【正文】 新的接口標(biāo) 準(zhǔn) RS485，它能支持一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信， RS485電氣標(biāo)準(zhǔn)與 RS422 完全一樣，只是 RS485 工作于半雙工方式。這層由各種工作站、庫服務(wù)器等計算機(jī)設(shè)備組成，其中配備管理軟件，實現(xiàn)如讀取數(shù)據(jù)、統(tǒng)計用電情況等功能。 課 題可行性論證結(jié)論 本課題針對目前居民小區(qū)能耗計量實際現(xiàn)狀，以及能耗計量的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和網(wǎng)等問題而設(shè)計的電表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。抄表操作人員的工作條件差、效率低、勞動強(qiáng)度大，而現(xiàn)行的抄表收費(fèi)大多是人工抄表、人工收費(fèi)、手工結(jié)算，這難以適應(yīng)企業(yè)管理信息化的形式要求。同時，本文還對系統(tǒng)中的干擾問題進(jìn)行了深入細(xì)致的分析，并在硬件和軟件上擔(dān)出了有效的抗干擾技術(shù)。在軟件上對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、通信、顯示子程序、校驗子程序等做了詳細(xì)的說明。 。系統(tǒng)功能逐步完善，除抄表外，還具有線損統(tǒng)計、用電考核、遠(yuǎn)程控制、自動收費(fèi)并與銀行聯(lián)網(wǎng)等。 第 2 章 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)組成 自動抄表系統(tǒng)是一個完整的通訊檢測控制體系，最上層是計算機(jī)管理層。 我們知道， RS232 和 RS422 有一個顯著特點(diǎn)，即 RS232 接口與 RS422 接口通常吸用于點(diǎn)對點(diǎn)通信系統(tǒng)中，若系統(tǒng)中需要相互通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)超過兩個時，他們都無法直接滿足要求。一方面，這便于系統(tǒng)的綜合布線和擴(kuò)充，也便于迅速發(fā)現(xiàn)和排除故障，同時，兩級分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也更有利于用戶能耗數(shù)據(jù)的可靠存儲，大大提高系統(tǒng)的帶載能力；另一方 面，兩級分布式測控系統(tǒng)還便于系統(tǒng)的靈活運(yùn)用和組合，更能滿足小區(qū)建設(shè)規(guī)模大中小的變化要求?？臻e工作模式和掉電保護(hù)模式可以保證 CPU 工作在低功耗的狀態(tài)下，內(nèi)部的 RAM 的數(shù)據(jù)不會丟失。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。 （ 4） SI：串行輸入， SI 是串行數(shù)據(jù)輸入端，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過這個引腳進(jìn)行輸入，在 SCK 脈沖的上升沿時進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入，并且高位 WSB 在前。 DI：驅(qū)動器輸入， DI 為低將迫使輸出為低，若 DI 為高 將迫使輸出為高。母串口與需要擴(kuò)展的 51 單片 機(jī)的串口相連，子串口與其他串口設(shè)備相連，這樣就實現(xiàn) 只有一個串口的單片機(jī)可與三個串口設(shè)備相連。 PS7219 的 SA～ SG、 SDP端連接到各 LED 數(shù)碼管對應(yīng)的 a 一 f 及 dP 端， DIG0～ DIG8 分別接 8 位 LED 數(shù)碼管共陰極，以實現(xiàn)位選，如圖 所示。如果每個子程序都能單獨(dú)運(yùn)行，那么，像搭積木一樣，把他們聯(lián)合起來的時候，只要安排恰當(dāng)，一般來說不會有太大的問題。 在集中器中，一方面要接收 PC 發(fā)來的命令、進(jìn)行處理，或向存儲器讀取能耗、參數(shù)，或向存儲器寫入能耗、參數(shù)，另一方面還 要根據(jù)情況把這個命令繼續(xù)向其下一級站點(diǎn)的采集器轉(zhuǎn)發(fā)，然后再等待接收采集器發(fā)來的應(yīng)答命令，當(dāng)采集器應(yīng)答成功時，集中器就可以向 PC 機(jī)發(fā)應(yīng)答命令了。 AT89C51 的主程序大部分是調(diào)用相應(yīng)的子程序來實現(xiàn)電能脈沖的采集，分時段顯示，通信功能的。 