毕业设计论文-基于单片机的电表抄表系统

毕业设计论文-基于单片机的电表抄表系统内容摘要：

化管理的重要手段。 在过去，抄 表采用传统的手工方式，费工费时，效率低。 随着信息技术的迅猛发展，软件开发平台的功能日益强大，许多领域开始广泛使用开发逐步完善的智能化信息系统。 由于其系统利用了计算机信息管理的优势 —— 方便、快捷、准确，日益受到人们的青睐。 远程抄表技术为“一户一表”政策的实施提供了有力的支持。 减少运营成本：节省大量的纸张、餐旅费、出车费及车辆损耗远程抄表技术能够使电力营销部门及时获知用户电表异常，及时为用户排忧解难。 远程抄表技术将节约大量的人力。 那些从抄抄写写解放出来的人员可以集中更多的精力与时间为用户服务，改善服务质量，提高 电力行业的社会形象。 控制电费电价。 应用远程抄表系统，避免抄、核、收等环节的人为因素。 对于杜绝人情电、关系电、权利电，减轻用户负担意义重大。 远程抄表过程可避免许多人为和自然因素，彻底根治抄表不到位的现象。 远程抄表能够根治抄错、避免漏抄、达到同步抄表、缩短抄表周期。 远程抄表系统的稽查功能能够综合分析各种特征，发现异常用电嫌疑户，并提供连续跟踪可疑户的功能，为防盗电、防电表故障提供了有力支持。 盗电、电表异常、线路损耗是电量损失的主要原因。 远程抄表系统能够有效地抑制盗电和表异常现象。 无线远程抄表数据对电调部门的实时 分析各线路负荷具有很重要的意义。 电能表远程抄表系统就是利用这种新型的智能化信息管理方式，设计为小区、公寓的智能化管理系统的子系统。 但是由于各个厂家生产的电能表的差异性，所以该系统不可能支持目前市场上的所有电能表，目前只支持太原市特普高电子科技有限公司生产的“多用户多功能电能表” [2] 电表抄表系统 的国内外研究动态 东北林业大学毕业设计 2 由于电能计量和管理的需要以及电子技术的发展，使电子式电度表在 20世纪 70年代就已出现。 随着数字电子技术的飞速进步，电子式电度表的功能逐渐增多并日臻完善。 电子式电度表一般由电能测量机构和数 据处理机构两部分组成，根据电能测量机构的不同，又分为机电脉冲式电度表和全电子式电度表两大类。 机电脉冲式电度表沿用感应系电度表的测量机构，其数据处理机构则由电子电路和计算机控制系统实现，因而，机电脉冲式电度表是一种电子线路与机电转换单元相结合的半电子式电度表全电子式电度表是由又被称为 “ 静 止式电度表 ” 或 “ 固态电度表 ”。 近年来，各种新型电子式电度表不断推出，型号各异乘法器完成对电功率的测量。 由于它没有传统电度表上的旋转机构，因而功能众多，但其基本原理相需量计量和预付费等；保护功能，包括过电流、过电压保护与防窃电等 ；通信功能，可以是红外通同，主要功能可归为三个方面：计量、计费功能，包括分时计量、最大 需量计量和预付费等；保护功能，包括过电流、过电压保护与防窃电等；通信功能，可以是红外通 信、无线电通信或载波通信等。 常见的自动抄表通信方式： （ 1）按信道介质分，常见的自动抄表通信有载波通信，电话线通信和无线三种方式。 a 、 光纤通信具有频带宽、传输速率高、传输距离远和抗干扰能力强等特点，非常适合上层通信网的要求。 随着光纤技术的发展和广泛应用，自动抄表系统中将更多地使用光纤。 b、 由于电话在城镇的迅速普及，利用现有电话网进行数据通 信是一个经济有效的方案。 利用电话网通信，只需在数据集中器和工作主站处加装调制解调器即可，其传输速率可达 56Kbps。 但电话 线通信的线路接通时间较长，一般要几秒到十几秒。 而且，我国的部分乡村、小城镇还没普及电话 c、 对于分布分散的集中器，利用无线方式进行数据通信是一种较好的选择。 目前我国已有车载无线通信自动抄表系统投入运行。 但无线通信方式需要慎重选择频点，并需申请频 点使用权。 [3] （ 2）若按连接方式分，则自动抄表系统的通信方式主要有星型和总线型连接方式。 a、 星型连接通信是以工作主站为中心，以星型发散的形式分 别通过通信信道与分散于各地的集 中器连接，形成 1对 N的连接形式。 这种方式下信道通信数据量大，要求有一定的传输速率和频宽。 