【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。上位機(jī)對(duì)下位機(jī)上傳的儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、輸出、存儲(chǔ)，對(duì)報(bào)警信 號(hào)的處理和對(duì)應(yīng)控制策略的執(zhí)行 。下位機(jī)接收上位機(jī)傳來(lái)的控制命令，根據(jù)通訊協(xié)議中命令內(nèi)容如儀表參數(shù)的設(shè)置，控制信號(hào)的解釋和實(shí)施以及對(duì)儀表異常情況的現(xiàn)場(chǎng)處理，并通過(guò)自身所帶接口實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單操作。根據(jù)實(shí)際情況，用戶可以安裝 LCD，并從下位機(jī)的 LCD得到有關(guān)消息。 下面就本系統(tǒng)所采用的 ARM芯片 (S3C2410)，對(duì)抄表控制器的硬件設(shè)計(jì)分別進(jìn)行介紹。 嵌入式系統(tǒng)中，為了滿足日益復(fù)雜的應(yīng)用和對(duì)大量存儲(chǔ)空間的要求， 一般都需 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)空間 (ROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 (RAM)。這里 稱(chēng)外部擴(kuò)展了 ROM和 RAM存儲(chǔ)器的 MPU部分 為最小核心模塊。 本文介紹的抄表系統(tǒng)的核心模塊部分 CPU為 AMD公司的AM29LV800芯片和 Samsung的 K9Fl208UOM,AM29LV800的讀寫(xiě)兼容 SST的一些芯片 . K9F1208UOM具有 64MB的存儲(chǔ)量。但有些控制總線不同，如 SST39VF160沒(méi)有寫(xiě)保護(hù)。AM29LV800具有 1M*8bit的存儲(chǔ)量。 RAM擴(kuò)展采用 SDRAM芯片 HY57V561620，具有32MB存儲(chǔ)量。本系統(tǒng)采用兩片同樣的 RAM芯片，總存儲(chǔ)量為 64MB[14]. ARM 體系結(jié) 構(gòu)與 S3C2410 處理器介紹 ARM ( Advanced RISC Machines),既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。 ARM公司是專(zhuān)門(mén)從事基于 RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，木身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM公司購(gòu)買(mǎi)其設(shè)計(jì)的 ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?ARM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都 使用 ARM公司的授權(quán)，因此既使得 ARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力 [12]。 、低功耗、低成本、高性能 。 Thumb( 16位 )和 ARM( 32位 )雙指令集，能很好的兼容 8位 /16位器件 。 ，指令執(zhí)行速度更快 。 。 ，執(zhí)行效率高 。 。 ARM微處理器除了具有 RISC體系結(jié)構(gòu)的典型特征，還具有以下特點(diǎn) : 數(shù)據(jù)處理指令都控制算術(shù)邏輯單元 (ALU)和移位器，以使 ALU和移位器獲得最大的利用率 。 ，以優(yōu)化程序中的循環(huán) 。 Load和 Store多條指令，以增加數(shù)據(jù)吞吐量 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) ，以增大執(zhí)行吞吐量 。 。 三星的 S3C2410是采用 16/32bitR ISC微處理器。 S3C2410使用 ARM920T內(nèi)核，主頻高達(dá) 203Bz, CMOS技術(shù)，包括 16KB指令緩存和 16KB數(shù)據(jù)緩存， MMu提供虛擬內(nèi)存的支持 。 S3C2410提供了一整套系統(tǒng)的外設(shè)，可以最小化系統(tǒng)的成木并減少配置所需要的組件。其功能包括以下內(nèi)容 : ， ， 1/0,微處理器和 16KB ICache /16KB DCache/MMU。 (SDRAM控制和芯片選擇邏輯 )。 (最多 4K種顏色的 STN和 256K種顏色 TFT)，有一個(gè)專(zhuān)用的 DMA通道 。 4通道 DMA。 UART (, 16Byte Tx FIFO ,and 16 Byte Rx FIFO) /2通道同步串口 SPI。 TIC總線 /1通道 ITS總線控制器 : 。 USB主機(jī) /1端口 USB設(shè)備 () 。 PWM定時(shí)器和 1通道內(nèi)部定時(shí)器 。 