基于at89c51的远程抄表系统设计本科生毕业设计(编辑修改稿)

基于at89c51的远程抄表系统设计本科生毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

大，不可预测性，能量高，频谱宽等。 因此如何抑制干扰 ,提高通信的可靠性是首要考虑的。 再次，不同地方的线路特性可能完全不同，使用线路的种类及线路上的负荷情况都回对高频信号在电力线上的传输特性产生很大的影响。 即使是同一段电力 线路 ,其传输特性也会随着各种电力负荷的投切而改变，所以通信设备的稳定性和适应不同线路的能力也很重要。 输入阻抗是电力线传输特性的一个重要参数，它关系着传输信号的频率，没有任何 电力线是一根均匀分布的传输线，由于分布电感和分布电容的影响，很显然输入阻抗将随着频率的变化而变化，不同的时候，电力线上的输入阻抗是不同的，哪怕在同一地点，也会随着负载随机的断开和随机的闭合而不同。 同一电力线，在不同地点的等效阻抗也不完全相同，从戴氏定理可知，不同的等效端口得到的等效输入阻抗是不一样的。 电力线上阻抗的剧烈变化，如果用电力线即电力载波方法传输信号，那么发送机功率放大器的输出阻 抗是不等于接收机功率放大器的输入阻抗，并很难在阻抗上匹配。 当前市场上应用于电力线上的调制解调器一般是基于移频键控 (FSK)调制方式，由于传输速率低 (一般不超过 2400bs)，而且抗 干 扰性能差、传输距离短，所以基本上是已经被淘汰，而被广泛使用的是扩频调制解调器。 扩频系统分发送端和接收端两个部分，接收端可简化为调制和扩频两个模块。 在发送端，信号首先对某个载频进行调制，调制器输出的窄带已调信号再送及扩频器进行二次解调，输出的信号为宽带 已 调信号。 由于扩频器是利用 高速伪随机码 (PN)序列对发射信号调制，因此获得的输出信号的频谱密度大大地降低了。 接收端由解扩和解调器构成，在接收端，利用与发送端相同的伪码序列对收到的扩频信号进行解扩 (扩 频的反变化 )处理，还原成窄带已调信号再经过解调器后，原始信号就解调出来。 由于扩频信号带宽与窄带滤波器带宽之比越大，信噪比也就越大，所以扩频通信是以较宽的带宽换取高信噪比，并提高通信的抗干扰能力、增强通信的隐蔽性。 因此这种调制方式将是低压电力线载波通信的发展方向。 (2)RS485 网 EIARS485 是 CCITT 标准化。 该标准采用集成电路，在一对平衡的互联电缆上传送差分信号，在接收端用差分接收器进行信号判决。 这种接口具有抑制共模干扰的能力，因此抗干扰性能较 好，信号发送频率最高可达 辽宁科技大学 本科生毕业设计 第 5 页 1OMHZ。 在使用双绞线，信号速率小于 100kbs 时，传输距离可达 1200m。 RS485 接口在一个通道上可以进行半双工通信，所以只需要两根线便可使双向通信，并可方便地构成一点对多点或多点之间的相互通信网络，一般使用双绞线作为网络总线。 总线上挂接的节点个数因选用的接口驱动芯片而异，最多可以接 128 个节点。 对要求较高的系统可以考虑选用带光隔离的、抗雷电及抗静电放电的冲击的收发器，在进行系统设计时应综合考虑这些因素。 本课题研究的背景，目的和意义 长期以来水表，电表，气表的抄收一 直采用传统的人工查表方式，它是由抄表员上门逐家逐户的抄录用数据，并将查验结果记录在纸上，然后再由人工进行用量和收费计算。 但是随着城市现代化建设，居民住宅小区大量崛起，使得城市的水，电，气方面的建设规模日益扩大，管理工作也变得越来越复杂。 在这种情况下，传统的管理模式暴露出种种弊端 ：一方面，由于用量管理内容多，要处理的数据量大，从用户建立到正常用量后抄表数据的记录，存储，统计，分析查找都十分繁琐和困难。 随着社会经济的发展和生活水的日益提高，人们对家居环境提出了越来越高的要求，安全、舒适、方便、快捷、人性化、智能 化已成为新的追求目标，以往的住宅结构及管理方式越来越不能满足人们的需求。 随着电子计算机、网络信息技术和微电子技术的飞速发展给世界的各个领域带来了无限的发展空间，建筑领域也不例外，智能大厦、智能化住宅小区先后出现，也逐渐实现了小区网上物业管理 、安防联网报替、宽带上网等，但对于耗能表的计量及其查表出户的解决还处于较低的水平。 本文是基于单片机为主结构搭建一个远程自超标系统，以取代目前广泛使 用的人工抄表，并消除其带来的种种弊端，达到实时报表，准确无误，节省人力资源的目的。 