畢業(yè)論文---居民住宅小區(qū)水、電、氣集中抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　題 目：居民住宅小區(qū)水、電、氣集中抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p&

2、gt;　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成日期： 2012年5月 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)</p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）題目： 居民住宅小區(qū)水、電、氣集中抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 系主任： </p><p><b>　　主要內(nèi)容及基本要求</b></p><p>　　1、查閱集中抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)。

4、 </p><p>　　2、掌握數(shù)據(jù)采集模塊、微控制器(單片機(jī))模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、顯示模塊和時(shí)鐘模塊的軟硬件設(shè)計(jì)。 </p><p>　　3、利用proteus、keil uVision3等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)

5、采集電路編程和仿真。 </p><p>　　4、在該系統(tǒng)中，我們可以通過(guò)打開(kāi)水龍頭，或者氣體開(kāi)關(guān)，單片機(jī)讀取到脈沖數(shù)以后將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的水的噸數(shù)，或者氣體的立方數(shù)，通過(guò)液晶顯示器作為人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，可顯示當(dāng)前使用的氣體或水的使用量。 </p><p>　　

6、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告要求詳見(jiàn)湘潭大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）文本要求。 </p><p><b>　　二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題</b></p><p>　　1、了解水電氣集中抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景意義及基本原理，掌握51單片機(jī)的基本知識(shí)，

7、熟悉Proteus繪圖的應(yīng)用和Keil uVision3編程的運(yùn)用，重點(diǎn)掌握水電氣集中抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 </p><p>　　2、查找水、電、氣相關(guān)芯片資料，并對(duì)比各芯片的性能，選擇最優(yōu)的方案。

8、 </p><p>　　3、構(gòu)思數(shù)據(jù)采集電路圖，并利用Proteus繪出水電氣采集電路圖和系統(tǒng)原理圖，利用Keil uVision3編寫(xiě)程序。 </p><p>　　4、通過(guò)此設(shè)計(jì)寫(xiě)出總結(jié)，提出改進(jìn)意見(jiàn)

9、。 </p><p><b>　　三、進(jìn)度安排</b></p><p>　　四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1] 楊文龍.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安西安電子科技大學(xué)出版社，1995：32-56</p><p>　　[2] 陳

10、明熒.8051單片機(jī)基礎(chǔ)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2003：77-96</p><p>　　[3] 徐建軍.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用及接口技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2003：121-142</p><p>　　[4] 鄭學(xué)堅(jiān).微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998：97-135</p><p>　　[5] 南建輝.MCS-51單片機(jī)

11、原理及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004：76-79</p><p>　　[6] 夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001：102-117</p><p>　　[7] 余錫存.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000：36-38</p><p>　　[8] 李剛.51系列單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技巧

12、[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002：72-77</p><p>　　[9] 余永權(quán).ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.4：85-91</p><p>　　[10] 鄭郁正.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].成都：四川大學(xué)出版社，2003：56-59</p><p>　　[11] 肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī)[M].北京：北京

13、航空航天大學(xué)出版社，2002.9：33-41</p><p>　　[12] 趙曉安. MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學(xué)出版社，2004.2：79-103</p><p>　　[13] 傅揚(yáng)烈.單片機(jī)原理與應(yīng)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002：60-62</p><p>　　[14] 張毅剛.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈

14、爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003：201-213</p><p>　　[15] 歐陽(yáng)文.ATMEL89系列單片機(jī)的原理與開(kāi)發(fā)實(shí)踐[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.6：282-284</p><p>　　[16] 江思敏.PROTEL電路設(shè)計(jì)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.9：67-117</p><p>　　[17] 楊恢先.基于單片機(jī)控制的多功能數(shù)字

15、式煤氣表的設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2004， 06：48-56</p><p>　　[18] 崔強(qiáng).基于無(wú)線通信的自動(dòng)抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)，2001，08：23-35</p><p>　　[19] 王勇 殷蔚民.基于AT89S51的電能計(jì)量系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，29：78-89</p><p>　　[20]《SMC1602A LCM使用說(shuō)

16、明》，長(zhǎng)沙人民電子有限公司</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 課題研

17、究的意義1</p><p>　　1.1.1 自動(dòng)抄表系統(tǒng)綜述1</p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況4</p><p>　　1.1.3住宅抄表自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用條件5</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)方式的選擇及主要內(nèi)容5</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)7</p><p

18、>　　2.1 性能分析7</p><p>　　2.1.1 功耗分析7</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)可靠性分析8</p><p>　　2.2 AT89S52單片機(jī)8</p><p>　　2.3 數(shù)據(jù)采集顯示模塊9</p><p>　　2.4 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊9</p><p&

19、gt;　　2.5 數(shù)據(jù)通信11</p><p>　　2.5.1 RS-485總線技術(shù)11</p><p>　　2.5.2 RS-485通信協(xié)議12</p><p>　　2.5.3 RS-232通信技術(shù)14</p><p>　　2.5.4 RS-232通信協(xié)議15</p><p>　　2.6 本章小結(jié)16&l

20、t;/p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.1 L298芯片的介紹17</p><p>　　3.2 顯示模塊19</p><p>　　3.3 按鍵控制21</p><p>　　3.4 本章小結(jié)22</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)23</p>

21、;<p>　　4.1 Proteus介紹23</p><p>　　4.2 Keil uVision3 介紹24</p><p>　　4.3 程序設(shè)計(jì)流程圖24</p><p>　　4.4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)25</p><p>　　4.5 仿真結(jié)果分析26</p><p>　　4.6 上位管理PC機(jī)人機(jī)接

22、口軟件29</p><p>　　4.6.1 串口數(shù)據(jù)通信29</p><p>　　4.6.2 串口程序30</p><p>　　4.7 本章小結(jié)31</p><p>　　第5章 總結(jié)與展望32</p><p><b>　　5.1 總結(jié)32</b></p><p>

23、;　　5.2不足與展望32</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p>　　附錄1 硬件總體設(shè)計(jì)35</p><p><b>　　附錄2 程序36</b></p><p>

24、　　居民住宅小區(qū)水、電、氣集中抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：在本系統(tǒng)中，采用直流電機(jī)模擬水電氣類(lèi)的數(shù)字量表，采用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生脈沖，通過(guò)單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來(lái)計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。</p><p>　　我們可以通過(guò)打開(kāi)水龍頭，或者氣體開(kāi)關(guān)，單片機(jī)讀取到脈沖數(shù)以后將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的水的噸數(shù)，或者氣體的立

