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

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</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</p><p>　　學 院： 信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　學 號： </p><p&

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

3、 </p><p>　　指導教師： 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)計相關(guān)文獻。

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

5、采集電路編程和仿真。 </p><p>　　4、在該系統(tǒng)中，我們可以通過打開水龍頭，或者氣體開關(guān)，單片機讀取到脈沖數(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)，通過液晶顯示器作為人機交互界面進行顯示，可顯示當前使用的氣體或水的使用量。 </p><p>　　

6、設(shè)計總結(jié)報告要求詳見湘潭大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書）文本要求。 </p><p><b>　　二、重點研究的問題</b></p><p>　　1、了解水電氣集中抄表系統(tǒng)設(shè)計的背景意義及基本原理，掌握51單片機的基本知識，

7、熟悉Proteus繪圖的應(yīng)用和Keil uVision3編程的運用，重點掌握水電氣集中抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計。 </p><p>　　2、查找水、電、氣相關(guān)芯片資料，并對比各芯片的性能，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編寫程序。 </p><p>　　4、通過此設(shè)計寫出總結(jié)，提出改進意見

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

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

11、原理及應(yīng)用實例[M].北京：清華大學出版社，2004：76-79</p><p>　　[6] 夏繼強.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001：102-117</p><p>　　[7] 余錫存.單片機原理及接口技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學出版社，2000：36-38</p><p>　　[8] 李剛.51系列單片機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用技巧

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

13、航空航天大學出版社，2002.9：33-41</p><p>　　[12] 趙曉安. MCS-51單片機原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學出版社，2004.2：79-103</p><p>　　[13] 傅揚烈.單片機原理與應(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單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱：哈

14、爾濱工業(yè)大學出版社，2003：201-213</p><p>　　[15] 歐陽文.ATMEL89系列單片機的原理與開發(fā)實踐[M].北京：中國電力出版社，2007.6：282-284</p><p>　　[16] 江思敏.PROTEL電路設(shè)計教程[M].北京：清華大學出版社，2002.9：67-117</p><p>　　[17] 楊恢先.基于單片機控制的多功能數(shù)字

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

16、明》，長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 自動抄表系統(tǒng)綜述1</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外發(fā)展的概況4</p><p>　　1.1.3住宅抄表自動化系統(tǒng)應(yīng)用條件5</p><p>　　1.2 設(shè)計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8</p><p>　　2.3 數(shù)據(jù)采集顯示模塊9</p><p>　　2.4 無線數(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機人機接

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33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p>　　附錄1 硬件總體設(shè)計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</p><p>　　摘要：在本系統(tǒng)中，采用直流電機模擬水電氣類的數(shù)字量表，采用L298N作為直流電機的驅(qū)動，驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，直流電機在轉(zhuǎn)動的時候會產(chǎn)生脈沖，通過單片機的外部中斷采樣直流電機產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計量數(shù)字量表的數(shù)值。</p><p>　　我們可以通過打開水龍頭，或者氣體開關(guān)，單片機讀取到脈沖數(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)，通過液晶顯示器作為人機交互界面進行顯示，可顯示當前使用的氣體或水的使用量。</p><p>　　論文中詳細介紹了數(shù)據(jù)采集模塊、微控制器(單片機)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、通訊模塊、顯示模塊和時鐘模塊的軟硬件設(shè)計。對各模塊的硬件設(shè)計，先簡單介紹所選芯片的特點及使用方法，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；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)的人工手動抄表方式已經(jīng)很難滿足社會發(fā)展的要求，人們對遠程自動抄表系統(tǒng)的需求已越來越強烈。隨著計算機和通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，各種各樣的自動化抄表系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)出來，它們不僅替代了煩瑣的手上勞動，而且提供了更多的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。同時國家建

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。</p><p>　　鑒于上述情況，建立住宅抄表自動系統(tǒng)成為當前住宅建筑技術(shù)，尤其是智能型住宅建筑中不可缺少的重要組成部分，具有十分重要的實踐意義。</p><p>　　目前，電子水表、電子煤氣表、電子電表的遠程抄表系統(tǒng)日趨成熟。抄表自動系統(tǒng)基本原理是采用計算機技術(shù)，通過專用設(shè)備對3表進行遠距離的自動抄錄。一般通過

