CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：

電能計裝的無線表統(tǒng)

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)電能計量裝置的無線表系統(tǒng)的設(shè)計摘要隨著社會信息化的發(fā)展，電能計量、電費核算及收繳的及時性和準確性已成為生產(chǎn)和生活的重要課題。傳統(tǒng)的抄表方式是人工登門抄表，人工核算，人工收費，帶來的是手續(xù)繁瑣，統(tǒng)計工作量大，抄表不準確等問題。隨著人們生活質(zhì)量的提高，以及建設(shè)部關(guān)于建立全國住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程文件的下發(fā)，抄表方式正逐漸向卡預(yù)付費和遠程抄表方式轉(zhuǎn)變。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通訊技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都有了飛速進步，而二者的結(jié)合又進一步演化出許多新的通訊方式和通訊系統(tǒng)，為自動抄表即自動抄表系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了更多的現(xiàn)實可能。在行業(yè)信息化過程之中，戶表數(shù)據(jù)的自動化抄送具有非常重大的意義本設(shè)計從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面提出無線抄表技術(shù)的解決方案。無線抄表系統(tǒng)由單片機、電源電路、串行通信電路、顯示電路、鍵盤設(shè)置電路、存儲器等組成。本設(shè)計中介紹了一種利用87C51片機和nRF401無線通訊芯片構(gòu)成的手持無線抄表終端和電能控制終端。nRF401無線傳輸模塊是無線抄表系統(tǒng)中的核心部分，它的主要任務(wù)是采集電子式電度表的數(shù)據(jù)這樣抄表數(shù)據(jù)就可以準確快捷地通過無線通訊傳輸?shù)绞殖殖斫K端上，這就大大降低了抄表人員的勞動強度，提高了工作效率，優(yōu)化了工作流程。關(guān)鍵詞：

單片機；無線抄表；nRF401無線傳輸模塊；無線串行通信1

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)THEDESIGNINGOFWIRELESSMETERREADINDSYSTEM0FENERGYMETERINGDEVICESABSTRACTWiththeofthetimelinessaccuracyofenergysubjectofproductionlife.methodofmeterreadingismanualdoorissomeofcumbersome,largeamountofstatisticalwork,themeterisnotaccurateandsoon.theimprovementofthequalityoflife,aswellastheMinistryofConstructionontheofintelligenttechnologydemonstrationprojectfile,themeterreadingisgraduallychangestoICcardelectronicandhasmaderapidprogress,whilethecombinationofthetwofurtherevolvedmanynewmeanscommunicationcommunicationprovidingrealisticchancestotheimplementationofautomaticmeterreadingsystem.theinformation—basedindustriesprocess，Itisgreatsignificancefortablehouseholdsautomationtocopydata.Thedesignapplyproposedsolutionsfromtwoaspectofhardwareandsoftwareforwirelessmeterreadingtechnology.Thiswirelessmeterreadingsystemisconsistedby，powersupplycircuit，communication，displaycircuits，circuitkeyboardsettings，memoryandothercomponentsThedesignintroduceshandheldwirelessmeterreadingterminalandPowercontrolterminaluseofSCMandwirelesscommunicationchipmicrocontrollerofnRF401.ThenRF401-basednetworkmeterreadingtechnologyisthecorepartofthesystem,Itsmaintaskistocollectelectronicmeterdata.Sothatthereadingdatacanbe2

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)throughthewirelesscommunicationtothehandheldmeterreadingterminalaccuratelyandquickly,whichgreatlyreducesthelaborintensityofthemeterreadingstaff,improvetheworkefficiency,andoptimizetheworkflow.Keywords：

SCM；Meter；module;WirelessSerialCommunication.3

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)目錄1緒論...................................................................11.1設(shè)計的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢..............................................21.2課題簡介..........................................................32方案的設(shè)計與論證.......................................................42.1各種無線傳輸技術(shù)的比較............................................42.2系統(tǒng)原理圖........................................................63硬件設(shè)計...............................................................93.1無線傳輸系統(tǒng)......................................................93.1.1應(yīng)用電路及設(shè)計應(yīng)注意問題...................................113.1.2通信協(xié)議的設(shè)計.............................................153.2手持終端版設(shè)計...................................................163.2.1手持抄表終端的功能及結(jié)....................................163.2.2手持終端板電路圖...........................................193.2.3抄表流程....................................................203.2.4數(shù)據(jù)記錄....................................................213.3電能控制板設(shè)計...................................................214軟件設(shè)計..............................................................244.1手持抄表終端軟件設(shè)計.............................................244.2電能控制板軟件設(shè)計...............................................265總結(jié)..................................................................28參考文獻................................................................29致謝....................................................................30附錄A手持終端板電路圖...................................................1附錄B電能控制板電路圖...................................................21

