目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1緒論 31.1自動抄表系統(tǒng)綜述 31.2設(shè)計(jì)方式的選擇及主要內(nèi)容 72系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 82.1性能分析 92.2AT89S52 102.3數(shù)據(jù)采集顯示 102.4無線數(shù)據(jù)收發(fā) 112.5數(shù)據(jù)通信 123系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 193.1L298芯片的介紹 193.2顯示模板 223.3按鍵控制 244系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 254.1相關(guān)軟件介紹 254.2程序設(shè)計(jì)流程圖 264.3系統(tǒng)調(diào)試 274.4仿真結(jié)果分析 284.5上位管理計(jì)算機(jī)人機(jī)接口軟件 315總結(jié)和設(shè)想 335.1總結(jié) 335.2設(shè)想 34附錄： 34參考文獻(xiàn)： 37致謝 39水、電、氣三表集中抄表及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：在本系統(tǒng)中，采用直流電機(jī)模擬水電氣類的數(shù)字量表，采用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動，驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動的時(shí)候會產(chǎn)生脈沖，通過單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。我們可以通過打開水龍頭，或者氣體開關(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。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)。對各模塊的硬件設(shè)計(jì)，先簡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。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；RS485總線；GPRS傳輸；直流電機(jī)；L2981緒論1.1自動抄表系統(tǒng)綜述自動抄表技術(shù)(AutomaticMeterReading)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?xì)猓ㄒ韵潞喎Q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(diǎn)與方向。抄表系統(tǒng)在中國發(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)尚的產(chǎn)品演變成為主流的產(chǎn)品，并正在演變成為必需品。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：1.基表;2.數(shù)據(jù)采集器；3.底層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng);4.數(shù)據(jù)集中器;5.上層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng);6.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集單元目前有幾種類型，采用分線制方式電子脈沖計(jì)數(shù)的多表集中采集單元、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。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(jì)調(diào)試維護(hù)復(fù)雜等許多問題，目前已不再是抄表系統(tǒng)的主流模式?？偩€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(diǎn)采用PLC載波方式。底層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)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總線方式，MBUS總線由于兩芯無極性、自由拓?fù)?、更好的防雷擊能力逐漸取得了用戶的認(rèn)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(fù)雜性等多個(gè)方面的約束，根據(jù)實(shí)際使用情況，無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。數(shù)據(jù)集中器為了提高上層傳輸?shù)男?，很多抄表系統(tǒng)采用了“數(shù)據(jù)集中器”這個(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)，從而帶來了傳輸速度慢等問題。上層數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)目前有幾種主要的方式：RS232串口，電腦通過一個(gè)RS232—現(xiàn)場總線通訊轉(zhuǎn)換器直接與系統(tǒng)底層總線相連；USB接口，電腦通過一個(gè)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??；電話線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場總線通過一個(gè)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(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場總線的通訊；以太網(wǎng)，現(xiàn)場總線通過一個(gè)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(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場總線的通訊；GPRS移動通訊網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場總線通過一個(gè)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(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場總線的通訊。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)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)。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，無非是將累計(jì)數(shù)據(jù)抄錄回來傳給計(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，市場對抄表系統(tǒng)提出了更高的要求?？偨Y(jié)起來有如下幾個(gè)方面：維護(hù)智能化批量采用抄表系統(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。