1、摘要隨著我國社會經濟的發展，居民用電量劇增。傳統的人工抄表收取電費的方式，已不能滿足現代化管理的要求，實現多用戶能耗儀表的自動抄表已經成為可能，特別是建設部提出來的小康型住宅小區的規劃要求，并逐步實行能耗儀表出戶的統一管理，實現微機自動檢測、計量和收費。本文針對目前居民小區的電能計量中實際存在的各種問題，設計了一種實用的遠程自動抄表系統。該系統具有成本低廉、計量準確、工作穩定可靠和系統安裝維護方便等特點。本文對整個抄表系統進行了較為全面的設計，著重對系統底層的能耗數據的采集和集中、數據通信網絡和通信方式等做了較為詳細的設計。在硬件上對cpu數據存儲及其監控電路、數據傳輸、通信標準、時鐘電路、串

2、口擴展、電能采集和顯示電路都做了詳細的論述。并且廣泛應用的rs-485電氣接口的串行通訊技術作為通訊方式。在軟件上對數據進行采集、通信、顯示子程序、校驗子程序等做了詳細的說明。同時，本文還對系統中的干擾問題進行了深入細致的分析，并在硬件和軟件上擔出了有效的抗干擾技術。該遠程抄表系統實現了多用戶的電能信息的遠程自動抄錄，能夠實現住宅能耗計量的高質量和高效率管理。關鍵詞：遠程抄表；數據通信；at89c51；rs-4851學院本科畢業設計（論文） abstractabstractwith social and economic development electric power is used i

3、ncreasingly, traditional charge of electric fare by manual labor cant satisfy the demand for modern man management. automatic meter reading system (amrs) has a possibility to be put into reality. especially for the well-to-do uptown, the construct department of china has demanded to realize automati

4、c meter reading, measuring and charging with computer. this article aims at the existing problems. thus, i designed an automatic meter reading system of calorie. the strong point of this system is: lows cost, precise measuring, stable working, and easy to install and maintain.the article gives an al

5、l-round design of this system. it expatiates on detail designs of data capturing and collecting, data communication network and mode. in this thesis, about the hardware, a particular explanation of the choice of cpu、inspect circuit、data memory etc were given. and it uses asynchronous serial communic

6、ation technology based on rs-485 electric interface as communication means. the software ,we give the program of impulse collection、communication、display and so on. at the same time, the noise questions existing in the analyzed and the effective anti-noise methods on hardware and o software are pres

7、ented.this long-distance meter reading system realizes the multi-user power information remote automatic transcribing, can realize residential energy consumption of high quality and high efficiency metrology management.keyword: remote meter reading; data-communication; at89c51; rs-4851學院本科畢業設計（論文） 目

8、錄目錄摘要iabstractii第1章 緒論11.1課題的提出和意義21.2國內外發展現狀21.3課題可行性論證結論21.4本文所要完成的主要工作31.5本章小結3第2章 抄表系統總體結構設計42.1系統組成42.2通信標準的選擇42.3系統總體方案確定52.4本章小結6第3章 抄表系統硬件設計73.1抄表系統的整體結構73.2抄表系統的各硬件模塊的設計73.2.1cpu的選型73.2.2外圍存儲及其監控電路模塊103.2.3數據傳輸模塊133.2.4時鐘模塊153.2.5串口擴展173.2.6電能的采集和計數模塊193.2.7顯示電路203.3本章小結21第4章 抄表系統軟件設計224.1軟

9、件設計的基本原則224.2系統軟件設計234.2.1上位微機發送命令到達的路徑234.2.2遠程抄表主程序的設計244.2.3各子程序的設計254.3軟件初始化314.3.1電路初始化314.3.2串行通信設計324.3.3時鐘軟件程序操作344.4通信協議354.4.1字節格式364.4.2幀格式384.4.3傳輸394.5本章小結39第5章 系統的抗干擾設計405.1硬件抗干擾設計405.1.1穩壓電源的考慮405.1.2串行eeprom的選擇415.1.2采用光電隔離技術415.2 軟件抗干擾設計415.2.1單片機程序出錯時能自動納入正軌415.2.2采取措施保證數據寫入的可靠性415

10、.2.3定時設置i/o口狀態425.2.4延時抖動技術425.2.5采用“看門狗”電路425.3本章小結43結束語44參考文獻45致謝46i1學院本科畢業設計（論文） 緒論第1章 緒論本文的研究課題是電表自動抄表系統，本章主要說明課題設計的背景和實際意義，介紹了在抄表領域國內外的技術發展歷史、現狀和未來趨勢，提出所要進行的設計內容和任務，同時對全文的章節架構進行闡述。1.1課題的提出和意義隨著人民生活水平的提高和住宅商品化的發展，居民住宅的質量和檔次越來越高，住房對住宅環境、物業管理水平的要求也日益提高。這樣使得傳統的抄表收費方式存在的弊病越來越突出，抄表收費難也成為各部門管理上的問題，其原因