34、數(shù)據(jù)采集器對表計的脈沖進行記數(shù)，然后傳輸控制器將信號送至計算機中心，由計算機對數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲、打印，再通過與銀行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)自動收費?？刂浦行目娠@示小區(qū)內(nèi)主要設(shè)備的運行狀況，并可通過軟件控制設(shè)備，使設(shè)備運行于最經(jīng)濟合理的模式中。當設(shè)備發(fā)生故障時，控制中心發(fā)生聲光報警并通知管理人員處理事故。</p><p>　　本次課題是設(shè)計基于AT89S52的集中抄表，采用直流電機模擬水電氣類的數(shù)字量表，采用L298N作

35、為直流電機的驅(qū)動，驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，直流電機在轉(zhuǎn)動的時候會產(chǎn)生脈沖，通過單片機的外部中斷采樣直流電機產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計量數(shù)字量表的數(shù)值。</p><p>　　1.1.1 自動抄表系統(tǒng)綜述</p><p>　　自動抄表技術(shù)(Automatic Meter Reading)是將數(shù)據(jù)自動采集、傳輸和處理應(yīng)用于自來水、電力、天燃氣(以下簡稱水、電、氣)供應(yīng)與管理系統(tǒng)中的一項新技術(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)代化帶來了新的希望。隨著水、電、氣市場管理改革的不斷深入、對自動抄表技術(shù)的研究必將成為熱點與方向。</p><p>　　抄表系統(tǒng)在中國發(fā)展已有15年左右的時間，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物業(yè)公司、自來水公司、煤氣公司、供電公司、企業(yè)內(nèi)部、學校宿舍的計量收費管理。15年的時間里，抄表系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有，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步。逐步由一個時尚

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>　　任何一個抄表系統(tǒng)都可以抽象地看作是由六個部分組成的，如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 自動抄表系統(tǒng)的組成</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)采集單元</b></p><p>　　目前有幾種類型，采用分線制方式電子脈沖計數(shù)的多表集中采

38、集單元、采用總線制電子脈沖計數(shù)方式的單表采集單元、采用總線制機電位置檢測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、斷線會造成數(shù)據(jù)誤差、一臺設(shè)備故障會造成成片的數(shù)據(jù)無法讀取、工程設(shè)計調(diào)試維護復雜等許多問題，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)的特點采用PLC載波方式。</p><p>　?。?）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總線由于兩芯無極性、自由拓撲、更好的防雷擊能力逐漸取得了用戶的認可正在演變?yōu)橛芯€傳輸方式的最主流形式；無線傳輸?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?，無線方式由于受到耗電、發(fā)射功率、接收靈敏度、安裝環(huán)境的復雜性等多個方面的約束，根據(jù)實際使用情況，無線傳輸方式仍需在技術(shù)上進一步完善才能達到實用化的要求。</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?，很多抄表系統(tǒng)采用了“數(shù)據(jù)集中器”這個設(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)，從而帶來了傳輸速度慢等問題。</p><p>　?。?）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，電腦通過一個RS232—現(xiàn)場總線通訊轉(zhuǎn)換器直接與系統(tǒng)底層總線相連；</p><p>　?、?USB接口，電腦通過一個USB—現(xiàn)場總線通訊轉(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)場總線通過一個電話—現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換裝置與公用電話網(wǎng)相連，電腦通過Modem經(jīng)公用電話網(wǎng)實現(xiàn)與現(xiàn)場總線的通訊；</p&g