抄表數(shù)據(jù)更豐富以往的系統(tǒng)只需要提供每月的累計(jì)值，這是模擬人工抄表的行為，由于自動抄表系統(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)用戶發(fā)生過戶是這個(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、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。采集數(shù)據(jù)更頻繁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。操作更方便因?yàn)閼?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。專業(yè)化程度更高自動抄表已經(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(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的方面。每一種應(yīng)用都有自己的特點(diǎn)，如自來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。從而要求為各種不同的用途提供不同的專業(yè)應(yīng)用軟件。用戶用電量的數(shù)據(jù)采集可結(jié)合電子式電能表來實(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。一種是利用電量測量專用芯片設(shè)計(jì)制作的全電子式電能表。機(jī)電脈沖式電能表沿用感應(yīng)系電能表的測量機(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、長期運(yùn)行可靠和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。全電子式電能表不再使用感應(yīng)系測量機(jī)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(jī)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（包括過電流、過電壓保護(hù)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）。當(dāng)前人們對用水量、燃?xì)饬康臄?shù)據(jù)采集也主要有兩種形式，一種是在原來機(jī)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(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器進(jìn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)積算、存儲并驅(qū)動LED或LCD顯示。1.2設(shè)計(jì)方式的選擇及主要內(nèi)容隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，耗能表戶外計(jì)量已經(jīng)開發(fā)出不少產(chǎn)品。主要分為三大類：機(jī)械表、IC卡類電表、遠(yuǎn)傳耗能表三種戶外計(jì)量方式?，F(xiàn)將這三種常見電表的優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：（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)盤引起的機(jī)械磨損和振動易引起機(jī)械變形，很容易造成誤差超差。準(zhǔn)確度等級是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)。（2）IC卡類電表：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紅外發(fā)射接收管，對轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，主機(jī)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)換實(shí)現(xiàn)有卡無電的現(xiàn)象；將本屬于供電系統(tǒng)的收費(fèi)任務(wù)，轉(zhuǎn)嫁給用戶，若購電點(diǎn)位于住宅較遠(yuǎn)處，將會給居民帶來麻煩等。（3）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，在普通耗能(電)表的基礎(chǔ)上，通過加裝各種感應(yīng)探頭組件實(shí)現(xiàn)的。這種感應(yīng)探頭能夠探知耗能表械轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，機(jī)械轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一圈，該感應(yīng)探頭便輸出一個(gè)脈沖信號。將該信號脈沖記錄并累計(jì)下來，便能準(zhǔn)確地反映轉(zhuǎn)動圈數(shù)，從而達(dá)到將機(jī)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(jì)算，便能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的耗(電)能數(shù)據(jù)。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、供氣計(jì)量應(yīng)用中，如電子類水表、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(jì)算流量。在本系統(tǒng)中，采用直流電機(jī)模擬水電氣類的數(shù)字量表，采用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動，驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動的時(shí)候會產(chǎn)生脈沖，通過單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。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(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。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：煤氣量數(shù)據(jù)采集模塊電能數(shù)據(jù)煤氣量數(shù)據(jù)采集模塊電能數(shù)據(jù)采集模塊用水量數(shù)據(jù)采集模塊RS485接口GPRS模塊GPRS模塊RS232串口電路PC機(jī)AT89S52圖2-1：系統(tǒng)框圖本系統(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ISP端口將軟件可執(zhí)行代碼寫入電路芯片。單片機(jī)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Saro3130PGPRSDTU，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。2.1性能分析（1）功耗分析在用戶計(jì)量儀表系統(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，其工作電流只有2mA，大大降低了系統(tǒng)功耗；電能測量芯片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。