11、主要有以下幾點：1.入戶抄表難度加大。由于居民生活水平的提高、家庭財產價值及用戶逐漸開始重視私隱權等方面的原因，用戶不希望被別人打擾。同時入戶抄表只能在早晚居民休息的時間里進行，抄表人員實際可利用的時間變短。因而使得電費、水費、暖氣費、煤氣費的漏抄、欠收、漏收嚴重，實際收費往往遠低于統計值，費用流失嚴重。2.各管理部門負擔較重。抄表率低、周期長、資金回收速度慢，嚴重影響了這些部門的經濟效益。3.管理費用開支過高。隨著城市的發展，用戶會越來越多，相伴著手動抄表的管理人員和操作人員也要相應的增多，這勢必會嚴重制約著相關企事業單位的發展。4.抄表工作和勞動強度加大。抄表操作人員的工作條件差、效率低、

12、勞動強度大，而現行的抄表收費大多是人工抄表、人工收費、手工結算，這難以適應企業管理信息化的形式要求。正是由于上述種種原因，建設部提出了建設小康型住宅小區的規劃要求，明確提出了要對新建和必擴建的住宅小區進行統一規劃，逐步實行水、電、氣三表出戶的統一管理，實現微機自動檢測、計量和收費。隨著居民住宅小區的物業管理水平的不斷提高，目前在不少住宅小區，各能耗的計量問題也已經由以前的各部門管理逐步改為由生活小區物業管理部門統一管理。現代物業管理要求不斷向規范化、自動化和科學化的進程邁進，多表聯網遠傳系統將越來越受到用戶和市場的認可，市場全景十分廣闊。因此，多用戶電表聯網遠程抄表系統的研究生就顯得十分迫切。

13、1.2國內外發展狀況近年來，智能抄表技術在國內外應運而生，國內外許多國家正在大力發展開發電能智能抄表系統的研制工作。在國外，如美國等發達國家已把智能抄表系統廣泛應用于配電管理之中了。以色列尤尼克（unique）技術公司開發了collector集中抄表系統，利用現有的電網和電表，以電力線作為信息傳遞媒介，建立數據采集通信系統，通過線載波技術將信息遠距離傳送。而由英國自動化儀表公司本部策劃，組織杭州沃制電力有限公司研制的ic系列電表，可按用戶需要靖上通迅接口，利用rs485接口，零電壓脈沖繼電器輸出或420ma線性進行遠程監測。德dtech公司則此專門開發了smi專用模塊，用于電子式電能表的數據采

14、集，以400脈沖/度或800脈沖/度向外輸出數據1。在國內，雖然我國對智能抄表技術的研究起步較晚，但是發展速度很快。目前，國內生產智能抄表的廠家超過150家。通過電力工業部電力設備及儀表檢測中心檢測的廠家接近100家，受理的專利超過165項。據不完全統計，安裝的智能抄表用戶超過250萬戶抄表技術多樣公：總線、載波、紅外、工頻、超窄帶（unb）。抄表方式多樣化：單表、多表。系統功能逐步完善，除抄表外，還具有線損統計、用電考核、遠程控制、自動收費并與銀行聯網等。1.3課題可行性論證結論本課題針對目前居民小區能耗計量實際現狀，以及能耗計量的數據遠傳和網等問題而設計的電表聯網遠程抄表系統。該系統主要運

15、用廉價的單片機作為cpu分站。對小區用戶的電量等能耗信息進行采集。系統采用分布式結構，與上位微機一起構成典型的分布工測控系統。系統充分考慮到現場總線通信標準對傳輸距離和波特率的限制，兼顧了系統的帶載能力，同時也為提高遠傳系統的可靠性，在各種遠傳基表與上位微機之間，系統采用了兩級采集器的結構形式。其中，二級采集器由于采集遠傳基表的能耗信息而被稱之為采集器。一級采集器因主要負責集中數據采集器中的數據、并上傳至上位微機中而被稱之為數據集中器。上位微機與集中器、采集器之間可通過現場總線進行數據傳輸，采集器通過屏蔽雙絞線采集電表發出的能耗信息，并進行換算和存儲，采集器對電量的采集可直接通過df型多用戶電

16、能表上的接口接受用戶的電量信息。如此，構成了兩級分布工測控系統。系統便于管理，管理人員可以通過上位微機的操作界面實現對用戶電表能耗的遠程抄取，還可以對參數進行設定和修改，也可以通過專用的紅外抄表器進行現場操作、彌補自動抄表不便時的不足，此外系統還具有以下特點：硬件簡單、經濟實用，且功能強大；可移植性較強，稍做改造即可變成多用戶多表聯網遠傳系統；系統成本相對其他應用系統不高，能夠被市場和用戶接受，市場前景廣大；系統的安裝和維護方便、工作穩定性較好；系統選用符合國家計量標準的遠傳基表，系統計量的準確性和可靠性符合或略高于國家相關技術規范和標準化；系統的環境適應能力較強、通用性較好，便于實現技術的推

