【導(dǎo)讀】并介紹了具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)通信功能的系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件。經(jīng)投入使用,表明該系統(tǒng)的各種功能都能達(dá)到預(yù)期效果,效果較好。一些相應(yīng)的解決措施，并在ansoft中進(jìn)行了性能仿真。從而使系統(tǒng)抗干擾性能有了明顯。該課題對(duì)電力系統(tǒng)中電能管理有一定的適用價(jià)值，同樣還可以推廣到其他相關(guān)。的一些行業(yè)，有較高的社會(huì)推廣價(jià)值。本文對(duì)整個(gè)抄表系統(tǒng)進(jìn)行了較為全面的設(shè)計(jì)，著。在硬件上對(duì)CPU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及其監(jiān)控電路、數(shù)據(jù)傳輸、通信標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)鐘電路、串口。擴(kuò)展、電能采集和顯示電路都做了詳細(xì)的論述。并且廣泛應(yīng)用的RS-485電氣接口的串。行通訊技術(shù)作為通訊方式。該遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多用戶的電能信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，能夠?qū)崱，F(xiàn)住宅能耗計(jì)量的高質(zhì)量和高效率管理。導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。律后果由本人承擔(dān)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 功能 1 保護(hù)地 接設(shè)備外殼，安全接地 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 向 DCE DTE 發(fā)送串行數(shù)據(jù) 3 接收數(shù)據(jù) RXD 背 向 DTE DTE 接收串行數(shù)據(jù) 4 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 向 DCE DTE 請(qǐng)求切換到發(fā)送方式 5 清除發(fā)送 CTS 背向 DTE DTE 已切換到準(zhǔn)備接受 6 數(shù)傳設(shè)備就緒 DSR 背向 DTE DCE 準(zhǔn)備就緒 7 信號(hào)地 信號(hào)地 8 載波檢測(cè) DCD 背向 DTE DCE 已接受到遠(yuǎn)程信號(hào) 20 數(shù)據(jù)終端就緒 DTR 向 DCE DTE 準(zhǔn)備就緒 22 振鈴指示 RI 背向 DTE 通知 DTE， 通信線路已好 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 據(jù)發(fā)送 ”和 “數(shù)據(jù)接收 ”相互交叉相連，使得兩臺(tái)設(shè)備都能正常的發(fā)送和接收。 “數(shù)據(jù)終端就緒 ”和 “數(shù)據(jù)設(shè)備就緒 ”兩根線也是交叉相連，使得兩臺(tái)設(shè)備都能檢測(cè)出對(duì)方是否已經(jīng)準(zhǔn)備好。 2)相比前一種具有更好的硬件握手功能，它們的 “請(qǐng)求發(fā)送端 (RTS)”與自己的 “清除發(fā)送端 (CTS)”，使得當(dāng)設(shè)備向?qū)Ψ桨l(fā)送請(qǐng)求時(shí)，隨即通過自己的 “清除發(fā)送端 ”表示對(duì)方已經(jīng)響應(yīng)。這里的 “請(qǐng)求發(fā)送 ”線往往還連接著對(duì)方的 “載波檢測(cè) ”線，這是因?yàn)? “請(qǐng)求發(fā)送 ”信號(hào)的出現(xiàn)類似于通信通道中的載波檢 出。 3)最簡(jiǎn)單的連接方法就是僅僅將 “發(fā)送數(shù)據(jù) ”與 “接收數(shù)據(jù) ”交叉連接，共用地對(duì)接，其他的信號(hào)懸空不用。這種連接方式需要通過軟件來實(shí)現(xiàn)其握手功能，其連接圖 所示 : 圖 終端 /計(jì)算機(jī)與終端 /計(jì) 算 機(jī)連接的最簡(jiǎn)單的方式 在本設(shè)計(jì)方案中，一端是單片機(jī)的電平轉(zhuǎn)換芯片，而另一端是網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，兩者三線相連，可以把 PC 機(jī)中的數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳播。 (3)電源電平轉(zhuǎn)化芯片及其接口電路 ① RS232C 電平轉(zhuǎn)換芯片比較多。如 INTERSIL 公司的 ICL232 是彈片集成雙RS232 發(fā)送接收器，采用單一的 ++5V 電源供電外接至多 4 個(gè)電容、 2 只電阻可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 通信結(jié)構(gòu) .當(dāng)然也有 MAXIM 公司及其 HARRIS 公司等，雖然它們來自不同的廠家，但是他們的引腳功能是相互兼容，甚至可以互為代替。下面作重闡述一下該系統(tǒng)所用 MAXIM 公司的 MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片。 ② MAX232 芯片及其接口電路 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 MAX232 芯片是由 MAXIM 公司生產(chǎn)，包含了 2 路接收器和驅(qū)動(dòng)器的芯片，適用于各種 EIA232C 和 的通信接口。 