【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 相同。對(duì)于工頻信號(hào)，電容 C1 的阻抗遠(yuǎn)大于線(xiàn)圈原邊電感的阻抗，所以電容 C1 承擔(dān)了電力線(xiàn)上的交流電壓；對(duì)于 120KHz 的系統(tǒng)信號(hào)，線(xiàn)圈原邊電感的阻抗遠(yuǎn)大于電容 C1 的阻抗，所以系統(tǒng)擴(kuò)頻信號(hào)幾乎都加在了耦合線(xiàn)圈上。這個(gè)電路能把工頻與擴(kuò)頻信號(hào)疊加和分離開(kāi)來(lái)。設(shè)計(jì)框圖 如圖 22所示 ： 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第二章 功能概述和方案論證 6 圖 22 設(shè)計(jì)框圖 方案二： 本系統(tǒng)采集模塊采用 Vango V9401 芯片， V9401 芯片是一款低能高性能的單項(xiàng)計(jì)量 SoC 芯片，集成模擬前端、電能計(jì)量模塊、增強(qiáng)型 8052 MUC、 RTC、 Flash 和 LCD 驅(qū)動(dòng)等功能模塊。 計(jì)量電路特點(diǎn)： 1）支持 對(duì)電壓信號(hào) U、電流信號(hào) I 以及用于測(cè)量溫度 / 電池電壓的 M 通道信號(hào)采樣 ； 2） 支持正反向有功 / 無(wú)功能量計(jì)量 ； 3） 支持同一路電流進(jìn)行有功與無(wú)功能量計(jì)量 ； 4） 支持電流有效值電能計(jì)量模式 ； 計(jì)量電路與原理如 圖 23 所示 ： 圖 23 計(jì)量電路與原理圖 模擬信號(hào)輸出方式： V9401 支持 2 種電流信號(hào)輸入。其中，電流傳感器（ CT， Current Transformer）輸入電流采用雙端完全差動(dòng)輸入方式，共需要占用 2 個(gè)端口 ；本系統(tǒng)采用另一種方式 ：錳銅電阻分流網(wǎng)絡(luò)輸入電流，采用 AGND 接地。接線(xiàn)方式如圖 24 所示 ： 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第二章 功能概述和方案論證 7 圖 24 接線(xiàn)方式圖 電壓輸入方式 V9401 支持 1 路電壓信號(hào)輸入。電壓采用偽差分輸入方式，因?yàn)? UN 端在芯片內(nèi)部接地，所以?xún)H需要 1 個(gè)端口， 所以本系統(tǒng)采用 電阻分壓方式。 如圖 25 所示： 圖 25 電壓采集原理圖 GPRS傳輸模塊的選擇和論證 方案一：利用傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，該方法無(wú)法滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離的需求，且無(wú)線(xiàn)信號(hào)頻率受?chē)?guó)家有關(guān)部門(mén)的限制。該方案不采用。 方案二： GPRS 傳輸方案； GPRS(General Packet Radio Service, 通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù) ), 是在 GSM 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。他使用分組交換技術(shù) , 能兼容 GSM, 并在網(wǎng)絡(luò)上傳輸高速數(shù)據(jù)。 GPRS 在傳統(tǒng)的 GSM 網(wǎng)絡(luò)中引入了 3 個(gè)新的組件 :PCU(Packet Control Unit, 分組控制單元 )、 SGSN(Serving GPRS Support Node, GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) ) 和 GGSN(Gateway GPRS Support Node, GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) )。 GPRS 通信具有以下特點(diǎn) : 資源利用率高 GPRS 引入了分組 交換的傳輸模式 ,用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源 , 這意味著多個(gè)用戶(hù)可高效率地共享同一無(wú)線(xiàn)信道 , 從而提高了資源的利用率。而 GSM 傳輸信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第二章 功能概述和方案論證 8 數(shù)據(jù)方式為電路交換模式 , 在整個(gè)連接期內(nèi) , 用戶(hù)無(wú)論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨(dú)自占用無(wú)線(xiàn)信道。GPRS 用戶(hù)的計(jì)費(fèi)按通信的數(shù)據(jù)流量為計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。 傳輸速度高 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá) 5716kb/ s, 最高可達(dá)到 11511712kb/ s, 完全可以滿(mǎn)足用戶(hù)應(yīng)用的需求。 接入時(shí)間短 GPRS 接入等待時(shí)間短 , 可快速建立連接 , 平均為 2s。 提供實(shí)時(shí)在線(xiàn)功能 用戶(hù)將始終處于 連線(xiàn)和在線(xiàn)狀態(tài) , 這將使訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)變得非常簡(jiǎn)單、快速。 支持 IP協(xié)議和 X. 25協(xié)議 GPRS支持 Inter 上應(yīng)用最廣泛的 IP協(xié)議和 X. 25協(xié)議 , 而且由于 GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣 , 使得 GPRS 能提供 Inter 和其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線(xiàn)接入。 