17、廣和應用等。1.4本文所完成的主要工作針對目前電表聯網遠程抄表系統發展的現狀和存在的問題，結合本課題的設計任務和技術要求2，本文主要解決以下幾個方面的問題：1.完成遠程抄表系統的硬件設計，達到如下功能或性能：（1）能耗抄取：數據采集器正確采集電量信息，存儲在采集器中；自動定時地對df電表進行抄表，將抄得的數據存儲在集中器中；能通過紅外抄表器抄取集中器中的能耗數據；集中器自動定時地對采集器進行抄表，將抄表的數據存儲在集中器中；上位機可以遠程獲取用戶的各類能耗信息。（2）參數設置：上位機可對集中器、采集器的參數進行設定，可對用戶的電量進行設置，并可以根據電表信息對采集器進行設定。2.完成各部件和上

18、位微機的軟件設計：（1）對采集器和集中器中各硬件進行程設計，包括系統主流程及各子程序的編寫；各個硬件的驅動及初始化。（2）上位機的軟件設計：采用客戶機/服務器的客戶服務形式對上位機進行軟件編程。1.5本章總結本章提出了本文的設計課題，介紹了與課題相關的技術發展現狀，明確了總線制抄表系統的設計思想，并且提出了設計所要解決的主要問題和相應的初步設想。31學院本科畢業設計（論文） 抄表系統總體結構設計第2章 抄表系統總體結構設計2.1系統組成自動抄表系統是一個完整的通訊檢測控制體系，最上層是計算機管理層。這層由各種工作站、庫服務器等計算機設備組成，其中配備管理軟件，實現如讀取數據、統計用電情況等功能

19、。每個臺區里要有一個中間的轉發層，這里稱之為“集中器”。集中器每個臺區至少配備一臺，負責向上與管理層和向下與采集層的通信聯結，主要起通訊和暫存數據的作用。向下的通訊使用總線技術；向上的通訊除了使用總線技術外，還有一些如紅外、無線等輔助性的通信手段。最底層是電表層，由各種電度表組成，主要完成能耗計量。實際的系統中，處于對成本的考慮和實際使用情況，系統結構還有一些其他的變化。目前的城市民居樓宇中，有很多為了便于人工抄表和安裝維修，電度表采取了集中安裝的方法，把一個單元的十幾戶的用戶表安裝于同一個大表箱中。所以針對這種情況，產生了若不種衍生方案，這些方案都是只在最下層作了擴展。3452.2通信標準的

20、選擇本系統的一個重要的問題就是通信問題。要根據系統的通信距離來選擇合適的通信標準。如果通信距離要求太高的話，可以采用電話線公網或者無線gps等方式來進行通信。在通信方式中，大多數采用串行通信方式。這里先對常見的串行總線標準作一個比較。常用的總線標準有rs-232、rs-422和rs-485等等6，rs-232是異步串行通信中應用最廣泛的一種標準總線，其單向數據傳輸最大速率為了20kbps，最大傳送距離為15m，顯然這種總線標準是無法滿足本系統的技術要求的，且其數據傳輸速率較慢，易產生干擾。rs-422傳輸距離較遠，最短為12m，數據傳輸最大速率為10mbps；當速率為1mbps時，傳輸距離可達

21、120m；當速率為100kbps時，傳輸距離可達1200m；rs-422抗干擾能力強，傳輸速率快，且為全雙工的。我們知道，rs-232和rs-422有一個顯著特點，即rs-232接口與rs-422接口通常吸用于點對點通信系統中，若系統中需要相互通信的節點數超過兩個時，他們都無法直接滿足要求。因此，eia制定了新的接口標準rs-485，它能支持一點對多點的通信，rs-485電氣標準與rs-422完全一樣，只是rs-485工作于半雙工方式。rs-485標準總線是一種平衡傳輸方式的串行口接口標準，它允許在電路中有多個發送器，且允許一個發送器驅動多個負載設備，負載設備可以是被動發送器、接收器或收發器的

22、組合單元。rs-485的共線電路結構是一對平衡傳輸的兩端都配置終端電阻，其發送器、接收器、組合收發器可以掛在平衡傳輸線上任何位置，在數據傳輸中實現多個驅動器與接收器通用同一傳輸線的多點應用。rs-485通信接口的信號傳輸是用兩根線之間的電壓差來表示邏輯“1”或“0”的，因為發送端僅需兩根傳送線，而接收端也只需要兩根傳送線，這樣，rs-485接收端與發送端公需兩根線就能完成信號傳輸。rs-485標準總線的特點是：抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠，在采用雙絞線，不用modem的情況下，在100kbps的傳輸速率時可傳送1200m，若速率為960kbps時，可以傳送1500m，甚至更遠。由于rs

