【正文】 另外，電表在校驗時要經(jīng)歷慢 上下電的考驗。電能采集模塊使 用177。讀數(shù)據(jù)時 L≤ 200，寫數(shù)據(jù)時 L≤ 50， L 0表示無數(shù)據(jù)域。本協(xié)議為主一從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。數(shù)據(jù)地址賦給 R0 MOV XmtDat， 00H 。寫保護位不能在多字節(jié)傳送模式下寫入。設(shè)置定時器 l 為方式 2 MOV TLI， OF3H 。 其中 Tl 的溢出率取決于單片機定時器 Tl 的計數(shù)速率和定時器的預(yù)置值。 X5045 的各個引腳，注意 X5045 芯片與單片機 CPU 引腳的連接關(guān)系。單片機存儲系統(tǒng)中的存儲區(qū)域的清零，如圖 所示。而且如果定時時間過短， 對儲存器的頻繁讀寫、對 CPU 的資源占用過多。這對整個系統(tǒng)具有重要意義，對遠程抄表系統(tǒng)而言就更具有實際意義，其結(jié)果的準確程度直接關(guān)系到千家萬戶的切身利益。因此，智能儀表的設(shè)計很大程度上可以說是軟件的設(shè)計，系統(tǒng)使用的方便性和靈活性主要體現(xiàn)在計算機的軟件設(shè)計上。功率計量部分包括 AD775分流器、分壓電流、基本電壓源、保護電路圖、光耦合器輸出電路。 將時鐘放在集中器上既可以滿足系統(tǒng)對時間信息的基本要求，也不會給系統(tǒng)增加過多的負擔，當需要進行底度凍結(jié)時，集中器會發(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間最 長也可以控制在幾分鐘之內(nèi)，可以滿足電力部門的要求，當平時運行抄送命令時，集中器會每抄送一塊電表就加上當時的時間信息。對沒有用到的 EPROM 和 RAM 區(qū)，一律寫在 FFH 或者OOH，當 CPU 由于干擾“跑飛”到這些不用區(qū)域中時，不會產(chǎn)生誤操作。每一個引腳可以推動 8 個 TTL 門電流； P3 口（ ～ ）是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口（準雙向并行 I/O口），它還提供特殊功能，包括串行通信、外部終端控制、計時計數(shù)控制及外部隨機存儲器內(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 計數(shù)器 0 外部事件計數(shù)輸入端； T1 計數(shù)器 1 外部事件計數(shù)輸入端； WR 外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效； RD 外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效； 外圍存儲及其監(jiān)控電路模塊 X5045 是一種性能較高的可編程看門狗芯片，屬于片外看門狗芯片，不但有看門狗電路，而且還有存儲器，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，可以直接進行復位。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。整體結(jié)構(gòu)如圖 所示。 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(shè)計要求；且電表聯(lián)網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)對實時性要求不高，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。 實際的系統(tǒng)中，處于對成本的考慮和實際使用情況，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還有一些其他的變化。其中，二級采集器由于采集遠傳基表的能耗信息而被稱之為采集器。 國內(nèi)外發(fā)展狀況 近年來，智能抄表技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)運而生，國 內(nèi)外許多國家正在大力發(fā)展開發(fā)電能智能抄表系統(tǒng)的研制工作。 RS485 目錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 課題的提出和意義 2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 課題可行性論證結(jié)論 2 本文所要完成的主要工作 3 本章小結(jié) 3 第 2 章 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 系統(tǒng)組成 4 通信標準的選擇 4 系統(tǒng)總體方案確定 5 本章小結(jié) 6 第 3 章 抄表系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 抄表系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 7 抄表系統(tǒng)的各硬件模塊的設(shè)計 7 的選型 7 儲及其監(jiān)控電路模塊 10 輸模塊 13 塊 15 展 17 采集和計數(shù)模塊 19 路 20 本章小結(jié) 21 第 4 章 抄表系統(tǒng)軟件設(shè)計 22 軟件設(shè)計的基本原則 22 系統(tǒng)軟件設(shè)計 23 機發(fā)送命令到達的路徑 23 表主程序的設(shè)計 24 序的設(shè)計 25 軟件初始化 31 始化 31 信設(shè)計 32 件程序操作 34 