從上述的 GPRS 特點(diǎn)可以看出 , GPRS 網(wǎng)絡(luò)特別適合于頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)傳輸。本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是一個(gè)比較典型的頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。 本系統(tǒng)選用 SIM300， SIM300 是一款三頻段 GSM/GPRS 模塊，可在全球范圍內(nèi)的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、 PCS 1900MHz 三種頻率下工作，能夠提供 GPRS 多信道類(lèi)型多達(dá) 10 個(gè)，并且支持CS CS CS3 和 CS4 四種 GPRS 編碼方案。 SIM300 內(nèi)部集成了 TCP/IP 協(xié)議棧，并且擴(kuò)展了 TCP/IP AT 指令，使用戶(hù)利用該模塊開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備變得非常簡(jiǎn)單方便 [5]。 如圖 26 所示， 數(shù)據(jù)采集 設(shè)備通過(guò)串 行接口 RS232 連接到 GPRSDTU 上，然后將數(shù)據(jù)打成IP/TCP 包，再通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)接入到 INTERNET，最終通過(guò)各種網(wǎng)關(guān)和路由到達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。 圖 26 接口連接圖 網(wǎng)絡(luò)協(xié)商之后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送， GPRS 網(wǎng)絡(luò)支持 TCP/IP 協(xié)議，所以通過(guò)收發(fā) IP 數(shù)據(jù)包來(lái)傳送數(shù)據(jù)，此時(shí)， 控制器 向 GPRS 發(fā)送的所有包含 IP 報(bào)文的都會(huì)被傳送給 Inter 網(wǎng)中相應(yīng)的 IP地址，從而完成終端系統(tǒng)向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程 [6]。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第二章 功能概述和方案論證 9 小 結(jié) 經(jīng)過(guò)以上論證，我們?cè)O(shè)計(jì)的設(shè)備無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸功能?？刂颇K我們使用的是一塊簡(jiǎn)單的單片機(jī)學(xué)習(xí)板，單片機(jī)分析后通過(guò) GPRS 傳輸數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的功能。在理論上可以實(shí)現(xiàn)的。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第三章 硬件設(shè)計(jì) 10 第三章 硬件設(shè)計(jì) 本章介紹 了無(wú)線(xiàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中主要包括有：電氣設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊、 GPRS傳輸模塊、數(shù)據(jù)控制模塊的設(shè)計(jì)。目的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的傳送等功能 。 電氣設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊 V9401芯片硬件結(jié)構(gòu) V9401 是一款低功耗高性能的單相計(jì)量 SoC 芯片，集成模擬前端、電能計(jì)量模塊、增強(qiáng)型 8052 MCU、 RTC、 Flash 和 LCD 驅(qū)動(dòng)等功能模塊，為單相多功能表提供單芯片方案 [8]。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如 圖 31 所示 ： 圖 31 V9401 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 該芯片采用 8052MCU 結(jié)構(gòu)， V9401 芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器包括三個(gè)模塊： 32kB Flash 存儲(chǔ)器 、256B 的 IRAM 、 1024B 的 XRAM IRAM 和 SFR 映射到同一地址空間。 XRAM 以及外設(shè)寄存器地址映射到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。 FLASH 映射到 程序存儲(chǔ)空間。 1024 字節(jié)的 XRAM 以及外設(shè)寄存器地址都映射到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間， XRAM 的地址范圍為 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第三章 硬件設(shè)計(jì) 11 0000h 03FFh 。其中， 0000h 037Fh 可以被自由訪(fǎng)問(wèn)； 0380h03FFh 的 寫(xiě)操作受寫(xiě)保護(hù)寄存器控制，在對(duì) 0380 h~ 03FFh 區(qū)域進(jìn)行寫(xiě)操作之前，必須先訪(fǎng)問(wèn) “XRAM 寫(xiě)入保護(hù)寄存 器（ 0x28A0 ） ” ，取消寫(xiě)入保護(hù)。