【正文】 巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛運(yùn)用。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 為了避免電路因某種原因造成單片機(jī)“死機(jī)”（進(jìn)入死循環(huán)或“跑飛”），電路使用了 AT89S52 看門狗功能，在單片機(jī)出現(xiàn) “死機(jī) ”時(shí)能夠及時(shí)復(fù)位，從而保證了 機(jī)器的正常運(yùn)行。所以本系統(tǒng)采用了 DL/T645電 表通信協(xié)議中規(guī)定的（ CS）校驗(yàn)。這樣就在一定程度上有效的防止了信號(hào)在傳輸過程中被干擾，使信號(hào)能夠精確的傳輸。 在數(shù)據(jù)安全方面，系統(tǒng)中都采用了串行 EEPROM，來對(duì)重要的數(shù)據(jù)（用 戶編號(hào)和用 電量等）具有掉電保護(hù)功能。實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)失效和硬件損壞是由各種干擾引起的，可見干擾對(duì)系統(tǒng)的影響很大。 用水量數(shù)據(jù) 采集模塊 RS485 接口 GPRS模塊 GPRS模塊 RS232串口電路 PC機(jī) AT89S52 電 能數(shù)據(jù) 采集模塊 煤氣量數(shù)據(jù) 采集模塊 8 系統(tǒng)可靠性分析 干擾是任何電氣儀表必須面對(duì)的問題，它混在信號(hào)中，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，甚至?xí)瓜到y(tǒng)無法正常工作。正常情況下 SMC1602A 背光電源斷開， 其工作電流只有 2mA，大大降低了系統(tǒng)功耗； 電能測(cè)量芯片 ADE7751 正常工作時(shí)其 電流也只有 3mA；串行 EPROM 芯片 AT24C04 最大工作電流為 3mA；時(shí)鐘芯片DS1302 最大工作 電流為 ；單片機(jī)芯片 AT89S52 當(dāng)晶振 為 12M 時(shí)在激活模式下工作電流約為 20mA 左右。 性能分析 功耗分析 在用戶計(jì)量?jī)x表系統(tǒng)中，顯示電路的功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)必須考慮的問題。 單片機(jī) 與用戶 “ 三表 ”之 間通信線采用帶屏蔽的雙絞電纜。 “ 客戶端 ” 與 “ 管理端 ” 通過無線收發(fā)模塊構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 第五章總結(jié)與 展望 。 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì) 介紹水、電、氣數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)原理以及相關(guān)芯片 。 第一章引言，介紹課題研究的背景和意義。 在本系統(tǒng)中，我們可以通過打開水龍頭，或者氣體開關(guān)，單片機(jī)讀取到脈沖數(shù)以后將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的水的噸數(shù)，或者氣體的立方數(shù)，通過液晶顯示器作為人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，可顯示當(dāng)前使用的氣體或水的使用量。由于這些流量計(jì)的工作原理相同，都是由液體和氣體的流動(dòng)推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng) 速度與流速成正比關(guān)系，通過測(cè)量葉輪的轉(zhuǎn)速來計(jì)算流量。將轉(zhuǎn)軸的圈數(shù)通過一定的計(jì)算，便能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的耗 (電 )能數(shù)據(jù)。這種感應(yīng)探頭能夠探知耗能表機(jī)械轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一圈，該感應(yīng)探頭便輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。 現(xiàn)有卡無電的現(xiàn)象；將本屬于供電系統(tǒng)的收費(fèi)任務(wù)，轉(zhuǎn)嫁給用戶，若購電點(diǎn)位于住宅較遠(yuǎn)處，將會(huì)給居民帶來麻煩等。 （ 2） IC 卡類電表：多采用單片機(jī)為主機(jī)進(jìn)行控制，在原普通單相電度表上加裝一對(duì)紅外發(fā)射接收管，對(duì)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，主機(jī)完成對(duì)用戶用電量的一記錄、累加、顯示和控制功能。準(zhǔn)確度等級(jí)是 ，也就是機(jī)械表的計(jì)量誤差是控制在士 2%之內(nèi)的?，F(xiàn)將這三種常見電表的優(yōu)缺點(diǎn)分析如下： （ 1）老式機(jī)械表：也叫感應(yīng)表，利用電磁感應(yīng)原理制造而成。 設(shè)計(jì)方式的選擇及主要內(nèi)容 隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，耗能表戶外計(jì)量已經(jīng)開發(fā)出不少產(chǎn)品。 (2) 系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及國(guó)家相關(guān)政策導(dǎo)向。 燃?xì)獗恚弘姷膹V泛應(yīng)用，可能會(huì)使得氣表只能保持穩(wěn)定或者是略有下降。預(yù)測(cè)三表的前景如下情況： 水表：隨著用水量的增大和不斷完善，水表的前景應(yīng)該是穩(wěn)中有升。 隨著城市生活節(jié)奏的加快，人們需要越來越多的方便設(shè)施來滿足生活的需要，小區(qū)智能化是今后的發(fā)展趨勢(shì)。一方面杜絕了抄表擾民的問題；另一方面可以簡(jiǎn)化管理手段，減輕物業(yè)管理負(fù)擔(dān)。 小區(qū)智能抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)，方便了住戶，可設(shè)置多級(jí)加密功能，定義訪問權(quán)限，更可增加系統(tǒng)的保密性。