远程自动抄表系统毕业设计(编辑修改稿)

远程自动抄表系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

表不便时 的不足，此外系统还具有以下特点： ♦硬件简单、经济实用，且功能强大； 3 ♦可移植性较强，稍做改造即可变成多用户多表联网远传系统； ♦系统成本相对其他应用系统不高，能够被市场和用户接受，市场前景广大； ♦系统的安装和维护方便、工作稳定性较好； ♦系统选用符合国家计量标准的远传基表，系统计量的准确性和可靠性符合 或略高于国家相关技术规范和标准化； ♦系统的环境适应能力较强、通用性较好，便于实现技术的推广和应用等。 本文所完成的主要工作 针对目前电表联网远程抄表系统发展的现状和存在的问题， 结合本课题 的设 计任务和技术要求 [2] ，本文主要解决以下几个方面的问题： ，达到如下功能或性能： （ 1）能耗抄取：数据采集器正确采集电量信息，存储在采集器中；自动定时地 对 DF 电表进行抄表，将抄得的数据存储在集中器中；能通过红外抄表器抄取集 中器中的能耗数据； 集中器自动定时地对采集器进行抄表，将抄表的数据存储在 集中器中；上位机可以远程获取用户的各类能耗信息。 （ 2）参数设置：上位机可对集中器、采集器的参数进行设定，可对用户的电量 进行设置，并可以根据电表信息对采集器进行设定。 ： （ 1）对采集器和集中器中各硬件进行程设计，包括系统主流程及各子程序的编 写；各个硬件的驱动及初始化。 （ 2）上位机的软件设计：采用客户机 /服务器的客户服务形式对上位机进行软 件编程。 本章总结 本章提出了本文的设计课题， 介绍了与课题相关的技术发展现状，明确了总 线制抄表系统的设计思想， 并且提出了设计所要解决的主要问题和相应的初步设 想。 1 学院本科毕业设计（论文） 抄表系统总体结构设计 4 第 2 章 抄表系统总体结构设计 系统组成 自动抄表系统 是一个完整的通讯检测控制体系，最上层是计算机管理层。 这 层由各种工作站、库服务器等计算机设备组成，其中配备管理软件，实现如读取 数据、统计用电情况等功能。 每个台区里要有一个中间的转发层，这里称之为“集中器”。 集中器每个台 区至少配备一台，负责向上与管理层和向下与采集层的通信联结，主要起通讯和 暂存数据的作用。 向下的通讯使用总线技术；向上的通讯除了使用总线技术外 ， 还有一些如红外、无线等辅助性的通信手段。 最底层是电表层，由各种电度表组成，主要完成能耗计量。 实际的系统中， 处于对成本的考虑和实际使用 情况，系统结构还有一些其他 的变化。 目前的城市民居楼宇中，有很多为了便于人工抄表和安装维修，电度表采取 了集中安装的方法， 把一个单元的十几户的用户表安装于同一个大表箱中。 所以 针对这种情况，产生了若不种衍生方案，这些方案都是只在最下层作了扩展。 [3][4][5] 通信标准的选择 本系统的一个重要的问题就是通信问题。 要根据系统的通信距离来选择合适 的通信标准。 如果通信距离要求太高的话，可以采用电话线公网或者无线 GPS 等方式来进行通信。 在通信方式中， 大多数采用串行通信方式。 这里先对常见的 串行总线标准作 一个比较。 常用的总线标准有 RS23 RS422 和 RS485 等等 [6] ， RS232 是异步 串行通信中应用最广泛的一种标准总线，其单向数据传输最大速率为了 20Kbps ， 最大传送距离为 15m，显然这种总线标准是无法满足本系统的技术要求的，且其 数据传输速率较慢，易产生干扰。 RS422 传输距离较远，最短为 12m，数据传输 最大速率为 10Mbps； 当速率为 1Mbps 时， 传输距离可达 120m； 当速率为 100Kbps 时，传输距离可达 1200m； RS422 抗干扰能力强，传输速率快，且为全双工的。 我们知道， RS232 和 RS422 有一个显著特点，即 RS232 接口与 RS422 接 口通常吸用于点对点通信系统中，若系统中需要相互通信的节点数超过两个时 ， 他们都无法直接满足要求。 因此， EIA 制定了新的接口标准 RS485， 它能支持一点对多点的通信， RS485 电气标准与 RS422 完全一样，只是 RS485 工作于半双工方式。 1 学院本科毕业设计（论文） 抄表系统总体结构设计 5 RS485 标准总线是一种平衡传输方式的串行 口接口标准，它允许在电路中 有多个发送器，且允许一个发送器驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送 器、接收器或收发器的组合单元。 