【文章內(nèi)容簡介】 有多種方案。按照通信介質(zhì)的不同通信子系統(tǒng)主要有：光纖傳輸、無線傳輸、電話線傳輸和低壓電力線載波傳輸?shù)人姆N。纖通信具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠以及抗干擾性強等特點，適合上層通信網(wǎng)的要求。但因其安裝結(jié)構(gòu)受限制且成本高，故很少在自動抄表系統(tǒng)中使用。無線通信適用于用戶分散且范圍廣的情況。綜合考慮成本和可靠性等問題，一般采取裝設(shè)小型無線電臺，在200MHZ～400MHZ頻率范圍內(nèi)的某個頻點上以散射通信方式進行無線通信。其特點是傳輸頻帶較寬，通信容量較大（可與幾千塊電度表通信），通信距離遠（幾十公里，并可通過中繼站延伸）；主要缺點是需申請頻點使用權(quán)，且如果頻點選擇不合理，相鄰信道會相互干擾。租用電話線通信是利用現(xiàn)成的電話網(wǎng)絡(luò)，只需在數(shù)據(jù)的發(fā)出和接收端分別加裝調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。該方法的數(shù)據(jù)傳輸率較高且可靠性好，一次性投資?。徊蛔闶蔷€路接通時間較長（通常需幾秒甚至幾十秒），當集中器數(shù)已較多時，集中器到控制中心的通信效率將明顯降低。另外，若租用電話線路多，其租用費也很可觀，因此不適合大容量系統(tǒng)。低壓電力載波通信是自動抄表技術(shù)的研究熱點。它利用低壓電力線作為系統(tǒng)前端的數(shù)據(jù)傳輸通道。其基本原理是：在發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一高頻載波上，再經(jīng)功率放大后耦合到電力線上。此高頻信號經(jīng)電力線路傳輸?shù)浇邮辗?，接收機通過耦合電路將高頻信號分離出來，濾去干擾信號后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進制數(shù)字信號。電子載波直接利用配電線網(wǎng)絡(luò)，免去了租用線路或占用頻段等問題，降低了抄表成本，并且有利于運營管理，發(fā)展前景十分廣闊。但是，目前如何抑制電力線上的干擾，提高通信可靠性仍是亟待解決的問題。 按照線路連接結(jié)構(gòu)的不同，通信系統(tǒng)可分為星型和總線型兩種類型。星型通信系統(tǒng)是以中心處理工作站為中心點，以發(fā)散的形式分別通過通信信道與集中器連接，形成一對多的連接構(gòu)架。信道通信數(shù)據(jù)量較大，要求有一定的傳輸速率和帶寬。一般光纖、無線和電話線通信都采用該連接方式?？偩€型通信系統(tǒng)是為克服星型連接的不足而采用的。它以一條串行總線連接各分散的采集器或電度表，實現(xiàn)各節(jié)點的互連；特點是信道上節(jié)點較多，傳輸速率不高，傳輸距離短，因此一般用于底層（采集器、集中器層）電能數(shù)據(jù)的采集。低壓電力線載波以及RS～485總線網(wǎng)是常見的總線型結(jié)構(gòu)。　　 除上述之外，在某些局部區(qū)域或小范圍通信場合，點對點的通信方式也被使用，即特定的兩點間使用專線通信。如紅外抄表微機就是一例。另一個例子是20mA電流環(huán)，它采用以20mA電流為邏輯“1”、零電流為邏輯“0”的制式通信；由于使用了光電耦合技術(shù)，可以實現(xiàn)電氣隔離，提高了系統(tǒng)的防雷擊、防靜電擊穿能力，但是因其布線成本高，所以應(yīng)用十分有限第3章 系統(tǒng)的工作原理 電能表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本方案中硬件采用TI公司高性能的16位超低功耗單片機MSP430F413作為主控MCU，它具有8Kflash,16位RISC結(jié)構(gòu),CPU中的16個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達到最高的代碼效率。靈活的時鐘源。數(shù)字控制的DCO可使器件從低功耗迅速喚醒,同時結(jié)合電量計量專用芯片AD7755,可以使電表硬件部分大為簡化,而且很方便實現(xiàn)智能控制。被計量電能的電流通過分流器采樣得到電壓信號，再通過ADE7755芯片內(nèi)部的差放電路將電壓信號放大（其中放大倍數(shù)可設(shè)置為8和16倍），放大后的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成與其成比例的數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)字相位校正和高通濾波去除信號中的直流分量然后進入數(shù)字乘法器的一個輸入端。被計量電能的電壓信號經(jīng)過電阻分壓器取樣，通過ADE7755芯片內(nèi)部的差放電路將信號放大，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成與其成比例的數(shù)字信號，進入數(shù)字乘法器的另一個輸入端與電流通道的信號進行乘法運算，完成被計量電能的瞬時功率測量。