电子信息工程专业毕业论文--基于单片机的电力线远程抄表系统设计

电子信息工程专业毕业论文--基于单片机的电力线远程抄表系统设计内容摘要：

了满足系统的低功耗，在硬件上做到选择合适的低功耗芯片，实现低功耗的目的。 手段之一就是在数据采集器工作空闲通过 SLEEP 指令将单片机设为低功耗方式，这种方式功耗最小，而且所有 I/O 脚都能保持 SLEEP指令执行前的原有状态。 数据采集与处理子程序 数据采集 与处理子程序是数据采集器程序设计中的重要部分〔 13〕。 它通过对串行通信接收到数据进行分析、比较、判断并转入存储器操作子程序进行数据存储。 数据采集与处理子程序的程序流程图如图 42 所示。 在数据采集器进行数据采集时，它仍可响应通信中断，但不是立刻处理，只是将中断标志位置为 1，等待其将 8 个通道的数据扫描完后，再去响应通信中断。 这样做主要是为了不丢信号。 每采集一个通道的数据，都要与光电采样电路标定的电平进行比较、判断。 采样电路标定结果 如表 41 所示。 表 41 采样电路标定结果 发讯电表可能出现的状况 模拟量 A V 数字量 D VDD 5V 断路 255 D235 信号高电平 235 D148 信号抖动状态 148 D128 信号低电平 128 D36 短路 A0V 36 D0 对于信号发生抖动 其实是一种临界状态，处在高低电平之间 ，在处理时直接将其剔除，等到下一采集周期重新进行采样并判断。 通信中断子程序，通信中断程序负责与集中器的通信并执行数据集中器下达的各项指令，如图 43 所示。 在接收集中器命 令帧时，为了防止长期处于侦听接收数据状态，进而影响对电表的采集过程，所以对接收过程进行计时，从数据集中器唤醒数据采集器开始 250ms 内数据未接收到或通讯字节接收时间间隔超过2. 5ms，则终止此次通讯。 当数据接收完毕之后，需对命令帧进行检验，保证命令帧的可靠性。 通过以下步骤实现 :检验报头，检验报文长度、累加校验报文、检验报尾。 任何一步检验报错均视为干扰信号并中断检验，返回到主程序中。 只有以上四个步骤的检验都通过，才确认为正确的命令帧。 对通过校验的不同命令帧，数据采集器处理方法有所不同，但差别不大，均需经 历以下几步 : ①检验命令所指采集器地址与采集器地址是否一致。 ②通过总线读取存储器，获取所需表的抄收数据。 ③根据规定的应答帧格式建立应答帧。 ④通过 RS485 总线向数据集中器发送应答帧。 ⑤返回主程序。 存储器操作子程序，存储器操作子程序包括对 28C256 的读操作和写操作。 读操作是在向数据集中器发送应答帧时进行的，写操作是在数据采集上来并处理好后进行的，这部分非常重要，因为系统一旦工作后，记录的数据是绝对不能丢失的。 延时子程序，据采集器工作时，很多情况下需要延时环节。 在通道 A/D 转换期间，对通道的操作 都会引起模数转换中断，造成无法获得模数转换结果。 因此，程序设计中的延时子程序相当重要，延时子程序的延时时间必须足够大，但又不能过大，以免影响整个系统的运行速度。 对于长时间延时，一般采用循环来实现 . 数据集中器的软件设计 数据集中器的软件功能同样有很多子程序实现〔 14〕，其中的通信中断子程序、存储器操作子程序、延时子程序都与数据采集器的子程序相同，在此只对其主程序和电源管理子程序作一介绍。 主程序设计 主程序负责轮询 16 个数据采集器，对采集数据进行处理和存储，同时响应管理中心和 IC 卡抄表器的命令， 主程序流程图如图 45 所示 由于 89C51 只有一个串口，而系统既要与上位机通信〔 15〕，又要与下位机通信，在设计时采取的措施是 :接收或发送上位机时，下位机屏蔽。 接收或发送下位机时，位机屏蔽。 其中通信中断子程序 1 用来接收和解析管理中心下传的命令并执行相应操作，如开户时对采集器初始化表底数，上传电表表数据等操作，其操作和数据采集器的通信中断子程序类似。 通信中断子程序 2 用来接收抄表器命令并上传抄表数据，其操作和数据采集器的存储器操作子程序类似。 电源管理程序的设计 电源管理程序是对电源模块进行管理，程序流程图 如图 46 所示 电源管理程序主要负责检测蓄电池的电压〔 16〕，根据电平高低进行恒流、恒压、浮充充电，充电过程中的各种状态由两个指示灯显示。 YellowLED 亮表示恒流充电 :YellowLED 间隔亮表示恒压充电。 GreenLED 亮表示浮充充电。 GreenLED闪亮表示浮充放置。 