【正文】 特點 6 遠程抄表系統(tǒng)構(gòu)成 6 本文所做的工作 72. 抄表系統(tǒng)的模塊功能設(shè)計 8 抄表系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 8 抄表系統(tǒng)的各功能模塊設(shè)計 9 CPU的選型 9 外圍存儲及其監(jiān)控電路模塊 11 數(shù)據(jù)的上傳模塊 15 時鐘模塊 19 電能的采集和計數(shù)模塊 21 顯示電路 23 本章小結(jié) 243. 抄表系統(tǒng)的軟件設(shè)計 25 軟件設(shè)計要求 25 易理解性，易維護性 25 實時性能 26 可測試性 26 準確性 26 可靠性 26 主程序的軟件設(shè)計 27 子程序設(shè)計 27 清零子程序的設(shè)計 29 接受數(shù)據(jù)與通信的程序設(shè)計 29 數(shù)據(jù)采集子程序 30 脈沖采集程序 31 顯示子程序 32 校驗子程序 33 數(shù)據(jù)傳送子程序 34 硬件電路驅(qū)動 36 數(shù)據(jù)存儲芯片 X5405 36 時鐘芯片 DS1302 36 數(shù)據(jù)上傳 MAX232芯片 36結(jié)論 37致謝 38參考文獻 39 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第43頁1. 緒論 遠程抄表系統(tǒng)的國內(nèi)外概況 遠程抄表系統(tǒng)又稱自動抄表系統(tǒng),國外稱為Automatic Meter Reading System，通常縮寫為AMRS。采用遠程抄表技術(shù)，不僅能節(jié)約人力資源，更為重要的是可以提高抄表的準確性，減少因估計或謄寫而造 成賬單出錯，使供管部門能及時準確獲得數(shù)據(jù)信息。遠程抄表系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力部門。對該項技術(shù)的研究也從各個角度展開，從國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)拓展報道看,市場前景廣闊。據(jù)資料披露，美國在1990年度，共有791項AMR應(yīng)用項目，其中約有550萬臺電表實現(xiàn)了自動抄表。是指通過車載無線電自動抄表。 信息化社會在逐步改變?nèi)藗兊纳罘绞脚c工作習(xí)慣的同時,也對一些傳統(tǒng)的理念提出了挑戰(zhàn)。耗能表(冷、熱水表、電表、煤氣表)數(shù)據(jù)抄收問題是衡量小區(qū)管理水平的一個非常重要的 ,不可回避的問題。以往耗能表的抄收采用人工方式,不能保證數(shù)據(jù)的準確性和實時性,會造成大量的人力、物力及時間上的浪費,也可能造成錯抄、漏抄、估抄的現(xiàn)象,給收費人員和住戶帶來很大的麻煩,甚至造成很多不必要的糾紛。這樣,遠程抄表系統(tǒng)成為了小區(qū)“智能化建設(shè)”的一個重要的部分,成為新興智能小區(qū)的必備條件。在這種方式下，信道的通信數(shù)據(jù)量較大，要求有一定的傳輸速率和帶寬。 (1)光纖通信 光纖通信具有帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠以及高抗干擾性等特點，非常適合上層通信網(wǎng)的要求。由于目前星型連接節(jié)點造價高，安裝費用也比較高，在ARMS系統(tǒng)中無法采用。 (2)電話線網(wǎng) 由于電話線網(wǎng)在城鎮(zhèn)的迅速普及,利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信也是一個經(jīng)濟有效的方案。主機對集中器的呼叫主要通過撥號由交換機自動完成。其特點是傳輸頻帶較寬，通信容量較大(可達幾千臺)，通信距離較長(一般幾十公里，還可以通過中繼站延伸到更遠)。使用這種通信方式，安裝調(diào)試方便，主要缺點是要申請頻點使用權(quán)，如果頻點選擇不合理，相鄰的兩個信道會產(chǎn)生相互的干擾。 底層總線型通信 總線型通信系統(tǒng)是為克服星型連接的不足而采用的，這種方式以一條串行總線連接各分散的采集器或電度表，實現(xiàn)各節(jié)點的互聯(lián)。常用的模式有低壓電力線載波通信、RS485網(wǎng)等。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到—高頻載波上，再經(jīng)過功率放大后通過耦合電路禍合到電力線上。此高頻信號經(jīng)線路傳輸?shù)浇邮辗剑邮諜C通過耦合電路將高頻信號分離出來，濾去干擾信號后放大，再經(jīng)過解調(diào)電路還原成二進制數(shù)字信號。在同一變壓器區(qū)域下，一個集中器采集若千個采集器或電度表的數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個總線型圖。 首先，低壓電力線信號特性決定了電力載波傳輸?shù)膹?fù)雜性。信號的衰減與距離的關(guān)系，一般來說，成正比關(guān)系，傳輸?shù)木嚯x越長，信號的衰減程度也就越大、衰減得越厲害。信號衰減與跨相傳播的關(guān)系，通常的同相傳播的信號要比跨相傳播衰減要小:信號衰減與電源相位的關(guān)系，有時高頻信號在工頻電源的每個相位范圍時會發(fā)生較大的衰減變化，這些電路上通常有大量電 容器或大功率電器，會引起高頻信號的急劇變化，而開關(guān)電源會向電力線上釋放大量的高頻干擾，從而影響正常的通信工作。電力線上的用電設(shè)備等人為的干擾，以及自然現(xiàn)象中如雷電等非人為的干擾。