【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電度表芯片。靠專(zhuān)用芯片產(chǎn)生的電能累計(jì)脈沖去驅(qū)動(dòng)機(jī)電式字輪，它的脈沖頻率較高，常用的電表脈沖常數(shù)為1600imp/KW，顯然電能表比其它三表（即水表、燃?xì)夂团瘹獗恚┑拿}沖頻率要高的多。通過(guò)上面的介紹，我們知道遠(yuǎn)傳能耗表的改制是通過(guò)加裝各種感應(yīng)探頭組件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種感應(yīng)探頭能夠探知能耗基表機(jī)械轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械轉(zhuǎn)盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一圈，該感應(yīng)探頭便輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。將該脈沖記錄并累計(jì)下來(lái)，便能準(zhǔn)確的反應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，從而達(dá)到將機(jī)械轉(zhuǎn)盤(pán)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的目的；將轉(zhuǎn)軸的圈數(shù)通過(guò)一定得計(jì)算，便能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的能耗數(shù)據(jù)。系統(tǒng)所用的能耗基表應(yīng)分別符合GB/~3—9GB/T15283—94和GB/6968—86的要求（以上三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別為水、電和燃?xì)獗淼膰?guó)家標(biāo)準(zhǔn)），其計(jì)量精度由遠(yuǎn)傳計(jì)量能耗基表來(lái)確定。對(duì)能耗計(jì)量的本質(zhì)是對(duì)用戶(hù)各種遠(yuǎn)傳能耗基表送出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的問(wèn)題。這樣，就需要進(jìn)行遠(yuǎn)傳基表脈沖采集方案的設(shè)計(jì)。方案一:計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖法原理說(shuō)明：脈沖信號(hào)通過(guò)濾波器（四分頻），后計(jì)數(shù)器開(kāi)始采集脈沖，計(jì)數(shù)器為連續(xù)工作方式，每采集四個(gè)脈沖，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)上升沿或一個(gè)下降沿，再出現(xiàn)四個(gè)脈沖又有一個(gè)下降沿或上升沿，再通過(guò)微分電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，即上升沿轉(zhuǎn)換為高電平，反向后通過(guò)觸發(fā)器，到達(dá)數(shù)據(jù)選擇器，單片機(jī)通過(guò)循環(huán)掃描的方式對(duì)四十八路數(shù)據(jù)選擇器進(jìn)行掃描，如果采集到一個(gè)低電平，就在相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中加1（低電平有效），如果存儲(chǔ)單元中的數(shù)達(dá)到某一基數(shù)，則在相應(yīng)的用戶(hù)下加一。每進(jìn)行完一次掃描，觸發(fā)器必須復(fù)位。如果計(jì)算機(jī)要采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，與計(jì)算機(jī)通信。方案一的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)硬件性能要求不高，并能有效運(yùn)用單片機(jī)的接口（2）不要求精確計(jì)算，實(shí)現(xiàn)容易；（3）適應(yīng)于多用戶(hù)，多頻率，性能強(qiáng)；（4）軟硬件相結(jié)合，程序設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：即當(dāng)用戶(hù)增加時(shí)，所用硬件也會(huì)比例增加，成本大幅度增加。原理圖（）：………………………………計(jì) 算 機(jī)89C52看門(mén)狗存儲(chǔ)器顯示電路數(shù)據(jù)選擇器看門(mén)狗看門(mén)狗看門(mén)狗看門(mén)狗看門(mén)狗看門(mén)狗脈沖輸入脈沖輸入 計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖法原理圖 方案二:軟件計(jì)脈沖無(wú)集中器法原理說(shuō)明：設(shè)每出現(xiàn)一個(gè)下降沿讀一次數(shù)，所以每隔一段時(shí)間對(duì)脈沖進(jìn)行一次采樣。