本设计中，力求搭建出远程抄表系统的整体框 架，利用单片机为主题，结合通信技术，控制技术，网络技术和数字电子技术等设计出一套远程抄表系统并最大限度的提高系统的稳定性，抗干扰性，实时性和经济型。 辽宁科技大学 本科生毕业设计 第 6 页 远程抄表系统 抄表系统的选型及其特点 (1)抄表系统的选型，主要考虑以下几个方面的功能 ① 具有储存功能，在出现特殊情况下，保证以前的所有记录的数据不会丢失。 ② 具有后备电源，停电时系统能正常工作 . ③ 具有较强的 抗 干扰能力，工作的稳定性较高 ④ 灵活的系统组成方案，可适用于小区、高层住宅、零散分布的住户及其其他情况的特殊小区，具有较好的扩 充性能。 (2)完成功能 完全实现自动抄表功能，电表的读数由安装在电表内部的或者外部的计量、 通讯模块、实时功能、数据的上传和下载，通过电话网络将这些数据抄送到管理处或供电管理部门等用电管理功能。 远程抄表系统构成 图 远程抄表系统的组成 (1)如图 所示的自动抄表系统体系。 其中每个采集器要采集十几户到二十几户的电表脉冲，处理后变成抄表数据传输到集中器中。 (2)通过电话线或者其他的接入网络传到传入网络。 考虑到抄表系统的数据传输量不大和易于接入等因素，可使用电话线 MODEM 实现远程信息传输。 (3)对于整个抄表系统的数据采集，数据传送，以及芯片功能的实现，将会在后面 辽宁科技大学 本科生毕业设计 第 7 页 的章节中详细介绍。 本文所做的工作 本文以整个远程抄表系统的设计为研究内容 ，对国内外现状进行了详细的了解后，结合自己所学知识，以 AT89C51 为内核，搭建一个远程抄表系统。 这套系统不但能够实现对住户用电情况进行实时监控，而且能对他们进行准确的记录和计算，并根据 PC机的要求适时的传送数据以供 查阅。 在设计研制过程中主要解决以下几个问题： (1)根 据实际需求完成抄表系统的设计。 包括抄表系统的硬件设计，电路设计 ,抄表系统主要用来完成对电量的采集和计量工作以及与上位机（ PC）之间进行通讯。 在设计过程中为了尽量减少硬件设施，降低功耗，简化电路，选用了功能强大的芯片。 (2)编写实现系统功能的软件。 利用汇编语言编写软件来实现数据采集功能并对数据进行分析，处理和保存。 利用 C 语言写采集器与 PC 机的通信程序，实现两者之间的数据交换。 (3)确定通信方式及通信标准，采用串行异步通讯标准 RS485，采集器测量到的 数据以及设备状态可以通过 RS485 总线传至智能小区的物业管理中心的 PC 机，有管理中心统一进行处理，真正实现 “无人查表 ”。 (4)设计系统的抗干扰技术。 干扰问题 一直是困扰远程抄表方式的难题。 在远程抄表系统中，影响系统计量准确性的因素是脉冲信号是否有效。 由于干扰信号的干扰作用可能会使脉冲信号在产生和传输的过程中发生错误的计数。 本课题为了避免上述现象的出现，在硬件和软件上做了大量的工作，确保计量的准确性和可靠性。 辽宁科技大学 本科生毕业设计 第 8 页 2. 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 AMR 产品特点的基础上 ，为了使抄表器的功能更加完善，设计的抄表器具有脉冲计数、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。 图 抄表系统的整体结构框图 系统的整体工作流程如下 : (1)脉冲采集计数模块根据脉冲计算出电表的数据，存储于内部的 RAM 中。 (2)AT89C51 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，并根据设置好的约定，存储于外部的 RAM 中，等待上位机的查询，并 把没反应过来的上位机的号码记录下来，上传给上位机。 (3)上位机操作中，有定时抄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，指在某种特殊的情况下，需要单独的对某个用户进行复查等。 在两种模式下，对没有反应的 PC 机做备份，并 警告 等。 辽宁科技大学 本科生毕业设计 第 9 页 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)、直流稳压、断电控制、显示、系统保护、时钟、外围储存电路、数据的上传、数据的下递、电源、数据采集等组成。 