43、t;<p>　?、?以太網(wǎng)，現(xiàn)場總線通過一個網(wǎng)絡(luò)—現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換裝置與局域網(wǎng)相連，電腦通過局域網(wǎng)實現(xiàn)與現(xiàn)場總線的通訊；</p><p>　　⑤ GPRS移動通訊網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場總線通過一個GPRS—現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換裝置與公用移動電話網(wǎng)相連，電腦通過Modem經(jīng)移動電話網(wǎng)實現(xiàn)與現(xiàn)場總線的通訊。</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)是指計算機及安裝在計算機上面的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。</p><p>　　抄表系統(tǒng)剛剛出現(xiàn)時，僅僅是作為人工抄表的替代品，無非是將累計數(shù)據(jù)抄錄回來傳給計算機即可。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)用范圍進一步擴大，市場對抄表系統(tǒng)提出了更高的要求?？偨Y(jié)起來有如下幾個方面：</p><p><b>　　1）維護智能化</b>&

45、lt;/p><p>　　批量采用抄表系統(tǒng)后，由于這個系統(tǒng)是一個規(guī)模宏大的系統(tǒng)，因此抄表系統(tǒng)的維護成為一個大問題。要求抄表系統(tǒng)的軟件能夠具有智能診斷的功能，不但能夠準確、迅速地找到故障，而且能夠指導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值，這是模擬人工抄表的行

46、為，由于自動抄表系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)更為方便，可以實現(xiàn)以往人工抄表根本無法實現(xiàn)的功能，因此要求有更多的數(shù)據(jù)以便做出進一步的數(shù)據(jù)分析。如，每日的用量數(shù)據(jù)（當用戶發(fā)生過戶是這個數(shù)據(jù)有用）、每月固定時間的凍結(jié)數(shù)據(jù)（準確計算每月用量）、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)；還有如表計安裝時間、型號、維護次數(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，自動抄表可以更為頻密，每日一次。這對于出租房屋、酒店式公寓等經(jīng)常更換用戶的地方非常適用。</p><p><b>　　4）操作更方便</b></p><p>　　因為應(yīng)用的范圍更廣，所以對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）專業(yè)化程度更高</b></p><p>　　自動抄表已經(jīng)由原來只針對物業(yè)管理拓展到專業(yè)的煤氣公司、自來水公司、電力公司、工廠企業(yè)的員工宿舍、學校的學生宿舍和教工宿舍、酒店式公寓的管理等等五花八門的方面。每一種應(yīng)用都有自己的特點，如自來水公司要求有階梯水價、電力公司要求復費率分時計費、學生宿舍要求具有預(yù)付費控制功能、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業(yè)應(yīng)用軟件。</p><p>　　用戶用電量的數(shù)據(jù)采集可結(jié)合電子式電能表來實現(xiàn)，當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電脈沖式電能表。一種是利用電量測量專用芯片設(shè)計制作的全電子式電能表。</p><p>　　機電脈沖式電能表沿用感應(yīng)系電能表的測量機構(gòu)，其數(shù)據(jù)處理機構(gòu)則由電子電路和計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)，因而，機電

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

51、為三個方面：計量、計費功能（包括分時計量、最大需量計量和預(yù)付費等）；保護功能（包括過電流、過電壓保護與防竊電等）；通訊功能（可以是紅外通訊、無線電通訊、專線通訊或載波通訊等）。</p><p>　　當前人們對用水量、燃氣量的數(shù)據(jù)采集也主要有兩種形式，一種是在原來機械式水表的基礎(chǔ)上利用傳統(tǒng)水表的刻盤轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為電脈沖實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。這種采集方式的顯示可以有機械刻度顯示與數(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、器進行數(shù)據(jù)采集，這種數(shù)據(jù)采集方式是通過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)可通過相應(yīng)的控制芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)積算、存儲并驅(qū)動LED或LCD顯示。</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外發(fā)展的概況</p><p>　　水、電和燃氣是生活中必不可少的，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，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)也越來越智能

53、化。</p><p>　　同時，隨著人們的生活水平不斷提高，老百姓對生活環(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，隨著科技的發(fā)展，小區(qū)住宅除了滿足人們最基本的居住要求，還要將方便、省時的物業(yè)管理帶給住戶。實現(xiàn)住宅的三表（水、電、煤氣）出戶自動抄表、自動計費，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)也同時得