23、-485具有上述優點，能夠支持一點對多點的通信，便于組網通信距離也能滿足本系統的設計要求；且電表聯網遠程抄表系統對實時性要求不高，能耗的抄取也是不經常發生的，一般情況下僅需要每月抄一次。所以本系統選擇了半雙工的rs-485的通信標準。2.3系統總體方案確定在我們確定了通信標準之后，就可以對整個系統進行設計了。既要充分考慮rs-485通信標準中對傳輸距離和波特率的限制，又要兼顧到系統的帶載能力，來確保系統運行的可靠性，在基表與上層管理微機之間，采用了采集器、集中器兩級結構形式，系統的總體分布結構如下圖2.1所示。圖2.1系統總體結構圖 上位微機與集中器之間可通過rs-485總線進行數據傳輸，采集

24、器通過屏蔽雙絞線采集用戶各種遠傳能耗基表的信息，并進行換算和存儲；采集器對電量的采集可以直接通過df型電能表上的rs-485接口接受用戶的電量信息，也可以通過采集器上的紅外接口，利用專用紅外抄表器對采集器進行各種能耗信息的讀取等整個系統采用如此結構主要有以下幾方面考慮：首先，成熟的技術保證了系統的順利實現。一方面，隨著目前遠傳基表市場的日趨成熟和科學技術的不斷完善進步，國內市場已出現許多能夠生產符合國家計量標準的遠傳基表專業廠家。另一方面，傳輸網絡目前一般采用rs-485或lonworks技術來構建傳輸網絡平臺，其技術本身也是完全成熟的，只要能正確的組網、進行相應的軟件開發并制定出完善的通信協

25、議就能確保系統網絡傳輸的穩定可靠。其次，系統采用了rs-485通信標準。由于rs-485接口可以在一個通道上進行半雙工通信，所以，只需兩根經便可實現雙向通信，極大的方便了構成一點對多點或多點之間的相互通信。因此可以用組建rs-485網的方式將系統中的采集器、集中器和上位微機等構成有機統一的兩級分布式網絡系統。一方面，這便于系統的綜合布線和擴充，也便于迅速發現和排除故障，同時，兩級分布式網絡系統也更有利于用戶能耗數據的可靠存儲，大大提高系統的帶載能力；另一方面，兩級分布式測控系統還便于系統的靈活運用和組合，更能滿足小區建設規模大中小的變化要求。且兩級分布式測控系統擴大了系統的應用能力同時也增加了

26、管理者的管理能力，對系統推廣和應用而言更趨于合理7。此外，上位微機的應用可以更有效地對用戶各種能耗數據進行存儲、處理和分析，可以實現歷史數據的查詢、數據通訊、賬單票據打印、報表生成以及便于系統維護等等功能；還可以方便地對數據采集器、集中器進行參數設置、運行狀況監控等，保證系統正常運行。2.4本章小結本章闡述了電表遠傳抄表系統的功能目標和設計原則，提出遠傳抄表系統的總體結構圖，并分別闡述了遠傳基表、采集器、集中器在系統中的位置、功能以及設計構想。在分析各種通信方式后明確了使用rs-485通信協議進行數據傳輸的設計方向。第3章 抄表系統的模塊功能設計3.1抄表系統的整體結構在了解國內外現有的產品特

27、點的基礎上，為了使抄表器的功能更加完善，設計的抄表器具有計數、數據存儲和數據處理、電量及其狀態的顯示、與控制中心通訊等基本功能。整體結構如圖3.1所示。圖3.1抄表系統的整體結構框圖系統的整體工作流程如下：1.脈沖采集計數模塊根據脈沖計算出電表的數據，存儲于內部的ram中。2.at89c51根據時鐘模塊的時間設定，定時向脈沖計數模塊發送數據傳輸命令，收集其電表中的數據，并根據設定好的程序，存儲于外部的ram中，等待上位機的查詢，并把沒有反應過來的終端的號碼記錄下來，上傳給上位機。3.上位機操作中，有定時抄送和隨時抄送兩種模式；定時抄送，即上位機根據系統設定的時間，查詢各脈沖采集計數模塊中的數據

28、；隨時抄送，指在某種特殊情況下，需要單獨的對某一用戶進行復查等。在兩種模式下，對沒有反應的終端做備份，并警告等。3.2抄表系統的各功能模塊設計這是整個抄表部分的核心部分，由圖3.1可知，主要由cpu（mcu）、時鐘模塊、電能采集和計數模塊、顯示模塊、串口擴展模塊、數據傳輸模塊、監控模塊等組成。每一個部分的正確選擇與設計、及電路的連接對該系統的硬件電路而言是十分重要的。3.2.1 cpu的選型1.cpu是整個系統的核心部件，它直接影響系統的性能。本系統中選用的是at89c51單片機8，現對其功能引腳，電路特征作一個詳細的介紹。與mcs-51系列的單片機相容； 片內集成4kr flash存儲器，可

29、反復編程/擦除1000次； 全靜態設計，時鐘頻率范圍為024mhz； 32條可編程的i/o口線； 128×8字節的內部的ram；芯片有2個十六位計數器（計時器）； 共有5個中斷源，2個中斷優先級； 可編程串口通道； 具有4種工作模式的全雙工串行口； 低功耗的待機工作模式和掉電工作模式； 片內振蕩器和時鐘電路；at89c51是一種性價比高，功能先進的8位微處理器，在許多的嵌入式系統中得到了廣泛的應用，尤其是內部4k字節的eprom為使用者提供了很大的方便，當應用程序較小時，不用為cpu添加外擴的rom。空閑工作模式和掉電保護模式可以保證cpu工作在低功耗的狀態下，內部的ram的數據不會