25、方數(shù)，通過(guò)液晶顯示器作為人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，可顯示當(dāng)前使用的氣體或水的使用量。</p><p>　　論文中詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集模塊、微控制器(單片機(jī))模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、顯示模塊和時(shí)鐘模塊的軟硬件設(shè)計(jì)。對(duì)各模塊的硬件設(shè)計(jì)，先簡(jiǎn)單介紹所選芯片的特點(diǎn)及使用方法，再給出該模塊的電路連接圖，最后介紹了電路的工作原理。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；RS485總線；GPRS傳輸；直

26、流電機(jī)；L298</p><p>　　The Design of Water, Electricity, Gas meter reading system</p><p>　　of Residential Area</p><p>　　Abstract：In this system, the DC motor simulate water, electricity

27、and a digital scale, using L298N as a DC motor-driven rotation of the drive DC motors, DC motor in the rotation when the pulse, the MCU external interrupt sampling the DC motorthe number of pulses used to measure digital

28、 scale value.</p><p>　　we can turn on the tap or the gas switch, the microcontroller to read after the number of pulses will be converted to the corresponding water tonnage or cubic of gas through the liquid

29、 crystal display as a man-machine interface display.It can display the current use of gas or water usage.</p><p>　　The paper has a detailed introduction to the software and hardware of the data acquisition c

30、ircuit，micro-controller circuit，communication circuit，data storage circuit and display circuit of the Colleetion Device Terminal.For the hardware design of every function module，the paper introduces the chip’s features a

31、nd usage manual，shows the circuit diagram，and introduces the work principle in the end.</p><p>　　Keywords : Data Acquisition；S485 bus；PRS transmission；DC motor；L298</p><p><b>　　第1章 緒 論<

32、/b></p><p>　　1.1 課題研究的意義</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，各種電表、水表、氣表大量地出現(xiàn)在人們的生活中，傳統(tǒng)的人工手動(dòng)抄表方式已經(jīng)很難滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的要求，人們對(duì)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的需求已越來(lái)越強(qiáng)烈。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，各種各樣的自動(dòng)化抄表系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)出來(lái)，它們不僅替代了煩瑣的手上勞動(dòng)，而且提供了更多的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。同時(shí)國(guó)家建

33、設(shè)部在居民住宅的有關(guān)技術(shù)規(guī)定中已明確要求3表（水表、電表、煤氣表）必須出戶(hù)。</p><p>　　鑒于上述情況，建立住宅抄表自動(dòng)系統(tǒng)成為當(dāng)前住宅建筑技術(shù)，尤其是智能型住宅建筑中不可缺少的重要組成部分，具有十分重要的實(shí)踐意義。</p><p>　　目前，電子水表、電子煤氣表、電子電表的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)日趨成熟。抄表自動(dòng)系統(tǒng)基本原理是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)專(zhuān)用設(shè)備對(duì)3表進(jìn)行遠(yuǎn)距離的自動(dòng)抄錄。一般通過(guò)

34、數(shù)據(jù)采集器對(duì)表計(jì)的脈沖進(jìn)行記數(shù)，然后傳輸控制器將信號(hào)送至計(jì)算機(jī)中心，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、打印，再通過(guò)與銀行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)?？刂浦行目娠@示小區(qū)內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行狀況，并可通過(guò)軟件控制設(shè)備，使設(shè)備運(yùn)行于最經(jīng)濟(jì)合理的模式中。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，控制中心發(fā)生聲光報(bào)警并通知管理人員處理事故。</p><p>　　本次課題是設(shè)計(jì)基于AT89S52的集中抄表，采用直流電機(jī)模擬水電氣類(lèi)的數(shù)字量表，采用L298N作

35、為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生脈沖，通過(guò)單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來(lái)計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。</p><p>　　1.1.1 自動(dòng)抄表系統(tǒng)綜述</p><p>　　自動(dòng)抄表技術(shù)(Automatic Meter Reading)是將數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸和處理應(yīng)用于自來(lái)水、電力、天燃?xì)?以下簡(jiǎn)稱(chēng)水、電、氣)供應(yīng)與管理系統(tǒng)中的一項(xiàng)新技術(shù)。它從根本上克服

36、了傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端，給水、電、氣管理的現(xiàn)代化帶來(lái)了新的希望。隨著水、電、氣市場(chǎng)管理改革的不斷深入、對(duì)自動(dòng)抄表技術(shù)的研究必將成為熱點(diǎn)與方向。</p><p>　　抄表系統(tǒng)在中國(guó)發(fā)展已有15年左右的時(shí)間，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物業(yè)公司、自來(lái)水公司、煤氣公司、供電公司、企業(yè)內(nèi)部、學(xué)校宿舍的計(jì)量收費(fèi)管理。15年的時(shí)間里，抄表系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有，規(guī)模從小到大，從不可靠到可靠，從單一的方式到多種方式的進(jìn)步。逐步由一個(gè)時(shí)尚

37、的產(chǎn)品演變成為主流的產(chǎn)品，并正在演變成為必需品。</p><p>　　任何一個(gè)抄表系統(tǒng)都可以抽象地看作是由六個(gè)部分組成的，如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 自動(dòng)抄表系統(tǒng)的組成</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)采集單元</b></p><p>　　目前有幾種類(lèi)型，采用分線制方式電子脈沖計(jì)數(shù)的多表集中采

38、集單元、采用總線制電子脈沖計(jì)數(shù)方式的單表采集單元、采用總線制機(jī)電位置檢測(cè)方式的單表采集單元、采用總線制攝像方式的單表采集單元、采用無(wú)線傳輸方式的單表采集單元等。</p><p>　　分線制多表采集器是第一代抄表系統(tǒng)采用的主要方式，目前仍有一些公司生產(chǎn)這種設(shè)備，由于分線制系統(tǒng)存在抗干擾能力差、斷線會(huì)造成數(shù)據(jù)誤差、一臺(tái)設(shè)備故障會(huì)造成成片的數(shù)據(jù)無(wú)法讀取、工程設(shè)計(jì)調(diào)試維護(hù)復(fù)雜等許多問(wèn)題，目前已不再是抄表系統(tǒng)的主流模式。&

39、lt;/p><p>　　總線制單表采集器解決了分線制系統(tǒng)的上述問(wèn)題，因此成為目前抄表行業(yè)尤其是水、煤氣抄表行業(yè)的主流模式，而電表抄表的主流模式由于行業(yè)的特點(diǎn)采用PLC載波方式。</p><p>　　（2）底層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)</p><p>　　底層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)指由采集器到集中單元之間的傳輸系統(tǒng)，目前有幾種方式，有線傳輸?shù)姆绞街斜容^主流的方式是RS485總線方式和MBUS總

