四表联网系统的设计毕业论文(编辑修改稿)

四表联网系统的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

据提示进行用户的各类能耗信息的远程抄取、计费、汇总、统计、报表提交和打印等。 该系统的应用实现了大量的住宅能耗信息的集中统一管理，而管理机构只需投入少量人员即可实现远程集中抄表，并自动完成数据的采集、累计、费用计算，实现住宅能耗计量的高质量和高效率管理。 山东科技大学学士 学位 论文 11 3 硬件的设计 CPU的选型： 本系统选用单片机芯片为 AT89C52,其主要特点如下： ☆有适用于控制应用的指令系统和 8 位 CPU； ☆有布尔处理器，它由可寻址位、位处理指令集和相当于累加器的进位位 C 组成，布尔处理器可大大提高 89C51 的逻辑处理能力； ☆有 4 个 8 位并行口，口中各位可单独寻址； ☆有一个全双工的串行口； ☆有两个 16 位的定时器 /计数器； ☆全静态工作， 3 级程序存储器保密； ☆ 4KB 可编程程序 Flash 存储器（可经受 1000 次的写入 /擦除）； ☆ 3 级程序存储器保密， 128*8 字节内部 RAM； ☆ 32 条可编程 I/O 线， 6 个中断源； ☆编程串行通道； ☆片内时钟振荡器。 AT89S52 主要性能如下： AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位 定山东科技大学学士 学位 论文 12 时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工 作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash A。 AT89C52 引脚图如右图 所示 ： P0 口： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。 作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻 辑电平。 对 P0 端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28X T A L 119X T A L 218R E S E T9EA31P S E N29A L E / P R O G30P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17P 8P 7P 6P 5P 4P 3P 2P 1A T 89C 52 图 89C52 引脚 图 山东科技大学学士 学位 论文 13 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0 具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时， P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。 程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可 以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， 和 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和时器 /计数器 2 的触发输入（ ）。 在 flash编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。 引脚号第二功能 T2（定时器 /计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制） MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用） SCK（在系统编程用） P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR） 时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存 储器时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时， P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控图 引脚图 山东科技大学学士 学位 论文 14 制信号。 P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89S52特殊功能（第二功能）使用。 在 flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能 RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) INTO(外中断 0) INT1(外中断 1) TO(定时 /计数器 0) T1(定时 /计数器 1) WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器读选通 ) 此外， P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。 RST—— 复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG—— 当访问外部程存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存 地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE山东科技大学学士 学位 论文 15 激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE禁止位无效。 