RISC架構(gòu)的 ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn) : 。 /24通道外部中斷 。 :正常，慢速，休閑和節(jié)能模式 。 10位 ADC和觸目屏接口 。 。 片上時(shí)鐘發(fā)生器 。 S3C2410 的功能框圖如圖 22 所示 : 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 圖 S3C2410功能框圖 根據(jù) ARM公司的分類(lèi)， ARM處理器的內(nèi)核包括兩類(lèi)，一類(lèi)是嵌入式內(nèi)核，另一類(lèi)是應(yīng)用內(nèi)核。前者是沒(méi)有 Mmu的內(nèi)核，如 :ARM7TDMI, ARM946EJ，后者為具有mm u的內(nèi)核，如 :ARM720, ARM920。只有具有 MMu的 ARM處理器才能支持 Linux和WINCE等操作系統(tǒng)。 S3C 24 10 采用 ARM920的核心，屬于 ARMv4體系，可以支持 Linux和 WINCE等操作系統(tǒng)。 S3C2410采用 ARM920的核心，屬于 ARMv4體系，可以支持 Linux和 WINCE等操作系統(tǒng)。同類(lèi)的 ARM處理器一般都是基于 ARM720內(nèi)核的，如 :EP7312。與之相比，S3C2410的優(yōu)勢(shì)在于擁有較高的主頻 (高達(dá) ZO3MHz)，而 A朋 7內(nèi)核的一般不超過(guò) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 10MHz。ARM72O的內(nèi)核采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)，而 A陰 920的內(nèi)核采用哈佛結(jié)構(gòu)，可以擁有更快的內(nèi)存訪問(wèn)速度。此外， ARM7采用三級(jí)流水線，而 ARMg采取 5級(jí)流水線。 5級(jí)流水線具體如下 : :從存儲(chǔ)器中取出指令，并將其放入指令流水線。 :對(duì)指令進(jìn)行譯碼。 : 把一個(gè)操作數(shù)移位，產(chǎn)生 ALU的結(jié)果。 /數(shù)據(jù) :如果需要，則訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 。否則 ALU的結(jié)果只是簡(jiǎn)單的緩沖 1個(gè)時(shí)鐘周期，以便所有的指令具有同樣的流水線流程。 : 將指令產(chǎn)生的結(jié)果回寫(xiě)到寄存器堆，包括任何從存儲(chǔ)器中讀取的數(shù)據(jù)。 AMR920的內(nèi)核包括 AMR9TDMI核心， MMU， 16KB指令緩存和 16KB數(shù)據(jù)緩存，寫(xiě)緩沖。 同類(lèi)的 ARM處理器一般都是基于 ARM720內(nèi)核的，如 :EP7312。與之相比， S3C2410的優(yōu)勢(shì)在于擁有較高的主頻。 抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 抄表系統(tǒng)集硬件、軟件為一體，本章對(duì)自動(dòng)抄表的模式、總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。結(jié)合具體的使用過(guò)程，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能和可靠性要求等方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。 電表的種類(lèi)與工作原理 電表按其工作方式大致可分為如下幾種類(lèi)型 : (1)普通型機(jī)械電表。 (2)脈沖式電表。 (3)數(shù)字式電表。 (4)磁卡預(yù)收費(fèi)電表。 對(duì)于脈沖式和數(shù)字式電表，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表相對(duì)較容易，但是由于其價(jià)格昂貴，用戶使用范圍有限。磁卡預(yù)收費(fèi)電表的使用也存在很大的缺陷 :只適用于 散戶，不便于集中物業(yè)管理 。抗干擾能力弱，易產(chǎn)生用電糾紛 。易解密。普通型電表價(jià)格低廉 ,為絕大多數(shù)用戶所使用。因此較實(shí)用的電表抄錄系統(tǒng)還是要針對(duì)居民用戶的普通電表來(lái)設(shè)計(jì)。普通機(jī)械電表，是將電能轉(zhuǎn)化為表盤(pán)的動(dòng)能，再由表盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)數(shù)字碼盤(pán)進(jìn)行計(jì)數(shù)， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 從而顯示電表讀數(shù)。電表顯示的用電度數(shù)與表盤(pán)所轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)成正比，對(duì)同一電表該比例參數(shù)為恒定值 (單位為 :轉(zhuǎn) /度 )。