RS485 的共线电路结构是一对平衡传输的两 端都配置终端电阻，其发送器、接收器、组合收发器可以挂在平衡传输线上任何 位置，在数据传输中实现多个驱动器与接收器通用同一传输线的多点应用。 RS485 通信接口的信号传输是用两根线之间的电压差来表示逻辑“ 1”或“ 0” 的，因为发送端仅需两根传送线，而接收端也只需要两根传送线，这样， RS485 接收端与发送端公需两根线就能完成信号 传输。 RS485 标准总线的特点是：抗 干扰能力强、传输速率高、传输距离远，在采用双绞线，不用 Modem 的情况下 ， 在 100Kbps 的传输速率时可传送 1200m，若速率为 960Kbps 时，可以传送 1500m ， 甚至更远。 由于 RS485 具有上述优点，能够支持一点对多点的通信，便于组网通信距 离也能满足本系统的设计要求；且电表联网远程抄表系统对实时性要求不高， 能 耗的抄取也是不经常发生的，一般情况下仅需要每月抄一次。 所以本系统选择了 半双工的 RS485 的通信标准。 系统总 体方案确定 在我们确定了通信标准之后， 就可以对整个系统进行设计了。 既要充分考虑 RS485 通信标准中对传输距离和波特率的限制，又要兼顾到系统的带载能力， 来确保系统运行的可靠性，在基表与上层管理微机之间，采用了采集器、集中器 两级结构形式，系统的总体分布结构如下图 所示。 图 系统总体结构图 1 学院本科毕业设计（论文） 抄表系统总体结构设计 6 上位微机与集中器之间可通过 RS485 总线进行数据传输，采集器通过屏蔽双 绞线采集用户各种远传能耗基表的信息， 并进行换算和存储；采集器对 电量的采 集可以直接通过 DF 型电能表上的 RS485 接口接受用户的电量信息， 也可以通过 采集器上的红外接口， 利用专用红外抄表器对采集器进行各种能耗信息的读取等 整个系统采用如此结构主要有以下几方面考虑： 首先，成熟的技术保证了系统的顺利实现。 一方面，随着目前远传基表市场 的日趋成熟和科学技术的不断完善进步， 国内市场已出现许多能够生产符合国家 计量标准的远传基表专业厂家。 另一方面，传输网络目前一般采用 RS485 或 LonWorks 技术来构建传输网络平台，其技术本身也是完全成熟的，只要能正确 的组网、 进行相应的软件开发并制定出完善的通信协议就能确保系统网络传输的 稳定可靠。 其次，系统采用了 RS485 通信标准。 由于 RS485 接口可以在一个通道上进 行半双工通信，所以，只需两根经便可实现双向通信，极大的方便了构成一点对 多点或多点之间的相互通信。 因此可以用组建 RS485 网的方式将系统中的采集 器、集中器和上位微机等构成有机统一的两级分布式网络系统。 一方面，这便于 系统的综合布线和扩充，也便于迅速发现和排除故障，同时，两级分布式网络系 统也更有利于用户能耗数据的可靠存储，大大提高 系统的带载能力；另一方面 ， 两级分布式测控系统还便于系统的灵活运用和组合， 更能满足小区建设规模大中 小的变化要求。 且两级分布式测控系统扩大了系统的应用能力同时也增加了管理 者的管理能力，对系统推广和应用而言更趋于合理 [7]。 此外，上位微机的应用可以更有效地对用户各种能耗数据进行存储、处理和 分析，可以实现历史数据的查询、数据通讯、账单票据打印、报表生成以及便于 系统维护等等功能；还可以方便地对数据采集器、集中器进行参数设置、运行状 况监控等，保证系统正常运行。 本章小结 本章阐述了电表远 传抄表系统的功能目标和设计原则， 提出远传抄表系统的 总体结构图，并分别阐述了远传基表、采集器、集中器在系统中的位置、功能以 及设计构想。 在分析各种通信方式后明确了使用 RS485 通信协议进行数据传输 的设计方向。 1 学院本科毕业设计（论文） 抄表系统总体结构设计 7 第 3 章 抄表系统的模块功能设计 抄表系统的整体结构 在了解国内外现有的产品特点的基础上，为了使抄表器的功能更加完善， 设 计的抄表器具有计数、数据存储和数据处理、电量及其状态的显示、与控制中心 通讯等基本功能。 整体结构如图 所示。 C P U 串 口 扩 展 模 块 数 据 传 输 模 块 监 控 模 块 时 钟 模 块 电 能 采 集 模 块 L E D 显 示 模 块 图 抄表系统的整体结构框图 系统的整体工作流程如下： ，存储于内部的 RAM 中。 