小区远程抄表系统的设计毕业论文(编辑修改稿)

小区远程抄表系统的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

例如完成复位等功能。 存储模块： 对采集模块采集到的每个数据进行保存，防止意外情况造成数据丢失。 小区远程抄表系统的设计 6 下位主控机 下位主控机芯片选择 单片机的典型代表是 Intel 公司研制出来的 MCS51 系列的单片机。 MCS51 系列的单片机在我国迅速得到广泛应用，并变成电子系统领域普遍的应用器件之一，并在家用电器、工业控制、交通运输、仪器仪表等领域获得许多成果。 51 系列单片机最早有 Intel 公司 推出，主要有 8031 系列， 8051 系列 [8]，后来 Atmel 公司以 8051 的内核为基础推出了 AT89 系列单片机，其中 AT89S5 AT89S5 AT89C5 AT89C5AT89S8252 等单片机兼容 8051 系列单片机，即全部的指令功能都是相同的的，不同点在于在功能上做一定的扩展，比如说 AT89S 系列都支持 ISP 功能， AT89S52 和AT89S8252增加了内部 WDT功能。 后来， Atmel推出了与 8051指令相一致的 AT89C205AT89C4051 等单片机，这些单片机可以看成精简型的 8051 单片机。 和 80C51 单片机相比， SST、 PHILIPS 和 ATMEL 等公司所生产的和 80C51 兼容的高性能且低功耗 89C51单片机具有更丰富的硬件资源，尤其是其内部增加的存储器 Flash ROM 给单片机的应用及开发带来了很多便利条件。 同时由于其价格很低廉，所以，目前在很大的领域得到应用。 相比较而言， AT89C51 价格便宜，操作简单，性价比很高，因此本设计选择AT89C51 作为系统的主控机芯片。 要集成一个微型计算机的各个组成部分在一片芯片上，也就是说 89C51 单片机芯片包含：一个 8位的 89C51 微处理器（ CPU）；两个 16位的每个都可以设置成记数方式的定时器 /计数器，这样可以对外部事件进行记数，为了实现计算机控制就可以根据定时或记数的结果，当然，也可以设置成定时器；片内 4KB 程序存储器 Flash ROM，用以存放表格、一些原始数据、程序；片内 256 字节数据存储器 RAM，它存放比如想要显示的数据和运算的中间结果等可以读 /写的数据；时钟产生电路和片内振荡器，可微调电容和石英晶体则需外接也有最高允许的振荡频率要求；一个全双工通用异步接收发送器的串行 I/O 口，有了接口就可以实现单片机与单片机之间、单片机与 PC机之间的通 信； 4 个 8位并行 I/O 端口 P0P3，每个端口不仅可以用作输入，而且可以用来输出；具有两个中断优先级、 5 个中断源的中断控制系统。 与 80C51 相比， 89C51单片机有一种掉电方式或者空闲方式可以达到节电的目的。 主控机 AT89c51 最小系统构成 AT89c51 单片机的最小系统由单片机电源电路、复位电路和时钟电路构成。 使单片机的片内电路初始化 的是复位电路，这样就可以让 单片机从一种确定的初态开始运小区远程抄表系统的设计 7 行。 用来 给单片机 提供片内各种操作的时间基准 的是 单片机的时钟信号。 单片机最小系统各部分模块主要功能如下： 时钟 模块：为下位主控机提供时钟脉冲信号。 复位电路：完成系统复位调零等功能。 电源模块：为下位主控机提供合适的直流稳压电源。 (1) 主控机 AT89c51 引脚连接 单片机 AT89C51 有 4 个与外部交换信息的 8 位并行输入 /输出接口，即 P0P3。 它们都是准双向端口，每个端口各有 8 条 I/O 线，均可输入 /输出。 P0P3 口 4 个锁存器同 RAM 统一编址，可以把 I/O 口当作一般特殊功能寄存器（ SFR）来寻址。 本系统中，选用 P1 口作为数据口，用来传输信号， P0口作为 LED 显示。 AT89C51 最小系统如图 所示。 图 AT89C51 最小系统 (2) 主控机 AT89C51 时钟电路 时钟电路主要作用是产生其工作时所需要的时钟控制信号。 以单片机的时钟控制信号为基准，使单片机各功能部件都可以按照一定的顺序一步一步地工作和运行。 所以，时钟电路的质量直接影响着单片机系统的稳定性，时钟频率也将直接影响单片机的速度。 内部振荡方式和外部振荡方式是单片机的时钟信号获得的常用的两种电路形式。 