PSEN—— 程序储存允许（ PSEN）输出是外部程 序存储器的读选通信号，当 AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP—— 外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH）， EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器的指令。 FLASH 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是 该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 AT89C52 的功能很强，多用户四表合一远传系统采用的是 AT89C52 采集器设计 采集器是微处理器控制的智能设备，是四表系统的主要设备之一。 其作用是采集水、电、煤气、暖气四个表计的电脉冲信号，并转换成数字数据信息记录保存。 在系统中，它通过 RS485 通信电缆与集中器通信。 接收集中器发来的各种命令，向集中器传送所记录的用户表计数据及状态，此外采集器还可通过红外通讯接口，在现场与手抄器通信，接受手抄器发出的各种命令，传送采集器所记录的各种数据。 远传基表 的选择 目前远传水表、远传热能表和远传燃气表等基表的信号输出大都是机械磁控式的， 是通过加装各种感应探头组建来实现的，本系统采用自保持开关型的， 它们的工作原理十分相似，大致的工作原理为：在某一字轮相山东科技大学学士 学位 论文 16 对应的位置设置感应开关 K,它是带自保功能的触点开关，在字轮上面设置不同特性的两个感应部件 A 和 B。 使用时，字轮转动，当 A 转至 K 的位置时， K 被 A 感应处于“开”的位置。 A 转走后， K 仍保持为“开”的状态，直到 B 转到 K 时才被感应“关”闭。 B 转走后， K 仍处于“关”的状态，直到 A 的再次转来。 依次周而复始，形成严格按基表的能耗量 实现“开 —— 关 —— 开”发出一个方波脉冲信号。 在基表的基础上用自保持开关型原理改装的远传基表成功的克服了颤动、磁干扰、耗电、引线多等缺点，仅用两条线就可以实现信号开、信号关、断线和短路四种状态的检测，是目前最为理想的远传传感方式。 这样，系统就可以采集这些脉冲信号，并据此来计算用户的相应能耗用量。 远传水表、远传热能表和远传燃气表等基表的脉冲常数（脉冲常数指每消耗 1 单位的能量所产生的脉冲个数），目前市场上基表一般为 100，即使考虑用户使用最大量，这三个基表的脉冲频率也是十分低的。 例如，当水表脉冲常数是 100imp/kkg 时，最短时间约 20 秒才产生一个方波脉冲。 电子式电能表替代感应式电能表是民用电表行业的趋势，普通的电子式电能表大多数采用专用的电度表芯片。 靠专用芯片产生的 电能累计脉冲去驱动机电式字轮，它的脉冲频率较高，常用的电表脉冲常数为1600imp/KW，显然电能表比其它三表（即水表、燃气和暖气表）的脉冲频率要高的多。 通过上面的介绍，我们知道远传能耗表的改制是通过加装各种感应探头组件来实现的。 这种感应探头能够探知能耗基表机械转盘的转动，机械转盘每旋转一圈 ，该感应探头便输出一个脉冲信号。 将该脉冲记录并累 计下来，便能准确的反应转动圈数，从而达到将机械转盘数据转化为电信号的目的；将转轴的圈数通过一定得计算，便能转化为相应的能耗数据。 系统所用的能耗基表应分别符合 GB/~3—9 GB/T15283—94山东科技大学学士 学位 论文 17 和 GB/6968—86 的要求（以上三个标准分别为水、电和燃气表的国家标准），其计量精度由远传计量能耗基表来确定。 对能耗计量的本质是对用户各种远传能耗基表 送出的 脉冲进行计数的问题。 这样，就需要进行远传基表脉冲采集方案的设计。 方案一 :计数器计脉冲法 原理说明：脉冲信号通过滤波器（四分频），后计数器开始 采集脉冲，计数器为连续工作方式，每采集四个脉冲，就会出现一个上升沿或一个下降沿，再出现四个脉冲又有一个下降沿或上升沿，再通过微分电路进行电平转换，即上升沿转换为高电平，反向后通过触发器，到达数据选择器，单片机通过循环扫描的方式对四十八路数据选择器进行扫描，如果采集到一个低电平，就在相应的存储单元中加 1（低电平有效），如果存储单元中的数达到某一基数，则在相应的用户下加一。 每进行完一次扫描，触发器必须复位。 如果计算机要采集数据，单片机进入中断程序，与计算机通信。 方案一的优缺点： 优点：（ 1）对硬件性能要求不高 ，并能有效运用单片机的接口 （ 2）不要求精确计算，实现容易； （ 3）适应于多用户，多频率，性能强； （ 4）软硬件相结合，程序设计相对简单。 缺点：即当用户增加时，所用硬件也会比例增加，成本大幅度增加。 原理图（图 ）： 山东科技大学学士 学位 论文 18 方案二 :软件计脉冲无集中器法 原理说明：设每出现一个下降沿读一次数，所以每隔一段时间对脉冲进行一次采样。 采样完后延迟 12ms，经去抖程序处理后，如果真正存在输入信号，则在暂存后与存储器中的数据进行对比，如果相同则进入计数子程序计 数，计数完毕后，存入存储器中，继续进行一次扫描。 如果计算机要采集数据，单片机进入中断程序，与计算机通信。 方案二的优点主要有：（ 1）使用硬件较少； （ 2）可移植性比较强； „„„ „„„ „„„ „„„ 计 算 机 8 9 C 5 2 看门狗 存储器 显示电路 数据选择器 看门狗 看 门狗 看门狗 看门狗 看门狗 看门狗 脉冲输入 脉冲输入 图 计数器计脉冲 法原理图 山东科技大学学士 学位 论文 19 （ 3）体积小，价格便宜。