（2）系統(tǒng)可靠性分析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?xí)瓜到y(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(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(jì)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。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）具有掉電保護(hù)功能。在信號傳輸線路上，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在傳輸過程中被干擾，使信號能夠精確的傳輸。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(yàn)是不夠的。所以本系統(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256的溢出值。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。2.2AT89S52AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8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(yùn)用。其主要特性有：1、與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；3、1000次擦寫周期；4、全雙工UART串行通道；5、低功耗空閑和掉電模式；6、掉電后中斷可喚醒；7、看門狗定時(shí)器。2.3數(shù)據(jù)采集顯示數(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、用戶燃?xì)庥昧坎杉c顯示電路三種形式。目前在工業(yè)用和民用的供水、供氣計(jì)量應(yīng)用中，如電子類水表、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(jì)算流量。本課題采用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動，驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動的時(shí)候會產(chǎn)生脈沖，通過單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。在本系統(tǒng)中，我們可以通過控制水電氣開關(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。2.4無線數(shù)據(jù)收發(fā)本系統(tǒng)中，“客戶端”與“管理端”的“PC機(jī)”之間數(shù)據(jù)傳輸是通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前，無線數(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。GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)的縮寫(GeneralPacketRadioService),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(yuǎn)在線”的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的最佳承載方式。目前，GPRS模塊主要有SonyEricsson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(jì)的Saro3130PGPRSDTU無線數(shù)傳終端做為網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。Saro3130PGPRSDTU(DTU)是一款基于移動2.5GGPRS網(wǎng)絡(luò)平臺，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?；咎攸c(diǎn)如下：（1）采用Siemens公司高性能工業(yè)級GPRS模塊MC35i；（2）使用方便、靈活、可靠；（3）支持雙頻GSM/GPRS；（4）符合SMG3bis技術(shù)規(guī)范；（5）數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線；（6）GPRSCLASS8；（7）支持A5/1&A5/5加密算法；（8）電壓范圍：+5V——+35V（DC），標(biāo)準(zhǔn)電壓9V（DC）/500mA；（9）標(biāo)準(zhǔn)DB9RS232/422接口，串行數(shù)據(jù)速率：1200—57600b/S。產(chǎn)品外觀如圖2-2所示。圖2-2Saro3130PGPRSDTU產(chǎn)品內(nèi)部原理框圖如圖2-3。指示燈模塊指示燈模塊RS232/RS422收發(fā)器模塊RDCR1122嵌入式模塊時(shí)鐘模塊系統(tǒng)復(fù)位模塊GPRS模塊二次電源模塊用戶接口模塊無線及其接口模塊SIM接口模塊SRMA&FLASH模塊圖2-3GPRS原理框架圖由于系統(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。2.5數(shù)據(jù)通信（1）RS-485總線技術(shù)單片機(jī)與用戶“三表”的通信屬于多機(jī)通信?；诒鞠到y(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、也是最為簡單的一種。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)為主機(jī)，各用戶的數(shù)字式“三表”是從機(jī)，主、從機(jī)之間通過串口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。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：①RS-485的邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2～+6V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-2～-6V表示。接口信號電平比RS-232降低了，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接；②RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps；③RS-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(qiáng)，即抗噪聲干擾性好；④RS-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設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。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、MAX1487、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。