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)1緒論長期以來，水電供應(yīng)部門對用戶電表水表煤氣計量都采用傳統(tǒng)的手工抄表方式，該方法費時、費力，缺乏準確性和及時性，不利于供應(yīng)部門進行更深層次的分析和管理決策，在行業(yè)信息化過程之中，戶表數(shù)據(jù)的自動化抄送具有非常重大的意義。準確的計量用電關(guān)系到用電戶和電力公司雙方的利益，因而越來越受到重視。特別是在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造實現(xiàn)“一戶一表”后，抄表的數(shù)量和工作量爆炸性增長，電力信息系統(tǒng)的建設(shè)和完善愈顯重要。經(jīng)濟體制改革的深入，電能計量、電費核算及收繳的及時性和準確性已成為用電企業(yè)的重要課題；而且目前我國電能數(shù)據(jù)的采集基本上為手工抄表，需要抄表人員走家串戶每月或每兩月抄一次再通過微機或手工制作的電費單催繳用戶繳費存在著錯抄、漏抄、估抄等問題。自動抄表系統(tǒng)的研制與應(yīng)用時解決上述問題的有效途徑之一，而無線抄表系統(tǒng)則是自動抄表系統(tǒng)中一種較優(yōu)的方式該系統(tǒng)的實現(xiàn)是邁向配電自動化的第一步，并有助于提高電力系統(tǒng)用電管理的水平。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，長期以來，電表數(shù)據(jù)抄送問題都是相關(guān)供應(yīng)部門非常想解決的問題。因此，在行業(yè)信息化過程中，用戶電表數(shù)據(jù)的自動化抄表具有非常重大的意義。況且，水、電、氣等已經(jīng)成為人們社會生活中必不可少的生活之需。因此，研發(fā)一款能適應(yīng)于當今社會、人們生活需要的無線抄表系統(tǒng)其意義不言而喻！能否解決好現(xiàn)實生活中的抄表問題至少具有以下的現(xiàn)實意義：第一，節(jié)省供電部門的人力資源，提高其經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的手動抄表是要由勞動力挨家挨戶的去抄寫，這樣的抄表方式不但需要大量的勞動力資源，工作效率低下，而且還時常會出現(xiàn)抄表錯誤，漏抄的情況，造成供應(yīng)部門虧損。無線抄表系統(tǒng)則可以節(jié)省相當一部分的勞動力資源，工作效率特別高，第二，給用戶帶來方便。傳統(tǒng)的手動抄表系統(tǒng)由人力抄寫，難免有抄錯、誤抄的情況，這樣用戶和供應(yīng)部門之間常常會因抄錯數(shù)字或錯抄而產(chǎn)生誤會或帶來不便。無線抄表系統(tǒng)的應(yīng)用則不會出現(xiàn)這樣的情況。第三，實現(xiàn)的需要。目前應(yīng)用于實際生活中的無線抄表系統(tǒng)還沒有完全普及，隨著無線抄表系統(tǒng)應(yīng)用潛能的不斷提高，許多國家都在致力于研發(fā)這樣的抄表系統(tǒng)，無線抄第1頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)表系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用對于我們國家這樣一個擁有億人口的發(fā)展中國家而言的現(xiàn)實意義更加重要[1.1設(shè)抄表機是1985年以后才在我國開始流行起來的新名詞，當年前能源部組派的訪美供電考察團在他們所到過的尼亞加拉一莫哈克、休斯敦、達拉斯、洛杉磯、南加利福尼亞等地都看到了用抄表微機抄表取消了原有的手抄寫和光電輸入計算機的落后方式并廢棄了抄表卡簿，促進了用戶信息系統(tǒng)的發(fā)展。1986年我同各地電力基層電力營銷管理部門開始試用抄表機來解決因用戶數(shù)量迅速增加及電價日益復(fù)雜引起的抄表、計算機管理人手嚴重不足的矛盾；并且在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也有所嘗試海木材公司于1987年口一批美國MSI公司的PD—II抄表微機，用于碼頭上圓木的清點入庫管理工作；國內(nèi)某供電公司也進口了一小批型抄表微機，試用于用戶用電量的抄表工作。