù)淖畲缶嚯x和最大傳輸速度的指標(biāo)，但這兩個(gè)指標(biāo)之間具有相關(guān)性，適當(dāng)?shù)慕档屯ㄐ潘俣?，可提高傳輸距離，反之亦然。 ② RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)連接系統(tǒng)用 RS232C 連接系統(tǒng)時(shí)，有近程通信方式和遠(yuǎn)程通信方式之分，近程通信 是指距離小于 15 米的通信，這時(shí)用 RS232C 電纜直接連接。 2)相比前一種具有更好的硬件握手功能，它們的 “請(qǐng)求發(fā)送端 (RTS)”與自己的 “清除發(fā)送端 (CTS)”，使得當(dāng)設(shè)備向?qū)Ψ桨l(fā)送請(qǐng)求時(shí)，隨即通過(guò)自己的 “清除發(fā)送端 ”表示對(duì)方已經(jīng)響應(yīng)。 MfAX232 內(nèi)部有一個(gè)電源變 壓器 ， 把輸入的 +5V 電壓轉(zhuǎn)換成為 RS232C 輸出電平所需的 177。 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 :1)RSTT,2)I/O,3)SCLK 串行時(shí)鐘。 AD7755 產(chǎn)生的輸出頻率與兩個(gè)電壓信號(hào)乘積的平均值成正比。 U2 為差動(dòng)輸入電壓的有效值 (V)。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 UREF 為基準(zhǔn)電壓 ( 土 %)(V)。再將這個(gè)有功功率進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換為頻率，以低電平有效的方式從 Fl和 F2 輸出。 ② 31*8 位暫存數(shù)據(jù)儲(chǔ)存 RAM ③ 串行 UO 口方式使得管腳數(shù)量最少 ④ 寬范圍工作電壓 : ⑤ 工作電流 : 時(shí)候，小于 300mA ⑥ 讀寫(xiě)時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時(shí)，有兩種傳輸方式 :單字節(jié)傳送或者多字節(jié)傳送。對(duì)于沒(méi)有士 12V 電源的場(chǎng)合的實(shí)用性更強(qiáng)，且其價(jià)格適中，硬件接口電路的簡(jiǎn)單，都被廣泛的應(yīng)用。 3)最簡(jiǎn)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(duì)接，其他的信號(hào)懸空不用。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。 ② 抗干擾能力 通常選擇的標(biāo)準(zhǔn)接口，在保證不超過(guò)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，并采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施 .例如在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，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(duì)噪聲的敏感程度。 USB 通信接口。 X5045 儲(chǔ)存器與 CPU 可以通過(guò)串行通信方式接口，共有 5k 字位，來(lái)儲(chǔ)存抄表數(shù)據(jù)?？撮T(mén)狗輸入，在看門(mén)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(mén)狗定時(shí)器。 ⑥ 省電特性 :在 看門(mén)狗打開(kāi)時(shí)，電流小于 50uA。 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) P3 口 ()是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 口 (準(zhǔn)雙向并行 I/0 口 )，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、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?qū)懭肟刂频裙δ?，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 INT1 外部中斷 1 輸入，低電平有效 TO 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 P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 0P 1 5P 1 4P 1 3P 2 5P 2 6P 2 7P 1 0P