40、線方式，MBUS總線由于兩芯無(wú)極性、自由拓?fù)?、更好的防雷擊能力逐漸取得了用戶(hù)的認(rèn)可正在演變?yōu)橛芯€傳輸方式的最主流形式；無(wú)線傳輸?shù)姆绞街幸灿泻枚喾N如采用ZIGBee技術(shù)的模式和普通FSK傳輸?shù)哪Ｊ剑瑹o(wú)線方式由于受到耗電、發(fā)射功率、接收靈敏度、安裝環(huán)境的復(fù)雜性等多個(gè)方面的約束，根據(jù)實(shí)際使用情況，無(wú)線傳輸方式仍需在技術(shù)上進(jìn)一步完善才能達(dá)到實(shí)用化的要求。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)集中單元</

41、b></p><p>　　為了提高上層傳輸?shù)男剩芏喑硐到y(tǒng)采用了“數(shù)據(jù)集中器”這個(gè)設(shè)備完成數(shù)據(jù)的采集，集中提供給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。一般的數(shù)據(jù)集中器仍然以數(shù)據(jù)流形式用非常原始的通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，從而帶來(lái)了傳輸速度慢等問(wèn)題。</p><p>　　（4）上層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)</p><p>　　目前有幾種主要的方式：</p><p&g

42、t;　　① RS232串口，電腦通過(guò)一個(gè)RS232—現(xiàn)場(chǎng)總線通訊轉(zhuǎn)換器直接與系統(tǒng)底層總線相連；</p><p>　?、?USB接口，電腦通過(guò)一個(gè)USB—現(xiàn)場(chǎng)總線通訊轉(zhuǎn)換器直接與系統(tǒng)底層總線相連；IRDA紅外線接口，由掌上電腦讀?。?lt;/p><p>　?、?電話線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)一個(gè)電話—現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換裝置與公用電話網(wǎng)相連，電腦通過(guò)Modem經(jīng)公用電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊；</p&g

43、t;<p>　?、?以太網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)—現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換裝置與局域網(wǎng)相連，電腦通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊；</p><p>　?、?GPRS移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)一個(gè)GPRS—現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換裝置與公用移動(dòng)電話網(wǎng)相連，電腦通過(guò)Modem經(jīng)移動(dòng)電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊。</p><p><b>　　（5）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)</b></p>

44、<p>　　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)及安裝在計(jì)算機(jī)上面的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。</p><p>　　抄表系統(tǒng)剛剛出現(xiàn)時(shí)，僅僅是作為人工抄表的替代品，無(wú)非是將累計(jì)數(shù)據(jù)抄錄回來(lái)傳給計(jì)算機(jī)即可。隨著抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性的提高，抄表系統(tǒng)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，市場(chǎng)對(duì)抄表系統(tǒng)提出了更高的要求?？偨Y(jié)起來(lái)有如下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　1）維護(hù)智能化</b>&

45、lt;/p><p>　　批量采用抄表系統(tǒng)后，由于這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)規(guī)模宏大的系統(tǒng)，因此抄表系統(tǒng)的維護(hù)成為一個(gè)大問(wèn)題。要求抄表系統(tǒng)的軟件能夠具有智能診斷的功能，不但能夠準(zhǔn)確、迅速地找到故障，而且能夠指導(dǎo)維修人員迅速排除故障。</p><p><b>　　2）抄表數(shù)據(jù)更豐富</b></p><p>　　以往的系統(tǒng)只需要提供每月的累計(jì)值，這是模擬人工抄表的行

46、為，由于自動(dòng)抄表系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)更為方便，可以實(shí)現(xiàn)以往人工抄表根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，因此要求有更多的數(shù)據(jù)以便做出進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。如，每日的用量數(shù)據(jù)（當(dāng)用戶(hù)發(fā)生過(guò)戶(hù)是這個(gè)數(shù)據(jù)有用）、每月固定時(shí)間的凍結(jié)數(shù)據(jù)（準(zhǔn)確計(jì)算每月用量）、每月平均用量、年內(nèi)平均用量數(shù)據(jù)、年內(nèi)最大用量數(shù)據(jù)；還有如表計(jì)安裝時(shí)間、型號(hào)、維護(hù)次數(shù)、更換信息；異常數(shù)據(jù)信息：突發(fā)數(shù)據(jù)增大告警信息、突發(fā)數(shù)據(jù)減小信息等等。</p><p><b>　　3

47、）采集數(shù)據(jù)更頻繁</b></p><p>　　人工抄表為每月一次，自動(dòng)抄表可以更為頻密，每日一次。這對(duì)于出租房屋、酒店式公寓等經(jīng)常更換用戶(hù)的地方非常適用。</p><p><b>　　4）操作更方便</b></p><p>　　因?yàn)閼?yīng)用的范圍更廣，所以對(duì)操作人員的要求要降低，這樣就要求界面更加友好，操作更方便。</p>

48、<p><b>　　5）專(zhuān)業(yè)化程度更高</b></p><p>　　自動(dòng)抄表已經(jīng)由原來(lái)只針對(duì)物業(yè)管理拓展到專(zhuān)業(yè)的煤氣公司、自來(lái)水公司、電力公司、工廠企業(yè)的員工宿舍、學(xué)校的學(xué)生宿舍和教工宿舍、酒店式公寓的管理等等五花八門(mén)的方面。每一種應(yīng)用都有自己的特點(diǎn)，如自來(lái)水公司要求有階梯水價(jià)、電力公司要求復(fù)費(fèi)率分時(shí)計(jì)費(fèi)、學(xué)生宿舍要求具有預(yù)付費(fèi)控制功能、酒店式公寓要求每日能夠結(jié)算等等。從而要求為

49、各種不同的用途提供不同的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件。</p><p>　　用戶(hù)用電量的數(shù)據(jù)采集可結(jié)合電子式電能表來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前電子式電能表主要有兩種形式，一種是在原感應(yīng)系電度表的基礎(chǔ)上，利用光電或磁電方式改裝而成的機(jī)電脈沖式電能表。一種是利用電量測(cè)量專(zhuān)用芯片設(shè)計(jì)制作的全電子式電能表。</p><p>　　機(jī)電脈沖式電能表沿用感應(yīng)系電能表的測(cè)量機(jī)構(gòu)，其數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)則由電子電路和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因而，機(jī)電