現(xiàn)在有許多地區(qū)改為插卡式買電裝置，這雖然減少了人為因素，但是買電時(shí)要到銀行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且水、電、氣表分別交費(fèi)，也有許多不便之處。這些智能化住宅小區(qū)的建設(shè)，提高了住戶的生活質(zhì)量，擴(kuò)大了住戶的居住空間，為當(dāng)?shù)刂悄芑ㄔO(shè)起到了示范作用。 作為智能化產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán) ——智能抄表系統(tǒng)也同時(shí)得到了蓬勃發(fā)展。同時(shí)，隨著科技的發(fā)展，小區(qū)住宅除了滿足人們最基本的居住要求，還要將方便、省時(shí)的物業(yè)管理帶給住戶。在人們關(guān)注的同時(shí)，三表抄送系統(tǒng)產(chǎn)生了，并且，隨著科技的不斷發(fā)展，三表抄送系統(tǒng)也越來越智能化。另一種方式是直接利用流量傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這種數(shù)據(jù)采集方式是通過傳感器直接將水量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字脈沖或相應(yīng)大小的輸出電流，采集的數(shù)據(jù)可通過相應(yīng)的控制芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)積算、存儲(chǔ)并驅(qū)動(dòng) LED 或LCD 顯示。 當(dāng)前人們對(duì)用水量 、燃?xì)饬?的數(shù)據(jù)采集也主要有兩種形式，一種是在原來機(jī)械式水表的基礎(chǔ)上利用傳統(tǒng)水表的刻盤轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電脈沖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。由于它沒有傳統(tǒng)電 能表上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因而又被稱為“靜止式電能表”或“固態(tài)電能表”。機(jī)電脈沖式電能表繼承了感應(yīng)系電能表結(jié)構(gòu)牢固、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。一種是利用電量測(cè)量專用芯片設(shè)計(jì)制作的全電子式電能表。從而要求為各種不同的用途提供不同的專業(yè)應(yīng)用軟件。 5） 專業(yè)化程度更高 自動(dòng)抄表已經(jīng)由原來只針對(duì)物業(yè)管理拓展到專業(yè)的煤氣公司、自來水公司、電力公司、工廠企業(yè)的員工宿舍、學(xué)校的學(xué)生宿舍和教工宿舍、酒店式公寓的管理等等五花八門的方面。這對(duì)于出租房屋、酒店式公寓等經(jīng)常更換用戶的地方非常適用。如，每日的用量數(shù)據(jù)（當(dāng)用戶發(fā)生過戶是這個(gè)數(shù)據(jù)有用）、每月固定時(shí)間的凍結(jié)數(shù)據(jù)（準(zhǔn)確計(jì)算每月用量）、每月平均用量、年內(nèi)平均用量數(shù)據(jù)、年內(nèi)最大用量數(shù)據(jù)；還有如表計(jì)安裝時(shí)間、型號(hào)、維護(hù)次數(shù)、更換信息；異常數(shù)據(jù)信息：突發(fā)數(shù)據(jù)增大告警信息、突發(fā)數(shù)據(jù)減小信息等等。要求抄表系統(tǒng)的軟件能夠具有智能診斷的功能，不但能夠準(zhǔn)確、迅速地找到故障，而且能夠指導(dǎo)維修人員迅速排除故障。隨著抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性的提高，抄表系統(tǒng)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，市場(chǎng)對(duì)抄表系統(tǒng)提出了更高的要求。 （ 5）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)及安裝在計(jì)算機(jī)上面 的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。一般的數(shù)據(jù)集中器仍然以數(shù)據(jù)流形式用非常原始的通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，從而帶來了傳輸速度慢等問題。 （ 2）底層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 底層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)指由采集器到集中單元之間的傳輸系統(tǒng)，目前有幾種方式，有線傳輸?shù)姆绞街斜容^主流的方式是 RS485 總線方式和 MBUS 總線方式， MBUS 總線由于兩芯無極性、自由拓?fù)?、更好的防雷擊能力逐漸取得了用戶的認(rèn)可正在演變?yōu)橛芯€傳輸方式的最主流形式；無線傳輸?shù)姆绞街幸灿泻枚喾N如采用 ZIGBee 技術(shù)的模式和普通FSK 傳輸?shù)哪Ｊ?，無線方式由于受到耗電、發(fā)射功率、接收靈敏度、安 裝環(huán)境的復(fù)雜性等多個(gè)方面的約束，根據(jù)實(shí)際使用情況，無線傳輸方式仍需在技術(shù)上進(jìn)一步完善才能達(dá)到實(shí)用化的要求。 分線制多表采集器是第一代抄表系統(tǒng)采用的主要方式，目前仍有一些公司生產(chǎn)這種設(shè)備，由于分線制系統(tǒng)存在抗干擾能力差、斷線會(huì)造成數(shù)據(jù)誤差、一臺(tái)設(shè)備故障會(huì)造成成片的數(shù)據(jù)無法讀取、工程設(shè)計(jì)調(diào)試維護(hù)復(fù)雜等許多問題，目前已不再是抄表系統(tǒng)的主流模式。 任何一個(gè)抄表系統(tǒng)都可以抽象地看作是由六個(gè)部分組成的，如圖 11 所示。 15 年的時(shí)間里，抄表系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有，規(guī)模從小到大，從不可靠到可靠，從單一的方式到多種方式的進(jìn)步。