每一个部分的正确选择与 设计，及其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 (1)CPU 是整个系统的核心部件，它直接影响系统的性能，对于本系统中选用的 AT89C51单片机，现对其功能引脚，电路特征作一个详细的介绍。 ① 与 MCS51 系列的单片机相容。 ② 内有 4K 的可编程 ROM 和 128 个字节的 RAM. ③ 在 0Hz 到 24Hz 之间可以全静态操作。 ④ 芯片有 32 条可编程 U0 引脚。 ⑤ 芯片有 2 个十六位定时器 (计数器 )。 ⑥ 共有 6 个中断源， 2 个中断优先级。 ⑦ 可编程串口通道。 ⑧ 具有低功耗的工作 模式和掉电的工作模式。 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 CPU工作在低耗的状态下，内部的 RAM 的数据不会丢失。 (2)AT89C51 芯片主要引脚介绍 : ① VCC:AT89C51 电源正极输入，接 ++5V 电压。 ② GND:电源接地端。 ③ XTALI:接外部晶振的一个引脚。 在单片机内部，它是一个反向放 大器输入端，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 XTAL2: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 辽宁科技大学 本科生毕业设计 第 10 页 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 ALEIPROG: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， ALE 信号的负跳变来触发外部的 8 位锁存器 (如 74LS373)，将端口 PO 的地址总线 (AOA7)锁存到锁存器中 .在非访问外部储存器期间， ALE 引脚的输出频率是系统工作频率的 1/16，因此可以用来驱动其他的外围芯片的时钟输入。 当访问外部存储器期间，将以 1/12 振荡频率输出。 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 引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空间。 如果是使用AT89C51 或其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平使程序运行时访问内部程序存储器，当程序指针 PC 值超过片内程序储存地址 (如 8051/8751/89C51 的 PC 超过 OFFF 均时，将自动转向外部程序储存器继续运行。 此外，在程序代码烧录至 8951内部 内部 FLASH 时，可以利用此引脚来输入提供编程电压 (AT89C51 为12V)。 ⑧ PSEN:此为 “Program Store Enable”的缩写 .访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。 在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次 PSEN 信号，在执行片内程序储存器指令时，不产生 PSEN 信号，在访问外部数据时，亦不产生 PSEN 信号。 ⑨ P0,P1,P2,P3 口 PO 口 ()是一个 8 位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线 (低 8 位 )和数据总线复用。 外部不扩展而单片应用时，则作为一般的双向 I/O 口用。 PO 口每一个引脚可以带 8 个 LSTTL 负载 : P1 口 ()是具有内部提升电路的双向 I/0 端口 (准双向并行 I/0 口 )，其输出可以带 4 个 LSTTL 负载。 仅供用户作为输入输出用的端口。 P2 口 ()是具有内部提升电路的双向 I/0 端口 (准双向并行 I/O 口 )，当访问外部程序存储器时，它是高 8 位地址。 外部不扩展而单片应用时，则作为一般双向 I/0 口用。 每一个引脚可以推动 8 个 LSTTL 负载。 辽宁科技大学 本科生毕业设计。