【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)字 信號經(jīng)調(diào)制器去控制電流控制振蕩器，將“ 1”和“ 0” 分別變成65kHz 與 的三角波，經(jīng)正弦波發(fā)生器整形成正弦波，經(jīng)自動電平控制 (ALC)到功放輸出。電流控制振蕩器的中心頻率 fo=65kHz，由 Co 粗調(diào)，Ro 細調(diào)。 ALC 實現(xiàn)輸出幅度自動調(diào)節(jié)，當負載阻抗很高時， ALC 將減少驅(qū)動，當負載阻抗低時， ALC 提供大的驅(qū)動，本芯片發(fā)送電流可達 60mAPPe輸出電壓幅度由負載阻抗和輸出電流決定。如輸出電流不夠 (在傳輸距離遠，負載阻抗低時 )可外接功率放大器。 B、接收電路 。 當 TX IRX 端輸入“ 0”時，集成電路 處于接收狀態(tài)?？驁D如圖 24 所示。 數(shù)據(jù)采集終端 . 數(shù)據(jù)采集終端是一個 測 量電表用電量的單片機系統(tǒng) ［ 9］ ，如下圖 25 所示。 其中主機是核心，程序存在主機 CPU 中。由于單元式公寓一個單元大多為 1014 戶，所以數(shù)據(jù)采集終端設計為 16 戶。表計輸出的采樣脈沖，經(jīng)過輸入電路實現(xiàn)信號電平轉(zhuǎn)換，再經(jīng)施密 特 電路整形變換成方波，以滿足 第二章 遠程自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 9 鎖相環(huán) 低通濾波器 比較器 脈沖噪聲慮波器 集電器開路電路 I/O 載波信號 圖 24 載波通信接收電路 限幅放大 用戶 1 用戶 2 用戶 16 16 脈沖輸入及整形電路 選 通電路 選 通電路 主機 紅外通信接口 載波通信接口 附加電路 18戶 916 戶 P 圖 25 數(shù)據(jù)采集終端 單片機對輸入信號的要求。因為單片機的 P 門只能通 8 路數(shù)據(jù)，所以 16 路脈沖，要采用分時制，先通 18 路，再通 916 路，故需要經(jīng)過一個選通電路。 附加電路 ,為確保數(shù)據(jù)采集終端安全可靠地運行 ［ 10］ ，除上述主要組成部分之外，還有許多附加電路，如看門狗、掉電檢測、實時時鐘、狀態(tài)指示電路、蜂鳴器、片外 EPROM 等。數(shù)據(jù)保護是數(shù)據(jù)采集終端的關鍵問題之一。采用看門狗電路、系統(tǒng)復位電路和上、掉電檢測電路，就是為了保護本科生畢業(yè)設計（論文） 10 數(shù)據(jù)。實時時鐘電路提供時間 (年、月、日、時、分、秒 )。 狀態(tài)指示電路 ， 用以指示數(shù)據(jù)采集終端的運行狀 態(tài)，分三種 : A,正常運行時，短路片斷開，“底度”指示燈閃爍。 B、常亮 (設置參數(shù)時除外 )或常暗，表示數(shù)據(jù)采集終端工作不正 常。 C、設置參數(shù)時，短路片接通，“底度”指示燈常亮。數(shù)據(jù)采集終端內(nèi)裝有備份電池，停電時為時鐘芯片供電，以保持時間正確?！扒穳骸敝甘緹袅習r，表示電池電壓低，應換新電池。片外 EPROM 各戶的表號、電表常數(shù)、底度、功率限額等參數(shù)及整數(shù)值用電量，都保存于這個 EPROM 中。停電時，這些數(shù)據(jù)也能長期保持。 載波電表 載波電能表的工作原理如圖 26 所示。 載波電表的組成 ， 以 CPU 為核心，由 RAM、電量轉(zhuǎn)換電路、接口、直流電源等構(gòu)成一個單片機系統(tǒng)，如下圖 27 所示。 (1) 直流電源 ， 從 220V 交流電壓經(jīng)變壓 器降壓，整流、濾波及穩(wěn)壓后得到 +24V, +5V, +24V 供載波電路用， +5V 供其他電路用電。 (2) 主機 ， 程序存在 CPU 內(nèi)的 EPROM 中， RAM 用于存放用戶的用電數(shù)據(jù)。其任務是 : A,每當電表正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一圈， CPU 就累計電量 ［ 11］ ，并存入 EPROM. B,接收抄表器發(fā)來的參數(shù)、表號，存入 EPROM. C,與數(shù)據(jù)集中器進行載波通信。 本章開始提到了數(shù)字電表，它的工作原理這里不做贅述，鑒于目前居民用表的情況，本論文中采用載波電表，其實現(xiàn)方式也比較簡單。 接口介紹 ， (1) 電量轉(zhuǎn)換電路它的作用是電能表每正 轉(zhuǎn)一圈，發(fā)出一個脈沖，供 CPU 計數(shù)。如圖 28 所示 : A, B 為光電頭，由它采樣脈沖。遮光片經(jīng)過槽一次產(chǎn)生一個脈沖， CPU 計數(shù)。而電表反轉(zhuǎn)時 (由潛動、抖動等因素造成 )，計度器也反轉(zhuǎn)使數(shù)采集終端讀數(shù)比表計窗口示值大，造成多計，讀數(shù)不準。為了解決因潛 動等造 成的多計。采用雙光電頭采樣電路來判別是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈 沖 計數(shù)，反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖便記下個數(shù) (=300 個 )，待表計正轉(zhuǎn)后將反轉(zhuǎn)的脈沖個數(shù)除之后再計數(shù)，這樣使能保證讀數(shù)始終對得準。但對輸電造成的反轉(zhuǎn) (脈必然 大于 300 個 )仍會計數(shù)，出現(xiàn)多計，使要認真的查找原 因。 