在表盤(pán)的側(cè)面，有用于出廠檢測(cè)的黑色標(biāo)記。在進(jìn)行機(jī)械電表的數(shù)字化轉(zhuǎn)換時(shí)，該標(biāo)記起到了重要作用、電網(wǎng)的覆蓋范圍十分廣泛，電表的工作環(huán)境也就千變?nèi)f化、千差萬(wàn)別，天氣變 化、電磁輻射、火花放電、電壓波動(dòng)等都可能在它的周?chē)l繁發(fā)生，因此抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須最大限度地適應(yīng)電表的這種復(fù)雜的工作環(huán)境。否則抄表系統(tǒng)難以得到廣泛的推廣和應(yīng)用 [5]。 抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 抄表系統(tǒng)是針對(duì)普通用戶的機(jī)械式電表進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而機(jī)械式電表是以碼盤(pán)的方式顯示電表的讀數(shù)，不便于自動(dòng)抄表。那么首先要將電表記錄的用電度數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電信號(hào)，在電表前端進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械電表到數(shù)字電表的轉(zhuǎn)換。但是考慮到系統(tǒng)的適用性和安裝方便，這種轉(zhuǎn)換只能是在電表的外部進(jìn)行，不能對(duì)電表本身作任何更改，不能影響電表本身的 正常工作。電表數(shù)據(jù)在抄表前端進(jìn)行了可靠存儲(chǔ)，計(jì)算機(jī)只要獲取這些數(shù)據(jù)，就實(shí)現(xiàn)了電表數(shù)據(jù)的抄錄工作 [13]。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)以降低成本、增強(qiáng)可靠性、使用方便為出發(fā)點(diǎn)，那么抄表前端的硬件成本、數(shù)據(jù)的采集與可靠存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信是關(guān)鍵。系統(tǒng)使用的方便性與靈活性主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的軟件設(shè)計(jì)上，可根據(jù)用戶的實(shí)際要求和用電管理的需要。 數(shù)據(jù)的抄錄方式 電表數(shù)據(jù)的抄錄方式，要與抄表人員的實(shí)際工作要求相適應(yīng)。一個(gè)月、一個(gè)季度抄錄一次或者針對(duì)網(wǎng)上用電情況對(duì)波峰和波谷分開(kāi)抄錄，無(wú)論哪種情況，何時(shí)進(jìn)行抄表工作都由計(jì)算機(jī)集中進(jìn)行控制 。那么數(shù)據(jù)抄錄采用查詢的工作方式適應(yīng)了抄表系統(tǒng)的這種工作模式。數(shù)據(jù)抄錄采用查詢方式，每個(gè)前端單片機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)全系統(tǒng)唯一的地址編碼，當(dāng)主機(jī)要抄錄某個(gè)單片機(jī)中的電表數(shù)據(jù)時(shí)，只需將其地址向通信網(wǎng)中進(jìn)行廣播，前端單片機(jī)接收地址后，與本機(jī)地址編碼比較，從而決定是否發(fā)出本機(jī)記錄的所有電表數(shù)據(jù)。采用這種查詢的數(shù)據(jù)抄錄方式，抄表人員可隨時(shí)打開(kāi)計(jì)算機(jī)，根據(jù)需要進(jìn)行抄表。實(shí)現(xiàn)軟件的功能。 抄表系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)要求 由于抄表系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境比較復(fù)雜，要完成一個(gè)經(jīng)濟(jì)適用的抄表系統(tǒng)，可靠性至 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 關(guān)重要，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，要注重以 下幾點(diǎn) : (1)前端電表數(shù)據(jù)必須可靠地記錄與存儲(chǔ)，單片機(jī)所記錄的電表數(shù)據(jù)與電表指示的用電度數(shù)要嚴(yán)格一致，不受停電、天氣等環(huán)境變化的影響。 (2)數(shù)據(jù)通信要可靠。 (3)計(jì)算機(jī)軟件要能實(shí)現(xiàn)電表原始數(shù)據(jù)的保存、歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存、錯(cuò)誤報(bào)告等功能。從軟件的角度，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。 (4)要具有應(yīng)付系統(tǒng)崩潰的有效措施，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)能夠得到有效恢復(fù) [10]。 抄表系統(tǒng)的功能 電表自動(dòng)抄錄系統(tǒng)具有人工抄表所完成的所有功能，還具有系統(tǒng)本身和用戶所要求的其它功能。具體來(lái)說(shuō)，有如下幾個(gè)方面 : 所有電表的數(shù)據(jù) 。 。 。 。 。 。 ，以便于分類(lèi)或分階段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 3. 基本理論知識(shí)及其應(yīng)用 為了規(guī)范和統(tǒng)一多功能電能表的數(shù)據(jù)傳輸，電力工業(yè)部組織有關(guān)單位參照 IEC 標(biāo)準(zhǔn)（關(guān)于本地和總線數(shù)據(jù)通信）的有關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)多功能電能表使用中的實(shí)際情況，制定、發(fā)布了《多功能電能表通信規(guī)約》（ DL/T645－ 1997）； 1998 年6 月 1 日起實(shí)施。 (詳見(jiàn)附錄 ) 《多功能電能表通信規(guī)約》適用于本地系統(tǒng)中的電能表費(fèi)率裝置與手持單元（也稱(chēng)抄表器，用于現(xiàn)場(chǎng)抄表或編程）或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式；標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了它們之間的物理連接（物理層）、通信鏈路（數(shù)據(jù)鏈路層）及應(yīng)用技術(shù)（應(yīng)用層）規(guī)范。數(shù)據(jù)終端設(shè)備經(jīng)數(shù)據(jù)信道（如無(wú)線電臺(tái)、市話網(wǎng)絡(luò)等）與遠(yuǎn)方主站的數(shù)據(jù)通信協(xié)議不屬于 DL/T645－ 1997 的范疇 [8]。 DL/T645－ 1997 中的主站指手持單元或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備。它具有選擇費(fèi)率裝置（與 電能表連接或與電能表組裝在一起的數(shù)據(jù)采集與處理單元）并與它進(jìn)行信息交換的功能。 《多功能電能表通信規(guī)約》的實(shí)施，改革了人工抄表，實(shí)現(xiàn)了電能計(jì)量信息和控制信息的長(zhǎng)距離傳輸，提高了用電管理部門(mén)的用電管理水平。 接口介紹 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同 的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。 RS232C 接口（又稱(chēng) EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在 1970 年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。它的全名是 ―數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（ DCE）之間 串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ‖該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè) 25 個(gè)腳的 DB25 連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信 號(hào)的電平加以規(guī)定 [2]。 （ 1）接口的信號(hào)內(nèi)容 實(shí)際上 RS232C 的 25 條引線中有許多是很少使用的 ，在 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只使用 39 條引線。 RS232C 最常用的 9 條引線的信號(hào)內(nèi)容見(jiàn)附表 1 所示 （ 2）接口的電氣特性 在 RS232C 中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏 輯 ―1‖， 5— 15V；邏輯 ―0‖ +5— +15V 。噪聲容限為 2V。即 要求接收器能識(shí)別低至 +3V 的信號(hào)作為邏輯 ―0‖，高到 3V 的信號(hào) 作為邏輯 ―1‖。 圖 串口引腳功能圖 （ 3）接口的物理結(jié)構(gòu) RS232C 接口連接器一般使用型號(hào)為 DB25 的 25 芯插頭座 ,通常插頭在 DCE 端 ,插座在 DTE 端 . 一些設(shè)備與 PC 機(jī)連接的 RS232C 接口 ,因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào) ,只需三條接口線 ,即 ―發(fā)送數(shù)據(jù) ‖、 ―接收數(shù)據(jù) ‖和 ―信號(hào)地 ‖。所以采用 D