30、丟失。1.at89c51芯片主要引腳介紹910圖3.2 at89c51外形引腳（1）vcc：at89c51電源正極輸入，接v電壓；（2）gnd：電源接地端；（3）xtal1：接外部晶振的一個引腳。在單片機內部，它是一個反相放大鏡輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。它采用外部振蕩時，該引腳應接地；（4）xtali2：接外部晶振的一個引腳。在片內接至振蕩器的反向放大器輸出端和內部時鐘發生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入；（5）rst：at89c51的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片復位時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續兩個機器周期以上的時間，at89c51便

31、能完成系統復位的各項工作，使得內部特殊功能寄存器的內部均被設為已知狀態；（6）ale/prog:ale是英文“address latch enable”的縮寫，表示地址鎖存允許信號。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地址字節。在flash編程器件，此引腳用于輸入編程脈沖。在低電平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/16.因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0.此時，ale只有在執行movx、movc指令時才起作用。另外，該引腳

32、被略微拉高。如果處理器在外部執行狀態ale禁止，置位無效。（7）ea/vpp.：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼（存于外部eprom）來執行程序，在8051中，ea引腳必須接低電平，因為其內部無程序存儲空間。如果是使用at89c51的其他內部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內部程序存儲器，當程序指針pc值超過片內程序存儲地址時，將自動轉向內部程序存儲器繼續運行。此外，在程序代碼燒錄至89c51內部eprom、89c51內部flash時，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓（at89c51為12v）；（8）psen：此為“program store enable”的縮寫。

33、訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產生二次psen信號，在執行片內程序存儲器指令時，不產生psen信號，在訪問外部數據時，亦不產生psen信號；（9）p0、p1、p2、p3口 p0口（p0.0p0.7）是一個8位漏極開路雙向i/o端口，當訪問外部數據時，它是地址總線（低8位）和數據總線復用。外部不擴展而單片機應用時，則作為一般的雙向i/o口用。p0口每一個引腳可以帶8個ttl門電流； p1口（p1.0p1.7）是具有內部提升電路的雙向i/o端口（準雙向并行i/o口），其輸出可以帶4個ttl門電流。僅供用戶作為輸入輸出用的端口； p2口（p2.

34、0p2.7）是具有內部提升電路的雙向i/o端口（準雙向并行i/o口），當訪問外部程序控制器時，它是高8位地址。外部不擴展而單片機應用時，則作為一般的雙向i/o口用。每一個引腳可以推動8個ttl門電流； p3口（p3.0p3.7）是具有內部提升電路的雙向i/o端口（準雙向并行i/o口），它還提供特殊功能，包括串行通信、外部終端控制、計時計數控制及外部隨機存儲器內容的讀取或定入控制等功能，其特殊功能引腳分配如下： p3.0 rxd串行通信輸入 p3.1 txd串行通信輸出 p3.2 into外部中斷0輸入，低電平有效； p3.3 into外部中斷1輸入，低電平有效； p3.4 t0計數器0外部事件

35、計數輸入端； p3.5 t1計數器1外部事件計數輸入端； p3.6 wr外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效； p3.7 rd外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效；3.2.2 外圍存儲及其監控電路模塊x5045是一種性能較高的可編程看門狗芯片，屬于片外看門狗芯片，不但有看門狗電路，而且還有存儲器，掉電后數據不丟失，可以直接進行復位。它集中了三種功能：看門狗定時器、電壓監控、和eprom組合在單個封裝內。x5045具有簡單的三線總線工作的串行外設接口（spi）和軟件協議11。 其電路結構圖如圖3.3所示，八引腳封裝。圖3.3 x5045芯片引腳該芯片內控串行eeprom是具有xicor公司的塊鎖保護

36、cmos串行eeprom，它被組成8位結構，它由一個四線結構的spi總線方式進行操作，其擦寫周期至少有100萬次，并且寫好的數據能保存100年。1.特性可選時間的看門狗定時器；vcc的降壓檢測和復位檢測；五種標準的開始復位電壓；使用特定的編程順序即可對低壓電壓檢測和復位開始電壓進行編程；復位電壓可以低至vcc=1v；省電特性：在看門狗打開時，電流小于50ua；在看門狗關閉時，電流小于10ua；在讀操作時候，電流小于2ma；具有數據的塊保護功能，可以保護1/4,1/2全部的eeprom，當然也可以設置不保護狀態；用指令允許寫操作寫保護引腳；時鐘可達3.3ms；短的編程時間，16字節的頁寫模式，寫

