【正文】 紅外接收器部分我們采用紅外專用接收集成電路HS0038來完成紅外信號的光電轉換及接收。HS0038 是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL 電平信號兼容的所有工作，沒有紅外遙控信號時為高電平，收到紅外信號時為低電平,它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。 系統(tǒng)中我們將紅外接收器輸出數(shù)據(jù)直接連接到單片機的串口接收RXD端，單片機讀取串口接收緩沖寄存器并譯碼即可還原信息。其電路如圖333所示。圖333 紅外接收模塊電路圖4 系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)主要完成三相有功電能的計量工作并顯示，另外需進行485遠距離通信、紅外通信，同時為便于設置機號和電流互感器系數(shù)，增加鍵盤電路。為增強系統(tǒng)實用性，本三相智能電表充分利用了CPU內部中斷資源：485通信采用串行中斷、紅外通信采用INT0中斷。 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序流程圖如圖41所示，主程序首先完成對X504MAX7219的初始化，設置串口工作方式，開中斷，然后重復調用鍵盤掃描程序，計量脈沖程序，數(shù)據(jù)對EEPROM寫入程序等。其中485通信程序采用外部INT0中斷，紅外程序采用串口中斷。開始初始化X5045初始化7219設置串口工作方式顯示程序鍵盤處理子程序計量脈沖程序喂狗指令讀EEPROM寫EEPROM開串口中斷開INT0中斷圖41 系統(tǒng)主流程圖 鍵盤程序本智能電表采用44行列式鍵盤，包含功能選擇鍵（MENU）和數(shù)字鍵（09），分別用來設置電表機號和電流互感器互感系數(shù)。行列式鍵盤與單片機P2口連接，其對應關系如下表所示。表41 鍵盤引腳分配表列L1列L2列L3列L4行H10鍵1鍵2鍵3鍵行H24鍵5鍵6鍵7鍵行H38鍵9鍵A鍵B鍵行H4MENU鍵D鍵E鍵F鍵鍵盤處理程序中定義以下存儲單元變量，以便于程序編寫和閱讀，流程圖見圖42。FLAG EQU 60H 。功能號存儲區(qū)KNUM EQU 61H 。鍵值存儲區(qū)NUM EQU 62H 。設置位置計數(shù)器鍵盤程序可分為鍵值判斷程序和鍵盤處理程序兩部分。鍵值判斷程序采用行掃描法判斷鍵值，其中R2存列掃描輸出碼，R3存列值，KNUM存鍵值，其程序流程圖見圖42；鍵盤處理程序流程圖見圖43.YNYYYN開始有鍵按下？延時去抖有鍵按下？R4=00H，R2=EFHL1=0?L2=0?L3=0?L4=0?R2左移第4列？R4+04H鍵值=R4+00鍵值=R4+01鍵值=R4+03鍵值=R4+02返回鍵值存KNUMNNYYYNNN圖42鍵值判斷程序流程圖NYNY數(shù)字鍵NYMENU鍵開始鍵值？FLAG取反FLAG=00?NUM=0R0=48H+NUMMOV @R0,KNUMNUM=07?NUM+1返回FLAG=00? 圖43 鍵盤處理程序流程圖 電能脈沖計量程序由ATT7030A資料可以知道，當電路消耗電能時，ATT7030A芯片的CF1腳會輸出電能脈沖，其時間寬度為90ms。，低電平為有效脈沖。，65H、66H、67H為電能存儲緩沖區(qū)，程序流程圖如圖44所示。 YNYNYNNYYNNY開始CF1=0?延時20msCF1=0?CF1=1?返回65H=99?66H=99?67H=99?65H+166H+165H=067H+166H=065H=067H=066H=065H=0圖44電能脈沖計量子程序流程圖 MAX7219初始化及顯示程序本智能電表顯示部分選用可以同時驅動顯示八位LED管的MAX7219，它采用SPI總線驅動方式，有CLK、DIO、LOAD三根驅動線，單片機對應引腳在程序中定義變量如下。DIN EQU 。7219數(shù)據(jù)輸入端CLK EQU 。7219移位脈沖輸入端LOAD EQU 。7219數(shù)據(jù)裝載信號輸入端 MAX7219 初始化MAX7219的初始化需要對顯示位數(shù)、顯示亮度、譯碼方式、顯示模式等寄存器的設置，具體如表42所示。MAX7219初始化流程圖見45所示。