【正文】 能儀表的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域占有一席之地。傳感器實(shí)質(zhì)上是一種基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù) ，依靠傳感器技術(shù)可把普通的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，它是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的脈沖電路單元。 水表、煤氣表 水表、煤氣表工作原理 利用的是機(jī)械傳動(dòng)的原理來(lái)記錄數(shù)據(jù)是普通的水表和煤氣表的依據(jù)，它們都是靠齒輪間的嚙合關(guān)系來(lái)完成。 (1)工作原理 電壓、電流采樣電路是將外部 220V 交流電壓及流過(guò)線路的大電流轉(zhuǎn)變?yōu)?合適的小電壓、小電流信號(hào)，經(jīng)電能專用集成電路轉(zhuǎn)換成隨功率變化的脈沖信號(hào) [10]，單片機(jī)接收到功率脈沖信號(hào)后將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器、進(jìn)行電能累計(jì)，并讀取時(shí)鐘信號(hào)，遵循先前設(shè)制的時(shí)段分時(shí)計(jì)量，同時(shí)在顯示屏上顯示所需數(shù)據(jù)，最重要的是它可以及時(shí)接收串口的通訊信息。 電表 單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表可以精確地計(jì)量最大需量、有功電能等信息。 信號(hào)采集模塊 由于普通電表、水表和煤氣表采集信號(hào)的方式不同，在下文中將分別介紹信號(hào)的采集方法。 綜上所述，要構(gòu)成一個(gè)小功率穩(wěn)壓電源首先經(jīng)過(guò)變壓器，將 220V 電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担?經(jīng)過(guò)橋式電路的整流，低壓交流電源就會(huì)轉(zhuǎn)變成直流電源。 由于負(fù)載、電網(wǎng)電壓及溫度的變化都會(huì)是輸出電壓產(chǎn)生波動(dòng)，為避免這一現(xiàn)象，小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 需要在電源電路中接入穩(wěn)壓電路。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娮饔帽憧蓪?shí)現(xiàn)這個(gè)目的，所以構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件就是二極管?？紤]本次設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，要把交流電壓 220V 變換為單片機(jī)所需的 +5V 電壓， 使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，提高產(chǎn)品的性價(jià)比，決定電源電路的設(shè)計(jì)采用方案如圖 所示。其中 c 取 22F? ， R取 1 ?k 。 本設(shè)計(jì)中采用上電且開(kāi)關(guān)復(fù)位，復(fù)位電路如圖 所示。而 上電復(fù)位則要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。一般來(lái)看，通常的復(fù)位操作有兩種基本形式：上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位和上電復(fù)位。由 RESET 引腳來(lái)控制 51單片機(jī)的復(fù)位，當(dāng) RESET 引腳與高電平相接超過(guò) 24個(gè)振蕩周期后， 51 單片機(jī)就會(huì)進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，并且一直在該狀態(tài)等待，直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序 [9]，當(dāng) MCS5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)便會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作。其中 c c2 選擇為 30pF 左右。 小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 圖 晶振電路 單片機(jī)常選擇振蕩頻率 6MHz 或 12MHz 的石英晶體。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部本身有高增益反相放大器，所以外接晶振時(shí)，便組成 自激振蕩器，它還產(chǎn)生振蕩脈沖。 內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式是單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)獲得的常用的兩種電路形式。以單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，使單片機(jī)各功能部件都可以按照一定的順序一步一步地工作和運(yùn)行。 AT89C51 最小系統(tǒng)如圖 所示。 P0P3 口 4 個(gè)鎖存器同 RAM 統(tǒng)一編址，可以把 I/O 口當(dāng)作一般特殊功能寄存器（ SFR）來(lái)尋址。 (1) 主控機(jī) AT89c51 引腳連接 單片機(jī) AT89C51 有 4 個(gè)與外部交換信息的 8 位并行輸入 /輸出接口，即 P0P3。 