一種基于微處理器的新型紅外抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

手工抄表效率低下，在查詢、記錄、傳輸這幾個(gè)環(huán)節(jié)上，手工操作的方式使工作效率大大降低。因此，該局開(kāi)始尋找更有效的抄表解決方案。以電力營(yíng)銷管理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的抄表機(jī)的應(yīng)用，在電表定位查詢、電量數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理方面發(fā)揮著巨大的作用，并且比集中抄表遠(yuǎn)程傳輸更節(jié)約成本。

　　基于P89LPC932微處理器，新型紅外抄表系統(tǒng)與已有的同類系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗和成本低的特點(diǎn)，可進(jìn)行多電量測(cè)量，并能長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)。

　　1 抄表系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　紅外抄表系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)由二部分構(gòu)成：多功能電度表和手持抄表終端，二者通過(guò)紅外線進(jìn)行通信。多功能電度表在單片機(jī)的控制下，可測(cè)量多種用電數(shù)據(jù)，并可根據(jù)功率因數(shù)的不同按不同比率計(jì)算電費(fèi)。多功能電度表能將得到的各種數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，在停電時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。手持抄表終端可通過(guò)紅外線對(duì)多功能電度表進(jìn)行抄表，將電度表中保存的各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到抄表終端中，然后抄表終端通過(guò)串口將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

　　2 多功能電度表的設(shè)計(jì)

　　多功能電度表由P89LPC932單片機(jī)、紅外通信模塊、顯示模塊和信號(hào)采集模塊等組成。Ｐ８９ＬＰＣ９３２是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的高性價(jià)比單片機(jī)，該器件內(nèi)含增強(qiáng)型ＣＰＵ，同一工作頻率下的速度為標(biāo)準(zhǔn)８０Ｃ５１單片機(jī)的６倍。P89LPC932的管腳如圖2所示。

　　P89LPC932主要特性：（1）指令執(zhí)行速度快。（2）操作電壓范圍為2.4～3.6V，I/O口可承受5V，可上拉或驅(qū)動(dòng)到5.5V。（3）8KB的Flash程序存儲(chǔ)器，具有可擦除扇區(qū)，提供ISP和IAP編程功能。（4）256B的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，512B的附加片內(nèi)RAM。（5）512B的E2PROM存儲(chǔ)區(qū)，可以存放序列碼及設(shè)置參數(shù)等。（6）捕獲/比較單元（CCU）提供PWM，輸入捕獲和輸出比較功能。（7）2個(gè)模擬比較器，可以選擇輸入和參考源。（8）8個(gè)鍵盤中斷。（9）增強(qiáng)型UART。（10）具有I2C和SPI二種串行通信接口。（11）提供空閑和掉電模式，典型掉電電流僅為1μA，極大地降低了功耗。（12）所有的口線均有20mA的驅(qū)動(dòng)能力，可以方便地驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。

　　2.1 功率因數(shù)和用電信號(hào)的測(cè)量

　　在多功能電度表中，主要的測(cè)量參數(shù)是功率因數(shù)和用電信號(hào)。根據(jù)這2個(gè)參數(shù)可計(jì)算出有功功率、無(wú)功功率、用電量、電費(fèi)等多項(xiàng)數(shù)據(jù)。測(cè)量這2個(gè)參數(shù)的硬件電路如圖3所示。

當(dāng)市電的負(fù)載不是純電阻性負(fù)載時(shí)，流過(guò)負(fù)載的電壓和電流就存在相位差，設(shè)二者的的相位差為？漬＝φu－φi，則cosφ就是功率因數(shù)。因此只要比較出電壓和電流在相位上的差φ，再由P89LPC932通過(guò)查表和插值法計(jì)算cosφ，就可以求出功率因數(shù)，進(jìn)而可以求出其他的數(shù)據(jù)。

　　如圖3所示，經(jīng)電壓互感器和電流互感器降壓后所得的電壓和電流信號(hào)分別輸入到P89LPC932的2個(gè)輸入比較引腳，即P0.4/CIN1A和P0.2/CIN2A，而參考電壓（約為1.4V）由5V電源通過(guò)2個(gè)電阻分壓得到。圖3中：電容C1起到濾除干擾脈沖的作用，保證參考電壓的穩(wěn)定；二極管起箝位的作用，保護(hù)P89LPC932免受外界過(guò)壓或過(guò)流的影響。

　　功率因數(shù)的具體測(cè)量原理：設(shè)置比較器的控制寄存器CMP1和CMP2，并使能2個(gè)比較器，當(dāng)正向輸入大于參考電壓時(shí)，輸出為“1”，其他情況輸出為“0”。這樣2路信號(hào)在CPU內(nèi)部整形成近似方波，通過(guò)對(duì)不同情況下的輸入進(jìn)行比較操作。

　　用電脈沖可由機(jī)械式電表經(jīng)改裝或采用專用電能計(jì)量芯片產(chǎn)生，本文只討論用電脈沖的處理問(wèn)題。將已經(jīng)產(chǎn)生的用電脈沖直接輸入到CPU的輸入捕獲引腳P2.7/ICA，捕獲事件由CCCRA寄存器的高3位選擇輸入捕獲邊沿，此時(shí)必須設(shè)置CPU的P2.7為輸入狀態(tài)。當(dāng)管腳產(chǎn)生捕獲事件時(shí)，定時(shí)器的內(nèi)容就會(huì)傳送到相應(yīng)的16位輸入捕獲寄存器ICRAL中。CPU通過(guò)讀取ICRAL中的內(nèi)容就可以精確地得到捕獲時(shí)間。

　　電度表的所有數(shù)據(jù)處理后都存入到P89LPC932內(nèi)部的E2PROM中，以保證斷電后數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)抄表時(shí)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送給手持抄表終端。