圖 顯示子程序 在數(shù)據(jù)采集模塊完成數(shù)據(jù)采集后，要有 MCU 主機(jī)關(guān)閉傳送給網(wǎng)絡(luò)的上行通道，并且將數(shù)據(jù)采集模塊中的數(shù)據(jù)上傳并保存，這個部分是關(guān)系到整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的一個重要方面，所以他的程序設(shè)計也顯得十分重要，流程如圖 所示。其中方式 0 和方式 2 的波特率是固定的，方式 1 和方式 3 的波特率可變，由定時器 Tl 的溢出率決定，下面加以分析。當(dāng) RI 0 且停止位為 1 或 SM2 0時，停止位進(jìn)入 RB8 位，同時置終端標(biāo)志 Rl。將數(shù) 據(jù)回送給 PC 機(jī) WAIT： JINBTI， WAIT 。將數(shù)據(jù)地址賦給 RO MOV XmtDat， 80 。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。 表 信息幀格式 說明 代碼 幀起始符 68H 地址符 A0 A1 A2 A3 A4 A5 幀起始符 68H 控制碼 C 數(shù)據(jù)長度域 L 數(shù)據(jù)域 DATA 校驗碼 CS 結(jié)束符 16H 幀起始符號 68H：標(biāo)識一幀信息的開始，其值為 68H 01101000B 地址域 A0～ A5：地址域由 6 個字節(jié)構(gòu)成每字節(jié) 2 位 BCD 碼。 字節(jié)校驗為偶校驗，幀校驗為縱向 信息校驗和，接收方檢測到偶校驗出錯或縱向信息校驗和出錯，均放棄該信息幀，不予響應(yīng)。因為 MCS51 系列指令二字節(jié)、三字節(jié)指令較多，若運(yùn)行至程序區(qū)，將操作數(shù)當(dāng)成操作碼執(zhí)行，便會引起混亂；若跳到非程序區(qū)，很可能陷入某種循環(huán)不能出來。寫入完成，口令清除。它通過 光信號實現(xiàn)了有用信號的正常傳輸 ,是一種很好的抗干擾措施 ,因而得到了廣泛的應(yīng)用。 所有數(shù)據(jù)項均先傳送低位字節(jié)，后傳送高位字節(jié)。 式 每字節(jié)含 8 位二進(jìn)制碼，傳輸時加上一個起始位 0 、一個偶校驗位和一個停止位 1 ，共 n 位。數(shù)據(jù)內(nèi)容為 80H 振蕩器停止 ACALL send_Byte 。調(diào)用寫數(shù)據(jù)子程序 RET 。關(guān)中斷 CLR RI 。單片機(jī)串行口工作在方式 1，晶振為 6MHz，波特率 2400，定時器 Tl 按方式 2 工作，經(jīng)計算定時器預(yù)置值為 0F3H， SMOD 1. 工作在方式 1 時，串行口為波特率可調(diào)的 11 位通用異步接口 USART，發(fā)送或接收一幀信息，包括 1 位起始位 0， 8 為數(shù)據(jù)位和 1 位停止位 1. 可參見圖 ?發(fā)送 發(fā)送時，數(shù)據(jù)從 TXD 輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 后，啟動發(fā)送器發(fā)送。注意在進(jìn)行讀寫 操作的時候要控制X5045 芯片的 SCK 位和 CS 位的標(biāo)志。 圖 數(shù)據(jù)采集子程序 由于 AD7755 是脈沖計數(shù)能量，程序中 判斷脈沖的下降沿來時，進(jìn)行脈沖計數(shù)，當(dāng)各個用戶的脈沖數(shù)大于 160 時，該用戶的電量的存儲區(qū)內(nèi)自動的增加 度，電量的累計值儲存進(jìn)入用戶的電量儲存區(qū)內(nèi)，其脈沖采集的流程如圖 所示。 這時主程序處于延時等待的狀態(tài)，當(dāng)處理成功之后，調(diào)用集中器向 PC 機(jī)應(yīng)答子程序 。它是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，該要求有兩層意義 :第一是運(yùn)行參數(shù)環(huán)境改變時，軟件能可靠地運(yùn)行并給出正確的結(jié)果，即要求軟件具有自適應(yīng)性 。先考慮整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個目標(biāo)逐步分解成一個個任務(wù)，任務(wù)又可以進(jìn)一步分解成若干個子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分、逐個實 現(xiàn)。 PS7219 還有一個掉電模式、一個允許用戶從 1位數(shù)顯示到 8位數(shù)顯示選擇的掃描界限寄存器和一個強(qiáng)迫所有 LED接通的測試模式。