還有大量的用電設(shè)備釋放出干擾，而這些干擾的瞬動頻率、周期、相位、變化很大，即產(chǎn)生連續(xù)變化的干擾。因此如何抑制干擾,提高通信的可靠性是首要考慮的。即使是同一段電力線路,其傳輸特性也會隨著各種電力負荷的投切而改變，所以通信設(shè)備的穩(wěn)定性和適應(yīng)不同線路的能力也很重要。同一電力線，在不同地點的等效阻抗也不完全相同，從戴氏定理可知，不同的等效端口得到的等效輸入阻抗是不一樣的。當前市場上應(yīng)用于電力線上的調(diào)制解調(diào)器一般是基于移頻鍵控(FSK)調(diào)制方式，由于傳輸速率低(一般不超過2400bs)，而且抗干擾性能差、傳輸距離短，所以基本上是已經(jīng)被淘汰，而被廣泛使用的是擴頻調(diào)制解調(diào)器。在發(fā)送端，信號首先對某個載頻進行調(diào)制，調(diào)制器輸出的窄帶已調(diào)信號再送及擴頻器進行二次解調(diào)，輸出的信號為寬帶已調(diào)信號。接收端由解擴和解調(diào)器構(gòu)成，在接收端，利用與發(fā)送端相同的偽碼序列對收到的擴頻信號進行解擴(擴頻的反變化)處理，還原成窄帶已調(diào)信號再經(jīng)過解調(diào)器后，原始信號就解調(diào)出來。因此這種調(diào)制方式將是低壓電力線載波通信的發(fā)展方向。該標準采用集成電路，在一對平衡的互聯(lián)電纜上傳送差分信號，在接收端用差分接收器進行信號判決。在使用雙絞線，信號速率小于100kbs時，傳輸距離可達1200m?？偩€上掛接的節(jié)點個數(shù)因選用的接口驅(qū)動芯片而異，最多可以接128個節(jié)點。 本課題研究的背景，目的和意義長期以來水表，電表，氣表的抄收一直采用傳統(tǒng)的人工查表方式，它是由抄表員上門逐家逐戶的抄錄用數(shù)據(jù)，并將查驗結(jié)果記錄在紙上，然后再由人工進行用量和收費計算。在這種情況下，傳統(tǒng)的管理模式暴露出種種弊端：一方面，由于用量管理內(nèi)容多，要處理的數(shù)據(jù)量大，從用戶建立到正常用量后抄表數(shù)據(jù)的記錄，存儲，統(tǒng)計，分析查找都十分繁瑣和困難。隨著電子計算機、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展給世界的各個領(lǐng)域帶來了無限的發(fā)展空間，建筑領(lǐng)域也不例外，智能大廈、智能化住宅小區(qū)先后出現(xiàn)，也逐漸實現(xiàn)了小區(qū)網(wǎng)上物業(yè)管理、安防聯(lián)網(wǎng)報替、寬帶上網(wǎng)等，但對于耗能表的計量及其查表出戶的解決還處于較低的水平。本設(shè)計中，力求搭建出遠程抄表系統(tǒng)的整體框架，利用單片機為主題，結(jié)合通信技術(shù)，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等設(shè)計出一套遠程抄表系統(tǒng)并最大限度的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抗干擾性，實時性和經(jīng)濟型。 ②具有后備電源，停電時系統(tǒng)能正常工作.③具有較強的抗干擾能力，工作的穩(wěn)定性較高④靈活的系統(tǒng)組成方案，可適用于小區(qū)、高層住宅、零散分布的住戶及其其他情況的特殊小區(qū)，具有較好的擴充性能。 遠程抄表系統(tǒng)構(gòu)成 (1)。 (2)通過電話線或者其他的接入網(wǎng)絡(luò)傳到傳入網(wǎng)絡(luò)。 (3)對于整個抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳送，以及芯片功能的實現(xiàn)，將會在后面的章節(jié)中詳細介紹。這套系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)對住戶用電情況進行實時監(jiān)控，而且能對他們進行準確的記錄和計算，并根據(jù)PC機的要求適時的傳送數(shù)據(jù)以供查閱。包括抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計，電路設(shè)計,抄表系統(tǒng)主要用來完成對電量的采集和計量工作以及與上位機（PC）之間進行通訊。(2)編寫實現(xiàn)系統(tǒng)功能的軟件。利用C語言寫采集器與PC機的通信程序，實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)交換。(4)設(shè)計系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)。在遠程抄表系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)計量準確性的因素是脈沖信號是否有效。本課題為了避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，在硬件和軟件上做了大量的工作，確保計量的準確性和可靠性。 抄表系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的整體工作流程如下: (1)脈沖采集計數(shù)模塊根據(jù)脈沖計算出電表的數(shù)據(jù)，存儲于內(nèi)部的RAM中。(3)上位機操作中，有定時抄和隨時抄送兩種模式:定時抄送，即上位機根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時間，查詢各脈沖采集計數(shù)模塊中的數(shù)據(jù)。