電能信息自動(dòng)采集終端的設(shè)計(jì)
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1．4 通信模塊
通信模塊由控制芯片AT89C51-2、電力線(xiàn)載波芯片ST7538及其外圍電路組成。ST7538是采用FSK調(diào)制技術(shù)的高集成度、功能強(qiáng)大的電力載波芯片，內(nèi)部采取了多種抗干擾措施，它可以在噪聲頻帶很寬的信道環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠的通信。內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能，通過(guò)串行通信，可以方便地與微處理器相連接。內(nèi)部具有電壓自動(dòng)控制和電流自動(dòng)控制，只要通過(guò)耦合變壓器等少量外圍器件即可連接到電力網(wǎng)中。ST7538除了實(shí)現(xiàn)電力線(xiàn)載波通信功能外，還具有看門(mén)狗、過(guò)零檢測(cè)、運(yùn)算放大器、時(shí)鐘輸出、超時(shí)溢出輸出、+5 V電源和+5 V電源輸出等功能，大大減少了ST7538應(yīng)用電路的外圍器件數(shù)量。該芯片符合歐洲CENELEC(EN50065-1)和美國(guó)ECC標(biāo)準(zhǔn)。
1．5 時(shí)鐘電路模塊
時(shí)鐘電路模塊由AT89C51-1和時(shí)鐘芯片DS12887組成。CPU通過(guò)讀DS12887的內(nèi)部時(shí)標(biāo)寄存器即可通過(guò)選擇二進(jìn)制碼或BCD碼初始化芯片的10個(gè)時(shí)標(biāo)寄存器得到當(dāng)前的時(shí)間和日歷，其內(nèi)部14 b非易失性靜態(tài)RAM可供用戶(hù)使用。對(duì)于沒(méi)有RAM的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，可在主機(jī)掉電時(shí)保存一些重要數(shù)據(jù)。DS12887的4個(gè)狀態(tài)寄存器用來(lái)控制和指出DS12887模塊的當(dāng)前工作狀態(tài)，除數(shù)據(jù)更新外，程序可隨時(shí)讀寫(xiě)這4個(gè)寄存器。利用單片機(jī)對(duì)DS12887進(jìn)行編程，可方便地實(shí)現(xiàn)讀數(shù)，完成定期抄表等功能。
1．6 工作狀態(tài)顯示模塊
工作狀態(tài)顯示模塊主要由發(fā)光二極管、放大器、AT89C51-2等元件組成。用不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)分別顯示電源的通斷、鏈路的連接以及數(shù)據(jù)的發(fā)送等狀態(tài)。該電路模塊具有響應(yīng)速度快，使用溫度范圍較大，功耗小，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
1．7 操作鍵盤(pán)模塊
操作鍵盤(pán)模塊由鍵盤(pán)和AT89C51-2組成。通過(guò)操作鍵盤(pán)，可設(shè)置一些參數(shù)，如終端的地址、各用戶(hù)的電度表常數(shù)等，也可以對(duì)單片機(jī)發(fā)出簡(jiǎn)單的指令，如顯示各項(xiàng)參數(shù)、手動(dòng)需量等。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/195799.htm
2 軟件設(shè)計(jì)
結(jié)合自動(dòng)采集終端硬件來(lái)設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)分析要實(shí)現(xiàn)的功能，整個(gè)程序可分為主程序和中斷服務(wù)程序模塊。系統(tǒng)主程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置，完成上電后對(duì)上次停電后的信息處理，采集電能量并進(jìn)行相應(yīng)的處理，處于待機(jī)狀態(tài)接收收集站下達(dá)的指令，并做分析處理，控制數(shù)據(jù)傳輸、鏈路檢查和校對(duì)時(shí)鐘等任務(wù)的執(zhí)行，流程如圖2所示。其中，電能量的采集使用定時(shí)中斷；采樣間隔可根據(jù)用戶(hù)電度表容量設(shè)置，樣機(jī)中采樣間隔設(shè)置為100μm，程序流程見(jiàn)圖3。中斷服務(wù)程序模塊有定時(shí)中斷、通信中斷等實(shí)時(shí)性處理的功能模塊。通過(guò)各功能模塊之間的調(diào)用，一層一層地實(shí)現(xiàn)程序功能。
3 自動(dòng)采集終端的抗干擾措施
為了保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的抗干擾性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采取以下措施來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力：
(1)采用施密特觸發(fā)器和積分處理等對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行多次濾波和整形操作，以去除窄干擾脈沖的干擾。
(2)采用光電措施實(shí)現(xiàn)主板電路和電度表的隔離以及軟件的防干擾處理。
(3)用D觸發(fā)器對(duì)脈沖進(jìn)行鎖存，累加計(jì)數(shù)后清除。
(4)存儲(chǔ)芯片采用具有掉電保護(hù)功能的AT24C32，防止因掉電造成數(shù)據(jù)丟失，電力線(xiàn)調(diào)制解調(diào)芯片采用具有掉電保護(hù)、看門(mén)狗等多種功能的ST7538，以防止程序跑飛。
(5)在所有環(huán)節(jié)中，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，以保證數(shù)據(jù)的可靠接收。
(6)在軟件中對(duì)脈沖的邊沿抖動(dòng)進(jìn)行處理，以防止因“毛刺”現(xiàn)象引起誤差。
(7)在CPU處于空閑時(shí)，用軟件使之進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，這時(shí)CPU不執(zhí)行任何操作，只有系統(tǒng)中斷可以喚醒它，所以相應(yīng)地對(duì)干擾也不敏感。
4 結(jié)語(yǔ)
利用硬件和軟件防干擾相結(jié)合的方法，采用雙CPU共用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器技術(shù)、脈沖硬處理電路、先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)和CRC循環(huán)冗余編碼解碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高可靠的脈沖采集，防止了脈沖的漏記和多記，解決了脈沖計(jì)數(shù)和電力線(xiàn)載波通信的實(shí)時(shí)性和引腳不足等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了低成本、高可靠性、高穩(wěn)定性的電能信息自動(dòng)采集終端的脈沖計(jì)數(shù)、分時(shí)計(jì)費(fèi)和電力線(xiàn)載波通信功能，形成了功能強(qiáng)大，易維護(hù)性強(qiáng)，可擴(kuò)展性好，安全性高的電能信息自動(dòng)采集終端系統(tǒng)。這種技術(shù)可應(yīng)用于電子信息、電力、環(huán)保、自來(lái)水、煤氣等行業(yè)的檢測(cè)儀器設(shè)備中。隨著供電、用電管理系統(tǒng)的不斷完善與發(fā)展，該系統(tǒng)無(wú)疑具有廣闊的發(fā)展空間和使用價(jià)值。
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