表42 MAX7219 各寄存器初始化表寄存器 選項地址寫入數(shù)據(jù)功能掃描邊界寄存器0BH 07H 8位LED顯示亮度控制寄存器0AH04H10/32亮度顯示顯示檢測寄存器0CH01H正常顯示狀態(tài)譯碼方式寄存器09H0FFHBCD譯碼方式設置0CH設置09H設置0CH設置0AH開始返回圖 45 MAX7219初始化流程圖 顯示程序 該智能電表系統(tǒng)顯示模塊中，顯示界面有兩種顯示狀態(tài)：第一種是顯示機號和電量狀態(tài)，第二種時設置機號和互感器原副邊系數(shù)狀態(tài)。對應兩種狀態(tài)，單片機內部存儲器中相應開辟出BUFFLED1和BUFFLED2兩塊顯示緩沖區(qū)。BUFFLED1中40H、41H存儲電表機號，42H～47H存儲電能數(shù)據(jù)；BUFFLED2中48H、49H存儲電表機號，4AH～4FH存儲電流互感器原副邊系數(shù)。顯示程序流程圖見圖46。 BUFFLED1 EQU 40H 。7219顯示緩沖區(qū)1BUFFLED2 EQU 48H 。7219顯示緩沖區(qū)2NYNYR1=RAM0，R3=08寫數(shù)位及顯示數(shù)據(jù)R3=0?R0+1，R1+1，R31返回FLAG=0?R0=BFLED1首地址R0=BFLED2首地址開始圖 46 顯示程序流程圖 X5045相關程序X5045集串行EEPROM、電壓監(jiān)控、看門狗于一體，采用SPI總線驅動，有SCLK、SI、SO、CS四根驅動線。將SI和SO連接在一起組成SIO,WP為其內存寫保護端。程序中X5045與單片機所連接的引腳定義成如下變量。CS EQU 。X5045片選端WP EQU 。X5045寫保護端SCLK EQU 。X5045時鐘端SIO EQU 。X5045數(shù)據(jù)端該電表系統(tǒng)中X5045的主要任務是：上電后讀取EEPROM中所存儲的電表機號及電能數(shù)據(jù)，對電能進行計量時將電能數(shù)據(jù)及機號寫入EEPROM，系統(tǒng)運行期間喂狗。其中EEPROM讀寫程序流程圖見圖47和圖48。返回CS=SCLK=0讀電量讀互感器系數(shù)讀機號寫低八位指令寫高八位指令CS=0、SCLK=0寫使能寄存器開始寫使能寄存器CS=0、SCLK=0寫高八位指令寫低八位指令寫機號寫互感器系數(shù)寫電量CS=SCLK=0返回喂狗指令：WCHDOG: CLR CS NOP NOP SETB CSRET開始圖47 EEPROM讀數(shù)據(jù)程序流程圖 圖48 EEPROM寫數(shù)據(jù)程序流程圖 485通信程序485通信主要完成智能電表系統(tǒng)與上位機的數(shù)據(jù)傳輸任務。串口通信的的起始位為低電平，恰好可以作為單片機外部中斷源，此處485通信采用INT0中斷方式。初始化需設置串口工作方式、波特率、中斷方式，具體設置如下。表43 RS485初始化設置表寄存器 設置寫入數(shù)據(jù)功能TMOD20HT1工作方式2PCON80H波特率加倍TH10F3H波特率為4800bit/sTL10F3HEXO‘1’允許INT0中斷SCON50H串口工作方式1智能電表系統(tǒng)通過RS485總線與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸,其中R3存的是發(fā)送的數(shù)據(jù)位數(shù)；0FFH是上位機要求發(fā)送數(shù)據(jù)指令；，高電平時接收允許，低電平時發(fā)送允許。當系統(tǒng)接收到“發(fā)送數(shù)據(jù)指令”（即0FFH）時，將機號和電量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，程序流程圖見圖49。YNNYNY進中斷保護現(xiàn)場RI=1?CLR RI0FFH？發(fā)送電量數(shù)據(jù)R31R3=0?恢復現(xiàn)場退出中斷SETB CLR CLR SETB 圖49 智能電表系統(tǒng)與上位機485通信程序流程圖 紅外通信程序進行紅外通信之前，通信雙方首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求制訂某種特定的通信協(xié)議，然后才能編寫相應的通信程序。