37、時器件內部自動完成，典型的器件寫周期5ms.圖3.4 x5045內部電路結構圖2.功能及其引腳描述本器件將四種功能融為一體，上電復位控制，看門狗定時器，降壓管理以及具有模塊功能的串行eeprom，有助于簡化系統的設計，減少印制板的占用面積，提高可靠性。（1）cs/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，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拉低使器件處于選擇狀態，器件將處于工作功耗狀態，在上電后任何操作之前，cs必須有一個高變低的過程。看門狗輸入，在看門狗定時器超時并產生復位之前，一個加載wdi引腳上的由高到低的電平的

38、變換將復位看門狗定時器。（2）so：串行輸出，so是一個推拉串行數據輸出引腳，在讀數據時，數據在sck脈沖的下降沿由這個引腳送出。（3）wp：寫保護，當wp引腳是低電平時，向x5045中的寫操作被禁止，但是其它的功能正常，當引腳是高電平時，所有操作正常，包括寫操作，如果在cs是低的時候，wp變為低電平，則會中斷向x5045中寫的操作，但是，如果此時內部易失性周期已經初始化了，wp變為低電平不起作用。（4）si：串行輸入，si是串行數據輸入端，指令碼、地址、數據都通過這個引腳進行輸入，在sck脈沖的上升沿時進行數據的輸入，并且高位wsb在前。（5）sck：串行時鐘，串行時鐘的上升沿時通過si引腳

39、進行數據的輸入，下降沿通過so引腳進行數據輸出。（6）reset：復位輸出，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，同時它也受到看門狗定時器控制，只要看門狗處于激活狀態，并且wdi引腳上電平保持為高或者為低超過了定時時間，就會產生復位信號，cs引腳上的一個下降沿將會復位看門狗定時器，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。3.x5045的電路連接如圖3.5中的看門狗對系統提供保護功能，當系統發生故障而超過設置時間時，電路中的看門狗將通過reset信號向cpu作出反應。它提供了三個

40、時間值供選擇，它的具有的電壓監控功能還可以保護系統免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍內時，系統將自動復位，x5045存儲器與cpu可能通過串行通信方式接口，共有5k字位，來存儲抄表數據。圖3.5 x5045的電路連接如何保證wdt正常運行也是一個關鍵問題，要針對wdt失效的原因，采取多種措施，防止失效，從而進步提高系統的可靠性： （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，他們都是強度比較大的干擾源，要加強過濾與去除； （2）對本機任務進行分流，合理的配置cpu的操作任務，能在上位機運行的功能，一般應放在上位機運行，因為上位機的運行環境良好，便

41、于控制，從而減少本機出錯的概率； （3）對地址指針、過程控制程序中判斷轉換的條件狀態等關鍵數據進行實時備份，當由于數據被改而使wdt失效時，可以從過備份ram中恢復這些關鍵數據，從而也使得系統恢復。對沒有用到的eprom和ram區，一律寫在ffh或者ooh，當cpu由于干擾“跑飛”到這些不用區域中時，不會產生誤操作。 采取以上措施，可以較好的提高wdt的穩定性，有利于系統的正常運行。3.2.3數據傳輸模塊通常情況下，集中器都是安裝在小區某樓總出口處，對于城鄉用戶來說，集中器一般都會選擇較為集中的地方，這個相對來說就是比較復雜13，因為這樣它的傳輸距離更大，往往達到千米以上，為此，我們選擇了rs

42、-485的數據通信標準。標準通信接口電路的主要性能參數見表3.1表3.1 標準通信接口電路的主要性能參數rs-232rs-423ars-422ars-485操作方式單端單端差分差分最大線纜距離15m600m1200m1200m最大數據速率（bps)12m300k10m10m120m10k1m1m1200m3k100k100k可連接臺數1臺驅動器1臺接收器1臺驅動器10臺驅動器1臺驅動器10臺接收器1臺驅動器32臺接收器1.rs-485標準接口rs-485為半雙工，在某一時刻，一個發送另一個接收，用于多站互連時，可以節省信號線，便于數據的傳輸。rs-485是一種多發送器的電路標準，它擴展了rs-

43、422的性能，允許雙導線上1個發送器驅動32個負載設備，同時rs-485允許公用電話線網絡通信電路結構在平衡連接兩端有終端電阻，在平衡電纜上掛發送器、接收器或者收發器。所以這里，我們考慮采用rs-485串行標準來完成采集模塊到上位機的數據傳輸問題。rs-485是一種電氣標準，與ttl標準完全不同，單片機與rs-485之間必須進行轉換，可以采用分立元件或集成電路專用芯片完成，本設計采用max485芯片。2.max485芯片max485芯片是maxim公司生產的差分平衡性收發器芯片，集成片包含一個驅動器和一個收發器，適用于rs-485通信標準。結構引腳見圖3.6性能及特點：單+5v電源供電；低功耗

44、，工作電流12050ua，靜態電流只有300ua；驅動器有過載保護功能；通信傳輸線上可掛32個收發器；共模輸入電壓范圍-7v+12v；8引腳封裝，適用于半雙工通信；圖3.6 max485引腳引腳描述：ro：接收器輸出端，若a端高于b端200mv以上，r0為高，否則r0為低。re：接收器輸出使能端，若de為高，驅動輸出a和b有效，器件作線驅動器用（發送）；若de為低，它們呈高阻態，這時re為低，器件作線接收器使用（接收）。di：驅動器輸入，di為低將迫使輸出為低，若di為高將迫使輸出為高。b：反相接收器輸入與反相驅動器輸出。a：同相接收器輸入與同相驅動器輸出。gnd：接地vcc：電源正極3.2.