采集模塊的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送都是通過串口來實現(xiàn)的，而 AT89C51 只有一個串口，為了不至于使接收和發(fā)送沖突，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)的走向選擇，也叫做串口擴(kuò)展。 RS485 是一種電氣標(biāo)準(zhǔn)，與 TTL 標(biāo)準(zhǔn)完全不同，單片機(jī)與 RS485 之間必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以采用分立元件或集成電路專用芯片完成，本設(shè)計采用 485 芯片。 （ 1） CS/WDI：芯片選擇輸入，當(dāng) CS 是高電平時，芯片未選中，并將 SO 置為高阻態(tài)，器件處于標(biāo)準(zhǔn)的功耗模式，除非一個向非易失單元寫的周期開始，在CS 是高電平時，將 CS 拉低使器件處于選擇狀態(tài)，器件將處于工作功耗狀態(tài)，在上電后任何操作之前， CS 必須有一個高變低的過程。如果處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。每一個部分的正確選擇與設(shè)計、及電路的連接對該系統(tǒng)的硬件電路而言是十分重要的。另一方面，傳輸網(wǎng)絡(luò)目前一般采用 RS485 或LonWorks 技術(shù)來構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺，其技術(shù)本身也是完全成熟的，只要能 正確的組網(wǎng)、進(jìn)行相應(yīng)的軟件開發(fā)并制定出完善的通信協(xié)議就能確保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。 在通信方式中，大多數(shù)采用串行通信方式。 （ 2）參數(shù)設(shè)置：上位機(jī)可對集中器、采集器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，可對用戶的電量進(jìn)行設(shè)置，并可以根據(jù)電表信息對采集器進(jìn)行設(shè)定。目前，國內(nèi)生產(chǎn)智能抄表的廠家超過 150 家。 。該系統(tǒng)具有成本低廉、計量準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定 可靠和系統(tǒng)安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。 AT89C51。因此，多用戶電表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的研究生就顯得十分迫切。 系統(tǒng)充分考慮到現(xiàn)場總線通信標(biāo)準(zhǔn)對傳輸距離和波特率的限制，兼顧了系統(tǒng)的帶載能力，同時也為提高遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的可靠性，在各種遠(yuǎn)傳基表與上位微機(jī)之間，系統(tǒng)采用了兩級采集器的結(jié)構(gòu)形式。 最底層是電表層，由各種電度表組成，主要完成能耗計量。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)總線的特點(diǎn)是：抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)，在采用雙絞線，不用 Modem 的情況下，在 100Kbps 的傳輸速率時可傳送 1200m，若速率為 960Kbps 時，可以傳送 1500m，甚至更遠(yuǎn)。 第 3 章 抄表系統(tǒng)的模塊功能設(shè)計 抄表系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 在了解國內(nèi)外現(xiàn)有的產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為了使抄表器的功能更加完善，設(shè)計的抄表器具有計數(shù)、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理、電量及其狀態(tài)的顯示、與控制中心通訊等基本功能。當(dāng)采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的 輸入； （ 5） RST： AT89C51 的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片復(fù)位時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機(jī)器周期以上的時間， AT89C51 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)部均被設(shè)為已知狀態(tài)； （ 6） ALE/PROG:ALE 是英文“ ADDRESS LATCH ENABLE”的縮寫，表示地址鎖存允許信號。