构成内部振荡方式的方法是在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接陶瓷振荡器或晶体谐振器。 因为单片机内部本身有高增益反相放大器，所以外接晶振时，便组成 自激振荡器，它还产生振荡脉冲。 本设计主控机 AT89C51 晶振电路如图 所示。 小区远程抄表系统的设计 8 图 晶振电路 单片机常选择振荡频率 6MHz 或 12MHz 的石英晶体。 本系统采用频率为 6MHz 的晶振为单片机提供时钟脉冲。 其中 c c2 选择为 30pF 左右。 （ 3）主控机 AT89c51 复位电路 所有微机系统执行的第一步就是系统复位，它可以让全部芯片返回之前硬件的默认值。 由 RESET 引脚来控制 51单片机的复位，当 RESET 引脚与高电平相接超过 24个振荡周期后， 51 单片机就会进入芯片内部复位状态，并且一直在该状态等待，直到 RESET 引脚转为低电平后，才检查 EA 引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序 [9]，当 MCS5l 系列单片机的复位引脚 RST 出现 2个机器周期以上的高电平时，单片机便会执行复位操作。 若 RST持续为高电平，单片机就会一直在循环复位状态。 一般来看，通常的复位操作有两种基本形式：上电或开关复位和上电复位。 上电或开关复位要求电源接通后，单片机可以自动复位，同时在其运行期间，也可用开关操作使单片机复位。 而 上电复位则要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。 综上所述， 复位操作可 以使单片机处于初始化状态，这其中包括使程序计数器 PC＝ 0000H，也就是说此时程序从 0000H 地址单元开始执行。 本设计中采用上电且开关复位，复位电路如图 所示。 小区远程抄表系统的设计 9 图 复位电路 本系统复位电路主要实现采集水量电量前的系统调零操作。 其中 c 取 22F ， R取 1 k。 （ 4）主控机 AT89c51 电源模块 根据设计需要，本系统中需要一个电源模块。 考虑本次设计的实际要求，要把交流电压 220V 变换为单片机所需的 +5V 电压， 使系统稳定工作，提高产品的性价比，决定电源电路的设计采用方案如图 所示。 图 电源模块图 由于 51 单片机所需的是 5V 电压供电，而 220V 交流电不能直接给单片机供电，所以需要一个整流电路使交流电变换成直流电。 根据二极管的单向导电作用便可实现这个目的，所以构成整流电路的关键元件就是二极管。 本此设计采用桥式整流。 由于负载、电网电压及温度的变化都会是输出电压产生波动，为避免这一现象，小区远程抄表系统的设计 10 需要在电源电路中接入稳压电路。 为了滤去整流输出电压中的纹波会有滤波电路，它通常由电抗元件组成，如与负载串联电感 L，或 在负载电阻两端并联电容器 C，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。 综上所述，要构成一个小功率稳压电源首先经过变压器，将 220V 电压变为所需要的电压值，再 经过桥式电路的整流，低压交流电源就会转变成直流电源。 再通过滤波电路进行滤波而得到平滑的直流电压，再经过 LM7805 的稳压作用，在输出端会产生 5V 的稳压直流电， AT89C51 平时正常工作时的电压就由此电路供给。 信号采集模块 由于普通电表、水表和煤气表采集信号的方式不同，在下文中将分别介绍信号的采集方法。 对于电表，输出信号是脉冲，可直接连接单 片机进行信号处理；对于水表和煤气表，需要在普通表上安装传感器，将水量和煤气量转换为 干簧管的吸合或断开的开关量，再根据电阻分压原理转换为脉冲 信号，这样才能与单片机进行信号传输。 电表 单相电子式复费率电能表可以精确地计量最大需量、有功电能等信息。 此表可以分时计费，功能强大，表中有 10 个时段、 4种费率；还兼有掌上电脑红外抄表、 RS485通信接口有线抄表和遥控器红外编程功能，是电力部门进行现代化电能测量的理想计量仪表。 (1)工作原理 电压、电流采样电路是将外部 220V 交流电压及流过线路的大电流转变为 合适的小电压、小电流信号，经电能专用集成电路转换成随功率变化的脉冲信号 [10]，单片机接收到功率脉冲信号后将数据存入存储器、进行电能累计，并读取时钟信号，遵循先前设制的时段分时计量，同时在显示屏上显示所需数据，最重要的是它可以及时接收串口的通讯信息。 (2)主要功能特点 ① 4种费率、 10 个时段； ②最大需量计算采用滑差式，滑差时间为 l、 15min； ③当前一分钟平均功率的显示； ④ 5V／ 80ms 有源或无源光电隔离电能脉冲输出； ⑤停电时间累计； ⑥具有红外遥控编程、 RS485 通信接口； ⑦可用 12V 外接电源掌上电脑红外抄表； ⑧可设固定显示和循环显示方式； 小区远程抄表系统的设计 11 ⑨可记录 3个月（本月、上月、上上月）的有功总电能、各费率电能、最大需量及需量发生的时间等信息； ⑩遥控器可全面显示所有功能项，并可方便编程。 水表、煤气表 水表、煤气表工作原理 利用的是机械传动的原理来记录数据是普通的水表和煤气表的依据，它们都是靠齿轮间的啮合关系来完成。 本系统将普通的水表和煤气表进行改进，在其上安装传感器，这样一来，就可以将普通仪表的机械运动转换为电信号，从而可以直接与单片机进行连接。 传感器实质上是一种基于磁电转换技术 ，依靠传感器技术可把普通的机械运动的结果转变为电信号，它是光电转换技术的脉冲电路单元。 目前，传感器技术有很多种。 其中，由于体积小，转换方便，成本低，重量轻等优点，干簧管传感器在智能仪表的开发领域占有一席之地。 本系统设计选用的是 WB20xx 型号的干簧管传感器，干簧管传感器技术利用的是电磁转换原理来工作的，如图 所示。 干簧管参数由表 所示。 图 传感器结构图 表 干簧管参数表 触点负载 5W 最大开关电压 最大开关电流 接触电阻 ( 初始值 ) 动作时间 释放时间 耐高压 触点 电容 绝缘电阻 100 VDC / VAC 100 mOhms mSec.(Max.) mSec.(Max.) 220VDC(AT25)/ 250VDC(AT25) pF 1010 Ohms 干黄管 输出信号 磁钢 小区远程抄表系统的设计 12 谐振频率 工作温度范围 最高湿度 最高工作频率 电气寿命 4 kHz 60 ℃ ~+155 ℃ 98% (Max.) 100 Hz 108(5V ,10mA) 105(24V, 400mA) 在机械表的指针上安装磁钢，磁钢是一种永磁铁，具有很强的磁力，当煤气表或机械水表的指 针因受到冲击而产生旋转后，附着在上面的磁钢也会跟着旋转，当磁钢旋转到干簧管两簧片对应位置时，簧片由于受到磁钢的磁力作用而吸合，由其转换电路产生一个输出脉冲 [11]，指针每转一圈，磁钢便会跟着旋转，同时干簧管也吸合一次，于是就把指针旋转一圈所代表的煤气量和水量让干簧管的一次吸合取代。 本设计需要进行电信号与开关量之间的转换，那是由于干簧管的断开和吸合是一个开关量，而采集系统识别的是电信号。 那么，设计传感器电路应用电阻的分压作用在输出端就会产生对应电压，从而完成电信号和开关量之间的转换。 经过上述分析可以知道由传 感器电路就产生所需采集器记录的脉冲信号，并且输出的脉冲数和通过水表的水量、煤气表的煤气量成正比。 显示模块 数据显示是远程抄表的一项重要功能，是人机交换的主要组成部分，它可以将采集到的数据经过单片机处理后直观的显示出来。 本设计数据显示部分采用 LCD 液晶屏显示。 液晶显示器在低功耗应用系统和袖珍式仪表中得到 很普遍的 应用 正是因为它 显示内容丰富、微功耗、体积小、超薄轻巧 等许多 优点。 随着科技的发展，液晶显示模块的应用前景 必 将更加广阔。 功能概述 本次设计中采用 12864 字符型 LCD。 LCD12864是一种具有 4 位 /8 位并行、 2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 128 64，内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII字符集。 它可以显示 8 4行 16 16 点阵的汉字，在本次设计中主要用其直观显示出某用户家里所使用水表、电表和煤气表的读数。 引脚功能简介 LCD12864 通常有 20 条引脚线，其中的 2 条线是背光电源线。 其引脚功能如表 所示。 续 小区远程抄表系统的设计 13 表 LCD12864 引脚功能 管脚号 管脚名称 电平 管脚 功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC +5V 电源正 3 V0 对比度（亮度）调整 4 RS(CS） H/L。