54、到了蓬勃發(fā)展。從沿海的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)深圳、廣州、上海到政治文化中心北京，以及中國西部城市成都、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)，提高了住戶的生活質(zhì)量，擴大了住戶的居住空間，為當?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抄取數(shù)據(jù)，結(jié)算出費用后，再到各家索取，誤差大、統(tǒng)計工作量大，人為的錯誤給物業(yè)管理和用戶帶來極大不便?，F(xiàn)在有許多地

55、區(qū)改為插卡式買電裝置，這雖然減少了人為因素，但是買電時要到銀行，費時費力，且水、電、氣表分別交費，也有許多不便之處。 小區(qū)智能抄表系統(tǒng)節(jié)省時間、人力、物力，提高工作效率，降低物業(yè)成本，準確及時地將住戶所使用的三表數(shù)據(jù)顯示出來，為實現(xiàn)小區(qū)科學、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，可設(shè)置多級加密功能，定義訪問權(quán)限，更可增加系統(tǒng)的保密性。防泄漏報警可以使住戶放心

56、，不必因家中只有老人、孩子而擔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題；另一方面可以簡化管理手段，減輕物業(yè)管理負擔。因此三表出戶系統(tǒng)是新一代的具有城市性自動化計量收費管理系統(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，人們需要越來越多的方便設(shè)施來滿足生活的需要，小區(qū)智能化是今后的發(fā)展趨勢。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，因此將會有更多的系統(tǒng)集成商、發(fā)展商看中這個項目，對它進行進一步開發(fā)是極重要的。預(yù)測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：因為電的應(yīng)用越來越廣泛，電表的發(fā)展應(yīng)該是高居首位。</p><p>　　燃氣表：電的廣泛應(yīng)用，可能會使得氣

58、表只能保持穩(wěn)定或者是略有下降。</p><p>　　1.1.3住宅抄表自動化系統(tǒng)應(yīng)用條件</p><p>　　自動抄表系統(tǒng)作為一個實用系統(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型和用戶的需要，靈活組合所需系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 系統(tǒng)工程設(shè)計應(yīng)符合國家相應(yīng)

59、標準、規(guī)范及國家相關(guān)政策導向。</p><p>　　(3) 需要相關(guān)供水、供電、供氣、郵電、房地產(chǎn)開發(fā)等主管部門的配合，以及綜合物業(yè)管理的配套實施。</p><p>　　1.2 設(shè)計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)、自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，耗能表戶外計量已經(jīng)開發(fā)出不少產(chǎn)品。主要分為三大類：機械表、IC卡類電表、遠傳耗能表三種戶

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

61、：多采用單片機為主機進行控制，在原普通單相電度表上加裝一對紅外發(fā)射接收管，對轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)進行計數(shù)，主機完成對用戶用電量的一記錄、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到用戶間的幣度轉(zhuǎn)換和·現(xiàn)有卡無電的現(xiàn)象；將本屬于供電系統(tǒng)的收費任務(wù)，轉(zhuǎn)嫁給用戶，若購電點位于住宅較遠處，將會給居民帶來麻煩等。</p><p>　　（3）遠傳耗能(電)表：一般是在保證計量的可靠性及準確性的前提下，在普

62、通耗能(電)表的基礎(chǔ)上，通過加裝各種感應(yīng)探頭組件實現(xiàn)的。這種感應(yīng)探頭能夠探知耗能表機械轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，機械轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一圈，該感應(yīng)探頭便輸出一個脈沖信號。將該信號脈沖記錄并累計下來，便能準確地反映轉(zhuǎn)動圈數(shù)，從而達到將機械轉(zhuǎn)盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號的目的。將轉(zhuǎn)軸的圈數(shù)通過一定的計算，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)用在遠程抄表系統(tǒng)的缺點，以及目前在工業(yè)用和民用的供水、供

63、氣計量應(yīng)用中，如電子類水表、熱量表、燃氣表等都應(yīng)用大量的葉輪式流量計。由于這些流量計的工作原理相同，都是由液體和氣體的流動推動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)動速度與流速成正比關(guān)系，通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速來計算流量。在本系統(tǒng)中，采用直流電機模擬水電氣類的數(shù)字量表，采用L298N作為直流電機的驅(qū)動，驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，直流電機在轉(zhuǎn)動的時候會產(chǎn)生脈沖，通過單片機的外部中斷采樣直流電機產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計量數(shù)字量表的數(shù)值。</p><p>