根据时钟模块的时间设定，定时向脉冲计数模块发送数据传输命 令，收集其电表中的数据，并根据设定好的程序，存储于外部的 RAM 中，等待上 位机的查询，并把没有反应过来的终端的号码记录下来，上传给上位机。 ，有定时抄送和随时抄送两种模式；定时抄送，即上位机根 据系统设定的时间，查询各脉冲采集计数模块中的数据；随时抄送，指在某种特 殊情况下，需要单独的对某一用户进行复查等。 在两种模式下，对没有反应的终 端做备份，并警告等。 抄表系统的各功能模块设计 这是整个抄表部分的核心部分，由图 可知，主要由 CPU（ MCU） 、时钟模 块、电能采集和计数模块、显示模块、串口扩展模块、数据传输模块、监控模块 等组成。 每一个部分的正确选择与设计、及电路的连接对该系统的硬件电路而言 是十分重要的。 CPU 的选型 是整个系统的核心部件，它直接影响系统的性能。 本系统中选用的是 AT89C51 单片机 [8] ，现对其功能引脚，电路特征作一个详细的介绍。 1 学院本科毕业设计（论文） 抄表系统总体结构设计 8 ◆与 MCS51 系列的单片机相容； ◆片内集成 4Kr FLASH 存储器，可反复编程 /擦除 1000 次； ◆全静态设计，时钟频率范围为 0～ 24MHz； ◆ 32 条可编程的 I/O 口线； ◆ 128 8 字节的内部的 RAM； ◆芯片有 2 个十六位计数器（计时器） ； ◆共有 5 个中断源， 2 个中断优先级； ◆可编程串口通道； ◆具有 4 种工作模式的全双工串行口； ◆低功耗的待机工作模式和掉电工作模式； ◆片内振荡器和时钟电路； AT89C51 是一种性价比高，功能先进的 8 位微处理器，在许多的嵌入式系统 中得到了广泛的应用， 尤其是内部 4K 字节的 EPROM 为使用者提供了很大的方便 ， 当应用程序较小时，不用为 CPU 添加外扩的 ROM。 空闲工作模式和掉电保护模式 可以保证 CPU 工作在低功耗的状态下，内部的 RAM 的数据不会丢失。 芯片主 要引脚介绍 [9][10] 图 AT89C51 外形引脚 （ 1） VCC： AT89C51 电源正极输入，接＋５ V 电压； （ 2） GND：电源接地端； （ 3） XTAL1：接外部晶振的一个引脚。 在单片机内部，它是一个反相放大镜输入 1 学院本科毕业设计（论文） 抄表系统总体结构设计 9 端，这个放大器构成了片内振荡器。 它采用外部振荡时，该引脚应接地； （ 4） XTALI2：接外部晶振的一个引脚。 在片内接至振荡器的反向放大器输出端 和内部时钟发生器输入端。 当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输 入 ； （ 5） RST： AT89C51 的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片复位时，只 要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间， AT89C51 便能 完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内部均被设为已知状态； （ 6） ALE/PROG:ALE 是英文“ ADDRESS LATCH ENABLE”的缩写，表示地址锁存允 许信号。 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地址字 节。 在 FLASH 编程器件，此引脚用于输入编程脉冲。 在低电平时， ALE 端以不变 的频率周期 输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/ 输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时， 将 跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 ， ALE 只 有在执行 MOVX、 MOVC 指令时才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果处理器 在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 （ 7） EA/Vpp.：该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码（存于外部 EPROM ） 来执行程序，在 8051 中， EA。