本章小结 . 在本章中，对数据采集器和数据集中器进行了软件设计，给出了软件流程图，另外，还作出了电源管理的程序流程图，来进一步增强系统的控制能力，使远程抄表系统的功能进一步完善。 结 论 低压电力线载波自动抄表系统适用于电力 部门对居民区、工厂、变电所等用电区域或者居住小区、工厂内部用电状态数据的管理。 它具有远程自动采集，数据集中，交费管理，用电统计分析，复合监测以及综合查询等项功能，对电力部门推进配电自动化，实现规划中的分时计费方案有着重大意义。 本系统具有技术水平高、可靠性好、数据准确、适应性强、功能全、模块体积小、功耗低，系统操作界面简单易懂、安装维护方便。 就现在的方案来说电力远程集中抄表用到了自动控制技术，通信技术，程序设计以及数据库技术，整个系统是比较完善的。 这套系统的使用极大地减少电力部门的劳动量，为电力企业上等级和 创优必将起很大的作用，同时提高了电力系统的现代化管理水平，有很好的社会效益和经济效益，对系统稍加扩充，便可完成对煤气表、自来水表的自动抄收，从而推进智能化小区的建设。 但是，我们也应该清醒地认识到，从我国集中抄表系统的整体发展水平来看，要满足大面积推广使用的的要求，在系统的可靠性及数据传输质量上还有待进一步的提高。 成都电业局于 1998 年在本市一些片区投入 3000 多万元推出集中远程抄表系统，收到了较好的成效。 但在运行中也发现了一些问题，如与集中器连网的电话线有时出现故障，而且系统的维护量较大，有时抄表成功率不高 ，而且相应的电表也比较贵。 这些需要电力科技工作者不断努力，拿出更好的产品回报社会。 我们相信，随着这项技术的不断应用和改进，必将对电力系统减人增效、提高劳动生产率，保证电表抄收的及时性和正确性，防止窃电，加快电费的回收等方面提供有效的技术手段。 可以预见该技术有着广泛的发展前景。 特别是对中国加入 WTO 迎接国际化市场竞争，有着深远的现实意义。 参考文献 胡蓉，胡科。 智能抄表系统技术的研究进展 .成都电子机械高等专科学校学报， 2020 3 :1317 刘志中，孙丽芳 .住宅小区远程抄表系统的实现 .电脑开发与应用， 2020 4 : 810 赵兴勇，远程自动抄表系统研究 .《电力学报》， 2020. 15 卷 .1 期 李治、黄璐、赵伟，利用其他领域成果，推动白动抄表进步电测与仪表，2020,38 11 :59 Wedepohl, .: Propagation of Carrier Signals in Homogeneous, Nonhomogeneous andMixed Multiconductor systems IEE Proceedings, Volume 115, No. 1， January 1998, pp. 179186. 杨宏业、张跃、吕芳 .自动抄表系统中通信方案的现状与展望《电测与仪表》2020 年第 8 期 李建歧，吕 .自动抄表系统中通信技术方案的探讨《华北电力技术》 N0. 2. 1999 Tom D. Tamarkin Automatic Meter Reading Power magazine Volume 50，Number － Technological Challenges of Poewerline telemunication Michael,No11 February 5,2020 马颜德 .小区智能抄表软件的设计 .智能建筑， 2020 5 :3840 曹国朗， 2020 5 :4547 郑涛，张保会 .利用低压电力线传输数据存在的技术问题及对策 .电网技术，2020 22 :4447 田秀华 .低压电力线扩频载波远程抄表系统的研究 .信息技术， 2020 6 :4951 杨宏业，张跃等 .自动抄表系统中通信方案的现状与展望 .电测与仪， 2020 8 :812 贾磊 .远程集中抄表系统在中国市场的应用及存在的问题 .智能建筑与城市信息， 2020 6 :4547 钟道昌，姜丽华 .基于 RS485/422 总线和电话线载波的电能表远程抄表系统 .测控技术， 2020 10 :6466 附录 1 本科毕业设计（论文）开题报告 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 从十九世纪七十年代贝尔发明电话到今天信息高速公路的建设，一百多年来，通信技术己经发生了翻天覆地的变化，特别是近年来，随着微电子技术和计算机技术的高速发展，通信技术更是日新月异。 