50、脈沖式電能表是一種電子線路與機(jī)電轉(zhuǎn)換單元相結(jié)合的半電子式電能表。機(jī)電脈沖式電能表繼承了感應(yīng)系電能表結(jié)構(gòu)牢固、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　全電子式電能表不再使用感應(yīng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)，而是由專(zhuān)用電量測(cè)量芯片與微控制器芯片構(gòu)成。由于它沒(méi)有傳統(tǒng)電能表上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因而又被稱(chēng)為“靜止式電能表”或“固態(tài)電能表”。近年來(lái)，各種新型電子式電能表不斷推出，所用芯片型號(hào)各異，功能眾多，但其基本原理相同，主要功能可歸

51、為三個(gè)方面：計(jì)量、計(jì)費(fèi)功能（包括分時(shí)計(jì)量、最大需量計(jì)量和預(yù)付費(fèi)等）；保護(hù)功能（包括過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)與防竊電等）；通訊功能（可以是紅外通訊、無(wú)線電通訊、專(zhuān)線通訊或載波通訊等）。</p><p>　　當(dāng)前人們對(duì)用水量、燃?xì)饬康臄?shù)據(jù)采集也主要有兩種形式，一種是在原來(lái)機(jī)械式水表的基礎(chǔ)上利用傳統(tǒng)水表的刻盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電脈沖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。這種采集方式的顯示可以有機(jī)械刻度顯示與數(shù)字顯示兩種顯示方法。另一種方式是直接利用流量傳感

52、器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這種數(shù)據(jù)采集方式是通過(guò)傳感器直接將水量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字脈沖或相應(yīng)大小的輸出電流，采集的數(shù)據(jù)可通過(guò)相應(yīng)的控制芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)積算、存儲(chǔ)并驅(qū)動(dòng)LED或LCD顯示。</p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況</p><p>　　水、電和燃?xì)馐巧钪斜夭豢缮俚?，它們的發(fā)展一直倍受人們的關(guān)注。在人們關(guān)注的同時(shí)，三表抄送系統(tǒng)產(chǎn)生了，并且，隨著科技的不斷發(fā)展，三表抄送系統(tǒng)也越來(lái)越智能

53、化。</p><p>　　同時(shí)，隨著人們的生活水平不斷提高，老百姓對(duì)生活環(huán)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發(fā)展。同時(shí)，隨著科技的發(fā)展，小區(qū)住宅除了滿(mǎn)足人們最基本的居住要求，還要將方便、省時(shí)的物業(yè)管理帶給住戶(hù)。實(shí)現(xiàn)住宅的三表（水、電、煤氣）出戶(hù)自動(dòng)抄表、自動(dòng)計(jì)費(fèi)，已成為新型智能小區(qū)的必備條件。</p><p>　　作為智能化產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán)——智能抄表系統(tǒng)也同時(shí)得

54、到了蓬勃發(fā)展。從沿海的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)深圳、廣州、上海到政治文化中心北京，以及中國(guó)西部城市成都、重慶、貴州、昆明等地均不同程度地建設(shè)了智能化示范小區(qū)。這些智能化住宅小區(qū)的建設(shè)，提高了住戶(hù)的生活質(zhì)量，擴(kuò)大了住戶(hù)的居住空間，為當(dāng)?shù)刂悄芑ㄔO(shè)起到了示范作用。</p><p>　　傳統(tǒng)的三表需要抄表人員定期挨家挨戶(hù)抄取數(shù)據(jù)，結(jié)算出費(fèi)用后，再到各家索取，誤差大、統(tǒng)計(jì)工作量大，人為的錯(cuò)誤給物業(yè)管理和用戶(hù)帶來(lái)極大不便?，F(xiàn)在有許多地

55、區(qū)改為插卡式買(mǎi)電裝置，這雖然減少了人為因素，但是買(mǎi)電時(shí)要到銀行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且水、電、氣表分別交費(fèi)，也有許多不便之處。 小區(qū)智能抄表系統(tǒng)節(jié)省時(shí)間、人力、物力，提高工作效率，降低物業(yè)成本，準(zhǔn)確及時(shí)地將住戶(hù)所使用的三表數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，為實(shí)現(xiàn)小區(qū)科學(xué)、系統(tǒng)的物業(yè)管理提供了有效的解決方法。</p><p>　　小區(qū)智能抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)，方便了住戶(hù)，可設(shè)置多級(jí)加密功能，定義訪問(wèn)權(quán)限，更可增加系統(tǒng)的保密性。防泄漏報(bào)警可以使住戶(hù)放心

56、，不必因家中只有老人、孩子而擔(dān)心煤氣的泄漏與觸電現(xiàn)象的發(fā)生。一方面杜絕了抄表擾民的問(wèn)題；另一方面可以簡(jiǎn)化管理手段，減輕物業(yè)管理負(fù)擔(dān)。因此三表出戶(hù)系統(tǒng)是新一代的具有城市性自動(dòng)化計(jì)量收費(fèi)管理系統(tǒng)，是提高住宅發(fā)展的必然，合乎人們高品質(zhì)生活的追求，符合國(guó)家小康型住宅產(chǎn)業(yè)的精神。</p><p>　　隨著城市生活節(jié)奏的加快，人們需要越來(lái)越多的方便設(shè)施來(lái)滿(mǎn)足生活的需要，小區(qū)智能化是今后的發(fā)展趨勢(shì)。智能抄表系統(tǒng)是智能小區(qū)應(yīng)具有

57、的最基本的系統(tǒng)，它的發(fā)展必將影響到小區(qū)智能的發(fā)展，因此將會(huì)有更多的系統(tǒng)集成商、發(fā)展商看中這個(gè)項(xiàng)目，對(duì)它進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)是極重要的。預(yù)測(cè)三表的前景如下情況：</p><p>　　水表：隨著用水量的增大和不斷完善，水表的前景應(yīng)該是穩(wěn)中有升。</p><p>　　電表：因?yàn)殡姷膽?yīng)用越來(lái)越廣泛，電表的發(fā)展應(yīng)該是高居首位。</p><p>　　燃?xì)獗恚弘姷膹V泛應(yīng)用，可能會(huì)使得氣

58、表只能保持穩(wěn)定或者是略有下降。</p><p>　　1.1.3住宅抄表自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用條件</p><p>　　自動(dòng)抄表系統(tǒng)作為一個(gè)實(shí)用系統(tǒng)在住宅建筑工程中的應(yīng)用應(yīng)具備以下條件：</p><p>　　(1) 系統(tǒng)產(chǎn)品化、模塊化、系列化，并且可按照住宅建筑類(lèi)型和用戶(hù)的需要，靈活組合所需系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家相應(yīng)