b 、 总线型通信以一条串行总线连接各分散的采集器或电度表，实行各节点的互连。 这种方式下信道上节点多，传输速率也不会很高，一般用于底层的电能 数据的采集。 常见的有 RS485总线网和低压电力线载波通信网。 由于电力线完全由电力部门控制，如果用电力线实施载波通信，不需要再投资铺设通信线路，不仅可大大节约资金投入，且还具有维护量小的特点；而且，用低压电力线作通信信道可以实现灵活的 “ 即插即用 ”。 尤其是近 年来扩频通信技术的成功应用，使得低压电力线载波通信越来越多地用于自动抄表系统。 利用低压电力线作为自动抄表系统的底层数据通道，具有成本低、方便准确的特点 通信方式的选择是设计自动抄表系统的首要任务，它直接关系到系统的性能。 具体确定通信方式时需要综合考虑系统面对的对象、用户的分布、用户的数量、地理条件、期望达到的目标、系统的扩展升级以及与其他网络的兼容等。 目前许多国家和地区都广泛应用自动抄表系统代替人工抄表系统主要集中在煤气表，电量表和流量表的自动抄表，特别是煤气抄表已经有几十年的发展历史。 抄表技术的快速发展得 益于 80年代计算机技术，超大规模集成电路和通讯技术高速发展，使得抄表系统在向着智能化，低功耗，低成本和通信标注化设计的过程迈出了坚实的一步达到了可以大规模推广的使用性阶段。 我国国内所采集的抄表方式大致可分为三种：一是传统的人工抄表方式，抄表人需到用户读取数据，返回总局后将数据重新输入电脑进行处理；二是预付费方式，抄表人无需到用户处，用户通过银行划拨收费活到仪表管理部门购买磁卡， ic卡等，按购买额提供用量，完成收费工作；三是远程抄表方式，监控中心通过远程通信系统自动获取远程仪表数据的方式。 当前在我国国内东北林业大学毕业设计 3 大量使 用的是预付费方式。 部分地区已经开始了远程抄表的试点，远程抄表优势更大，在将来会得到更广泛的应用，技术上也发展飞速，现在介绍的就是一种远程抄表系统的设计与实现。 电表抄表系统的目的及意义 水、电和燃气是生活中必不可少的，它们的发展一直倍受人们的关注。 在人们关注的同时，三表抄送系统产生了，并且，随着科技的不断发展，三表抄送系统也越来越智能化。 同时，随着人们的生活水平不断提高，老百姓对生活环境提出了更高的要求。 在政府政策的鼓舞下，家居智能化得到了高速的发展。 随着科技的发展，小区住宅除了满足人们最基本的 居住要求，还要将方便、省时的物业管理带给住户。 实现住宅的三表（水、电、煤气）自动抄表、自动计费，已成为新型智能小区的必备条件。 作为智能化产业链中的一环 ——智能抄表系统也同时得到了蓬勃发展。 从沿海的经济发达地区深圳、广州、上海到政治文化中心北京，以及中国西部城市成都、重庆、贵州、昆明等地均不同程度地建设了智能化示范小区。 这些智能化住宅小区的建设，提高了住户的生活质量，扩大了住户的居住空间，为当地智能化建设起到了示范作用。 让我们回头看看，几年前甚至是在现在，很多落后的地区对三表抄送这一块还是用最原始的方法 ， “亲自登门拜访 ”这就是传统的抄表方式。 传统的三表需要抄表人员定期挨家挨户抄取数据，结算出费用后，再到各家索取，误差大、统计工作量大，人为的错误给物业管理和用户带来极大不便。 现在有许多地区改为插卡式买电装置，这虽然减少了人为因素，但是买电时要到银行，费时费力，且水、电、气表分别交费，也有许多不便之处。 小区智能抄表系统节省时间、人力、物力、提高工作效率，降低物业成本，准确及时地将住户所使用的三表数据显示出来，为实现小区科学、系统的物业管理提供了有效的解决方法。 小区智能抄表系统的出现，方便了住户，可设置 多级加密功能，定义访问权限，更可增加系统的保密性。 防泄漏报警可以使住户放心，不必因家中只有老人、孩子而担心煤气的泄漏与触电现象的发生。 一方面杜绝了抄表扰民的问题；另一方面可以简化管理手段，减轻制物业管理负担。 因此三表出户系统是新一代的具有城市性自动化计量收费管理系统，是提高住宅发展的必然，合乎人们高品质生活的追求，符合国家小康型住宅产业的精神。 