迅速发展的通信技术已经成为人们生活不可缺少的一部分。 随着城乡电网改造工程的深入和电力市场改革的深化，要求用电管理、配电管理实现 智能化、自动化和科学化，配电网的自动抄表系统是用电营业管理自动化的一个重要手段和组成部分。 通过自动抄表可以实现自动、集中、定时地抄录各用户的电量，迅速统计低压实时线损，通过银行向各用户自动完成转账收款、电费结算，为供电部门的用电监察提供服务。 当配网电力市场开放时，提供更多的户信息和市场信息。 因此自动抄表系统是迈向配电自动化的第一步。 远程集中抄表技术是利用现代通信技术和计算机技术，结合电能表技术，实现电力企业减人增效、提高经济效益的技术措施和手段。 目前，远程集中抄表技术 Remote Concentrated Meter Reading System,RCMRS 主要有专线通信技术和电力线载波通信技术。 专线通信技术作为常规方法，其特点是通信稳定性好 :但是需铺设专用通信线路，存在施工量大、综合成本高、维护费用高、旧城区施工难度大等问题，难以大规模应用。 电力线载波通信技术采用配电网络本身固有的电力线作为通信介质，具有充分利用现有资源、易施工、综合成本低、不受环境条件限制等优点。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 本论文的基本内容是远程抄表的工作原理 . 拟解决的主要问题 : 1 利用扩频通信技术来实现低 压电力线传输。 2 系统中数据采集模块的软硬件设计。 3 系统中数据集中器的软硬件设计。 三、研究步骤、方法及措施： 阅读相关书籍，借助网络资源查阅相关资料 ,初步了解远程抄表系统 ,了解了主要功能部件的工作原理 ,工作的重点放在数据采集和数据传输方面 . 因为课题的方向是民用 ,所以采用低压电力线载波 ,便对低压电力线的通信方式进行了研究 ,掌握了低压电力线通信的详细资料 . 选用合适的单片机对数据采集端进行硬件设计 ,进一步了解了 89C51 单片机的各个参数 ,引角功能 ,并在此基础上进行了软件的设计 . 对数据集中器进行设计 ,结合数据集中器的功能进行软件设计 . 对上述部分进行统一安排 ,编写论文 . 四、研究工作进度： 14 周 查阅资料 ,熟悉研究内容 . 58 周 设计系统总框图 ,对重点功能部件重点研究 . 912 周 硬件设计 1316 周 软件设计 . 1718 周 撰写论文 五、主要参考文献： 贾磊 .远程集中抄表系统在中国市场的应用及存在的问题 .智能建筑与城市信息， 2020 6 :4547 胡蓉，胡科。 智能抄表系统技术的研 究进展 .成都电子机械高等专科学校学报， 2020 3 :1317 刘志中，孙丽芳 .住宅小区远程抄表系统的实现 .电脑开发与应用， 2020 4 : 810 赵兴勇，远程自动抄表系统研究 .《电力学报》， 2020. 15 卷 .1 期 李治、黄璐、赵伟，利用其他领域成果，推动白动抄表进步电测与仪表，2020,38 11 :59 Wedepohl, .: Propagation of Carrier Signals in Homogeneous, Nonhomogeneous andMixed Multiconductor systems IEE Proceedings, Volume 115, No. 1， January 1968, pp. 179186. 杨宏业、张跃、吕芳 .自动抄表系统中通信方案的现状与展望《电测与仪表》2020 年第 8 期 李建歧，吕 .自动抄表系统中通信技术方案的探讨《华北电力技术》 N0. 2. 1999 Tom D. Tamarkin Automatic Meter Reading Power magazine Volume 50，Number － Technological Challenges of Poewerline telemunication Michael,No11 February 5,2020 马颜德 .小区智能抄表软件的设计 .智能建筑， 2020 5 :3840 曹国朗， 2020 5 :4547 郑涛，张保会 .利用低压电力线传输数据存在的技术问题及对策 .电网技术，2020 22 :4447 田秀华 .低压电力线扩频载波远程抄表系统的研究 .信息技术， 2020 6 :4951 杨宏业，张跃等 .。