通信協(xié)議 35 式 36 38 39 本章小結(jié) 39 第 5 章 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 40 硬件抗干擾設(shè)計 40 源的考慮 40 EPROM 的選擇 41 電隔離技術(shù) 41 軟件抗干擾設(shè)計 41 程序出錯時能自動納入正軌 41 施保證數(shù)據(jù)寫入的可靠性 41 置 I/O 口狀態(tài) 42 動技術(shù) 42 “看門狗”電路 42 本章小結(jié) 43 結(jié)束語 44 參考文獻 45 致謝 46 第 1 章 緒論 本文的研究課題是電表自動抄表系統(tǒng)，本章主要說明課題設(shè)計的背景和實際意義，介紹了在抄表領(lǐng)域國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和未來趨勢，提出所要進行的設(shè)計內(nèi)容和任務(wù)，同 時對全文的章節(jié)架構(gòu)進行闡述。本文針對目前居民小區(qū)的電能計量中實際存在的各種問題，設(shè)計了一種實用的遠程自動抄表系統(tǒng)。因而使得電費、水費、暖氣費、煤氣費的漏抄 、欠收、漏收嚴重，實際收費往往遠低于統(tǒng)計值，費用流失嚴重。 在國內(nèi)，雖然我國對智能抄表技術(shù)的研究起步較晚，但是發(fā)展速度很快。 本文所完成的主要工作 針對目前電表聯(lián)網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀和存在的問題，結(jié)合本課題的設(shè)計任務(wù)和技術(shù)要求 [2]，本文主要解決以下幾個方面的問題： 程抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計，達到如下功能或性能： （ 1）能耗抄?。簲?shù)據(jù)采集器正確采集電量信息，存儲在采集器中；自動定時地對 DF 電表進行抄表，將抄得的數(shù)據(jù)存儲在集中器中；能通過紅外抄表器抄取集中器中的能耗數(shù)據(jù)；集中器自動定時地對采集器進行抄表，將抄表的數(shù)據(jù)存儲在集中器中；上位機可以遠程獲取用戶的各類能耗信息。如果通信距離要求太高的話，可以采用電話線公網(wǎng)或者無線 GPS等方式來進行通信。一方面，隨著目前遠傳基表市場的日趨成熟和科學技術(shù)的不斷完善進步，國內(nèi)市場已出現(xiàn)許多能夠生產(chǎn)符合國家計量標準的遠傳基表專業(yè)廠家。 抄表系統(tǒng)的各功能模塊設(shè)計 這是整個抄表部分的核心 部分，由圖 可知，主要由 CPU（ MCU）、時鐘模塊、電能采集和計數(shù)模塊、顯示模塊、串口擴展模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)控模塊等組成。另外，該引腳被略微拉高。 ◆可選時間的看門狗定時器； ◆ Vcc 的降壓檢測和復位檢測； ◆五種標準的開始復位電壓； ◆使用特定的編程順序即可對低壓電壓檢測和復位開始電壓進行編程； ◆復位電壓可以低至 Vcc 1V； ◆省電特性：在看門 狗打開時，電流小于 50uA；在看門狗關(guān)閉時，電流小于 10uA；在讀操作時候，電流小于 2mA； ◆具有數(shù)據(jù)的塊保護功能，可以保護 1/4,1/2 全部的 EEPROM，當然也可以設(shè)置不保護狀態(tài)；用指令允許寫操作寫保護引腳；時鐘可達 ； ◆短的編程時間， 16 字節(jié)的頁寫模式，寫時器件內(nèi)部自動完成，典型的器件寫周期 5ms. 圖 X5045 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖 本器件將四種功能融為一體，上電復位控制，看門狗定時器，降壓管理以及具有模塊功能的串行 EEPROM，有助于簡化系統(tǒng)的設(shè)計，減少印制板的占 用面積，提高可靠性。所以這里，我們考慮采用 RS485 串行標準來完成采集模塊到上位機的數(shù)據(jù)傳輸問題。 芯片功能介紹 ◆實時時鐘具有計算 2100 年之前的年、月、周、日、時、分、秒的能力，同時還有閏年的調(diào)整能力； ◆ 31 8 位暫存數(shù)據(jù)儲存 RAM； ◆串行 I/O 方式使得管腳數(shù)量最少； ◆寬范圍工作電壓： ～ ； ◆工作電流： 時，小于 300uA； ◆讀寫時鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時，有兩種傳輸方式：單字節(jié)傳送或者多字節(jié)傳送； ◆ 8 腳 DIP 封裝或可先 8 腳 SOIC 封裝； ◆簡單的 3 線接口，與 TTL 兼容（ Vcc 5V）； ◆可選擇的工作溫度范圍較廣： 40～ +85 攝氏度； 引腳及其電路連接 DS1302 引腳及其電路連接圖分 ◆ X X2 接標準的 的晶振引腳； ◆ GND：接地端； ◆ SCLK：串行時鐘， RST 復位引腳， I/O 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳； ◆ Vcc Vcc2：電源供電管引腳； 圖 DS1302 引腳圖 圖 DS1302 電路連接圖 擴展 在采集模塊和網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備之間有一個中間設(shè)備，讓它具有承上啟下的功能，一是接受采集模塊的數(shù)據(jù)，另外把從采集模塊中的數(shù)據(jù)接收后發(fā)送上傳到網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，從而讓網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備自動完成數(shù)據(jù)的 上網(wǎng)發(fā)送。