MfAX232 內(nèi)部有一個(gè)電源變 壓器 ， 把輸入的 +5V 電壓轉(zhuǎn)換成為 RS232C 輸出電平所需的 177。10V 電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V 電源供電就夠了。對(duì)于沒有士 12V 電源的場(chǎng)合的實(shí)用性更強(qiáng)，且其價(jià)格適中，硬件接口電路的簡(jiǎn)單，都被廣泛的應(yīng)用。 MAX232 芯片引腳如圖 所示 。 C 1 +1V+2C 1 3C 2 +4C 2 5V6T 2 o u t7R 2 i n8V C C16G N D15T 1 o u t14R 1 i n13R 1 o u t12T 1 i n11T 2 i n10R 2 o u t9M A X 2 3 2C21 .0 u FC11 .0 u FC50 .1 u FC41 .0 u FC31 .0 u FV C CR X DT X D 圖 MAX232 引腳圖 時(shí)鐘模塊 該系統(tǒng)屬于自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，需要數(shù)據(jù)的記錄，并且還需要記錄下該數(shù)據(jù)被記錄的時(shí)間在有異常情況的數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，可以根據(jù)時(shí)間的記錄查處數(shù)據(jù)出錯(cuò)的時(shí)間。為了達(dá)到自動(dòng)抄表的目的，并且能記錄抄表的時(shí)間，在 這里采用了時(shí)鐘芯片，當(dāng)設(shè)定了抄表時(shí)間后，系統(tǒng)將根據(jù)芯片所提供的時(shí)間為基準(zhǔn)進(jìn)行電表的數(shù)據(jù)查抄。 (1)芯片的選擇 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 DS1302 是 DALLAS 公司推出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，內(nèi)部含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘舊歷和 31字節(jié)靜態(tài) RAM，通過簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可以自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘還可以通過 AM/PM來決定采用什么時(shí)制。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單的采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅僅需要三個(gè)口線 :1)RSTT,2)I/O,3)SCLK 串行時(shí)鐘。時(shí)鐘 RAM 的讀 寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或者多大 31 個(gè)字節(jié)的字符組成的方式通信， DS1302 工作時(shí)候的功耗很小，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1MW (2)DS1302 芯片功能介紹 ① 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有計(jì)算 2100 年之前的秒、分、日、日期、星期、月、年的能力，同時(shí)還有閏年的調(diào)整能力。 ② 31*8 位暫存數(shù)據(jù)儲(chǔ)存 RAM ③ 串行 UO 口方式使得管腳數(shù)量最少 ④ 寬范圍工作電壓 : ⑤ 工作電流 : 時(shí)候，小于 300mA ⑥ 讀寫時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時(shí)，有兩種傳輸方式 :單字節(jié)傳送或者多字節(jié)傳送。 ⑦ 腳 DIP 封裝或可選 8 腳 SOIL 封裝 ⑧ 簡(jiǎn)單的 3 線接口，與 TTL 兼容 (VCC=5V) ⑨ 可選擇的工作溫度范圍較廣 :40+85 攝氏度 ⑩ 與 DS1302 兼容，且對(duì) VCCl有可選的涓流充電能力，雙電源管用主電源和備份電源供應(yīng)，備份電容管腳可由電池或者大電容輸入 (3)DS1302 引腳及其電路連接 X1,X2 接 的晶振引腳 GND，接地端 SCLK，串行時(shí)鐘， RST 復(fù)位引腳 I/O 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 VCCl,VCC2 電源供電管引腳 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 V C C 21X12X23G N D4V C C 18I /O7S C L K6CE5D S 1 3 0 2 圖 DS1302 引腳圖 C20 . 1 u F3 2 . 7 6 8 K H z0 . 1 u FR110KR210KR310KV C CV C C3 . 6 VV C CV C C 21X12X23G N D4V C C 18I / O7S C L K6CE5D S 1 3 0 2P 1 1P 1 0P 1 2P 1 . 2P 1 . 1P 1 . 0A T 8 9 C 5 1 圖 DS1302 電路連接圖 電能的 采集和計(jì)數(shù)模塊 (1)功率計(jì)量部分實(shí)現(xiàn)對(duì)電流和電壓信號(hào)的采樣，產(chǎn)生功率脈沖功能。其核心是AD7755 芯片，該芯片是專門用于功率測(cè)試或電能測(cè)量的專用集成電路，是目前電子式電度表的核心芯片之一。