第二章 遠程自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 11 電力載波發(fā)射單元 電力載波接收單元 電能 停電保 護 通 ,斷電控制單元 本地調(diào)試接口 抗 EMI 保護線路及電源管理 電能正 ,反向計量裝置 電力線檢測 收發(fā)控制 CPU 硬件看門狗 電路 載波電路 CPU 有線接口 EPROM 電量轉(zhuǎn)換電路 圖 26 載波電能表工作原理框圖 圖 27 載波電表組成結(jié)構(gòu)圖 (2) 有線接口與載波電路 這是載波電表能否實現(xiàn)自動抄表的關鍵部分，這部分電路與數(shù)據(jù)集中器相似，不在這里重復。 本科生畢業(yè)設計（論文） 12 A B 圖 28 電量轉(zhuǎn)換圖 主站 主站在計算機上運行電力載波遠程用電管理軟件，經(jīng)電話網(wǎng)或其他網(wǎng)絡媒介對集中器進行抄表和各種方案設置，并可通過集中器對載波電表進行實時操作 。例如，綜合數(shù)據(jù)的抄讀、電表實時電量讀取，遠程拉、合閘控制 。集中器校時，廣播校 時等操作。主站的工作框圖如圖 29 所示。 圖 29 主站工作框圖 主站系統(tǒng)包括計算機硬件、計算機軟件、調(diào)制解調(diào)器、公用電話網(wǎng)或電臺等數(shù)據(jù)傳輸通道。本系統(tǒng)只用 1 臺計算機來完成表計數(shù)據(jù)的查詢、建庫、以及各種處理功能。當然，也可考慮配備多臺電腦，應用計算機網(wǎng)絡連接到電業(yè)局各部門完成各種處理功能。 例如： 可以實現(xiàn)自動、集中、定時地抄錄各用戶的電量，迅速統(tǒng)計低壓實時線損，通過銀行向各用戶自動完成轉(zhuǎn)賬收款、電費結(jié)算，為供電部門的用電監(jiān)察提供服務。 通過主站 操作，用電管理人員可以隨時獲取所需要的各種數(shù)據(jù)信息，它是本系統(tǒng)最主要的人機界面。抄表主站系統(tǒng)的配置如下圖 210 所示： 居民用電力載波集中抄表系統(tǒng)管理軟件 電力局用電管理中心計算機 電話 MODEM 或其他通信媒介適配器 第二章 遠程自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 13 MODEM 其他系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫 網(wǎng)關 PC 打印機 UPS 通信系統(tǒng) 圖 210 抄表主站系統(tǒng)配置圖 本章小結(jié) . 本章系統(tǒng)的介紹了遠程抄表的工作原理 , 討論了在遠程抄表的過程中各主要工作部分，在這個系統(tǒng)中，核心模塊是數(shù)據(jù)采集端，數(shù)據(jù)集中器和中心主機。數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)集中器用到的單片機主要是 89C51，其詳細的電路原理將在第三章中詳細介紹。 本科生畢業(yè)設計（論文） 14 第三章 系統(tǒng)硬件設計 15 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 本章進行系 統(tǒng)的硬件電路設計，主要對數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器進行詳細介紹。單片機主要用到 89C51， 89C2051 等， 在設計的過程中加進一些輔助電路來構(gòu)成遠程抄表的系統(tǒng)。 對主要單片機的介紹 AT89C51 是一 種帶 4K 字節(jié)閃 爍可編程 可擦除只 讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于 將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 圖 31 AT89C51 和 AT89C2051 （ 1） 主要特性： 本科生畢業(yè)設計（論文） 16 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) )； 全靜態(tài)工作：0Hz24KHz； 三級程序存儲器保密鎖定 ； 128*8 位內(nèi)部 RAM； 32 條可編程I/O 線 ； 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ； 6 個中斷源 ； 可編程串行通道 ； 低功耗的閑置和掉電模式 ； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ； （ 2） 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電 流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能 寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：管腳備選功能 RXD（串行輸入口） ； TXD（串行輸出口） ； /INT0（外部中斷 0） ； /INT1（外部中斷 1） ； T0（記時器 0 外部輸入） ； T1（記時器 1 外部輸入） ； /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） ； /RD第三章 系統(tǒng)硬件設計 17 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ； P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器 頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 數(shù)據(jù)采集器 采集器的線路示意圖如圖 32 所示。此電路