64、;　　在本系統(tǒng)中，我們可以通過打開水龍頭，或者氣體開關(guān)，單片機讀取到脈沖數(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)，通過液晶顯示器作為人機交互界面進行顯示，可顯示當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，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。</p><p>　　第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計，詳細介紹水、電、氣數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計原理以及相關(guān)芯片。</p><p>　　第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計，介紹三表計量系統(tǒng)的軟件設(shè)計以及仿真。</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</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求，本硬件系統(tǒng)應(yīng)包括：用戶三表數(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、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊構(gòu)成的“客戶端”與無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、RS-232串口電路、上位管理計算機構(gòu)成的“管理端”兩部分?！翱蛻舳恕迸c“管理端”通過無線收發(fā)模塊構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)實現(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，三表計量電路及單元集中電路均采用了AT89S系列單片機，AT89S系列單片機具有在線可編程功能（ISP），本設(shè)計均留有ISP接口，這樣完全可以先焊接好硬件電路，然后通過ISP端口將軟件可執(zhí)行代碼寫入電路芯片。單片機與用戶“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，使用時只

68、需將其作為一個采用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>　　在用戶計量儀表系統(tǒng)中，顯示電路的功耗設(shè)計是一個必須考慮的問題。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，其工作電流只

69、有2mA，大大降低了系統(tǒng)功耗；電能測量芯片ADE7751正常工作時其電流也只有3mA；串行EPROM芯片AT24C04最大工作電流為3mA；時鐘芯片DS1302最大工作電流為0.3mA；單片機芯片AT89S52當晶振為12M時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的問題，它混在信號中，會降低系統(tǒng)的可靠性，甚至會使系統(tǒng)無法正常工作。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。實驗證明，系統(tǒng)失效和硬件損壞是由各種干擾引起的，可見干擾對系統(tǒng)的影響很大。在系統(tǒng)中電源的抗干擾設(shè)計是最關(guān)鍵的，尤其對來自變壓器一次側(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，來對重要的數(shù)據(jù)（用戶編號和用電量等）具

71、有掉電保護功能。</p><p>　　在信號傳輸線路上，由于RS-485的通信距離較遠，傳輸速率較低，所以在總線終端進行了匹配，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在傳輸過程中被干擾，使信號能夠精確的傳輸。</p><p>　　在系統(tǒng)通信過程中，由于信道上各種因素的影響，傳輸信號會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。它是從幀起始符開始到校驗碼之前的所有字節(jié)的模256的和，即各字節(jié)二進制算術(shù)和，不計超過256的溢出值。</p><p>　　為了避免電路因某種原因造成單片機“死機”（進入死循環(huán)或“跑飛”），電路使用了AT89S52看門狗功能，在單片機出現(xiàn)“死機”時能夠及時復位，從而保證了機器的正常運行。</p><p>　　2.2 AT89S52單

73、片機 </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 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(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)中得到廣泛運用。其主要特性有：&

74、lt;/p><p>　　1、與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；</p><p>　　2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；</p><p>　　3、1000次擦寫周期；</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、看門狗定時器。</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：用戶用電量采集與顯示電路、用戶用水量采集與顯示電路、</p><p>　　用戶燃氣用量采集與顯示電路三種形式。</p><p>　　目前在工業(yè)

76、用和民用的供水、供氣計量應(yīng)用中，如電子類水表、熱量表、燃氣表等都應(yīng)用大量的葉輪式流量計。由于這些流量計的工作原理相同，都是由液體和氣體的流動推動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)動速度與流速成正比關(guān)系，通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速來計算流量。本課題采用L298N作為直流電機的驅(qū)動，驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，直流電機在轉(zhuǎn)動的時候會產(chǎn)生脈沖，通過單片機的外部中斷采樣直流電機產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計量數(shù)字量表的數(shù)值。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，我們可