45、4時鐘模塊時間信息對于自動抄表系統而言是不可或缺的。但將其放于何處則是一個值得爭議的問題，其中的兩個障礙是無法回避的：一個是成本，一個是維護。所以在電表安裝時鐘和在集中器上安裝時鐘，我們選擇了后者。將時鐘放在集中器上既可以滿足系統對時間信息的基本要求，也不會給系統增加過多的負擔，當需要進行底度凍結時，集中器會發出廣播命令，連發數次后，再依次向各電表發送命令，這樣，所有電表收到命令的時間最長也可以控制在幾分鐘之內，可以滿足電力部門的要求，當平時運行抄送命令時，集中器會每抄送一塊電表就加上當時的時間信息。將時鐘放于集中器上還有利于上位機對時鐘進行精確定時。1.芯片選擇本系統電路中的時鐘芯片選用的是

46、dallas公司的ds1302。ds1302是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘芯片，它可以對年、月、周、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，時鐘還可以通過am/pm來決定采用什么時制。ds1302與單片機之間能簡單的采用同步串行的方式進行通信，僅僅需要三個口線：rst、i/o、sclk串行時鐘。2.ds1302芯片功能介紹實時時鐘具有計算2100年之前的年、月、周、日、時、分、秒的能力，同時還有閏年的調整能力；31×8位暫存數據儲存ram；串行i/o方式使得管腳數量最少；寬范圍工作電壓：2.0v5.5v；工作電流：2.0v時，小于300ua；讀

47、寫時鐘或ram數據時，有兩種傳輸方式：單字節傳送或者多字節傳送；8腳dip封裝或可先8腳soic封裝；簡單的3線接口，與ttl兼容（vcc=5v）；可選擇的工作溫度范圍較廣：-40+85攝氏度；3.ds1302引腳及其電路連接ds1302引腳及其電路連接圖分別見圖3.8及圖3.9x1、x2接標準的32.768khz的晶振引腳；gnd：接地端；sclk：串行時鐘，rst復位引腳，i/o數據輸入輸出引腳；vcc1、vcc2：電源供電管引腳；圖3.7 ds1302引腳圖圖3.8 ds1302電路連接圖3.2.5串口的擴展在采集模塊和網絡接入設備之間有一個中間設備，讓它具有承上啟下的功能，一是接受采集

48、模塊的數據，另外把從采集模塊中的數據接收后發送上傳到網絡接入設備，從而讓網絡接入設備自動完成數據的上網發送。采集模塊的數據接收和發送都是通過串口來實現的，而at89c51只有一個串口，為了不至于使接收和發送沖突，必須進行數據的走向選擇，也叫做串口擴展。sp2338串口擴展芯片能將普通的51系列單片機的一個串口擴展為三個獨立的全雙工串口，并且三個串口的波特率達到了9600bps.sp2338采用通用的1個起始位、8個數據位、1個停止位。同時，該芯片在與單片機相連時接口也非常簡單。sp2338共有四個串口，一個母串口，三個子串口，他們都是全雙工的串行通信口，允許同時接收和發送數據。母串口與需要擴展

49、的51單片機的串口相連，子串口與其他串口設備相連，這樣就實現 只有一個串口的單片機可與三個串口設備相連。sp2338有兩根發送地址線，兩根接收地址線，用以選擇發送串口和接收串口。其電路圖連接如圖3.9所示：圖3.9 串口擴展圖分別控制了兩個輸入輸出引腳，形成了兩個完整的回路，一個完整數據向max485和網絡接入設備的數據傳送，另外一個連接max485網絡和mcu內核，完成采集模塊數據的上傳和pc機命令的下傳。1.當單片機要向串行設備發送數據時，其工作過程是：(1)先向sp2338的串口地址線adri0、adri1送地址信號（adri0、adri1=00子串口0，adri0、adri1=01子串

50、口1，adri0、adri1=10子串口2）；再向與自己相連的線串口的通信線上送數據；（2）sp2338的母串口收到單片機串口送來的數據后就根據adri0和adri1的狀態，把數據送往相應的子串口；（3）該子串口再把數據送往相連的串口設備。2當串口設備向單片機發送數據時，其工作過程是：（1）sp2338的某個子串口從串口設備接收到數據時，送給母串口；（2）sp2338的母串口把該數據再送給單片機串口，同時在adro0和adro1線上送出子串口的地址；（3）單片機根據sp2338接收地址線adro0、adro1上的信號判定由哪個設備發出的；3.2.6電能的采集和計數模塊1.功率計量部分實現對電流