在兩種模式下，對沒有反應(yīng)的PC機做備份，并警告等。每一個部分的正確選擇與設(shè)計，及其電路的連接對該系統(tǒng)的硬件電路而言是十分重要的。 ①與MCS51系列的單片機相容。 ④芯片有32條可編程U0引腳。 ⑥共有6個中斷源，2個中斷優(yōu)先級。 ⑧具有低功耗的工作模式和掉電的工作模式。(2)AT89C51芯片主要引腳介紹: ①VCC:AT89C51電源正極輸入，接++5V電壓。 ③XTALI:接外部晶振的一個引腳。它采用外部振蕩時，該引腳應(yīng)接地。在片內(nèi)接至振蕩器的反向放大器輸出端和內(nèi)部時鐘發(fā)生器輸入端。當訪問外部存儲器時，ALE信號的負跳變來觸發(fā)外部的8位鎖存器(如74LS373)，將端口PO的地址總線(AOA7)，ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的1/16，因此可以用來驅(qū)動其他的外圍芯片的時鐘輸入。⑦EA/VPP:該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼(存于外部EPROM)來執(zhí)行程序，在8051中，EA引腳必須接低電位，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。此外，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓(AT89C51為12V)。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次PSEN信號，在執(zhí)行片內(nèi)程序儲存器指令時，不產(chǎn)生PSEN信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時，亦不產(chǎn)生PSEN信號。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作為一般的雙向I/O口用。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作為一般雙向I/0口用。 P3口()是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0口(準雙向并行I/0口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部隨機存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?，其特殊功能引腳分配如下: RXD串行通信輸入 TXD串行通信輸出 INTO外部中斷0輸入，低電平有效 INT1外部中斷1輸入，低電平有效 TO計數(shù)器0外部事件計數(shù)輸入端 T1計數(shù)器1外部事件計數(shù)輸入端 WR外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效 RD外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效 AT89C51 外形引腳 外圍存儲及其監(jiān)控電路模塊 X5405是一種性能較高的可編程看門狗芯片，它集中了三種功能:看門狗定時器、電壓監(jiān)控、和EEPROM組合在單個封裝之內(nèi)。八引腳封裝。(1)特性: ①可選時間的看門狗定時器。③五種標準的開始復(fù)位電壓。 ⑥省電特性:在看門狗打開時，電流小于50uA。在讀操作時候，電流小于2mA。用指令允許寫操作寫保護引腳。 ①CS/WDI:芯片選擇輸入，當CS是高電平時，芯片未選中，并將SO置為高阻態(tài)，器件處于標準的功耗模式，除非一個向非易失單元寫的周期開始，在CS是高電平時，將CS拉低將使器件處于選擇狀態(tài)，器件將處于工作功耗狀態(tài)，在上電后任何操作之前，CS必須有一個高變低的過程。 ②SO:串行輸出，SO是一個推/拉串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在SCK脈沖的下降沿由這個引腳送出。 ④SI:串行輸入，SI是串行數(shù)據(jù)輸入端，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過這個引腳進行輸入，在SCK的上升沿時進行數(shù)據(jù)的輸入，并且高位WSB在前。 ⑥RESET:復(fù)位輸出，RESET是一個開漏型輸出引腳，只要VCC下降到最小允許VCC值，這個引腳就會輸出高電平，一直到VCC上升超過最小允許值之后200ms，同時它也受看門狗定時器控制，只要看門狗處于激活狀態(tài)，并且WDI引腳上電平保持為高或者為低超過了定時時間，就會產(chǎn)生復(fù)位信號，CS引腳上 的一個下降沿將會復(fù)位看門狗定時器，由于這是一個開漏型的輸出引腳，所以在 使用時候必須接上拉電阻。它提供了三個時間值，供選擇，它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護系統(tǒng)免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍之內(nèi)時，系統(tǒng)將自動復(fù)位。如何保證WDT正常運行也是一個關(guān)鍵的問題，要針對WDT失效的原因，采取多種措施，防止失效，從而進一步提高系統(tǒng)得可靠性:①盡量減少干擾源的存在，并且降低不可去除干擾的影響，如電源電壓的波動，尖峰，浪涌等，它們都是強度比較大的干擾源，要加強過濾與去除: ②對本機任務(wù)進行分流，合理的配置CPU的操作任務(wù)，能在上位機運行的功能，一般應(yīng)放在上位機上運行