59、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及國(guó)家相關(guān)政策導(dǎo)向。</p><p>　　(3) 需要相關(guān)供水、供電、供氣、郵電、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)等主管部門(mén)的配合，以及綜合物業(yè)管理的配套實(shí)施。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)方式的選擇及主要內(nèi)容</p><p>　　隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，耗能表戶(hù)外計(jì)量已經(jīng)開(kāi)發(fā)出不少產(chǎn)品。主要分為三大類(lèi)：機(jī)械表、IC卡類(lèi)電表、遠(yuǎn)傳耗能表三種戶(hù)

60、外計(jì)量方式?，F(xiàn)將這三種常見(jiàn)電表的優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：</p><p>　　（1）老式機(jī)械表：也叫感應(yīng)表，利用電磁感應(yīng)原理制造而成。轉(zhuǎn)盤(pán)引起的機(jī)械磨損和振動(dòng)易引起機(jī)械變形，很容易造成誤差超差。準(zhǔn)確度等級(jí)是2.0，也就是機(jī)械表的計(jì)量誤差是控制在士2%之內(nèi)的。具有易磨損、易失磁、功能低、準(zhǔn)確度低、誤差特性不好、過(guò)載能力差、電壓適應(yīng)范圍窄、運(yùn)行維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。</p><p>　?。?）IC卡類(lèi)電表

61、：多采用單片機(jī)為主機(jī)進(jìn)行控制，在原普通單相電度表上加裝一對(duì)紅外發(fā)射接收管，對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，主機(jī)完成對(duì)用戶(hù)用電量的一記錄、累加、顯示和控制功能。配上一塊非接觸式IC卡，完成從供電管理部門(mén)到用戶(hù)間的幣度轉(zhuǎn)換和·現(xiàn)有卡無(wú)電的現(xiàn)象；將本屬于供電系統(tǒng)的收費(fèi)任務(wù)，轉(zhuǎn)嫁給用戶(hù)，若購(gòu)電點(diǎn)位于住宅較遠(yuǎn)處，將會(huì)給居民帶來(lái)麻煩等。</p><p>　?。?）遠(yuǎn)傳耗能(電)表：一般是在保證計(jì)量的可靠性及準(zhǔn)確性的前提下，在普

62、通耗能(電)表的基礎(chǔ)上，通過(guò)加裝各種感應(yīng)探頭組件實(shí)現(xiàn)的。這種感應(yīng)探頭能夠探知耗能表機(jī)械轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械轉(zhuǎn)盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一圈，該感應(yīng)探頭便輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。將該信號(hào)脈沖記錄并累計(jì)下來(lái)，便能準(zhǔn)確地反映轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，從而達(dá)到將機(jī)械轉(zhuǎn)盤(pán)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的目的。將轉(zhuǎn)軸的圈數(shù)通過(guò)一定的計(jì)算，便能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的耗(電)能數(shù)據(jù)。</p><p>　　鑒于以上各種水電氣表存在諸多不適于應(yīng)用在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的缺點(diǎn)，以及目前在工業(yè)用和民用的供水、供

63、氣計(jì)量應(yīng)用中，如電子類(lèi)水表、熱量表、燃?xì)獗淼榷紤?yīng)用大量的葉輪式流量計(jì)。由于這些流量計(jì)的工作原理相同，都是由液體和氣體的流動(dòng)推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與流速成正比關(guān)系，通過(guò)測(cè)量葉輪的轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算流量。在本系統(tǒng)中，采用直流電機(jī)模擬水電氣類(lèi)的數(shù)字量表，采用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生脈沖，通過(guò)單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來(lái)計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。</p><p>

64、;　　在本系統(tǒng)中，我們可以通過(guò)打開(kāi)水龍頭，或者氣體開(kāi)關(guān)，單片機(jī)讀取到脈沖數(shù)以后將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的水的噸數(shù)，或者氣體的立方數(shù)，通過(guò)液晶顯示器作為人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，可顯示當(dāng)前使用的氣體或水的使用量。</p><p>　　本文總體分為五章內(nèi)容。</p><p>　　第一章引言，介紹課題研究的背景和意義。</p><p>　　第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，從整體上分析系統(tǒng)集成的可靠

65、性，并介紹課題研究的方法及步驟，提出水、電、氣數(shù)據(jù)采集模塊的方案以及數(shù)據(jù)通信方案及協(xié)議設(shè)計(jì)。</p><p>　　第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹水、電、氣數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)原理以及相關(guān)芯片。</p><p>　　第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，介紹三表計(jì)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以及仿真。</p><p><b>　　第五章總結(jié)與展望。</b></p>

66、<p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求，本硬件系統(tǒng)應(yīng)包括：用戶(hù)三表數(shù)據(jù)采集顯示模塊、樓座單元數(shù)據(jù)集中模塊、RS-485串口電路、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊構(gòu)成的“客戶(hù)端”與無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、RS-232串口電路、上位管理計(jì)算機(jī)構(gòu)成的“管理端”兩部分?！翱蛻?hù)端”與“管理端”通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：</p><p>&

67、lt;b>　　圖2-1：系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)中，三表計(jì)量電路及單元集中電路均采用了AT89S系列單片機(jī)，AT89S系列單片機(jī)具有在線可編程功能（ISP），本設(shè)計(jì)均留有ISP接口，這樣完全可以先焊接好硬件電路，然后通過(guò)ISP端口將軟件可執(zhí)行代碼寫(xiě)入電路芯片。單片機(jī)與用戶(hù)“三表”之間通信線采用帶屏蔽的雙絞電纜。由于GPRS模塊采用Saro3130P GPRS DTU，使用時(shí)只

68、需將其作為一個(gè)采用RS232接口的通信器件使用即可。</p><p><b>　　2.1 性能分析</b></p><p>　　2.1.1 功耗分析</p><p>　　在用戶(hù)計(jì)量?jī)x表系統(tǒng)中，顯示電路的功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)必須考慮的問(wèn)題。本系統(tǒng)中，“三表”顯示電路采用了液晶顯示模塊SMC1602A。正常情況下SMC1602A背光電源斷開(kāi)，其工作電流只

