【文章內(nèi)容簡介】 大，不可預(yù)測性，能量高，頻譜寬等。因此如何抑制干擾 ,提高通信的可靠性是首要考慮的。 再次，不同地方的線路特性可能完全不同，使用線路的種類及線路上的負荷情況都回對高頻信號在電力線上的傳輸特性產(chǎn)生很大的影響。即使是同一段電力 線路 ,其傳輸特性也會隨著各種電力負荷的投切而改變，所以通信設(shè)備的穩(wěn)定性和適應(yīng)不同線路的能力也很重要。輸入阻抗是電力線傳輸特性的一個重要參數(shù)，它關(guān)系著傳輸信號的頻率，沒有任何 電力線是一根均勻分布的傳輸線，由于分布電感和分布電容的影響，很顯然輸入阻抗將隨著頻率的變化而變化，不同的時候，電力線上的輸入阻抗是不同的，哪怕在同一地點，也會隨著負載隨機的斷開和隨機的閉合而不同。同一電力線，在不同地點的等效阻抗也不完全相同，從戴氏定理可知，不同的等效端口得到的等效輸入阻抗是不一樣的。電力線上阻抗的劇烈變化，如果用電力線即電力載波方法傳輸信號，那么發(fā)送機功率放大器的輸出阻 抗是不等于接收機功率放大器的輸入阻抗，并很難在阻抗上匹配。當前市場上應(yīng)用于電力線上的調(diào)制解調(diào)器一般是基于移頻鍵控 (FSK)調(diào)制方式，由于傳輸速率低 (一般不超過 2400bs)，而且抗 干 擾性能差、傳輸距離短，所以基本上是已經(jīng)被淘汰，而被廣泛使用的是擴頻調(diào)制解調(diào)器。擴頻系統(tǒng)分發(fā)送端和接收端兩個部分，接收端可簡化為調(diào)制和擴頻兩個模塊。在發(fā)送端，信號首先對某個載頻進行調(diào)制，調(diào)制器輸出的窄帶已調(diào)信號再送及擴頻器進行二次解調(diào)，輸出的信號為寬帶 已 調(diào)信號。由于擴頻器是利用 高速偽隨機碼 (PN)序列對發(fā)射信號調(diào)制，因此獲得的輸出信號的頻譜密度大大地降低了。接收端由解擴和解調(diào)器構(gòu)成，在接收端，利用與發(fā)送端相同的偽碼序列對收到的擴頻信號進行解擴 (擴 頻的反變化 )處理，還原成窄帶已調(diào)信號再經(jīng)過解調(diào)器后，原始信號就解調(diào)出來。由于擴頻信號帶寬與窄帶濾波器帶寬之比越大，信噪比也就越大，所以擴頻通信是以較寬的帶寬換取高信噪比，并提高通信的抗干擾能力、增強通信的隱蔽性。因此這種調(diào)制方式將是低壓電力線載波通信的發(fā)展方向。 (2)RS485 網(wǎng) EIARS485 是 CCITT 標準化 。該標準采用集成電路，在一對平衡的互聯(lián)電纜上傳送差分信號，在接收端用差分接收器進行信號判決。這種接口具有抑制共模干擾的能力，因此抗干擾性能較 好，信號發(fā)送頻率最高可達 遼寧科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 1OMHZ。在使用雙絞線，信號速率小于 100kbs 時，傳輸距離可達 1200m。 RS485 接口在一個通道上可以進行半雙工通信，所以只需要兩根線便可使雙向通信，并可方便地構(gòu)成一點對多點或多點之間的相互通信網(wǎng)絡(luò)，一般使用雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)總線。總線上掛接的節(jié)點個數(shù)因選用的接口驅(qū)動芯片而異，最多可以接 128 個節(jié)點。對要求較高的系統(tǒng)可以考慮選用帶光隔離的、抗雷電及抗靜電放電的沖擊的收發(fā)器，在進行系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮這些因素。 本課題研究的背景，目的和意義 長期以來水表，電表，氣表的抄收一 直采用傳統(tǒng)的人工查表方式，它是由抄表員上門逐家逐戶的抄錄用數(shù)據(jù)，并將查驗結(jié)果記錄在紙上，然后再由人工進行用量和收費計算。但是隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)，居民住宅小區(qū)大量崛起，使得城市的水，電，氣方面的建設(shè)規(guī)模日益擴大，管理工作也變得越來越復(fù)雜。在這種情況下，傳統(tǒng)的管理模式暴露出種種弊端 ：一方面，由于用量管理內(nèi)容多，要處理的數(shù)據(jù)量大，從用戶建立到正常用量后抄表數(shù)據(jù)的記錄，存儲，統(tǒng)計，分析查找都十分繁瑣和困難。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和生活水的日益提高，人們對家居環(huán)境提出了越來越高的要求，安全、舒適、方便、快捷、人性化、智能 化已成為新的追求目標，以往的住宅結(jié)構(gòu)及管理方式越來越不能滿足人們的需求。隨著電子計算機、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展給世界的各個領(lǐng)域帶來了無限的發(fā)展空間，建筑領(lǐng)域也不例外，智能大廈、智能化住宅小區(qū)先后出現(xiàn)，也逐漸實現(xiàn)了小區(qū)網(wǎng)上物業(yè)管理 、安防聯(lián)網(wǎng)報替、寬帶上網(wǎng)等，但對于耗能表的計量及其查表出戶的解決還處于較低的水平。 本文是基于單片機為主結(jié)構(gòu)搭建一個遠程自超標系統(tǒng)，以取代目前廣泛使 用的人工抄表，并消除其帶來的種種弊端，達到實時報表，準確無誤，節(jié)省人力資源的目的。本設(shè)計中，力求搭建出遠程抄表系統(tǒng)的整體框 架，利用單片機為主題，結(jié)合通信技術(shù)，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等設(shè)計出一套遠程抄表系統(tǒng)并最大限度的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抗干擾性，實時性和經(jīng)濟型。 遼寧科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 遠程抄表系統(tǒng) 抄表系統(tǒng)的選型及其特點 (1)抄表系統(tǒng)的選型，主要考慮以下幾個方面的功能 ① 具有儲存功能，在出現(xiàn)特殊情況下，保證以前的所有記錄的數(shù)據(jù)不會丟失。 ② 具有后備電源，停電時系統(tǒng)能正常工作 . ③ 具有較強的 抗 干擾能力，工作的穩(wěn)定性較高 ④ 靈活的系統(tǒng)組成方案，可適用于小區(qū)、高層住宅、零散分布的住戶及其其他情況的特殊小區(qū)，具有較好的擴 充性能。 (2)完成功能 完全實現(xiàn)自動抄表功能，電表的讀數(shù)由安裝在電表內(nèi)部的或者外部的計量、 通訊模塊、實時功能、數(shù)據(jù)的上傳和下載，通過電話網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)抄送到管理處或供電管理部門等用電管理功能。 遠程抄表系統(tǒng)構(gòu)成 圖 遠程抄表系統(tǒng)的組成 (1)如圖 所示的自動抄表系統(tǒng)體系。其中每個采集器要采集十幾戶到二十幾戶的電表脈沖，處理后變成抄表數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊衅髦小? (2)通過電話線或者其他的接入網(wǎng)絡(luò)傳到傳入網(wǎng)絡(luò)?？紤]到抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量不大和易于接入等因素，可使用電話線 MODEM 實現(xiàn)遠程信息傳輸。 (3)對于整個抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳送，以及芯片功能的實現(xiàn)，將會在后面 遼寧科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 的章節(jié)中詳細介紹。 本文所做的工作 本文以整個遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計為研究內(nèi)容 ，對國內(nèi)外現(xiàn)狀進行了詳細的了解后，結(jié)合自己所學知識，以 AT89C51 為內(nèi)核，搭建一個遠程抄表系統(tǒng) 。這套系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)對住戶用電情況進行實時監(jiān)控，而且能對他們進行準確的記錄和計算，并根據(jù) PC機的要求適時的傳送數(shù)據(jù)以供 查閱。在設(shè)計研制過程中主要解決以下幾個問題： (1)根 據(jù)實際需求完成抄表系統(tǒng)的設(shè)計。包括抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計，電路設(shè)計 ,抄表系統(tǒng)主要用來完成對電量的采集和計量工作以及與上位機（ PC）之間進行通訊。在設(shè)計過程中為了盡量減少硬件設(shè)施，降低功耗，簡化電路，選用了功能強大的芯片。 (2)編寫實現(xiàn)系統(tǒng)功能的軟件。利用匯編語言編寫軟件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能并對數(shù)據(jù)進行分析，處理和保存。利用 C 語言寫采集器與 PC 機的通信程序，實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)交換。 (3)確定通信方式及通信標準，采用串行異步通訊標準 RS485，采集器測量到的 數(shù)據(jù)以及設(shè)備狀態(tài)可以通過 RS485 總線傳至智能小區(qū)的物業(yè)管理中心的 PC 機，有管理中心統(tǒng)一進行處理，真正實現(xiàn) “無人查表 ”。 (4)設(shè)計系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)。干擾問題 一直是困擾遠程抄表方式的難題。在遠程抄表系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)計量準確性的因素是脈沖信號是否有效。由于干擾信號的干擾作用可能會使脈沖信號在產(chǎn)生和傳輸?shù)倪^程中發(fā)生錯誤的計數(shù)。本課題為了避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，在硬件和軟件上做了大量的工作，確保計量的準確性和可靠性。 遼寧科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 2. 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 AMR 產(chǎn)品特點的基礎(chǔ)上 ，為了使抄表器的功能更加完善，設(shè)計的抄表器具有脈沖計數(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。整體結(jié)構(gòu)如圖 所示 。 圖 抄表系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的整體工作流程如下 : (1)脈沖采集計數(shù)模塊根據(jù)脈沖計算出電表的數(shù)據(jù)，存儲于內(nèi)部的 RAM 中 。 (2)AT89C51 根據(jù)時鐘模塊的時間設(shè)定，定時向脈沖計數(shù)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸命令，收集其電表中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置好的約定，存儲于外部的 RAM 中，等待上位機的查詢，并 把沒反應(yīng)過來的上位機的號碼記錄下來，上傳給上位機。 (3)上位機操作中，有定時抄和隨時抄送兩種模式 :定時抄送，即上位機根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時間，查詢各脈沖采集計數(shù)模塊中的數(shù)據(jù)。隨時抄，指在某種特殊的情況下，需要單獨的對某個用戶進行復(fù)查等。