【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 據(jù)提示進(jìn)行用戶(hù)的各類(lèi)能耗信息的遠(yuǎn)程抄取、計(jì)費(fèi)、匯總、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表提交和打印等。 該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了大量的住宅能耗信息的集中統(tǒng)一管理，而管理機(jī)構(gòu)只需投入少量人員即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中抄表，并自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的采集、累計(jì)、費(fèi)用計(jì)算，實(shí)現(xiàn)住宅能耗計(jì)量的高質(zhì)量和高效率管理。 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 11 3 硬件的設(shè)計(jì) CPU的選型： 本系統(tǒng)選用單片機(jī)芯片為 AT89C52,其主要特點(diǎn)如下： ☆有適用于控制應(yīng)用的指令系統(tǒng)和 8 位 CPU； ☆有布爾處理器，它由可尋址位、位處理指令集和相當(dāng)于累加器的進(jìn)位位 C 組成，布爾處理器可大大提高 89C51 的邏輯處理能力； ☆有 4 個(gè) 8 位并行口，口中各位可單獨(dú)尋址； ☆有一個(gè)全雙工的串行口； ☆有兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； ☆全靜態(tài)工作， 3 級(jí)程序存儲(chǔ)器保密； ☆ 4KB 可編程程序 Flash 存儲(chǔ)器（可經(jīng)受 1000 次的寫(xiě)入 /擦除）； ☆ 3 級(jí)程序存儲(chǔ)器保密， 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM； ☆ 32 條可編程 I/O 線， 6 個(gè)中斷源； ☆編程串行通道； ☆片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 AT89S52 主要性能如下： AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 12 時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash A 。 AT89C52 引腳圖如右圖 所示 ： P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏 輯電平。對(duì) P0 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28X T A L 119X T A L 218R E S E T9EA31P S E N29A L E / P R O G30P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17P 8P 7P 6P 5P 4P 3P 2P 1A T 89C 52 圖 89C52 引腳 圖 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 13 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可 以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 引腳號(hào)第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控圖 引腳圖 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 14 制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST—— 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問(wèn)外部程存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存 地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì)FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 15 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE禁止位無(wú)效。 PSEN—— 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程 序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP—— 外部訪問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是 該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 AT89C52 的功能很強(qiáng)，多用戶(hù)四表合一遠(yuǎn)傳系統(tǒng)采用的是 AT89C52 采集器設(shè)計(jì) 采集器是微處理器控制的智能設(shè)備，是四表系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。其作用是采集水、電、煤氣、暖氣四個(gè)表計(jì)的電脈沖信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息記錄保存。在系統(tǒng)中，它通過(guò) RS485 通信電纜與集中器通信。接收集中器發(fā)來(lái)的各種命令，向集中器傳送所記錄的用戶(hù)表計(jì)數(shù)據(jù)及狀態(tài)，此外采集器還可通過(guò)紅外通訊接口，在現(xiàn)場(chǎng)與手抄器通信，接受手抄器發(fā)出的各種命令，傳送采集器所記錄的各種數(shù)據(jù)。 遠(yuǎn)傳基表 的選擇 目前遠(yuǎn)傳水表、遠(yuǎn)傳熱能表和遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼然淼男盘?hào)輸出大都是機(jī)械磁控式的， 是通過(guò)加裝各種感應(yīng)探頭組建來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本系統(tǒng)采用自保持開(kāi)關(guān)型的， 它們的工作原理十分相似，大致的工作原理為：在某一字輪相山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 16 對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置感應(yīng)開(kāi)關(guān) K,它是帶自保功能的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，在字輪上面設(shè)置不同特性的兩個(gè)感應(yīng)部件 A 和 B。使用時(shí)，字輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng) A 轉(zhuǎn)至 K 的位置時(shí)， K 被 A 感應(yīng)處于“開(kāi)”的位置。 A 轉(zhuǎn)走后， K 仍保持為“開(kāi)”的狀態(tài)，直到 B 轉(zhuǎn)到 K 時(shí)才被感應(yīng)“關(guān)”閉。 B 轉(zhuǎn)走后， K 仍處于“關(guān)”的狀態(tài)，直到 A 的再次轉(zhuǎn)來(lái)。依次周而復(fù)始，形成嚴(yán)格按基表的能耗量 實(shí)現(xiàn)“開(kāi) —— 關(guān) —— 開(kāi)”發(fā)出一個(gè)方波脈沖信號(hào)。 在基表的基礎(chǔ)上用自保持開(kāi)關(guān)型原理改裝的遠(yuǎn)傳基表成功的克服了顫動(dòng)、磁干擾、耗電、引線多等缺點(diǎn)，僅用兩條線就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)開(kāi)、信號(hào)關(guān)、斷線和短路四種狀態(tài)的檢測(cè)，是目前最為理想的遠(yuǎn)傳傳感方式。 這樣，系統(tǒng)就可以采集這些脈沖信號(hào)，并據(jù)此來(lái)計(jì)算用戶(hù)的相應(yīng)能耗用量 。 遠(yuǎn)傳水表、遠(yuǎn)傳熱能表和遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼然淼拿}沖常數(shù)（脈沖常數(shù)指每消耗 1 單位的能量所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)），目前市場(chǎng)上基表一般為 100，即使考慮用戶(hù)使用最大量，這三個(gè)基表的脈沖頻率也是十分低的。例如，當(dāng)水表脈沖常數(shù)是 100imp/kkg 時(shí)，最短時(shí)間約 20 秒才產(chǎn)生一個(gè)方波脈沖。 電子式電能表替代感應(yīng)式電能表是民用電表行業(yè)的趨勢(shì)，普通的電子式電能表大多數(shù)采用專(zhuān)用的電度表芯片?？繉?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—9 GB/T15283—94山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 17 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（圖 ）： 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 18 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)； ??? ??? ??? ??? 計(jì) 算 機(jī) 8 9 C 5 2 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 圖 計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖 法原理圖 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 19 （ 3）體積小，價(jià)格便宜。