77、以通過控制水電氣開關(guān)，單片機讀取到脈沖數(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)，通過液晶顯示器作為人機交互界面進行顯示，可顯示當前使用的氣體或水的使用量。</p><p>　　2.4 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊</p><p>　　本系統(tǒng)中，“客戶端”與“管理端”的“PC機”之間數(shù)據(jù)傳輸是通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)的。當前，無線數(shù)傳方式多種多樣?；诒鞠到y(tǒng)的實際情況，我們選用GPRS通信方式。

78、</p><p>　　GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)的縮寫(General Packet Radio Service),是介于移動通信第二代和第三代技術(shù)之間的一種過渡形式,通常稱為2.5G，它具有“高速”和“永遠在線”的優(yōu)點。GPRS允許用戶在端到端分組轉(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、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。隨著無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的迅速發(fā)展，GPRS已經(jīng)成為實現(xiàn)無線數(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)采用廈門桑榮科技有限公司利用Siemens公司高性能工業(yè)級GPRS模塊MC35i設(shè)計的Saro3130P GPRS DTU無線數(shù)傳終端做為網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)GPRS遠程數(shù)據(jù)傳輸。</p>

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

81、RS模塊MC35i；</p><p>　?。?）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)終端永遠在線；</p><p>　?。?）GPRS CLASS 8；</p><p>

82、;　?。?）支持A5/1&A5/5加密算法；</p><p>　?。?）電壓范圍：+5V——+35V（DC），標準電壓9V（DC）/500mA；</p><p>　?。?）標準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模塊是一個比較成熟的產(chǎn)品，使用時只需將其作為一個采用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>　　單片機與用戶“三表”的通信屬于多機通信?；诒鞠到y(tǒng)的特點及功能要求，系統(tǒng)選用的是主從式通信方式。主從式多機通信是多機通信中應(yīng)用最為廣泛、也是最為簡單的一種。在本系統(tǒng)中，單片機為主機，各用戶的數(shù)字式“三表”是從機，主、從機之間通過串口TXD和RXD采用RS-485通信。主機發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機，也可以指定單一的從機接

85、收，而從機發(fā)送的信息只能被主機接收，各從機之間不能進行通信。</p><p>　　RS-485總線技術(shù)是一套比較成熟、實用的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主從式結(jié)構(gòu)，具有價格低廉，性能可靠的優(yōu)點，在智能工程建設(shè)中被廣泛的應(yīng)用。RS-485通信的特點如下：</p><p>　?。?）RS-485的邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2～+6 V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-2～-6 V表示。接口信號電平比

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)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好；</p><p>　?。?）RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺（大約1200多米），實際上

87、可達3000米，另外RS-232接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接最多達128個收發(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)計采用RS-485總線半雙工通信方式。標準RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的標準驅(qū)動節(jié)點數(shù)為32個。MAX1487芯片的輸入阻抗設(shè)計成1/4負載（≥48kΩ），相應(yīng)的節(jié)點數(shù)可增加到128個。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多功能電表標準以及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)中多功能計量表與集中抄表裝置或其它數(shù)據(jù)終端設(shè)備進行點對點或一主多從的數(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)議對通信過程的物理層、鏈路層、應(yīng)用層都做了詳盡的說明。更詳細的規(guī)約參見相關(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)傳輸方向為從左到右，其中0為起始位，D0到D7為8位數(shù)據(jù)位，P為偶校驗</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>　　幀格式說明如下：</b></p><p>　　幀起始符68H：標識一幀信息的開始，其值為68H=01101000B。</p><p>　　地址域A0～A5：地址域由6個字節(jié)構(gòu)成，每字節(jié)2位BCD碼。地址長度可達12位十進制數(shù)，可以為表號，資產(chǎn)號，用戶號，設(shè)備號等。具體使用由用戶自定義