东北林业大学毕业设计 4 2 系统的总体设计 系统 硬件 的 组成 基于单片机的电表抄表模块设计在设计时需要解决下面五方面的问题：一是供电方式的硬件 电路设计；二是掉电数据保护功能的设计；三是 RS23 RS485串行通信设计；四是通信协议设计； 五是实时时钟功能设计。 本例中，和这五个方面相关的关键技术包括。 （ 1）供电方式设计 —— 如何在三相四线（ 3ｘ 220/380V）供电方式，三相交流电压断一相或者二相的条件下，能够提供给单片机稳定的 +5V电源。 如何设计备用电池供电。 本例中将给出可行的 硬件电路设计并作详细的说明，这是本系统能够正常运行的关键。 [4] （ 2）掉电数据保护功能 —— 设计系统扩展 E2PROM芯片 AT24C04的硬件接口电路和单片机口模拟 IIC总线读写 AT24C04的驱动程序，以实现掉电数据保护功能。 （ 3） RS23 RS485串行通信设计 —— 系统使用具有两个串口的单片机 w77e58，串口 1为 RS232接口实现与电表的通信，串口 2为 RS485接口实现与数据采集计算机的通信。 本例 中将详 细介绍串口通信的硬件电路设计和软件编程要点。 （ 4）通信协议设计 —— 介绍本例中使用的通信协议格式及检验数据传输正确性的 CRC（循环冗余校验）算法。 （ 5）实时时钟功能 —— 主要介绍实时时钟芯片 DS12887 和单片机的硬件连接和软件驱动编程 . 系统软件组 成 该系统使用 Visual C++ 为开发工具。 Visual C++是 Microsoft 公司开发的面向对象的可视化软件开发系统，它基于 Windows95/98/NT/2020/XP，采用高度结构化的 C++语言，具有结构清晰、高效优化等特点。 Visual C++ 软件包包含了许多单独的组件，如编辑器、编译器、链接器、生成实用程序、调试器以及各种各样为开发 Microsoft Windows 下的 C/C++程序而设计的工具。 更令我们兴奋的是，它还包含有一个名为 Developer Studio 的开发环境， Developer Studio 的特点是：把所有的 Visual C++工具结合在一起，集成为一个整体，通过一个由窗口、对话框、菜单、工具栏、快捷键及宏组成的和谐系统，你可以观察和控制整个开发进程。 集成开发环境就像一间带有监视器、刻度盘和操纵杆（它使个人能操作工厂中的许多机器）的控制室。 该环境几乎就是 Visual C++中所能“看见”的所有东西。 所有其他事情都在其管理下在幕后运行。 在 Visual C++ 中包含的 Win32 软件开发工具包 (SoftwareDevelopmentKit，即通常所说的 SDK)中的结构、功能，它为编程者提供了一个应用程序框架，这个应用程序框架为编程者完成了很多 Windows 编程中的例行性工作，如管理窗口、菜单和对话框，执行基本的输入和输出、使用集合类来保存数据对象等等，并且， MFC 使得在程序中使用很多过去很专业、很复杂的编程课题，如 ActiveX、 OLE、本地数据库和开放式 (Open Database Connectivity，简写为 ODBC)、 Windows套接字和 Inter应用程序设计等，以及其他的应用程序界面特性，如属性页 (也叫标签对话框 )、打印和打印预览、浮动的 和可定制的工具条变得更加的容易。 电表 抄表系统的功能说明及论文要求 东北林业大学毕业设计 5 随着人们生活水平的提高，科学技术的发展，现代城市居民住区只能化楼宇管理系统成为了一个热门的话题在目前的技术下，可以相对较好地实现只能化楼宇管理系统的要求，无人抄表系统需要具备以下功能。 电力线通信的独特之处在于它可适应任何新的基础设施。 （ 1）实时查询。 用户可实时查询起冷热水表 、 电表和煤气表的读数，应交纳各项费用金额和上次统计数据以及各种条目的事实查询 、 打印。 （ 2） 历史查询。 可提供每户各种不同条目下历史数据的查询和打印，包括自动 收费信息 、 人事信息的查询和打印。 （ 3） 自动收费。 包括各项财务参数，收费方式，收费周期等的设置，水。 