乘法器輸出瞬時功率通過數(shù)字低通濾波器進行積分處理進入數(shù)字/頻率轉(zhuǎn)換器，變換成與被計量電能平均功率成比例的頻率脈沖信號（分為高頻脈沖信號和低頻脈沖信號），其中高頻脈沖輸出到校驗與微處理器接口，在本機中，ADE7755的低頻脈沖管腳懸空。脈沖輸入信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后輸入到微控制器（MCU）。微控制器（MCU）接收到脈沖信號后，通過對輸入脈沖個數(shù)進行累計并根據(jù)脈沖常數(shù)大小來實現(xiàn)對電能計量。微控制器（MCU）通過串行通信，經(jīng)載波芯片輸出數(shù)據(jù)信息到低壓電力線，實現(xiàn)載波通信，可用于電能表的遠程自動抄表。微控制器（MCU）可通過載波接口與掌上電腦（HHU）進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試，完成參數(shù)設(shè)置等功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：智能分時計費電能表中必須要有實時時鐘,分為硬時鐘和軟時鐘兩種。在眾多的實時時鐘芯片中,我們選用了PHILIPS公司的PCF8563。它是一款具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片,具有多種報警功能、定時器功能、時鐘輸出功能及中斷輸出功能,可以完成各種復(fù)雜的定時服務(wù)。尤其是其采用I2C總線通訊方式,不但使外圍電路極其簡潔,而且也增加了芯片的可靠性。本系統(tǒng)PCF8563與MSP430接口采用圖2所示接口方案。接口采用3根口線,產(chǎn)生中斷后,通過I2C總線讀取PCF8563的基準時間。按I2C總線規(guī)約,PCF8563的從地址:讀地址SLAR為A3H、寫地址SLAW為A2H,PCF8563I2C通信實現(xiàn)有字節(jié)寫/讀兩種狀態(tài)。由于在MSP430單片機中沒有I2C總線的硬件,所以采用軟件模擬I2C讀寫數(shù)據(jù)的方法。電量測量采用美國ADI公司的AD7755作為測量芯片,它是一種量程寬、精度高,內(nèi)部具有掉電、上電自動復(fù)位電路的高準確度電能測量專用集成電路[2]。AD7755為低功耗的CMOS芯片,內(nèi)部除了ADC和濾波、相乘電路外都采用了數(shù)字電路,有效的去除了尖脈沖等干擾信號,使得它在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持極高的準確度和長期的穩(wěn)定性。引腳CF以較高頻率形式輸出有功功率瞬時值,用于與MCU接口,其接線圖如圖3所示。 AD7755的CF輸出端輸出的脈沖頻率正比于平均有功功率,通過它可以求平均功率和一個積分周期內(nèi)消耗的電能:平均功率 = 平均頻率= 脈沖個數(shù)/積分時間電能 = 平均功率積分時間= 脈沖個數(shù)在正常運行時,積分時間可以定為1到2秒,這取決于顯示部分更新的需要。 液晶顯示電路 在MSP430F413單片機中,液晶驅(qū)動作為一個外圍模塊集成于片內(nèi),極大的簡化了液晶顯示部分的接口設(shè)計,只要選擇合適的液晶顯示器,采用合適的驅(qū)動方式即可完成數(shù)據(jù)的顯示。液晶顯示板的公共極由COMn信號驅(qū)動,段極由SEGn驅(qū)動。而液晶的驅(qū)動又有多種方法:靜態(tài)驅(qū)動、2MUX驅(qū)動、3MUX驅(qū)動、4MUX驅(qū)動等。不同的驅(qū)動方案所占用的單片機引腳數(shù)是相同的,采用2MUX驅(qū)動8位液晶顯示所需的引腳數(shù)為2+8*8/2,輸出引腳與液晶顯示器件的連接如下:PIN號 1 2 3 4 5 6 …… 29 30 31 32430引腳 S0 S1 S2 S3 S4 S5 …… S28 S29 S30 S31 COM0 COM1LCD COM0 1f 1h 1d 1e 2f 2h …… 8f 8h 8d 8e COM0LCD COM1 1a 1b 1c 1g 2a 2b …… 8a 8b 8c 8g COM1通過設(shè)定液晶控制寄存器LCDCTL中的控制位來控制數(shù)據(jù)的顯示,這里設(shè)定為4MUX顯示模式,向液晶顯示緩存LCMDX寫入要顯示的數(shù)據(jù),片內(nèi)驅(qū)動控制電路就會輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號完成顯示。 串行接口 數(shù)據(jù)通信方式主要有并行數(shù)據(jù)通信與串行數(shù)據(jù)通信兩種?？紤]到串行數(shù)據(jù)通信只需要一對數(shù)據(jù)傳送線進行信息的傳送,所需傳輸線條數(shù)極少,傳送成本較低,特別適用于分級、分層和分布式控制系統(tǒng)以及遠距離通信之中,故本設(shè)計選擇串行數(shù)據(jù)通信。RS232C接口電路是最常用的接口之一,缺點是只能用于短距離的數(shù)據(jù)通信。RS485接口在總線上允許連接多達128個收發(fā)器,具有良好的抗噪聲干擾性、長的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點。在此我們選用