93、，當使用的地址碼不足6字節(jié)時，用十六進制AAH補足6字節(jié)，低地址位在前，高地址位在后。當?shù)刂窞?99999999999H時，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：從站對異常信息的應(yīng)答。</p><p>　　D5=0：無后續(xù)數(shù)據(jù)幀；D5=1：有后續(xù)數(shù)據(jù)幀。</p><p>　　D4～D0：請求及應(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：寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　01000：廣播校時。</p><p>　　01010：寫設(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)長度L：L為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)。讀數(shù)據(jù)時L≤200，寫數(shù)據(jù)時L≤50，L=0表示無數(shù)據(jù)。</p><p>　　數(shù)據(jù)域DATA：數(shù)據(jù)域包括數(shù)據(jù)標識和數(shù)據(jù)、密碼等，其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能而改變。傳輸時發(fā)送方按字節(jié)進行加33H處理，接受方按字節(jié)進行減33H處理。</p>

97、<p>　　校驗碼CS：從幀起始符開始到校驗碼之前的所有字節(jié)的模256的和，即各字節(jié)二進制算術(shù)和，不計超過256的溢出值。</p><p>　　結(jié)束符16H：標識一幀信息的結(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被廣泛地用于計算機（更準確的說，是計算機接口）與終端

98、或外設(shè)之間的近端連接標準。</p><p>　　本系統(tǒng)中，單片機與無線數(shù)傳模塊以及管理端的無線數(shù)傳模塊與上位管理機之間的數(shù)據(jù)傳輸屬于點對點通信，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標準規(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，傳輸線上的電平在-3～-15V之間；傳輸數(shù)字“0”時，傳輸線上的電平在+3～+15V之間。但單片機串行口采用正邏輯

99、的TTL電平，這樣就存在TTL電平與EIA電平之間的轉(zhuǎn)換問題，例如當單片機和PC進行通信時，PC COM1和COM2口發(fā)送引腳TXD信號是EIA電平，不能直接與單片機串行口接受端RXD引腳相連；同樣單片機串行口發(fā)送端TXD引腳輸出信號采用正邏輯的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電源電路）工作，只需外接5個容量為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芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設(shè)計的接口電路,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，不過該標準對引腳的機械特性并未做出嚴格規(guī)定，一般采用標準的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。當兩個設(shè)備以異步方式通信時，也無須使用主信道中所有的聯(lián)絡(luò)

104、信號，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)部機構(gòu)圖</p><p>　　2.5.4 RS-232通信協(xié)議</p><p>　　無線數(shù)傳模塊與單片機、管理端無線數(shù)傳模塊與PC機采用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直接查詢某單元的某用戶計量表的數(shù)據(jù)，本規(guī)約規(guī)定地址域中的前2字節(jié)為單片機地址，其后2字節(jié)為某單元計量表地址。以單元地址碼0001H計量表地址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)長度L+n字節(jié)數(shù)據(jù)域+1字節(jié)CS校驗碼+16H。其中控制代碼說明如表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>　　本章主要對本系統(tǒng)的總體設(shè)計進行了介紹。其中介紹了系統(tǒng)的總體框架設(shè)計，系統(tǒng)可靠性和性能分析，同時也簡單的介紹了單片機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，無線收發(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</p><p>　　本項目的數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計，及硬件設(shè)計如圖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個管角的單塊集成電路，高電

108、壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用L298N來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負載(比如繼電器，直流和步進馬達)和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，其額定工作電流為 1 A，最大可達 1.5 A，Vss 電壓最小 4.5 V，最大可達 36 V；Vs 電壓最大值也是 36 V。L298N可直接對電機進行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動雙電機。根據(jù)L298N芯片的特點以及SPCE061A自身的特點，把IOA4～IOA7作為輸出口，

109、分別與L298N的IN1～IN4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，OUT3～OUT4接驅(qū)動電機，根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合所編好的程序，根據(jù)所發(fā)語音命令，接收信號，便可給[P_IOA_DATA]傳送數(shù)據(jù)，從而控制轉(zhuǎn)向電機和驅(qū)動電機。其連接圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 驅(qū)動芯片L298電機驅(qū)動電路連接圖</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)動繼電器、直流電動機、步進電機等電感負載，其內(nèi)部有兩個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與單片機連接：</p><p>　　單片機的外部中斷采樣直流電機產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計量數(shù)字量表