69、有2mA，大大降低了系統(tǒng)功耗；電能測(cè)量芯片ADE7751正常工作時(shí)其電流也只有3mA；串行EPROM芯片AT24C04最大工作電流為3mA；時(shí)鐘芯片DS1302最大工作電流為0.3mA；單片機(jī)芯片AT89S52當(dāng)晶振為12M時(shí)在激活模式下工作電流約為20mA左右。綜合考慮各方面因素，整個(gè)系統(tǒng)的平均功耗約為0.15W左右。</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)可靠性分析</p><p>　　

70、干擾是任何電氣儀表必須面對(duì)的問(wèn)題，它混在信號(hào)中，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，甚至?xí)瓜到y(tǒng)無(wú)法正常工作。提高系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力應(yīng)從軟件和硬件兩方面采取措施。實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)失效和硬件損壞是由各種干擾引起的，可見(jiàn)干擾對(duì)系統(tǒng)的影響很大。在系統(tǒng)中電源的抗干擾設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的，尤其對(duì)來(lái)自變壓器一次側(cè)的高頻干擾、浪涌電壓干擾。</p><p>　　在數(shù)據(jù)安全方面，系統(tǒng)中都采用了串行EEPROM，來(lái)對(duì)重要的數(shù)據(jù)（用戶(hù)編號(hào)和用電量等）具

71、有掉電保護(hù)功能。</p><p>　　在信號(hào)傳輸線路上，由于RS-485的通信距離較遠(yuǎn)，傳輸速率較低，所以在總線終端進(jìn)行了匹配，并采用帶屏蔽的雙絞電纜作為傳輸線。這樣就在一定程度上有效的防止了信號(hào)在傳輸過(guò)程中被干擾，使信號(hào)能夠精確的傳輸。</p><p>　　在系統(tǒng)通信過(guò)程中，由于信道上各種因素的影響，傳輸信號(hào)會(huì)受到一定程度的干擾，又由于采用串行異步通信方式，僅靠奇偶校驗(yàn)是不夠的。所以本系

72、統(tǒng)采用了DL/T-645電表通信協(xié)議中規(guī)定的（CS）校驗(yàn)。它是從幀起始符開(kāi)始到校驗(yàn)碼之前的所有字節(jié)的模256的和，即各字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計(jì)超過(guò)256的溢出值。</p><p>　　為了避免電路因某種原因造成單片機(jī)“死機(jī)”（進(jìn)入死循環(huán)或“跑飛”），電路使用了AT89S52看門(mén)狗功能，在單片機(jī)出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)能夠及時(shí)復(fù)位，從而保證了機(jī)器的正常運(yùn)行。</p><p>　　2.2 AT89S52單

73、片機(jī) </p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛運(yùn)用。其主要特性有：&

74、lt;/p><p>　　1、與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；</p><p>　　2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；</p><p>　　3、1000次擦寫(xiě)周期；</p><p>　　4、全雙工UART串行通道；</p><p>　　5、低功耗空閑和掉電模式；</p><p>　　6、掉電后中

75、斷可喚醒；</p><p><b>　　7、看門(mén)狗定時(shí)器。</b></p><p>　　2.3 數(shù)據(jù)采集顯示模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)采集顯示模塊包括：用戶(hù)用電量采集與顯示電路、用戶(hù)用水量采集與顯示電路、</p><p>　　用戶(hù)燃?xì)庥昧坎杉c顯示電路三種形式。</p><p>　　目前在工業(yè)

76、用和民用的供水、供氣計(jì)量應(yīng)用中，如電子類(lèi)水表、熱量表、燃?xì)獗淼榷紤?yīng)用大量的葉輪式流量計(jì)。由于這些流量計(jì)的工作原理相同，都是由液體和氣體的流動(dòng)推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與流速成正比關(guān)系，通過(guò)測(cè)量葉輪的轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算流量。本課題采用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生脈沖，通過(guò)單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來(lái)計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，我們可

77、以通過(guò)控制水電氣開(kāi)關(guān)，單片機(jī)讀取到脈沖數(shù)以后將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的水的噸數(shù)，或者氣體的立方數(shù)，通過(guò)液晶顯示器作為人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，可顯示當(dāng)前使用的氣體或水的使用量。</p><p>　　2.4 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊</p><p>　　本系統(tǒng)中，“客戶(hù)端”與“管理端”的“PC機(jī)”之間數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前，無(wú)線數(shù)傳方式多種多樣?；诒鞠到y(tǒng)的實(shí)際情況，我們選用GPRS通信方式。

78、</p><p>　　GPRS是通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)的縮寫(xiě)(General Packet Radio Service),是介于移動(dòng)通信第二代和第三代技術(shù)之間的一種過(guò)渡形式,通常稱(chēng)為2.5G，它具有“高速”和“永遠(yuǎn)在線”的優(yōu)點(diǎn)。GPRS允許用戶(hù)在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。隨著無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的迅速發(fā)展，GPRS已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)

79、據(jù)業(yè)務(wù)的最佳承載方式。</p><p>　　目前，GPRS模塊主要有Sony Ericsson的GR47/48模塊，西門(mén)子公司的MC35系列模塊，WAVCOM公司的M1206B模塊等。各種模塊的應(yīng)用系統(tǒng)也已非常成熟。本系統(tǒng)采用廈門(mén)桑榮科技有限公司利用Siemens公司高性能工業(yè)級(jí)GPRS模塊MC35i設(shè)計(jì)的Saro3130P GPRS DTU無(wú)線數(shù)傳終端做為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。</p>

80、<p>　　Saro3130P GPRS DTU(DTU)是一款基于移動(dòng)2.5G GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，內(nèi)嵌TCP/UDP協(xié)議及功能強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸終端。采用SiemensMC35i工業(yè)級(jí)通信模塊，工業(yè)規(guī)格設(shè)計(jì)。提供RS232/RS422等標(biāo)準(zhǔn)串行接口，可直接與PLC、PC、RTU、FTU、TTU等采集設(shè)備透明傳輸。基本特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）采用Siemens公司高性能工業(yè)級(jí)GP

81、RS模塊MC35i；</p><p>　　（2）使用方便、靈活、可靠；</p><p>　?。?）支持雙頻GSM/GPRS；</p><p>　?。?）符合SMG3bis技術(shù)規(guī)范；</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線；</p><p>　　（6）GPRS CLASS 8；</p><p>

82、;　　（7）支持A5/1&A5/5加密算法；</p><p>　?。?）電壓范圍：+5V——+35V（DC），標(biāo)準(zhǔn)電壓9V（DC）/500mA；</p><p>　　（9）標(biāo)準(zhǔn)DB9 RS232/422接口，串行數(shù)據(jù)速率：1200—57600b/S。</p><p>　　產(chǎn)品外觀如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 Saro