隨著水、電、氣市場(chǎng)管理改革的不斷深入、對(duì)自動(dòng)抄表技術(shù)的研究必將成為熱點(diǎn)與方向。 自動(dòng)抄表系統(tǒng)綜述 自動(dòng)抄表技術(shù) (Automatic Meter Reading)是將數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸和處理應(yīng)用于自來水、電力、天燃?xì)?(以下簡(jiǎn)稱水、電、氣 )供應(yīng)與管理系統(tǒng)中的一項(xiàng)新技術(shù)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，控制中心發(fā)生聲光報(bào)警并通知管理 人員處理事故。一般通過數(shù)據(jù)采集器對(duì)表計(jì)的脈沖進(jìn)行記數(shù)，然后傳輸控制器將信號(hào)送至計(jì)算機(jī)中心，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、打印，再通過與銀行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)。 目前，電子水表、電子煤氣表、電子電表的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)日趨成熟。 同時(shí)國(guó)家建設(shè)部在居民住宅的有關(guān)技術(shù)規(guī)定中已明確要求 3 表（水表、電表、煤氣表）必須出戶。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)據(jù)采集； RS485總線 ； GPRS傳輸 ； 直流電機(jī)； L298 II The Design of Water, Electricity, Gas meter reading system of Residential Area Abstract： In this system, the DC motor simulate water, electricity and a digital scale, using L298N as a DC motordriven rotation of the drive DC motors, DC motor in the rotation when the pulse, the MCU external interrupt sampling the DC motorthe number of pulses used to measure digital scale value. we can turn on the tap or the gas switch, the microcontroller to read after the number of pulses will be converted to the corresponding water tonnage or cubic of gas through the liquid crystal display as a manmachine interface can display the current use of gas or water usage. The paper has a detailed introduction to the software and hardware of the data acquisition circuit，microcontroller circuit， munication circuit， data storage circuit and display circuit of the Colleetion Device the hardware design of every function module， the paper introduces the chip?s features and usage manual， shows the circuit diagram， and introduces the work principle in the end. Keywords : Data Acquisition； S485 bus； PRS transmission； DC motor； L298 1 第 1 章 緒 論 課題研究的意義 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，各種電表、水表、氣表大量地出現(xiàn)在人們的生活中，傳統(tǒng)的人工手動(dòng)抄表方式已經(jīng)很難滿足社會(huì)發(fā)展的要求，人們對(duì)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的需求已越來越強(qiáng)烈。 論文中詳細(xì)介紹了 數(shù)據(jù)采集模塊、微控制器 (單片機(jī) )模塊、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、顯示模塊和時(shí)鐘模塊的軟硬件設(shè)計(jì)。 指導(dǎo)教師評(píng)語 指導(dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語 答辯小組組長(zhǎng)： 年 月 日 答辯委員會(huì)意見 答辯委員會(huì)主任： 年 月 日 目 錄 摘要 .....................................................I ABSTRACT ................................................II 第 1 章 緒 論 ..............................................1 課題研究的意義 ...................................................... 1 自動(dòng)抄表系統(tǒng)綜述 ................................................ 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況 ................................................ 4 住宅抄表自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用條件 ...................................... 5 設(shè)計(jì)方式的選擇及主要內(nèi)容 ............................