復(fù)位電路：完成系統(tǒng)復(fù)位調(diào)零等功能。用來(lái) 給單片機(jī) 提供片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn) 的是 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào) 。 主控機(jī) AT89c51 最小系統(tǒng)構(gòu)成 AT89c51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由單片機(jī)電源電路、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成。 要集成一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分在一片芯片上，也就是說(shuō) 89C51 單片機(jī)芯片包含：一個(gè) 8位的 89C51 微處理器（ CPU）；兩個(gè) 16位的每個(gè)都可以設(shè)置成記數(shù)方式的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，這樣可以對(duì)外部事件進(jìn)行記數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制就可以根據(jù)定時(shí)或記數(shù)的結(jié)果，當(dāng)然，也可以設(shè)置成定時(shí)器；片內(nèi) 4KB 程序存儲(chǔ)器 Flash ROM，用以存放表格、一些原始數(shù)據(jù)、程序；片內(nèi) 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，它存放比如想要顯示的數(shù)據(jù)和運(yùn)算的中間結(jié)果等可以讀 /寫(xiě)的數(shù)據(jù)；時(shí)鐘產(chǎn)生電路和片內(nèi)振蕩器，可微調(diào)電容和石英晶體則需外接也有最高允許的振蕩頻率要求；一個(gè)全雙工通用異步接收發(fā)送器的串行 I/O 口，有了接口就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)之間、單片機(jī)與 PC機(jī)之間的通 信； 4 個(gè) 8位并行 I/O 端口 P0P3，每個(gè)端口不僅可以用作輸入，而且可以用來(lái)輸出；具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、 5 個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng) 。同時(shí)由于其價(jià)格很低廉，所以，目前在很大的領(lǐng)域得到應(yīng)用。后來(lái)， Atmel推出了與 8051指令相一致的 AT89C205AT89C4051 等單片機(jī)，這些單片機(jī)可以看成精簡(jiǎn)型的 8051 單片機(jī)。 MCS51 系列的單片機(jī)在我國(guó)迅速得到廣泛應(yīng)用，并變成電子系統(tǒng)領(lǐng)域普遍的應(yīng)用器件之一，并在家用電器、工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、儀器儀表等領(lǐng)域獲得許多成果。 存儲(chǔ)模塊： 對(duì)采集模塊采集到的每個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，防止意外情況造成數(shù)據(jù)丟失。 顯示模塊：完成系統(tǒng)顯示功能，可以顯示用戶水量、 電量和煤氣量。 下位主控機(jī)模塊：采集的用戶的水量信號(hào)、電量信號(hào)、煤氣量信號(hào)，并把數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，通過(guò)鍵盤(pán)模塊控制結(jié)果在顯示模塊顯示。 通信模塊：上位機(jī)系統(tǒng)和下位主控機(jī)系統(tǒng)的通信橋梁。其中下位主控機(jī)有采集模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)模塊、存儲(chǔ)模塊。本文所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)主要由上位 PC 機(jī)管理系統(tǒng)、下位主控機(jī)系統(tǒng)二級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。 小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 遠(yuǎn)程抄表的總體功能 本次設(shè)計(jì)的總體功能：小區(qū)遠(yuǎn)程抄表根據(jù)住戶所用的水、電、煤氣等計(jì)量表輸出相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，利用傳感、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)將每個(gè)用戶的耗能表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再將數(shù)據(jù)傳送到下位主控機(jī)中實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和顯示功能，然后通過(guò) RS485 總線把下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送到上位 PC 機(jī)中，進(jìn)行分析、計(jì)量，最后能源供給公司可以根據(jù)上位機(jī)所計(jì)算出來(lái)的每個(gè)用戶的消費(fèi)進(jìn)行收費(fèi)，系統(tǒng)具有比較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和比較好的穩(wěn)定性。