83、3130P GPRS DTU</p><p>　　產(chǎn)品內(nèi)部原理框圖如圖2-3。</p><p>　　圖2-3 GPRS原理框架圖</p><p>　　由于系統(tǒng)選用的GPRS模塊是一個(gè)比較成熟的產(chǎn)品，使用時(shí)只需將其作為一個(gè)采用RS232接口的通信器件使用即可。</p><p><b>　　2.5 數(shù)據(jù)通信</b></

84、p><p>　　2.5.1 RS-485總線技術(shù)</p><p>　　單片機(jī)與用戶(hù)“三表”的通信屬于多機(jī)通信。基于本系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能要求，系統(tǒng)選用的是主從式通信方式。主從式多機(jī)通信是多機(jī)通信中應(yīng)用最為廣泛、也是最為簡(jiǎn)單的一種。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)為主機(jī)，各用戶(hù)的數(shù)字式“三表”是從機(jī)，主、從機(jī)之間通過(guò)串口TXD和RXD采用RS-485通信。主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)，也可以指定單一的從機(jī)接

85、收，而從機(jī)發(fā)送的信息只能被主機(jī)接收，各從機(jī)之間不能進(jìn)行通信。</p><p>　　RS-485總線技術(shù)是一套比較成熟、實(shí)用的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主從式結(jié)構(gòu)，具有價(jià)格低廉，性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，在智能工程建設(shè)中被廣泛的應(yīng)用。RS-485通信的特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）RS-485的邏輯“1”以?xún)删€間的電壓差為+2～+6 V表示；邏輯“0”以?xún)删€間的電壓差為-2～-6 V表示。接口信號(hào)電平比

86、RS-232降低了，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接；</p><p>　?。?）RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps；</p><p>　　（3）RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好；</p><p>　　（4）RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺（大約1200多米），實(shí)際上

87、可達(dá)3000米，另外RS-232接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接最多達(dá)128個(gè)收發(fā)器，即具有多站能力。這樣可以利用單一的RS-485接口方便地建立起單元用戶(hù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。</p><p>　　RS-485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式，如圖2-4所示。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX487、MAX

88、1487、MAX3082、MAX1483等；全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488～MAX491、MAX1482等。本設(shè)計(jì)采用RS-485總線半雙工通信方式。標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)。MAX1487芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/4負(fù)載（≥48kΩ），相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到128個(gè)。MAX1487是半雙工通信芯片，且具有抗靜電及抗雷擊的功能，因此本設(shè)計(jì)選用了MAX1487芯片

89、。</p><p>　　RS-485半雙工通信方式</p><p>　　RS-485全雙工通信方式</p><p>　　圖2-4：RS-485通信方式圖</p><p>　　2.5.2 RS-485通信協(xié)議</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)的抄表系統(tǒng)大都遵循電力部頒布的DL/T 614-1997多功能電表標(biāo)準(zhǔn)以及DL/T

90、645-1997多功能電表通訊規(guī)約。本系統(tǒng)的集中抄表裝置也遵循DL/T-645電表通信規(guī)約。電表通信規(guī)約DL/T-645是一種適用于本地系統(tǒng)中多功能計(jì)量表與集中抄表裝置或其它數(shù)據(jù)終端設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式，規(guī)定了他們之間的物理連接，通信鏈路及應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。此通信協(xié)議對(duì)通信過(guò)程的物理層、鏈路層、應(yīng)用層都做了詳盡的說(shuō)明。更詳細(xì)的規(guī)約參見(jiàn)相關(guān)協(xié)議文檔。</p><p>　　字節(jié)傳輸序列如下圖2-5：&l

91、t;/p><p><b>　　圖2-5</b></p><p>　　字節(jié)傳輸方向?yàn)閺淖蟮接遥渲?為起始位，D0到D7為8位數(shù)據(jù)位，P為偶校驗(yàn)</p><p><b>　　位，1為停止位。</b></p><p>　　通信協(xié)議中規(guī)定通信以幀為傳輸單元，幀格式如表2-1：</p><p

92、>　　表2-1數(shù)據(jù)幀格式表</p><p><b>　　幀格式說(shuō)明如下：</b></p><p>　　幀起始符68H：標(biāo)識(shí)一幀信息的開(kāi)始，其值為68H=01101000B。</p><p>　　地址域A0～A5：地址域由6個(gè)字節(jié)構(gòu)成，每字節(jié)2位BCD碼。地址長(zhǎng)度可達(dá)12位十進(jìn)制數(shù)，可以為表號(hào)，資產(chǎn)號(hào)，用戶(hù)號(hào)，設(shè)備號(hào)等。具體使用由用戶(hù)自定義

93、，當(dāng)使用的地址碼不足6字節(jié)時(shí)，用十六進(jìn)制AAH補(bǔ)足6字節(jié)，低地址位在前，高地址位在后。當(dāng)?shù)刂窞?99999999999H時(shí)，為廣播地址。</p><p>　　控制碼C：控制碼的格式如下圖2-6所示：</p><p><b>　　圖2-6</b></p><p>　　D7=0：由主站發(fā)出的命令幀；D7=1：由從站發(fā)出的應(yīng)答幀。</p>

94、<p>　　D6=0：從站正確應(yīng)答；D6=1：從站對(duì)異常信息的應(yīng)答。</p><p>　　D5=0：無(wú)后續(xù)數(shù)據(jù)幀；D5=1：有后續(xù)數(shù)據(jù)幀。</p><p>　　D4～D0：請(qǐng)求及應(yīng)答功能碼。</p><p><b>　　00000：保留。</b></p><p>　　00001：讀數(shù)據(jù)。</p>

95、<p>　　00010：讀后續(xù)數(shù)據(jù)。</p><p>　　00011：重讀數(shù)據(jù)。</p><p>　　00100：寫(xiě)數(shù)據(jù)。</p><p>　　01000：廣播校時(shí)。</p><p>　　01010：寫(xiě)設(shè)備地址。</p><p>　　01100：更改通信速率。</p><p>　　

96、01111：修給密碼。</p><p>　　10000：最大需量清零。</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度L：L為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)。讀數(shù)據(jù)時(shí)L≤200，寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)L≤50，L=0表示無(wú)數(shù)據(jù)。</p><p>　　數(shù)據(jù)域DATA：數(shù)據(jù)域包括數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)和數(shù)據(jù)、密碼等，其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能而改變。傳輸時(shí)發(fā)送方按字節(jié)進(jìn)行加33H處理，接受方按字節(jié)進(jìn)行減33H處理。</p>