寫(xiě)保護(hù)取消后，只要沒(méi)有恢復(fù)寫(xiě)保護(hù)，都可以對(duì)這個(gè)區(qū)域進(jìn)行寫(xiě)入操作。 XRAM 中保存的數(shù)據(jù)在 LDO25 輸出電壓大于 的條件下不會(huì)丟失，也不受復(fù)位的影響。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分如 圖 32 所示 ： 圖 32 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分布圖 32KB 的 FLASH 以及 FLASH 控制寄存器和程序加密字節(jié)都映射到程序存儲(chǔ)空間。 FLASH 控制寄存器（ 0x8001 和 0x8002 ）控制著 FLASH 的編程模式和功耗模式 等。向 FLASH 控制寄 存器 0x8002 寫(xiě)入 0x86， FLASH 的功耗會(huì)降低，但不會(huì)降低性能。 中斷控制電路的寄存器在上電復(fù)位、 RSTn、 IO/RTC 休眠喚醒復(fù)位、 WDT 溢出復(fù)位或調(diào)試復(fù)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第三章 硬件設(shè)計(jì) 12 位發(fā)生后被復(fù)位為默認(rèn)值。進(jìn)入 Sleep 或者 Deep Sleep 模式后，中斷控制電路寄存器停止工作，進(jìn)入低功耗狀態(tài) 。系統(tǒng)提供 2 個(gè)外部端口中斷輸入。使用外部端口中斷的時(shí)候，需要同時(shí)設(shè)置 GPIO 寄存器確定 IO 引腳用于外部中斷功能。 IE SFR（中斷允許寄存器）、 IP SFR（中斷優(yōu)先級(jí)寄存 器）、 EXIF SFR（擴(kuò)展中斷觸發(fā)方式選擇寄存器）、 EICON SFR（擴(kuò)展特殊寄存器）、EIE SFR （擴(kuò)展中斷允許寄存器）以及 EIP SFR （擴(kuò)展中斷優(yōu)先級(jí)寄存器） 為中斷單元提供了中斷使能、優(yōu)先級(jí)控制和標(biāo)志位等 [9]。 時(shí)鐘電路 根據(jù)芯片的各個(gè)功能單元所使用的時(shí)鐘類(lèi)型，時(shí)鐘控制電路的輸出可以分為以下幾個(gè)時(shí)鐘。 時(shí)鐘 1：供 CPU、 RAM、 FLASH、擴(kuò)展中斷、擴(kuò)展定時(shí)器 /UART 和 IO 使用； 時(shí)鐘 2：供計(jì)量電路使用； 時(shí)鐘 3：供 LCD 使用； 時(shí)鐘 4：供 WDT 使用； 時(shí)鐘 5： 供 RTC 使用。 時(shí)鐘控制電路控制著各個(gè)時(shí)鐘的頻率，以及這些時(shí)鐘的開(kāi)啟和關(guān)閉，如圖 51 所示。時(shí)鐘 1 和時(shí)鐘 2 可以 選擇 OSC 時(shí)鐘或 PLL 時(shí)鐘 時(shí)鐘作為時(shí)鐘源。時(shí)鐘 時(shí)鐘 時(shí)鐘 3 以及時(shí)鐘 4 都可以被關(guān)閉，時(shí)鐘關(guān)閉后，使用這些時(shí)鐘的相應(yīng)電路單元停止工作 [10]。 如 時(shí)鐘控制電路框圖33 所示 ： 圖 33 時(shí)鐘控制電路框圖 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第三章 硬件設(shè)計(jì) 13 復(fù)位電路 芯片的復(fù)位電路可以分為三個(gè)復(fù)位等級(jí)，不同的復(fù)位等級(jí)有著不同的復(fù)位范圍。系統(tǒng)狀態(tài)寄存器中所有的復(fù)位標(biāo)志位互斥 [11]。 如 電路 圖 34 所示 ： 圖 34 復(fù)位電路圖 電源系統(tǒng) 如圖 35 所示 V9401 電源供電系統(tǒng)有以下特點(diǎn)： 1. 采用外電源 單電源供電； 2. 芯片內(nèi)部模擬電路和 IO 等由 供電； 3. 芯片內(nèi)部數(shù)字電路和 PLL 等由 供電； 4. 支持低電壓監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第三章 硬件設(shè)計(jì) 14 圖 35 電源系統(tǒng) 圖 GPRS傳輸模塊的設(shè)計(jì) GPRS（通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)） ， 作為 當(dāng)前的 GSM 網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信 技術(shù)轉(zhuǎn)換 的過(guò)渡技術(shù)（ ）具有接入 快 速、 時(shí)刻 在線(xiàn)、按流量計(jì)費(fèi)等 優(yōu) 點(diǎn)，在遠(yuǎn)程突發(fā)性數(shù)據(jù) 及 時(shí)傳輸中有 不可比擬 的優(yōu)勢(shì)。 GPRS（ General Packet Radio Service）通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，是在 GSM 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，他使用分組交換技術(shù)，能兼容 GSM，并 且能 在網(wǎng)絡(luò)上傳輸高速數(shù)據(jù)， GPRS 在傳統(tǒng)的 GSM 網(wǎng)絡(luò)中引入了 3 個(gè)新的 器件 ： PCU（ Packet Control Unit，分組控制單元）、 SGSN（ Serving GPRS Support Node， GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）和 GGSN（ Gateway GPRS Support Node， GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)） ， GPRS 通信具有以下特點(diǎn) [12]： 資源利用率高 GPRS 引 進(jìn) 了分組交換的傳輸模式，用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這 就是說(shuō) 多個(gè)用