采樣完后延遲12ms，經(jīng)去抖程序處理后，如果真正存在輸入信號(hào)，則在暫存后與存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果相同則進(jìn)入計(jì)數(shù)子程序計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)完畢后，存入存儲(chǔ)器中，繼續(xù)進(jìn)行一次掃描。如果計(jì)算機(jī)要采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)進(jìn)入中斷程序，與計(jì)算機(jī)通信。方案二的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）使用硬件較少；（2）可移植性比較強(qiáng)；（3）體積小，價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)如下：（1）主要的問(wèn)題是傳輸距離有限，無(wú)法真正的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離抄表；（2）當(dāng)用戶(hù)數(shù)量增加時(shí)，會(huì)占用大量端口；（3）程中需準(zhǔn)確的采樣時(shí)間設(shè)定（采應(yīng)時(shí)間對(duì)于這一設(shè)計(jì)方案具有至關(guān)重要的意義）。原理流程圖（）：YY=0開(kāi)始X=0=0調(diào)用計(jì)量子程序X到計(jì)量值X加1返回 軟件計(jì)脈沖法原理圖NNN方案三：軟件計(jì)脈沖帶集中器法這種方案原理、優(yōu)點(diǎn)與方案二相同，但卻解決了一個(gè)方案二存在的主要問(wèn)題傳輸距離有限，無(wú)法真正的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離抄表。這種方案中電腦與采集器之間由集中器進(jìn)行連接，集中器把采集器中數(shù)據(jù)提取到其存儲(chǔ)器中，等候電腦的查詢(xún)。由于有集中器連接，增大了傳輸距離，足夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的要求?？傮w框架圖如下所示（）：計(jì)算機(jī)集中器采集器采集器………… 計(jì)脈沖帶集中器法總體框架圖脈沖采集方案的確定由于水、電、氣、暖的計(jì)量要求符合國(guó)家的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，這就要求我們?cè)谶x擇脈沖計(jì)量方案時(shí)，盡量選用計(jì)量準(zhǔn)確的方案，因此我們選擇方案二或方案三。通信標(biāo)準(zhǔn)的選擇 本系統(tǒng)還有一個(gè)重要的問(wèn)題就是通信問(wèn)題。由于通信距離要求不少于2400米，因此，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)。如果通信距離要求太高的話，可以使用電話線加Modem等方式來(lái)進(jìn)行通信。 在通信方式中，大多數(shù)采用串行通信方式。這里不妨先對(duì)常見(jiàn)的串行總線標(biāo)準(zhǔn)作一比較。常用總線標(biāo)準(zhǔn)有RS232, RS422和RS485等[川。其中，RS232是異步串行通信中應(yīng)用最廣的一種標(biāo)準(zhǔn)總線，其單向數(shù)據(jù)傳輸最大速率為20Kbps，最大傳送距離為15m，顯然這種總線標(biāo)準(zhǔn)在通信距離方面是不能滿足本系統(tǒng)的技術(shù)要求的，且其數(shù)據(jù)傳輸速率較慢、易產(chǎn)生串模干擾。RS422傳輸距離較遠(yuǎn)，最短為12m，數(shù)據(jù)傳輸最大速率為lOMbps:當(dāng)速率為1Mbps時(shí)，傳輸距離可達(dá)120m。當(dāng)速率為100Kbps時(shí)，傳輸距離可達(dá)1200m。 RS422抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率快，且為全雙工的。 我們知道，RS232與RS422有一個(gè)顯著特點(diǎn)，即RS232接口與RS422接口通常只用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的系統(tǒng)中，若系統(tǒng)中需要相互通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)兩個(gè)時(shí)，則它們都不能直接滿足要求。為此，EIA制定了新的接口標(biāo)準(zhǔn)RS485，它能支持一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，RS485的電氣標(biāo)準(zhǔn)與RS422完全一樣，只是RS485工作于半雙工方式。 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。