采用單片機(jī)控制可以使儀器儀表數(shù)字化、微型化、智能化，并且功能相比采用數(shù)字或 電子電路 會(huì)更加強(qiáng)大。近幾年，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)在日常生活及家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用；在實(shí)時(shí)過(guò)程控制中的應(yīng)用；辦公自動(dòng)化設(shè)備；單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用；商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備；單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用；汽車 電子 產(chǎn)品；在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器和 儀表智能化，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度及精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比 [7]；航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等領(lǐng)域，單片機(jī)的應(yīng)用更是不言而喻。飛機(jī)上各種儀表的控制，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自 動(dòng)化過(guò)程的數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制，以及廣泛使用的智能 IC 卡 ，民用豪華汽車的安全保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 攝像機(jī) 、 錄像機(jī) 、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，及電子寵物、程控玩具等等，這些都離不開(kāi) 單片機(jī) [6]。單片機(jī)應(yīng)用在控制和檢測(cè)領(lǐng)域主要具有以下特點(diǎn)：小巧靈活、易于產(chǎn)品化、成本低、適應(yīng)溫度范圍寬、易擴(kuò)展、可靠性好，處理功能強(qiáng)、速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等。通過(guò)對(duì)具體系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)來(lái)確定選擇單片機(jī)機(jī)型 :被測(cè)量的類型、程序的容量、工作速度、數(shù)量、輸終端 (比如記錄和顯示等 )的速度、范圍、分辨率以及方式、系統(tǒng)要求的準(zhǔn)確度、分 辨率和方式等方面來(lái)確定單片機(jī)的容量和位數(shù) ,之后再根據(jù)各控制參數(shù)的要求來(lái)確定采用專用型還是普通型單片機(jī) [5]。單片機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)和擴(kuò)展電路兩個(gè)部分組成。單片機(jī)系統(tǒng)是以軟件控制、運(yùn)算及分小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 析作為特點(diǎn)的具有人工智能的一種新型系統(tǒng)。從上個(gè)世紀(jì) 80 年代開(kāi)始， 單片機(jī) 從當(dāng)時(shí)的 4 位和 8位發(fā)展到目前的 32 位高速單片機(jī)。系統(tǒng)功能 正在逐步完善，除了抄表之外，還具有遠(yuǎn)程控制、線損統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)收費(fèi)、用電考核并和銀行聯(lián)網(wǎng)等。經(jīng)儀表檢測(cè)中心檢測(cè)的廠家及電力工業(yè)部電力設(shè)備接近 100 家。德國(guó)的 D— Tech 公司則專門(mén)開(kāi)發(fā)了一種 SMI 專用模塊，可以用于采集電子式電能表的數(shù)據(jù)，它以 400 脈沖 /度或 800 脈沖 /度向外輸出數(shù)據(jù)，對(duì)于我國(guó)而言，雖然對(duì)遠(yuǎn)程抄表的相關(guān)技術(shù)研究起步相對(duì)比較晚，但是其發(fā)展是很快的。同時(shí)，在配電管理領(lǐng)域，美國(guó)等國(guó)已普遍應(yīng)用了智能化的抄表系統(tǒng)。 在近幾年來(lái)，遠(yuǎn)程抄表技術(shù)在國(guó)內(nèi)外逐漸發(fā)展起來(lái)，國(guó)內(nèi)外的很多國(guó)家都在開(kāi)發(fā)智能化抄表系統(tǒng)的研制工作。不僅如此，耗能表的抄收也會(huì)給國(guó)家?guī)?lái)一定的社會(huì)保障問(wèn)題，生活中許多案件正是因?yàn)椴环ǚ肿用俺涫召M(fèi)工作人員進(jìn)入住戶家中進(jìn)行搶劫才發(fā)生的，造成居民家 居生活安全的威脅 [2]，由于現(xiàn)在水表、電表和煤氣表的人工抄收既造成時(shí)間不及時(shí)，工作效率低，又有很多安全隱患，所以傳統(tǒng)儀表讀數(shù)顯然已經(jīng)不能夠滿足日后住宅的發(fā)展需求及人們的生活需求，并逐漸喪失生命力，而現(xiàn)在遠(yuǎn)程抄表可以替換它，即技術(shù)人員利用傳感控制技術(shù)等各種技術(shù)手段將小區(qū)中每家用戶中儀表信息傳送到小區(qū)管理系統(tǒng)，再由各企業(yè)公司進(jìn)行集中計(jì)費(fèi)，通過(guò)這種方法不僅可以節(jié)省人力、財(cái)力和物力，而且能夠確保實(shí)時(shí)性，住戶的安全性也能夠得到保障。