【正文】 C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8 位單片機(jī)。一般 100 米長雙絞線最大傳輸速率僅為 1Mbps。 平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100Kbps 速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。應(yīng)用 RS485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián) 32 臺驅(qū)動器和 32臺接收器。 RS485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。 RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。當(dāng) “ 使能 ” 端起作用時，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作 “ 第三態(tài) ” ，即它是有別于邏輯 “1” 與 “0” 的第三態(tài)。另有一個信號地 C，在 RS485 中還有一 “ 使能 ” 端，而在 RS422 中這是可用可不用的。 RS485 串行接口標(biāo)準(zhǔn) （ 1）平衡傳輸 RS42 RS485 與 RS232不一樣，數(shù)據(jù)信 號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為 A，另一線定義為 B。因為 RS485 接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò) ，一般只需二根連線，所以 RS485 接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。即具有多站能力 ,這樣用 戶可以利用單一的 RS485 接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 4. RS485 接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 4000 英尺，實際上可達(dá) 3000米，另外 RS232C接口在總線上只允許連接 1 個收發(fā)器，即單站能力。接口信號電平比 RS 232C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 RS485 總線抄表方式技術(shù)簡單、成熟，易于實現(xiàn)，且總線傳輸速率高，可靠性好。 RS485 總線抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 SA9904 引腳及其外圍電路圖 其中， CLK、 DO、 DI 構(gòu)成與 MCU 控制器的接口 ,用于傳輸控制命令和測得的電量數(shù)據(jù)， IIPs、 IIPt、 IIPr 用來對電流取樣， IVP IVP IVP3 用來對電壓取樣。從而可以較好地適應(yīng)多功能表需要計量多種電量數(shù)據(jù)的要求。 圖 通信串行口復(fù)用電路 更多相關(guān)精品文檔資源請訪問 68661508 索要 11 ④ 高精度電量計量模塊 計量模塊由高精度專用電能計量芯片 SA990電流互感器和其他外圍電路元件組成 。 ③ 串口復(fù)用通信單元 本電能表設(shè)有紅外本地抄表和 RS485 集中抄表兩種串行抄表方式，因為μPD78F0338 僅有一個串口，故通信電路設(shè)計時采用串口復(fù)用技術(shù)。該款單片機(jī)為 120腳 QFP 封裝，單片集成有 60kB Flash、一個異步通信串行口、 404 段 LCD 驅(qū)動器、高達(dá) 10MHz 的總線時鐘和 10 路 10 位精度的 ADC，并可通過簡單的接口進(jìn)行在系統(tǒng)編程，極大地方便在線調(diào)試和軟件升級。多功能表總體結(jié)構(gòu)框圖如 圖 所 示。 電子式電能表的硬件設(shè)計 ① 多功能表總體結(jié)構(gòu) 電子式多功能電能表硬件的核心 MCU 主控制器，它負(fù)責(zé)按鍵輸入掃描、工作狀態(tài)檢測、計量數(shù)據(jù)的讀入、計算和存儲、電表參數(shù)的現(xiàn)場配置以及與外界的通信控制等。主站可以通過 RS485 總線對該電表進(jìn)行查表、設(shè)表、抄表等操作。 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求，本設(shè)計選用屬于復(fù)費率電能表一類的電子式電能表，它能夠很好的實現(xiàn)自動抄表系統(tǒng)所需要的各種功能。 4. 最大需量表：最大需量表應(yīng)用于計量工廠企業(yè)使用有功電量，同時還能指示出在指定時間間隔內(nèi)平均最大功率的電能表。 2. 三相有功電能表：三相有功電能表應(yīng)用于計量發(fā)電廠發(fā)出的、供電部門供出的、用電戶使用的有功電量，這是最重要的一種電能表。由驅(qū)動元件、轉(zhuǎn)動元件、制動元件、積算機(jī)構(gòu) (記度器 )、調(diào)整裝置及輔助部分組成 [4]。在發(fā)電、供電、用電過程中，其發(fā)電量、供電量、用電量的多少離不開電能表的 計量。本章將主要介紹數(shù)據(jù)采集終端的硬件系統(tǒng)設(shè)計。硬件的設(shè)計要根據(jù)功能的要求和系統(tǒng)的工作原理來進(jìn)行。