RS485的共線電路結(jié)構(gòu)是一對(duì)平衡傳輸?shù)膬啥硕寂渲媒K端電阻，其發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器可以掛在平衡傳輸線上任何位置，在數(shù)據(jù)傳輸中實(shí)現(xiàn)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器與接收器共用同一條傳輸線的多點(diǎn)應(yīng)用。RS485通信接口的信號(hào)傳輸是用兩根線之間的電壓差來(lái)表示邏輯“1”或“0”的，因?yàn)榘l(fā)送端需兩根傳送線，而接收端也只需要兩根傳送線，這樣，RS485接收與發(fā)送端僅需兩根線就能完成信號(hào)的傳輸。RS485標(biāo)準(zhǔn)總線的特點(diǎn)是:抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳送距離遠(yuǎn)，在采用雙絞線，不用Modem的情況下，在1 OOKbps的傳輸速率時(shí)可傳送1200米，若速率為9600bps時(shí)，可以傳送1500米、甚至更遠(yuǎn)一些。 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)，通信距離也能滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。且四表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求不高，能耗的抄取也是不常發(fā)生的，一般情況下一個(gè)月僅需抄表一次。所以本系統(tǒng)選擇了半雙工的RS485通信標(biāo)準(zhǔn)。 74HC244引腳圖 采集脈沖部分設(shè)計(jì)所用芯片介紹：(1)74HC24474HC244是八同相緩沖器/線驅(qū)動(dòng)器，片內(nèi)有二組三態(tài)緩沖器，每組4個(gè)，分別由一個(gè)門(mén)控端控制。即第一組：輸入：1A11A4,輸出1Y11Y4,門(mén)控端點(diǎn)1。第二組：輸入2A12A4,輸出2Y12Y4,門(mén)控端2。門(mén)控端低電平有效時(shí)，輸入端信號(hào)從輸出端輸出；門(mén)控端信號(hào)無(wú)效時(shí)，74HC244輸出端呈高阻態(tài)。，功能表如下表：輸入輸出1G2GAYLLLLLLHHHHX高阻 74HC244功能表 74HC138引腳圖(2)74LS13874LS138是一種常用的二進(jìn)制譯碼器。有3個(gè)輸入端A0A1接收二進(jìn)制編碼，輸出端Y0Y7共8條譯碼輸出線。有3個(gè)片選端S1,S2,S3。，4LS1線8線譯碼器74LS138的功能表如表： 74HC138功能表輸入輸出S1+A2A1A00XXXX11111111X1XXX111111111000001111111100011011111110010110111111001111101111101O011110111101O11111101110110111111011011111111110 采址的確定 集中器的公共部分與采集器的相同?？梢酝ㄟ^(guò)撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定，經(jīng)過(guò)8421碼與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換，選擇要讀取哪個(gè)采集器的數(shù)據(jù)。上拉電阻的能增加高電平的噪聲容限，起抗干擾的作用。 與電表和集中器通訊的硬件設(shè)計(jì) SN75LBC184引腳圖由于系統(tǒng)通信總線的長(zhǎng)度不小于2400米。其中采集器到集中器的距離不小于1200米，所以應(yīng)選用RS485異步串行總線，主要通訊芯片是SN75LBC184。SN75LBC184。SN65LBC184與SN75176差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容，片內(nèi)A、B引腳接有高能量瞬變干擾保護(hù)裝置。這種結(jié)構(gòu)能承受峰值為400瓦（典型值）的過(guò)壓瞬變，從而顯著地提高器件抗過(guò)壓瞬變的可靠性。過(guò)壓瞬變的來(lái)源通常是雷電，靜電放電和交流電故障。普通的RS485收發(fā)器很容易被過(guò)壓瞬變損壞，如果要有效的加以保護(hù)。一般需外加包括隔離變壓器在內(nèi)的保護(hù)器件。使用75LBC184，可直接與傳輸線相連接而不需要熱和外加保護(hù)元件，這提供了一種可靠，低價(jià)和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案。本器件還具有適合于電噪聲環(huán)境中的合用數(shù)據(jù)總線應(yīng)用的許多特點(diǎn)。差分驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成限斜率的，即有意降低發(fā)送信號(hào)上升沿和下降沿的斜率。這種設(shè)計(jì)，通信數(shù)據(jù)率仍可達(dá)250kbt/s，并使電磁干擾減到最小，同時(shí)能減少傳輸線終端不匹配引起的反射，因而可降低對(duì)傳輸線匹配的要求。接受器的獨(dú)特設(shè)計(jì)是當(dāng)輸入端開(kāi)路時(shí)，其輸出為高電平，這一特性保證接收器輸入端電纜有開(kāi)路故障時(shí)，不影響系統(tǒng)的正常工作。