电，燃气量统计，按厂商设置周期自动统计客户不同表使用量，并按起设置的财务参数，收费方式及不同表的读数，自动计算客户应交纳的费用，实现收费单的打印。 （ 4） 人事管理。 实现居民区住户信息的增 、 减几浏览。 在为试点居民小区远程抄表系统做的总体技术方案设计时，本文遵循三条基本原则： （ 1）在试点小区的配电变压器和小区住户之间不铺设任何专用有线信道，数据的上行或下行传送必须使用现成的低压电力线作为数据媒介。 （ 2） 只在配电变压器和住户地点对应安装数据的收发装置，建立起各用户电能表终端与配变集中器的直接数据链路，中间不安装任何硬件上的中继或第二级集中转发装置。 （ 3）用户电能表终端除了记录电量外，它还应该执行就地保护和远方监控功能。 本系统的任务在于实现低压用户电量数据的远程传输和抄算，对低压电力用户的负荷和用电进行远程监测。 搞好自抄系统设计的关键问题 由于现代电子技术、通信技术的飞速发展和电力市场营销管理的不断需求，电能表自动抄表系统的技术研究、产品开发、系统设计和试点运行工作日益引起电力营销管理部门、电能表 制造企业及相关行业的关注和投人，因此，虽然我国对自动抄表的研究起步较晚，但发展较快。 目前，车载无线电抄表、电力线载波抄表、近地集中抄表和远程控制抄表等各种形式的自动抄表系统已分别在我国各地有试点运行。 配电网自抄系统设计 ,必须解决好下列三个关键问题 :传输通道及链路的选定。 信号、数据的处理和检测。 自抄系统管理网络的建立。 第一，传输通道及链路的选定：传输通道及链路的选择直接关系到信号、数据传输的可靠性和工程实施的可行性。 通过对国内外有关文献资料比较分析和试用效果的验证 ,加之对我国配电网现状、特性的研究分析之后 ,我们认为 ,采用配电线作为变电所与其用户之间的数据传输通道、光缆作为供电公司计算机与变电所计算机联网的链路 ,这是一种既经济又实用的最佳选择。 第二，信号、数据的处理和检测 :大家知道 ,任何一种传输通道及链路都不可避免的存在着不同程度的干扰。 能否依据所选定的传输通道及链路 的特征 ,对其信号、数据采取相应的包装方式和检测方法 ,将会直接影响到自抄系统的成败。 根据我们对国内外有关电力线载波通讯技术进展的研究和试点运行效果的综合分析 ,可以说 ,我国在理论和实践上 ,已经研制成能够适应我国配电网特点的电力载波微弱信号的包装方式和检 测方法 ,并取得比较令人满意的效果。 第三，自抄系统管理网络的建立 :自抄系统管理网络的建立是实现自抄系统的前提 ,选定一种符合实东北林业大学毕业设计 6 际、简便可靠的管理网络是自抄系统正常工作运行的保障。 依据我国电力市场营销管理特点和所采用的配电线传输信道及光缆链路 ,我们拟定出了配电网自抄系统管理网络框图。 实现自动抄表，能提高住宅档次和物业管理水平。 [5] 物业管理公司或专业公司可节省大量的人力、物力、财力，提高工作效率、提高抄表的准确性，同时系统施工方便、操作简单，由于电表自动抄表系统具有良好的经济效益和社会效益，因此它具有广阔 的发展前景。 东北林业大学毕业设计 7 3 系统的电路设计 单片机简介 由于本模块的使用现场环境相对特殊，故对于电源的设计充分考虑到了系统供电的稳定性和可靠性。 本模块采用三相工业用电作为电源输入，首先通过防雷抗干扰电路，接着通过 2209V/18V 变压器降压，再接着通过桥式整流电路得到 18V 左右直流电压，再通过一系列隔离滤波进入直流转换稳压器件 LM2575得到系统的 5V工作电压。 另外，考虑到现场存在停电的可能性，我们还专门 设计了系统的备用电 源。 备用电源采用比较廉价的 锂离子电池，当系统正常供电时，锂离子电池处于充电状态，对于充电的管理我们选用了比较常用的电源充电管理芯片 MAX713 管理备用电池的充电。 当现场停电时，自动转为备用电池给系统供电。 [6] 77E58 与标准 8051 相兼容的全新核心的微处理器。 由于去掉了多余的存储器周期和运算周期，它在相同周期里执行 8051 的指令比最初的 8051 快得多。 典型的指令周期 77E58 比 8051 快 到 3 倍。 电源消耗也做了改进采用静态 COMS 设计。 可以。