在電度表抄表系統(tǒng)中，紅外通信的一方是單相電度表，另一方是手持抄表器，雙方約定當電表接收到抄表器發(fā)送來的“抄表指令”（0AAH）時，發(fā)送電表機號和電量數(shù)據(jù)。電能表紅外通信采用串口通信，并采用串口中斷方式。初始化需要設置串口工作方式、波特率、串口中斷，初始化程序如下。MOV SCON, 50H 。設置串口工作方式1MOV PCON,80H 。波特率加倍 MOV TMOD, 20H 。定時器1共作在方式2MOV TH1,0F3H 。定時器初值，波特率4800bit/sMOV TL1,0F3HSETB EA 。開總中斷SETB ES 。開串口中斷 CLR 。禁止紅外發(fā)射紅外串口中斷程序中，；，當其低電平時禁止發(fā)送，高電平發(fā)送有效。紅外中斷服務程序的流程如圖410所示。YNNYNY進中斷保護現(xiàn)場RI=1?CLR RI0AAH？發(fā)送電量數(shù)據(jù)R31R3=0?恢復現(xiàn)場退出中斷SETB SETB CLR CLR 圖410 紅外中斷程序流程圖5 測試結果與分析有功電能測量 在不同測試電壓、測試電流條件下，對三相智能電表進行測試，結果如表51所示。分析測試結果可知，本次設計的三相智能電表系統(tǒng)已達到1級精度要求。表51 三相智能電表有功電能測試表測試電壓（伏特）測試電流（安培）誤差（%）結論123平均誤差110符合1級精度要求5220符合1級精度要求5380符合1級精度要求5485通信測試 三相智能電表系統(tǒng)通過RS485/RS232轉換器與上位機聯(lián)接，并進行485通信測試。測試結果：數(shù)據(jù)能夠準確無誤的傳輸?shù)缴衔粰C，傳輸距離超過1000米，可知該設計較好的完成了設計要求。紅外通信測試 紅外通信屬于設計要求之外的擴展功能，通過紅外抄表器與三相智能電表系統(tǒng)進行測試，、并可正常設置表號。由此可知，紅外通信功能擴展基本實現(xiàn)目標。其他功能測試 經(jīng)過多次測試表明，本三相智能電表系統(tǒng)可正常顯示各種數(shù)據(jù)，鍵盤可實現(xiàn)預期設定功能，掉電數(shù)據(jù)不丟失，看門狗功能正常。6 結論及前景展望本系統(tǒng)實現(xiàn)了對電能的精確測量及智能化管理，可以正常顯示電量、存儲數(shù)據(jù)、鍵盤控制、串行通信及紅外通信，基本完成了預期設計目標，證明了該設計方案的可行性及正確性。三項智能電表多功能化、智能化的實現(xiàn)體現(xiàn)了其相對于傳統(tǒng)電表的區(qū)別及先進之處，為我們建設“智能電網(wǎng)”的實現(xiàn)提供了技術支持，方便了工用、民用生活，證明本次設計研究具有廣闊的實際意義和市場前景。總結設計過程，我們可以得出一下幾點結論：系統(tǒng)設計時，一定要遵循“軟件與硬件相結合”的原則。采用硬件來實現(xiàn)一些功能, 可以提高速度,減少存儲容量和軟件研制的工作量, 但會增加硬件成本, 降低硬件的利用率和系統(tǒng)的靈活性與適應性。相反, 若用軟件來實現(xiàn)某些硬件功能可以節(jié)省硬件開支, 提高靈活性和適應性, 但相應速度要下降, 軟件設計費用和所需存儲容量要增加。軟件編程語言選擇時，一定要具體問題具體分析。單片機C語言編程，可讀性好，但代碼效率低，適合編較大程序和整體程序；單片機匯編語言代碼執(zhí)行率高，但可讀性差，適合編較小程序和子程序。考慮實際需要，該智能電表可以改用LCD以便可以顯示更復雜的內容；鍵盤也可以改為矩陣式鍵盤以對電表進行更復雜的控制；系統(tǒng)可以設計成帶IC卡的預付費電表，更方便的實現(xiàn)繳費功能。課題設計參考文獻[1] 李華．MCS51系列單片機實用接口技術．北京：航空航天大學出版社，1988，8，12~45[2] 公茂法．電子式智能多用戶電能表，電子產(chǎn)品維修與制作．機械電子工業(yè)出版社，北京，1998，6, 23~32[3] 周鐵峰 楊建新．Visual Basic ．北京：中國水利水電出版社1999, 3,34~56[5] 蔣偉光 郝磊．X5045電路及其應用．國外電子元器件，2002，5（5）：48~55[6] 李保偉．智能電表簡介．新技術新產(chǎn)品，2010,3（3）：70~73[7] 李剛 林凌．8位串口LED顯示器 MAX7219．儀表