從而在系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸和組網(wǎng)方式上完成了復(fù)合式自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)建。分析了 GPRS 通信的三種組網(wǎng)方式， Inter 接入方式資費低，前期投資小，實施方便，適于遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)選用。 本章小結(jié) 本章通過對比自動抄表系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，構(gòu)建了一種底層通信基于 RS485 總線，上層通信基于移動通信系統(tǒng)的復(fù)合式自動抄表系統(tǒng)。 通信費用低：采用包月計費方式，運營成本低。 數(shù)據(jù)傳送速率高：每個電表數(shù)據(jù)采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在 10Kbps 之內(nèi)。 系統(tǒng)的傳輸容量 大：配電數(shù)據(jù)中心要和每個電表數(shù)據(jù)采集點保持實時連接。 建設(shè)成本少低 ： 由于采用 GPRS 的無線公網(wǎng)平臺，只需安裝好設(shè)備就可以，不需要為遠(yuǎn)程抄表進(jìn)行專門布線，前期投資少、見效快，后期升級、維護(hù)成本低； 集抄范圍廣： GPRS 覆蓋范圍廣，在無線 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以完成對集抄的控制和管理?？珊芎玫臐M足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由于引入分組概念，為設(shè)備無線接入 Inter提供了一種先進(jìn)的有效的手段。 5. 系統(tǒng)管理功能：對通信、費率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，對回收數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分 析、查詢、備份、報表等。 更多相關(guān)精品文檔資源請訪問 68661508 索要 8 3. 預(yù)付費控制功能：當(dāng)用戶發(fā)生欠費或違章 用電時可切斷電源。 反向電量：有功 — 總、尖、峰、谷、平、需量； 無功 — 感性無功（ III）、容性無功（ II）。 反向電量：有功 — 總、尖、峰、谷、平、需量； 無功 — 感性無功（ III）、容性無功（ II）。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ髟砣缦拢航K端通過 RS232/485 接口接收用戶電表的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)打包成 IP 協(xié)議包，通過 GPRS 模塊內(nèi)置的 SIM 卡搜索 GPRS 網(wǎng)絡(luò)后接入，處更多相關(guān)精品文檔資源請訪問 68661508 索要 7 理后以 GPRS 分組的形式發(fā)送到 GSM 基站，分組數(shù)據(jù)經(jīng) SGSN 封裝后，發(fā)送到 GPRS IP骨干網(wǎng)，然后 將分組數(shù)據(jù)包經(jīng) GGSN 進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到外部 Inter 網(wǎng)絡(luò)，再通過 GPRS 服務(wù)器，將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。 可以同時計量正 /反向有功電能、正 /反向無功電能、四象限無功電能，還具有多費率控制，負(fù)荷曲線記錄，各相失壓、過壓、頻率超限記錄，數(shù)據(jù) LCD 顯示等多種功能。采集終端通過 RS485 采集智能電能表的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的分類存 儲 ,然后按照與監(jiān)控服務(wù)器的通訊協(xié)議 ,把數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝處理 , 利用短消息的方式發(fā)送到監(jiān)控服務(wù)器。接收 到電能表數(shù)據(jù)后 ,監(jiān)控中心軟件對電力數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗、計算、存儲、分析、管理等 ,并對異常情況進(jìn)行報警 ,同時對用戶使用情況實現(xiàn)實時監(jiān)控。監(jiān)控中心的服務(wù)器本身必須綁定了一個固定的 IP 地址 ,并且以此 IP 地址接入Inter,便于 GPRS 模塊與服務(wù)器連接。其原理圖結(jié)構(gòu)如圖 所示： B T S B S CP C UM S CS G S N G G S NP S I NI S D NP L M NP D NI n t e r n e t 圖 GPRS 系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計 系統(tǒng)主要是由電度表、帶 GPRS 模塊的采集終端、帶系統(tǒng)軟件的主站組成。 