外部不擴(kuò)展而單片機(jī)應(yīng)用時，則作為一般的雙向 I/O 口用。 圖 X5045 的電路連接 如何保證 WDT 正常運(yùn)行也是一個關(guān)鍵問題，要針對 WDT 失效的原因，采取多種措施，防止失效，從而進(jìn)步提高系統(tǒng)的可靠性： （ 1）盡量減少干擾源的存在，并且降低不可去除干擾的影響，如電源電壓的波動、尖峰、浪涌等，他們都是強(qiáng)度比較大的干擾源，要 加強(qiáng)過濾與去除； （ 2）對本機(jī)任務(wù)進(jìn)行分流，合理的配置 CPU 的操作任務(wù)，能在上位機(jī)運(yùn)行的功能，一般應(yīng)放在上位機(jī)運(yùn)行，因為上位機(jī)的運(yùn)行環(huán)境良好，便于控制，從而減少本機(jī)出錯的概率； （ 3）對地址指針、過程控制程序中判斷轉(zhuǎn)換的條件狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實時備份，當(dāng)由于數(shù)據(jù)被改而使 WDT 失效時，可以從過備份 RAM 中恢復(fù)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而也使得系統(tǒng)恢復(fù)。所以在電表安裝時鐘和在集中器上安裝時鐘，我們選擇了后者。其核心是 AD7755 芯片，該芯片是專門用于功率測試和電能測量的專用集成電路，是目前電子式電度表的核心芯片之一。如果說硬件是軀體，那么軟件則是靈魂；如果說硬件決定了產(chǎn)品的造價，那么在硬件設(shè)計合理的前提下，軟件在很大程度上就決定了產(chǎn)品的性能。 。另外，它還要用定時中斷方式來定時抄取采集器中儲存的能耗等信息，定時時間約半個小時，之所以將定時時間設(shè)定為半個小時，主要是基于以下考慮 :這里可以簡單地計算一下，假設(shè)用戶的月用電量為 200 度，平均每天 7 度、每小時不到 度，對于一小時用戶的電能耗而言，其在采集器中儲存的對應(yīng)電能耗數(shù)據(jù)變化很小。運(yùn)算單元的清零 。使其能夠正確的通信。即 :方式 1 和方式 3 的波特率 2SMOD??Tl 溢出率 /32。轉(zhuǎn)串行口中斷程序 ORG 0050H CSH: MOV THOD， 2OH 。 當(dāng)寫保護(hù)寄存器的最高為為 0 時，允許數(shù)據(jù)寫入寄存器，寫保護(hù)寄存器可以通過命令字節(jié) SE、 SF 來規(guī)定禁止寫沁讀出。多字節(jié)傳送模式 MOV RO， XmtDat 。通信采用的是 USART 口帶有校驗位的通信模式，即傳輸 8 位數(shù)據(jù)和第 9 位校驗位，波特率設(shè)置為 9600bps，采用中斷查詢方式。 控制碼 C:控制碼的格式如圖 所示 圖 控制碼格式 D7 O:由主站發(fā)出的命令幀 D7 l:由從站發(fā)出的應(yīng)答幀 D6 0:從站正確應(yīng)答 D6 1:從站對異常信息的應(yīng)答 DS O:無后續(xù)數(shù)據(jù)幀 DS l:有后續(xù)數(shù)據(jù)幀 D4～ DO:請求及應(yīng)答功能碼 00000:保留 00001:讀數(shù)據(jù) 00010:讀后續(xù)數(shù)據(jù) 00011:重讀數(shù)據(jù) 00100:寫數(shù)據(jù) 01000:廣播校時 01010:寫設(shè)備地址 01100:更改通信速率 01111:修改密碼 10000:最大需量清零 L:L 為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)。通信模塊亦采用線性穩(wěn)壓電源。但在程序指針 PC 出錯時若改變電能數(shù)據(jù)寄存器并把錯誤的數(shù)據(jù)寫入 EEPROM 中，這是不允許的。慢上下電對微處理器是致命的，這時不但程序指針 PC 出錯，還會產(chǎn)生掉電信號，這極易寫入錯誤的數(shù)據(jù)。 5V 采用阻容分壓即可滿足要求，其具體電路見本文相關(guān)部分。 DATA:數(shù)據(jù)域包括數(shù)據(jù)標(biāo)識和數(shù)據(jù)、密碼等，其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能而改變。上位機(jī) PC 與各集中器通信時，集中器為從站 。數(shù)據(jù)內(nèi)容為 0 振蕩工作允許 ACALL Send_Byte 。 : MOV Command， 8Eh