RS-485半雙工通信方式RS-485全雙工通信方式圖2-4：RS-485通信方式圖（2）通信協(xié)議目前國內(nèi)的抄表系統(tǒng)大都遵循電力部頒布的DL/T614-1997多功能電表標(biāo)準(zhǔn)以及DL/T645-1997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(xì)的規(guī)約參見相關(guān)協(xié)議文檔。字節(jié)傳輸序列如下圖2-5：圖2-50D0D1D2D3D4D5D6D7P1字節(jié)傳輸方向?yàn)閺淖蟮接?，其?為起始位，D0到D7為8位數(shù)據(jù)位，P為偶校驗(yàn)位，1為停止位。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：表2-1數(shù)據(jù)幀格式表說明代碼幀起始符68H地址域A0A1A2A3A4A5幀起始符68H控制碼C數(shù)據(jù)長度域L數(shù)據(jù)域DATE校驗(yàn)碼CS結(jié)束符16H幀格式說明如下：幀起始符68H：標(biāo)識一幀信息的開始，其值為68H=01101000B。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。地址長度可達(dá)12位十進(jìn)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，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?？刂拼aC：控制碼的格式如下圖2-6所示：圖2-6D7D6D5D4D3D2D1D0D7=0：由主站發(fā)出的命令幀；D7=1：由從站發(fā)出的應(yīng)答幀。D6=0：從站正確應(yīng)答；D6=1：從站對異常信息的應(yīng)答。D5=0：無后續(xù)數(shù)據(jù)幀；D5=1：有后續(xù)數(shù)據(jù)幀。D4～D0：請求及應(yīng)答功能碼。00000：保留。00001：讀數(shù)據(jù)。00010：讀后續(xù)數(shù)據(jù)。00011：重讀數(shù)據(jù)。00100：寫數(shù)據(jù)。01000：廣播校時(shí)。01010：寫設(shè)備地址。01100：更改通信速率。01111：修給密碼。10000：最大需量清零。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(shí)L≤200，寫數(shù)據(jù)時(shí)L≤50，L=0表示無數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)域DATA：數(shù)據(jù)域包括數(shù)據(jù)標(biāo)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(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。校驗(yàn)碼CS：從幀起始符開始到校驗(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256的溢出值。結(jié)束符16H：標(biāo)識一幀信息的結(jié)束，其值為16H=00010110B。（3）RS-232通信技術(shù)目前RS-232被廣泛地用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說，是計(jì)算機(jī)接口）與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)中，單片機(jī)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(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸屬于點(diǎn)對點(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(dāng)單片機(jī)和PC進(jìn)行通信時(shí)，PCCOM1和COM2口發(fā)送引腳TXD信號是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。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(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-232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。MAX232芯片是美信公司專門為電腦的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、12、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、R2OUT輸出。第三部分是供電端。15腳GND、16腳VCC（+5v）。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(biāo)準(zhǔn)對引腳的機(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)，也無須使用主信道中所有的聯(lián)絡(luò)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。 圖2-7MAX232引腳圖和內(nèi)部機(jī)構(gòu)圖（4）通信協(xié)議無線數(shù)傳模塊與單片機(jī)、管理端無線數(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-645規(guī)約。為了能夠使上位管理機(jī)直接查詢某單元的某用戶計(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：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(yàn)碼+16H。其中控制代碼說明如表2-2所示。表2-2控制代碼表控制代碼代碼說明01H上位機(jī)對集中器讀數(shù)據(jù)命令（無后續(xù)數(shù)據(jù)）；04H上位機(jī)對集中器的寫數(shù)據(jù)命令；81H集中器對上位機(jī)的正確信息應(yīng)答；C1H集中器對上位機(jī)的錯(cuò)誤信息應(yīng)答；03H上位機(jī)對集中器的重讀數(shù)據(jù)命令；08H上位機(jī)對集中器的校時(shí)命令；3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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：主控電路AT89S52水量、煤氣量集電路L298存儲模塊主控電路AT89S52水量、煤氣量集電路L298存儲模塊AT24C04LCD顯示模塊SMC1602ALCD顯示模塊SMC1602ARS-485串口電路MAX1487時(shí)鐘模塊DS1302時(shí)鐘模塊DS1302電能采集電路L298圖3-1數(shù)據(jù)采集模塊總體電路框架圖3.1L298芯片的介紹L298是SGS公司的產(chǎn)品，L298N為15個(gè)管角的單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計(jì)用L298N來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負(fù)載(比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))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1A，最大可達(dá)1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大可達(dá)36V；Vs電壓最大值也是36V。