51、和電壓信號的采樣，產生功率脈沖功能。其核心是ad7755芯片，該芯片是專門用于功率測試和電能測量的專用集成電路，是目前電子式電度表的核心芯片之一。功率計量部分包括ad7755、分流器、分壓電流、基本電壓源、保護電路圖、光耦合器輸出電路。圖3.10 ad7755的內部框圖2.ad7755的內部結構如圖3.11所示，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位二階模數轉換器（adc）、相伴校正電路、可選的高通濾波（hpf）、數字乘法器、低通濾波（lpf）、數字頻率轉換器（d/f）、電壓監視器及2.5v的內部電壓基準源。通過分流器、分壓電路分別對電流和電壓信號進行采樣；電流通

52、道和電壓通道的信號經放大器放大后，通過ad7755內部a/d轉換器為兩路數字信號，然后經乘法、低通濾波、數字頻率變換等電路的處理，ad7755輸出與瞬時功率成正比的脈沖，并將此脈沖送至微處理器mcu。3.ad7755是cf引腳可以提供脈沖常數為1600imp/kwh（脈沖數/千瓦時），將此輸出脈沖用led和光電耦合器隔離輸出，然后送入mcu的終端輸出引腳，由mcu控制計量功率脈沖。ad7755產生的輸出頻率與兩個電壓信號乘積的平均值成正比。ad7755通過計算通道1和通道2兩個輸出電壓的乘積，然后對乘積進行低通濾波，獲取有功功率信息。再將這個有功功率進一步的轉換為頻率，以低電平有效的方式從f1

53、和f2輸出。這個頻率是對有功功率信號經過相當長的時間累積產生的，因此這個輸出頻率與平均有功功率成正比，有功功率放大器平均過程中隱含在數字-頻率轉換中完成的，加在ad7755上的輸出電壓值為u1和u2。 f1和f2輸出的脈沖頻率f和輸出電壓信號的有效值u1和u2有一定的數量關系。 f=（8.06×u1×u2×g×f）/uref式中；f為引腳f1和f2輸出的頻率（hz）； u1為差動輸入電壓的有效值（v）； u2為差動輸出電壓的有產值（v）； g為1、2、8、16取決于pga的增益，由g0和g1的邏輯輸入決定； uref為基準電壓（2.5v±0.8

54、%）（v）； f1-4由主時鐘clkin分頻獲得，分頻系數由s0和s1決定電路連接圖如圖3.11所示圖3.11 ad7755電路連接圖3.2.7顯示電路1.ps7219是一種新型的串行接口的8位數字靜態顯示芯片。它是由武漢力源公司推出的24腳雙列直插式芯片，采用流行的同步串行外設接口(spi)，可與任何一種單片機方便接口，可同時驅動8位led(或64只獨立led)，本設計中，只要求顯示不同用戶的戶號以及用電量，戶號用2位整數表示，而電量用6位數表示，其中5位整數，1位小數，因此需要8個led數碼顯示管119。ps7219內部具有1sx8ram功能控制寄存器，可方便選址，對每位數字可單獨控制、刷

55、新，不需重寫整個顯示器。顯示數字亮度可由數字進行控制，每位具有閃爍使能控制位。當引腳con(13腳)置高電平，可禁止所有顯示，達到降低功耗的效果，但同時并不影響對控制寄存器的修改。ps7219還有一個掉電模式、一個允許用戶從1位數顯示到8位數顯示選擇的掃描界限寄存器和一個強迫所有led接通的測試模式。另外，ps7219a型內置一個可靠的監控電路，可為外部提供一個脈寬140ms，觸發門限典型值為4.63v的高電平復位信號。2. 主要的功能引腳說明ret：復位引腳；load：裝載數據輸入，當load位高電平，串行輸入數據的最后16位被鎖定；din：串行數據輸入，在clk的下降沿，數據被加載到內部1

56、6位移位寄存器；ckl：時鐘輸入，最高頻率為500khz。在clk的下降沿，數據被移入到內部移位寄存器，在時鐘下降沿，數據從dout輸出；digi-8：8位數字驅動線它從顯示器吸入電流；gnd:接地：con：顯示控制器，低電平選通，高電平顯示無效：dout：串行數據輸出，輸入到din的數據在16.5個時鐘周期后dout有效；dsp,g-a:七驅動器和小數點線，它供給顯示器電流；v+：電源電壓；圖3.12 ps7219引腳圖3.電路連接這里89c51的pi.6作為串行數據的輸出，連接到ps7219的d創腳，pi.7和pl.5通過程序分別模擬ps7219的時鐘脈沖clk及其數據加載load信號。ps7219的sasg、sdp端連接到各led數碼管對應的a一f及dp端，dig0dig8分別接8位led數碼管共陰極，以實現位選，如圖3.13所示。圖3.13 顯示電路連接圖4. 工作原理din是串行數據的輸入端，在clk上升沿，一位數據被加載到內部16位寄存器中，ckl的最高時鐘頻率可達500khz，在輸入時鐘信號的每上上升沿均有一位數據由din移入到內部寄存器中lo