GGSN 通過基于 EP 協(xié)議的 GPRS骨干網(wǎng)連接到 SGSN，將 GSM 網(wǎng)絡(luò)中的 GPRS 分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并傳送到遠(yuǎn)端的外部分組交換網(wǎng)。 SGSN 通過幀中繼與 BTS 相連，是 GSM 網(wǎng)絡(luò)與 MS 之間的接口。 SGSN 與 GGSN 進(jìn)行通信GGSN 對分組進(jìn)行相應(yīng)的處理 ，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)正是采用第三種組網(wǎng)方案，通過 GPRS接入 Inter 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。第三種方式要求遠(yuǎn)程監(jiān)控中心用有 一臺連接 Inter 的服務(wù)器和公網(wǎng) IP 地址，用戶通過 Inter，利用監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器和前端軟件，運行相應(yīng)的程序，可以查詢到對應(yīng)遠(yuǎn)程接口終端的數(shù)據(jù)。 比較三種組網(wǎng)方式，第一種方式適合于實時通信或數(shù)據(jù)量特別大的場所，安全性較高，但成本也高。 2. GPRS 接入方式，用戶的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心向移動公司申請 APN 服務(wù)，獲得 GPRS 內(nèi)部網(wǎng)固定 IP，所有的 GPRS 終端在撥號上網(wǎng)后將獲得的動態(tài) IP 向監(jiān)控中心的監(jiān)控軟件進(jìn)行注冊，以便監(jiān)控中心至終端的下行通信。利用 GPRS 通信方式組網(wǎng)有三種方式，下面分別進(jìn)行介紹 [3]。數(shù)據(jù)采集終端的通信模塊也將相應(yīng)的選擇 GPRS 模塊。 更多相關(guān)精品文檔資源請訪問 68661508 索要 5 鑒于以上四種數(shù)據(jù)傳輸方式，本系統(tǒng)將采用第一種基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸方式，把GPRS 作為上層通 信信道進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。由于 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)是 TCP/IP 協(xié)議，因此基于 IP 的數(shù)據(jù)傳輸方式核心的內(nèi)容是 TCP/IP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換。該方案基本不被采用，但可以 作為備選方案用于無線安防系統(tǒng)中。該方案還可以通過語音通道傳輸雙音多頻 DTMF( Double Tone Multiple Frequency )編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信方式與語音方式一樣?；?Data 的數(shù)據(jù) 傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸安全、實時性好、數(shù)據(jù)傳輸量大，但成本較高，適合于可靠、少次、海量數(shù)據(jù)傳輸。 基于 Data 方式的數(shù)據(jù)傳輸是利用 GSM 的 Data(與傳真同 )傳輸方式，通過 AT 指令來進(jìn)行數(shù)據(jù)撥號，等待數(shù)據(jù)連接建立后，只需將 ASCII 碼數(shù)據(jù)送入通信模塊即可?；诙滔⒌臄?shù)據(jù)傳輸方式的特點是資費較低 ( 元 /條 )，組網(wǎng)使用方便，但實時性較差，數(shù)據(jù)容量較低 (140字節(jié) )。 基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸是通過短消息作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，利用 AT 指令對通信模塊控制，然后將數(shù)據(jù)按照短消息的格式發(fā)送給目標(biāo)機(jī)。基 于 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸通常有四種方式，第一種是基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸，第二種是基于 Data 方式 (一種以電路交換為基礎(chǔ)的傳輸方式 )的數(shù)據(jù)傳輸，第三種是通過語音方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后就是通過 IP( Inter Protocol )方式的數(shù)據(jù)傳輸。下面兩章將對數(shù)據(jù)采集終端的軟硬件設(shè)計做詳細(xì)介紹。集中器利用 RS485 總線把比較接近的采集器的數(shù)據(jù)匯總過來，對它們進(jìn)行分時存儲，并利用通信模塊通過 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送給上位供電部門管理中心。集中器的主要功能就是數(shù)據(jù)的采集、匯總和轉(zhuǎn)發(fā)。