L298N可直接對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動雙電機(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，分別與L298N的IN1～I(xiàn)N4相接，其VS、VSS分別接+12V、+5V電源，其輸出口OUT1～OUT2接轉(zhuǎn)向電機(jī)，OUT3～OUT4接驅(qū)動電機(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(jī)和驅(qū)動電機(jī)。其連接圖如圖3-2所示。圖3-2驅(qū)動芯片L298電機(jī)驅(qū)動電路連接圖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(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。圖3-3L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能引腳圖L298與單片機(jī)連接：單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。該系統(tǒng)電路簡單，控制方便，具備一定的實(shí)用價(jià)值。L298與單片機(jī)連接圖如圖3-4所示：圖3-4L298與單片機(jī)連接圖3.2顯示模板數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本實(shí)驗(yàn)顯示數(shù)碼管外形圖，如圖3-5所示：圖3-56位一體的7段共陰極數(shù)碼管該數(shù)碼管片選線通過排阻RESPACK-8來實(shí)現(xiàn)，排阻一般有九個(gè)腳，一個(gè)腳接VCC，其他腳接單片機(jī)I/o口，比如說P0口，一般需要加排阻。接在51單片機(jī)的P0口，因?yàn)镻0口內(nèi)部沒有上拉電阻，不能輸出高電平，所以要接上拉電阻。排阻圖形3-6如下：圖3-6排阻RESPACK-8數(shù)碼管和排阻與單片機(jī)的連接圖3-7所示:圖3-7數(shù)碼管和排阻與單片機(jī)的連接圖單片機(jī)P1口接了10k的電阻，以保護(hù)I/0口，免得短路燒掉單片機(jī)，一般取1-10k都是可以的。3.3按鍵控制本實(shí)驗(yàn)通過按鍵來模擬水電氣開關(guān)的動作，顯示管的示數(shù)也同步進(jìn)行變化，使得設(shè)計(jì)更智能化。其連接圖3-8所示：圖3-8按鍵連接圖總硬件電路圖3-9如下圖3-9硬件電路圖顯示數(shù)碼管選用的是6位一體的7段共陰數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)由電片機(jī)P1口來傳送，數(shù)碼管各位的片選線是分別由單片機(jī)的P0～P0.5通過總線驅(qū)動芯片74LS245來完成控制。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1相關(guān)軟件介紹一、Proteus介紹本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的智能水電氣表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，故采用ProteusISIS作為仿真軟件。這是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。二、KeiluVision3介紹KeilSoftware公司推出的uVision3是一款可用于多種8051MCU的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。該IDE同時(shí)也是PK51及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，uVision3還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟動代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo)MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號等。uVision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCUI/O引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。uVision3提供對多種最新的8051類微處理器的支持，包括AnalogDevices的ADuC83x和ADuC84x，以及Infineon的XC866等。4.2程序設(shè)計(jì)流程圖在硬件電路搭建好以后，就可以開始編制與電路相對應(yīng)的程序，以實(shí)現(xiàn)功能。程序流程圖如圖所示。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化脈沖信號采集脈沖信號采集判斷采集是否完成?判斷采集是否完成?NYA/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換判斷是否轉(zhuǎn)換完成?判斷是否轉(zhuǎn)換完成?N 數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理Y數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理 N Y結(jié)束結(jié)束在硬件電路搭建好以后，就可以開始編制與電路相對應(yīng)的程序，以實(shí)現(xiàn)功能。4.3系統(tǒng)調(diào)試程序編制好以后，使用KEIL來進(jìn)行編譯，我們編寫的程序通過KEIL變成可執(zhí)行的機(jī)器碼。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。聯(lián)調(diào)的過過程為：（1）將KeilC51（u2、u3均可）、Proteus7安裝好；運(yùn)行Vdmagdi.exe，選擇keil安裝目錄；在Proteus7做好硬件連線，KeilC寫好程序并編譯通過；打開Proteus7，在【Debug】下拉菜單中選【UserRemoteDebugMonitor】；（2）打開KeilC51，選中自己建立的工程，點(diǎn)擊【project】，選optionfortarget‘自己建立的工程名’，在【debug】標(biāo)簽下選中右邊的【use】單選，并在下拉框中選【ProteusVSMSimulator】仿真設(shè)備；（3）點(diǎn)擊Keil【debug】【運(yùn)行】，就可以聯(lián)調(diào)了。4.4仿真結(jié)果分析在Proteus和KeiluVision3軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)開始后，運(yùn)行系統(tǒng)電路，隨著時(shí)間的累加得到的仿真結(jié)在仿真的過程中，數(shù)據(jù)的采樣、轉(zhuǎn)換以及單片機(jī)的處理都是連續(xù)不斷的，各表顯示的數(shù)值在不斷增加。同時(shí)，我們可以通過控制水電氣的開關(guān)來控制它們的計(jì)量。4.5上位管理計(jì)算機(jī)人機(jī)接口軟件上位管理PC機(jī)利用LabVIEW編程。