接收器的另一特點(diǎn)是輸入阻抗為RS485標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗的2倍（≥24K），故可以在總線上連接64個(gè)收發(fā)器。SN75LBC184的工作溫度為0度到70度：SN6LBC184則為40度到85度。特點(diǎn)如下：☆具有瞬變電壓抑制功能，能防雷電和抗靜電放電沖擊；☆限斜率驅(qū)動(dòng)器，使電磁干擾減到最小，并能減少傳輸線終端不匹配引起的反射；☆總線上可掛64個(gè)收發(fā)器；☆接收器輸入端開(kāi)路故障保護(hù)；☆具有熱關(guān)斷保護(hù)；☆滿足或超過(guò)EIA RS485和ISO/IEC 8482：1993（E）標(biāo)準(zhǔn)；☆低禁止電源電流：300uA（最大）。R: “接收器輸出端”。 如果A比B高200mv時(shí)“R0”將為高電平A比B低200mv時(shí)“R”將為低電平.D:　“發(fā)送器輸入端”。在“D”上的低電平,迫使輸出“A”為低電平輸出“B”為高電平。同樣在“D” 上的高電平, 迫使，輸出“A”為高電平輸出“B” 為低電平/RE: “接收器輸出使能”DE:　“發(fā)送器輸出使能端”。當(dāng)置“DE”為高電平時(shí),發(fā)送器輸出“A” 和“B”使能。當(dāng)置 “DE”為低電平時(shí)，,器件功能為發(fā)送器，而他們?yōu)楦咦钁B(tài)時(shí)，如果“/RE”為低,則器件功能為接收器。A:　　不變化的接收器輸入和不變化的發(fā)送器輸出。B:　　隨之翻轉(zhuǎn)的接收器輸入和發(fā)送器輸出。 發(fā)送功能表： 使能端DE輸出端A輸出端BHHLHLHLZZ SN75LBC184發(fā)送功能表接收功能表：差分輸入AB使能短輸出端RVid≥LHVidL?Vid≤LLXHZOPENLH SN75LBC184接收功能表注：H：高電平，L：低電平，Z：高阻態(tài)，X：任意電平，?：狀態(tài)不定，Vid： A和B兩線的電壓差A(yù)B與SN75LBC184的1到4好引腳相連的是4個(gè)光電耦合器。 光耦是通過(guò)輸入信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏三極管產(chǎn)生電信號(hào)輸出，從而既完成了信號(hào)的傳遞又實(shí)現(xiàn)了電氣上的隔離，有抗干擾的作用。 鍵盤(pán)與顯示器的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)鍵盤(pán)采用的是2行X ，之所以不用LCD顯示器是因?yàn)長(zhǎng)CD是液晶材料制成的，利用外部光的反射起顯示作用，本身并不發(fā)光，晚上很難看清楚，而LED顯示器是由發(fā)光二極管組成，亮度高。LED采用靜態(tài)顯示方式，各位的共陰極連接在一起并接地；每位的段選線（adp）分別與一8為的鎖存輸出相連。顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。所以，靜態(tài)顯示的亮度都較高。由于鍵盤(pán)和顯示器分別屬于輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，可以共用一部分I/O接口，把鍵盤(pán)和顯示器組合在一起，以節(jié)省 I/O口線。 下方的一個(gè)移位寄存器74HC165用于掃描鍵盤(pán)，其余的74HC164用于外接LED數(shù)碼顯示器。該電路用I/O口較少，靜態(tài)顯示亮度較大，占用CPU掃描時(shí)間短，鍵輸入也較穩(wěn)定。 鍵盤(pán)與顯示電路原理圖74HC164為8位移位寄存器，串行輸入，并行輸出。有兩個(gè)串行數(shù)據(jù)DA,DB輸入端，使用時(shí)一般把它們連在一起；為清零輸入端，低電平有效，當(dāng)該端加入低電平時(shí)，積存器輸出Q0Q7全為低電平。在正常情況下，清零輸入端接高電平，當(dāng)CP信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位；Q0Q7為并行數(shù)據(jù)輸出端，同時(shí)Q7也是串行數(shù)據(jù)輸出端，對(duì)于串行輸入的數(shù)據(jù)，最先輸入的從Q7輸出，最后進(jìn)入的從Q0輸出。CP為移位脈沖。 能耗的計(jì)量與存儲(chǔ) 當(dāng)CPU沒(méi)有采集到脈沖時(shí)，原有的數(shù)據(jù)不變，當(dāng)有脈沖時(shí)，則在原有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上累加，結(jié)果存在24LC16B中。 24LC16B引腳圖24LC16B是一個(gè)容量為16K字節(jié)可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，這個(gè)芯片由8塊256*8位組成的存儲(chǔ)器，具有雙線串行接口，低功耗CMOS技術(shù)，可保證10,000,000次擦除/寫(xiě)周期, 較寬的有效工作溫度范圍。等待電流和工作電流分別為5μA和1mA。24LC16B也有可達(dá)16個(gè)字節(jié)的