是否能夠有效地解決小區(qū)能耗表的抄收問(wèn)題將直接或間接地影響居民居住的舒適性和便捷性，同時(shí)也會(huì)影響到 當(dāng)?shù)匚飿I(yè)公司的工作。 小區(qū)的管理系統(tǒng)中三個(gè)比較主要的特點(diǎn)分別是安全可靠化、管理系統(tǒng)化和通信及時(shí)性。隨著智能大廈和智能化住宅小區(qū)先后出現(xiàn)，也逐漸實(shí)現(xiàn)了小區(qū)網(wǎng)上物業(yè)管理、安防聯(lián)網(wǎng)報(bào)警等更現(xiàn)代化的生活，但對(duì)于很多問(wèn)題的解決近幾年還處于較低的水平，如查表出戶問(wèn)題及耗能表的計(jì)量。 遠(yuǎn)程抄表的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人民的生活水平得到顯著提高，使得每個(gè)人對(duì)其家庭居住環(huán)境也提出更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)一步的追求目標(biāo)，比如：舒適、安全、方便、智能化和人性化等，之前的小區(qū)結(jié)構(gòu)規(guī)劃和管理系統(tǒng)已不能滿足人們對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需求。 以單片機(jī)為控制核心的小區(qū)遠(yuǎn)程抄表，主要根據(jù)單片機(jī)對(duì)水電和煤氣信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的分析、處理、控制和驅(qū)動(dòng)顯示，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，采用軟件的方 法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，減少了電路設(shè)計(jì)難度，并使得遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)在實(shí)際生活中得到良好的應(yīng)用。為了滿足居民對(duì)用水電和煤氣的需求，不斷提高企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，企業(yè)對(duì)小區(qū)居民實(shí)施了一戶一表工程。 關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；遠(yuǎn)程抄表； AT89C51 II ABSTRACT In view of the the residential quarters of the water meter, electricity meter and gas meter,this article was used in the design of meter reading system. This system was designed to utilize integrated munication technology, sensor technology and microprocessor realized with water, electricity, gas, tasks such as data acquisition, processing, storage, transmission, thus made every household in the village’s information accurately deliver to the village39。通過(guò)使用單片機(jī)軟件編程減少硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力以及較好的穩(wěn)定性和精確性。硬件部分包括：信號(hào)采集以及工作原理、液晶顯示、鍵盤(pán)控制和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等。為了能更加精確地對(duì)水、電和煤氣等數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，此次設(shè)計(jì)完成了以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，并且詳細(xì)分析了數(shù)據(jù)的采集方案以及單片機(jī)和上位機(jī)的通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 作 者 姓 名： 吳 煜 昊 學(xué)科、專業(yè) ： 電子信息工程 學(xué) 號(hào) ： 10424060 指 導(dǎo) 教 師： 蔡 睿 妍 完 成 日 期： 大連大學(xué) Dalian University 小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 總計(jì) : 畢業(yè)論文 54 頁(yè) 表 格 3 表 插 圖 16 幅 指導(dǎo)教師： 蔡 睿 妍 評(píng) 閱 人： 完成日期： I 摘 要 這篇文章是針對(duì)住宅小區(qū)所用的水表、電表及煤氣表所作的抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合地運(yùn)用通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水 、電、煤氣的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)热蝿?wù)，這樣一來(lái)就使