在LabVIEW平臺處理串口通訊需要使用標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出應(yīng)用程序編程接口VISA(VirtualIstrumentSoftwareArchiteeture)。串口的初始化設(shè)置，包括數(shù)據(jù)傳輸速率，奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)比特，停止比特參數(shù)的設(shè)定。本設(shè)計(jì)中采用VISA配置串口(VISAConfigureSerialPort．vi)設(shè)置串口信息，使硬件和計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議一致。一般來說，設(shè)計(jì)時(shí)可將VISAOpen函數(shù)放在主循環(huán)外，讀寫函數(shù)放在循環(huán)內(nèi)，這樣就不用多次打開VISA而浪費(fèi)時(shí)間和資源了。以下為默認(rèn)初始值：數(shù)據(jù)傳輸波特率為1200bit/s偶校驗(yàn)8bit數(shù)據(jù)比特1bit停止比特其中，數(shù)據(jù)傳輸波特率設(shè)置為全局變量，作為修改波特率時(shí)用。如圖所示：（1）串口數(shù)據(jù)通信要想實(shí)現(xiàn)串口通信，必須安裝Nl提供的統(tǒng)一編程接口—VISA的驅(qū)動程序，該程序可在Nl的服務(wù)器ftp．ni．com處下載。在進(jìn)行VISA讀寫之前需要通過VISAOpen函數(shù)打開一個(gè)VlSASession。然后就可以通過這個(gè)Session進(jìn)行通信。用戶端向串口發(fā)送數(shù)據(jù)信息到電能表單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)格式也要遵循一定的議。根據(jù)在上章中的通信規(guī)約規(guī)定，按照一定的協(xié)議規(guī)定順序發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。程序先設(shè)置好串口后，向串口發(fā)送讀取電能數(shù)據(jù)請求，延時(shí)200ms后接收串口數(shù)據(jù)，若電表異常響應(yīng)，則丟棄此次數(shù)據(jù)，再次發(fā)送讀取數(shù)據(jù)請求，直到超過重試次數(shù)后發(fā)出報(bào)警信號，結(jié)束本次數(shù)據(jù)采集通信；若電表正常響應(yīng)，LabVIEW執(zhí)行數(shù)據(jù)處理程序，再發(fā)送下一條讀取或是寫入數(shù)據(jù)請求。LabVIEW對串口的操作除了配置串口節(jié)點(diǎn)外，還有VISA寫入、VISA讀取和VISA設(shè)置I/O緩沖區(qū)大小共六個(gè)。（2）串口程序在實(shí)際抄表中，需要通過串口與硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。登陸成功后，選擇實(shí)際抄表模式，便可進(jìn)入該子VI（virtualinstrument）程序，可時(shí)間實(shí)際抄表的功能。程序框圖與上位機(jī)界面分別如圖所示：5總結(jié)和設(shè)想5.1總結(jié)在本系統(tǒng)中，采用直流電機(jī)模擬水電氣類的數(shù)字量表，采用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動，驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動的時(shí)候會產(chǎn)生脈沖，通過AT89C51單片機(jī)的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。在本系統(tǒng)中，我們可以通過模擬水、電、氣開關(guān)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動停止從而產(chǎn)生脈沖，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)，或者電量的瓦數(shù)、氣體的立方數(shù)，通過液晶顯示器作為人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，可顯示當(dāng)前水電氣的使用量。然后通過RS-232總線與存儲電路相連接。再通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫^(qū)物業(yè)管理中心計(jì)算機(jī)，最后由中心管理計(jì)算機(jī)自動實(shí)現(xiàn)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)、管理、顯示并打印。通過本系統(tǒng)可以用數(shù)據(jù)采集器對計(jì)量表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對用戶用電進(jìn)行計(jì)量、收費(fèi)。數(shù)據(jù)采集器與各表通訊，實(shí)時(shí)在線抄錄各表的參數(shù)，并進(jìn)行存儲。系統(tǒng)的主站計(jì)算機(jī)可在任意時(shí)間及地點(diǎn)通過因特網(wǎng)快速迅捷的抄收存儲于數(shù)據(jù)采集器中的各種歷史及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。極大地提升了物業(yè)管理部門和水電氣政府職能部門的管理水平與經(jīng)濟(jì)效益，統(tǒng)一計(jì)費(fèi)，統(tǒng)一營收，做到整個(gè)社會范圍內(nèi)的能源管理自動化。5.2設(shè)想由于時(shí)間的關(guān)系，Proteus所具有的強(qiáng)大功能還有許多為曾涉及，如總線技術(shù)和元器件自制技術(shù)。也由于硬件條件以及時(shí)間的限制，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，有一些不足之處可以加以改進(jìn)：1.在A/D轉(zhuǎn)換器的選擇上，若選擇高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度會更高，但編程更復(fù)雜，硬件接線更復(fù)雜，成本會相應(yīng)提高。2.在防偷電漏電的措施中，故障自診斷功能上還有欠缺，如能采用聲光報(bào)警更好更明顯。3.設(shè)計(jì)過程中目前只進(jìn)行了遠(yuǎn)程抄表仿真模擬方式的理論研究，未能搭建出系統(tǒng)硬件環(huán)境，且Proteus抄表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也就不夠完善，在今后條件允許的情況下會繼續(xù)進(jìn)行研究，使得完善遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的功能。附錄：硬件總體設(shè)計(jì)2.程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable[]="Water:";ucharcodetable1[]="Gas:";uchartable2[]={0};uchartable3[]={0};uintsum;uinthave,getshi,getbai;uintqian,bai,shi,ge;uintfree;sbitLCM_RS=P1^2;//LCD1602命令端口 sbitLCM_EN=P1^0;