97、<p>　　校驗(yàn)碼CS：從幀起始符開(kāi)始到校驗(yàn)碼之前的所有字節(jié)的模256的和，即各字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計(jì)超過(guò)256的溢出值。</p><p>　　結(jié)束符16H：標(biāo)識(shí)一幀信息的結(jié)束，其值為16H=00010110B。</p><p>　　2.5.3 RS-232通信技術(shù)</p><p>　　目前RS-232被廣泛地用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說(shuō)，是計(jì)算機(jī)接口）與終端

98、或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　本系統(tǒng)中，單片機(jī)與無(wú)線數(shù)傳模塊以及管理端的無(wú)線數(shù)傳模塊與上位管理機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，且為近端連接。故我們采用RS-232通信方式。為保證數(shù)據(jù)可靠傳送，RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和接收數(shù)據(jù)線RXD采用EIA電平，即傳送數(shù)字“1”時(shí)，傳輸線上的電平在-3～-15V之間；傳輸數(shù)字“0”時(shí)，傳輸線上的電平在+3～+15V之間。但單片機(jī)串行口采用正邏輯

99、的TTL電平，這樣就存在TTL電平與EIA電平之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，例如當(dāng)單片機(jī)和PC進(jìn)行通信時(shí)，PC COM1和COM2口發(fā)送引腳TXD信號(hào)是EIA電平，不能直接與單片機(jī)串行口接受端RXD引腳相連；同樣單片機(jī)串行口發(fā)送端TXD引腳輸出信號(hào)采用正邏輯的TTL電平，也不能直接與PC串行口COM1或COM2的RXD端相連。</p><p>　　RS-232與TTL之間電平轉(zhuǎn)換芯片主要有傳輸線發(fā)送器MC1488（把TTL電平

100、轉(zhuǎn)成EIA電平）、傳輸線接受器MC1489（把EIA電平轉(zhuǎn)成TTL電平）及MAX公司推出的MAX232、MAX233等專(zhuān)用芯片。但是由MC1488和MC1489構(gòu)成的EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器需要±12V電源，體積大、成本高，而MAX232系列芯片集成度高，單+5V電源（內(nèi)置了電壓倍增電路及負(fù)電源電路）工作，只需外接5個(gè)容量為0.1～1μF的小電容即可完成兩路RS-232與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的RS-2

101、32電平轉(zhuǎn)換芯片，因此本系統(tǒng)選用了MAX232芯片。其引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。</p><p>　　MAX232芯片是美信公司專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、1

102、2、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OU

103、T輸出。第三部分是供電端。15腳GND、16腳VCC（+5v）。</p><p>　　由于RS-232并未定義連接器的物理特性，因此出現(xiàn)了DB-25、DB-15和DB-9各種類(lèi)型的連接器。完整的RS-232接口由主信道、輔信道共22根線組成，不過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)引腳的機(jī)械特性并未做出嚴(yán)格規(guī)定，一般采用標(biāo)準(zhǔn)的25芯D型插座。盡管輔信道也用于串行通信，但速率低，很少用。當(dāng)兩個(gè)設(shè)備以異步方式通信時(shí)，也無(wú)須使用主信道中所有的聯(lián)絡(luò)

104、信號(hào)，因此RS-232也可以用9芯D型插座。本系統(tǒng)選用了9芯D型插座。</p><p>　　圖2-7 MAX232引腳圖和內(nèi)部機(jī)構(gòu)圖</p><p>　　2.5.4 RS-232通信協(xié)議</p><p>　　無(wú)線數(shù)傳模塊與單片機(jī)、管理端無(wú)線數(shù)傳模塊與PC機(jī)采用RS-232通信方式，可以自定義通信規(guī)約，但為了與RS-485通信編程方便和統(tǒng)一，該通信規(guī)約也使用DL/T-

105、645規(guī)約。</p><p>　　為了能夠使上位管理機(jī)直接查詢(xún)某單元的某用戶(hù)計(jì)量表的數(shù)據(jù)，本規(guī)約規(guī)定地址域中的前2字節(jié)為單片機(jī)地址，其后2字節(jié)為某單元計(jì)量表地址。以單元地址碼0001H計(jì)量表地址0001H為例，則其數(shù)據(jù)幀格式為：</p><p>　　68H+01000100AAAAH+68H+1字節(jié)控制碼+1字節(jié)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度L+n字節(jié)數(shù)據(jù)域+1字節(jié)CS校驗(yàn)碼+16H。其中控制代碼說(shuō)明如表2-2

106、所示。</p><p>　　表2-2 控制代碼表</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對(duì)本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。其中介紹了系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可靠性和性能分析，同時(shí)也簡(jiǎn)單的介紹了單片機(jī)AT89S52，講解了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊及采集電路方案設(shè)計(jì)，無(wú)線收發(fā)模塊及RS485和RS232的數(shù)據(jù)通信

107、技術(shù)。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)，及硬件設(shè)計(jì)如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 數(shù)據(jù)采集模塊總體電路框架圖</p><p>　　3.1 L298芯片的介紹</p><p>　　L298是SGS公司的產(chǎn)品，L298N為15個(gè)管角的單塊集成電路，高電

108、壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用L298N來(lái)接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))和開(kāi)關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，其額定工作電流為 1 A，最大可達(dá) 1.5 A，Vss 電壓最小 4.5 V，最大可達(dá) 36 V；Vs 電壓最大值也是 36 V。L298N可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路，可以驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)。根據(jù)L298N芯片的特點(diǎn)以及SPCE061A自身的特點(diǎn)，把IOA4～I(xiàn)OA7作為輸出口，

109、分別與L298N的IN1～I(xiàn)N4相接，其VS、VSS分別接+12 V、+5 V電源，其輸出口OUT1～OUT2接轉(zhuǎn)向電機(jī)，OUT3～OUT4接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合所編好的程序，根據(jù)所發(fā)語(yǔ)音命令，接收信號(hào)，便可給[P_IOA_DATA]傳送數(shù)據(jù)，從而控制轉(zhuǎn)向電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其連接圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 驅(qū)動(dòng)芯片L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接圖</p><p>　　

110、L298是雙H高電壓大電流集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可以驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等電感負(fù)載，其內(nèi)部有兩個(gè)完全相同的功率放大回路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能引腳圖</p><p>　　L298與單片機(jī)連接：</p><p>　　單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來(lái)計(jì)量數(shù)字量表