當引腳 CON 13 腳 置高電平，可禁止所有顯示，達到降低功耗的效果，但同時并不影響對控制寄存器的修改。在軟件的設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計就是最好的設(shè)計方法之一，這種設(shè)計方法是由整體到局部，再由局部到細節(jié) 。 。在主程序中，當檢測到這個標志時，調(diào)用相應(yīng)子程序。這樣數(shù)據(jù)的采集就需要一個個的去看 PC 機發(fā)送的什么命令，根據(jù)命令的不同來分支一步一步的處理，如圖 所示。單片機輸入一個字節(jié)即等同于從 X5045 讀出一個字節(jié)。溢出周期為 :12?? 256?X /fosc溢出率為溢出周期的倒數(shù)，所以 CPU 通過中斷方式接收 PC 機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并回送。轉(zhuǎn)主程序 主程序略 ?? INTS: CLR EA 。調(diào)用寫數(shù)據(jù)子程序 ACALL SendByte 。數(shù)據(jù)地址賦給 RO MOV XmtDat， 80h 。每幀起始符、從站地址域、控制碼、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域、幀信息縱向校驗碼及幀結(jié)束符等 7 個部分組成，每部分由若干字節(jié)組成。 在發(fā)送幀信息之前，先發(fā)送 1～ 4 個字節(jié) FEH，以喚醒接收方。 電隔離技術(shù) 光電隔離技術(shù)是通過光電耦合器將信號輸入通道或信號輸出通道與中央處理單元進行隔離 ,光電耦合器將輸入信號通過內(nèi)部發(fā)光二極管變成光信號 ,然后再由內(nèi)部光敏三極管轉(zhuǎn)變成電信號 ,將輸入均輸出完全實現(xiàn)了電隔離 ,因而也就完全隔離了輸入和輸出間的各種干擾。若正確，寫入；否則退出。所以，針 對以上兩種情況，分別采取不同的方法解決。 本章小結(jié) 本章詳細介紹了在整個底層硬件的基礎(chǔ)上，為了能夠正確實現(xiàn)遠程抄表，必要的軟件流程，并且對相應(yīng)的硬件芯片中的驅(qū)動程序也給出了詳細的說明同時定義了系統(tǒng)的通信協(xié)議。地址長度可達12 位十進制數(shù)，可以為表號、資產(chǎn)號、用戶號、設(shè)備號等。本系統(tǒng)在采集器與集中器、集中器與上位機之間的通信都采用 RS 一 485 總線方式設(shè)計。數(shù)據(jù)內(nèi)容為 80h 禁止寫入 ACALL Send_Byte 。等待發(fā)送 CLR TI PO PA 。否則信息將丟失。 0 和方式 2 在方式 0 中，波特率 為時鐘頻率的 1/12，即 fosc/12，固定不變。 圖 數(shù)據(jù)傳送子程序 軟件初使化設(shè)計 以上給出了系統(tǒng)中所涉及到的子程序流程框架，顯然每個部分的正確運行對整個系統(tǒng)的性能的調(diào)試起到至關(guān)重要的作用。它是整個電表的設(shè)計主線。 在采集器中，采集器既要接收集中器轉(zhuǎn)發(fā)的命令、進行處理，又要進行能耗、參數(shù)的預(yù)置和抄取，進行預(yù)置時要寫入存儲器，抄取時要讀取存儲器 。即使有問題也可以根據(jù)問題的種類和現(xiàn)象來進一步判斷是哪一部分出了問題，也為系統(tǒng)功能的擴充和移植提供了很大的方便。 圖 顯示電路連接圖 工作原理 DIN 是串行數(shù)據(jù)的輸入端，在 CLK 上升沿，一位數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部 16 位寄存 器中， CKL 的最高時鐘頻率可達 500KHz，在輸入時鐘信號的每上上升沿均有一位數(shù)據(jù)由 DIN 移入到內(nèi)部寄存器中 LOAD 來卸載數(shù)據(jù)，在 LOAD 上升沿， 16 位串行數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)字或控制器中， LOAD必須在 16個時鐘上升沿的同時或者之后，在下一個時鐘上升沿到來之前變高，否則數(shù)據(jù)將會丟失。 SP2338 有兩根發(fā)送地址線，兩根接收地址線，用以選擇發(fā)送串口和接收串口。 B：反相接收器輸入與反相驅(qū)動器輸出。 （ 5） SCK：串行時鐘，串行時鐘的上升沿時通過 SI 引腳進行數(shù)據(jù)的輸入，下降沿通過 SO 引腳進行數(shù)據(jù)輸 出。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次 PSEN 信號，在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時，不產(chǎn)生 PSEN 信號，在訪問外部數(shù) 據(jù)時，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號； （ 9） P0、 P P P3 口 P0 口（ ～ ）是一個 8 位漏極開路雙向 I/O 端口，當訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用。 芯片主要引腳介紹 [9][10] 圖 AT89C51 外形引腳 （ 1） VCC： AT89C51 電源正極輸入，接＋５ V 電壓； （ 2） GND：電源接地端； （ 3） XTAL1：接外部晶振的一個引腳。且兩級分布式測控系統(tǒng)擴大了系統(tǒng)的應(yīng)用能力同時也增加了管理者的管理能力，對系統(tǒng)推廣和應(yīng)用而言更趨于合理 [7]。 因此， EIA 制定了