底層通信系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場，包括用戶電表、采集器和集中器。鑒于 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)的成熟度較高、覆蓋面較廣，可很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求，因而選用 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為上層通信方式。底層數(shù)據(jù)采集采用 RS485 總線型通信方式。系統(tǒng)組成框圖如圖 所示。電話交換網(wǎng)、大功率無線電波、低壓電力線載波、以太網(wǎng)、 GSM/GPRS 通信網(wǎng)的通信距離相對較遠(yuǎn)，可以作為上層的數(shù)據(jù)傳輸方式 [2]。 系統(tǒng)方案的選擇 自動抄表系統(tǒng)構(gòu)建 “一戶一表，集中抄表，銀行聯(lián)網(wǎng)”已成為電能計量計費信息化的長期發(fā)展目標(biāo)，這就決定了抄表系統(tǒng)的兩個基本特點：系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集點多，采集點具有分散性，數(shù)據(jù)量大，系統(tǒng)是一個覆蓋面很廣的通信網(wǎng)絡(luò)。作為電力配電自動化系統(tǒng)的一個功能模塊，遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)是用電營業(yè)管理自動化的一個重要手段和組成部分，該系統(tǒng)的實現(xiàn)是邁向配電自動化的第一步，并有助于提高電力系統(tǒng)用電管理的現(xiàn) 代化水平。 主要內(nèi)容 本文以遠(yuǎn)程自動 抄表系統(tǒng)的設(shè)計為研究內(nèi)容，對國內(nèi)外抄表系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)了解后，結(jié)合自己所學(xué)知識，以 AT89C51 為控制芯片，搭建了一個遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，實現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集，傳送等功能；對硬件電路、軟件流程的設(shè)計做了詳細(xì)的闡述。 我國內(nèi)所采用的抄表方式大致可以分為三種：一是傳統(tǒng)的人工抄表方式，抄表人需到用戶處讀取數(shù)據(jù)，返回總局后將數(shù)據(jù)重新輸入電腦進(jìn)行處理；二是預(yù)付費方式，抄表人無需到用戶處，用戶通過銀行劃撥收費或到儀表管理部門購買磁卡、 IC 卡等，按購買額提供用量，完成收費工作；三是遠(yuǎn)程抄表方式，監(jiān)控中心通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng) (例如公用電話網(wǎng)、電力線載波、數(shù)據(jù)網(wǎng)等 )自動獲取遠(yuǎn)程儀表數(shù)據(jù)的方式。 國內(nèi)外遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 目前許多國家和地區(qū)都已廣泛采用自動抄表系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工抄表，主要集中在煤氣表、電量表和水流量表的自動抄表，特別是煤氣抄表已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史。 4. 采用遠(yuǎn)程自動抄表，可提高抄表的準(zhǔn)確性，減少因估計或抄寫而造成賬單錯誤，使供用電管理部門能及時準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù) 信息。采用遠(yuǎn)程自動抄表，能節(jié)約人力資源實現(xiàn)減員增效。采用遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)有 如下優(yōu)勢： 1. 采用遠(yuǎn)程自動抄表，不再需要預(yù)約上門抄表時間，居民用電量自動抄收，收費實現(xiàn)自動劃撥，還能迅速查詢賬單，能更好地方便用戶。采用遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)可以緩解抄表人員的勞動強(qiáng)度，降低人為因素造成的抄表誤差，并能迅速地統(tǒng)計實時線損等。 研究意義 隨著一戶一表的推廣及城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的改造，以及國家打破電力供應(yīng)壟斷局面、引入競爭政策的逐步深入，發(fā)展遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)是提高用電管理水平的需要，也是網(wǎng)絡(luò)和更多相關(guān)精品文檔資源請訪問 68661508 索要 2 計算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的必然。 以上這些問題一直困擾著電力部門，并成為制約電力部門提高效益、實現(xiàn)電網(wǎng)自動化的瓶頸。隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推進(jìn)，廠網(wǎng)