在兩種模式下，對沒有反應(yīng)的 PC 機做備份，并 警告 等 。 遼寧科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 抄表系統(tǒng)的各功能模塊設(shè)計 這是整個抄表部分的核心部分，由圖 可知，主要由 CPU(MCU)、直流穩(wěn)壓、斷電控制、顯示、系統(tǒng)保護、時鐘、外圍儲存電路、數(shù)據(jù)的上傳、數(shù)據(jù)的下遞、電源、數(shù)據(jù)采集等組成。每一個部分的正確選擇與 設(shè)計，及其電路的連接對該系統(tǒng)的硬件電路而言是十分重要的。 CPU 的選型 (1)CPU 是整個系統(tǒng)的核心部件，它直接影響系統(tǒng)的性能，對于本系統(tǒng)中選用的 AT89C51單片機，現(xiàn)對其功能引腳，電路特征作一個詳細的介紹。 ① 與 MCS51 系列的單片機相容。 ② 內(nèi)有 4K 的可編程 ROM 和 128 個字節(jié)的 RAM. ③ 在 0Hz 到 24Hz 之間可以全靜態(tài)操作。 ④ 芯片有 32 條可編程 U0 引腳。 ⑤ 芯片有 2 個十六位定時器 (計數(shù)器 )。 ⑥ 共有 6 個中斷源， 2 個中斷優(yōu)先級。 ⑦ 可編程串口通道。 ⑧ 具有低功耗的工作 模式和掉電的工作模式。 AT89C51 是一種性價比高，功能先進的 8 位微處理器，在許多的嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是內(nèi)部 4K 字節(jié)的 EPROM 為使用者提供了很大的方便，當應(yīng)用程序較小時，不用為 CPU添加外擴的 CPU工作在低耗的狀態(tài)下，內(nèi)部的 RAM 的數(shù)據(jù)不會丟失。 (2)AT89C51 芯片主要引腳介紹 : ① VCC:AT89C51 電源正極輸入，接 ++5V 電壓 。 ② GND:電源接地端 。 ③ XTALI:接外部晶振的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反向放 大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩時，該引腳應(yīng)接地 。 ④ XTAL2:接外部晶振的一個引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反向放大器輸出端和內(nèi)部時 遼寧科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時，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 ALEIPROG:ALE 是英文 “ADDRESS LATCH ENABLE”的縮寫，表示地址鎖存允許信號。當訪問外部存儲器時， ALE 信號的負跳變來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器 (如 74LS373)，將端口 PO 的地址總線 (AOA7)鎖存到鎖存器中 .在非訪問外部儲存器期間， ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來驅(qū)動其他的外圍芯片的時鐘輸入。當訪問外部存儲器期間，將以 1/12 振蕩頻率輸出 。 ⑦ EA/VPP:該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼 (存于外部 EPROM)來執(zhí)行程序，在 8051 中， EA 引腳必須接低電位，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用AT89C51 或其它內(nèi)部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內(nèi)部程序存儲器，當程序指針 PC 值超過片內(nèi)程序儲存地址 (如 8051/8751/89C51 的 PC 超過 OFFF 均時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序儲存器繼續(xù)運行。此外，在程序代碼燒錄至 8951內(nèi)部 內(nèi)部 FLASH 時，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓 (AT89C51 為12V)。 ⑧ PSEN:此為 “Program Store Enable”的縮寫 .訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次 PSEN 信號，在執(zhí)行片內(nèi)程序儲存器指令時，不產(chǎn)生 PSEN 信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號 。 ⑨ P0,P1,P2,P3 口 PO 口 ()是一個 8 位漏極開路雙向輸入輸出端口，當訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作為一般的雙向 I/O 口用。 PO 口每一個引腳可以帶 8 個 LSTTL 負載 : P1 口 ()是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口 (準雙向并行 I/0 口 )，其輸出可以帶 4 個 LSTTL 負載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口 。 P2 口 ()是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口 (準雙向并行 I/O 口 )，當訪問外部程序存儲器時，它是高 8 位地址。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作為一般雙向 I/0 口用。每一個引腳可以推動 8 個 LSTTL 負載 。 遼寧科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計