功率計(jì)量部分包括 AD775分流器、分壓電流、基本電壓源、保護(hù)電路、光 耦合 器輸出電路 . (2)AD7755 在該芯片上集成了增益可選的放大器 (PGA)、增益固定的放大器、 16 位二階模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、相位校正電路、可選的高通濾波器 (HPF)、數(shù)字乘法器、低通濾波器 (LPF)、數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器 (D/F)、電壓監(jiān)視器及 的內(nèi)部電壓基準(zhǔn)源。通過分流器、分壓電路分別對(duì)電流和電壓信號(hào)進(jìn)行采樣 。電流通道和電壓通道的信號(hào)經(jīng)放大器放大后，通過 AD7755 內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為兩路數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)乘法、低通濾波、 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 數(shù)字頻率變換等電路的處理， AD7755 輸出與瞬時(shí)功率成正比的脈沖，并將此脈沖送至微處理器 MCU. 表 傳輸函數(shù)與通道增益框圖 S1 SO FlF4 G1 GO GAIN 0 0 0 0 1 0 1 0 1 2 1 0 1 0 8 1 1 1 1 16 (3)AD7755 的 CF 引腳可以提供脈沖常數(shù)為 16001MP/KWH(脈沖數(shù) /千瓦時(shí) )，將此輸出脈沖用 LED 和光電 耦合 器隔離輸出，然后送入 MCU 的中斷輸入引腳，由 MCU 控制計(jì)量功率脈沖。 AD7755 產(chǎn)生的輸出頻率與兩個(gè)電壓信號(hào)乘積的平均值成正比。AD7755 通過計(jì)算通道 1 和通道 2 兩個(gè) 輸入電壓的乘積，然后對(duì)乘積進(jìn)行低通濾波，獲取有功功率信息。再將這個(gè)有功功率進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換為頻率，以低電平有效的方式從 Fl和 F2 輸出。這個(gè)頻率是對(duì)有功功率信號(hào)經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間累計(jì)后產(chǎn)生的，因此這個(gè)輸出頻率與平均有功功率成正比，有功功率的平均過程是隱含在數(shù) 字 —頻率轉(zhuǎn)換中完成的。加在 AD7755 上的輸入電壓值為 Ul 和 U2。 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 10nF10nF 10nF10kΩY13 .5 8 M H z33pF33pF100nF 10uF10uF 100nF33nF33nFDD DV1AC/DC2AV/DD3NC4V 1 P5V 1 N6V 2 N7V 2 P8RESET9I N / O U T10AGND11F124F223CF22DGND21R E V P20NC19C L K O U T18C L K I N17G016G115S014S C F12S113A D 7 7 5 51kΩ1kΩ500uΩ1 .5 m Ω1 0 m Ω4 0 m A+—33nFC31 M ΩR31 K Ω33nF1 K Ω+ +100nF+10uFV C CV C CV C CP 1 6P 1 7C1C2R1R2R4R5C4C5 C6C7 C8 C9R6C 1 0C 1 1R7820ΩC 1 2C 1 3C 1 4C 1 5R8 圖 AD7755，性能測(cè)試圖 Fl和 F2 輸出的脈沖頻率 F 和輸入電壓信號(hào)的有效值 U1 和 U2 有一定的數(shù)量 關(guān)系。 R E FUFGUUF /)( 41 ?????? 式中 :F 為引腳 F1 和 F2 輸出的頻率 (Hz)。 U1 為差動(dòng)輸入電壓的有效值 (V)。 U2 為差動(dòng)輸入電壓的有效值 (V)。 G 為 1,2,8,16 取決于 PGA 的增益，由 GO 和 G1 的邏輯輸入決定 。 UREF 為基準(zhǔn)電壓 ( 土 %)(V)。 41?F 由主時(shí)鐘 CLKIN 分頻獲得，分頻系數(shù)由 SO 和 S1 決定 . 顯示電路 （ 1） LCD1602 液晶顯示屏是以若干個(gè) 5*8 或 5*11 點(diǎn)陣塊組成的顯示字符群。每個(gè)點(diǎn)陣塊為一個(gè)字符位，字符間距和行距都為一個(gè)點(diǎn)的寬度，主控制驅(qū)動(dòng)電路為 HD44780 (HITACHI )，具有字符發(fā)生器 ROM 可顯示 192 種字符 160 個(gè) 5*7 點(diǎn)陣字符和 32個(gè) 5*10點(diǎn)陣字符，具有 64 個(gè)字節(jié)的自定義字符 RAM，可自定義 8 個(gè) 5* 8 點(diǎn)陣字符或 4 個(gè) 5*11 遼寧科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 點(diǎn)陣字符，具有 80 個(gè)字節(jié)的 RAM,標(biāo)準(zhǔn)的接口特性適配 M6800 系列 MPU 的操作時(shí)序，低功耗長(zhǎng)壽命高可靠性。 （ 2）管腳功能 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳 :VCC 為電源地 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 鬼影 ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極 12345678910111213141516V S SV C CV0RSR /39。WED B 0D B 1D B 2D B 3D B 4D B 5D B 6D B 7B L AB L KP 1 5