國內(nèi)對進口抄表微機的試用，發(fā)現(xiàn)不能完全適應(yīng)我國的抄表需要，主要原因是：(1)引進的抄表微機都只能作7點陣西文字符顯示，不能顯示漢字信息，不便于我國現(xiàn)場抄表工作。(2)引進的抄表微機絕大部分抄表程序及格式均固化于中在國外電價項目及類別固定的情況是適用的。而我國20世紀80年代末期正處于經(jīng)濟改革階段，不但電價項目與類別經(jīng)常改變，而且電力營銷管理的體制和方式也在逐漸變革中。因此，采用固化于ROM中的抄表程序和格式就很不放便了。(3)引進的設(shè)備功能復(fù)雜，體積較大，不便于現(xiàn)場操作。(4)國外產(chǎn)品價格較貴例如的DATACAPH每臺售價美元在國內(nèi)難以普及推廣。我國自1986年開始自行研制并推廣抄表機的應(yīng)用在此后的七八年中由于抄表機與紙卡抄表相比具有明顯的優(yōu)勢，國內(nèi)對抄表機的需求大幅度增加，抄表機在這期間獲得了迅速的推廣。準確的計量用電關(guān)系到用電戶和電力公司雙方的利益，因而越來越受到重視。特別是在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造實現(xiàn)“一戶一表”后，抄表的數(shù)量和工作量爆炸性增長，電力信息系統(tǒng)的建設(shè)和完善愈顯重要，這一切都為無線抄表系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的外部環(huán)境。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，社會生產(chǎn)生活的日益繁榮，傳統(tǒng)的人工抄表正在逐漸的被無線第2頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)手持抄表系統(tǒng)所替代，這也正是國內(nèi)外一種普遍的發(fā)展趨勢。無線抄表系統(tǒng)比之傳統(tǒng)的老式抄表方式有許多優(yōu)點，彌補了人工抄表的不方便、工作量低下以及供電部門管理困難、效率低的弊端。無線抄表技術(shù)從研發(fā)到應(yīng)用于實際不過區(qū)區(qū)光陰，目前社會上從事無線抄表系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)非常之多。無線抄表系統(tǒng)的巨大優(yōu)越性已被社會和人們廣泛認同。隨著我國現(xiàn)代化進程的不斷加快，無線抄表技術(shù)在城市建設(shè)和規(guī)劃，智能樓宇，大型廠礦中得到了普遍應(yīng)用和推廣。相信在不遠的將來，這一新型技術(shù)也一定會被在廣大的農(nóng)村得到普及，真正為基層電力部門和電力工作者帶去效益和便利！無線抄表系統(tǒng)可以在一定距離內(nèi)無線收發(fā)數(shù)據(jù)，誤碼率低，它是由電能控制板和手持終端板構(gòu)成，一個控制板可以讀取多個電能表的數(shù)據(jù)，手持終端版可以基于不同技術(shù)．目前，主流的無線抄表系統(tǒng)主要有基于GPRS技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)、基Zigbee技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)、基于DSP的無線抄表系統(tǒng)、基于GSM模塊的無線抄表系統(tǒng)、基于藍牙技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)以及基于各種無線通信芯片的抄表系統(tǒng)[2]

。課題簡介根據(jù)題目要求，本設(shè)計中采用系列單片機87C5l。以87C51片機為核心，手持終端器通過以藍牙技術(shù)為核心的nRF401線收發(fā)模塊接收用戶的電能表數(shù)據(jù)，由單片機程序?qū)崿F(xiàn)電能表數(shù)據(jù)采集和讀取。87C51是INTEL公司MCS-5l系列單片機中的基本型產(chǎn)品能與80C5l、83C51完全兼容)。它是采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能位單片機，屬于標準的MCS-5l的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)它結(jié)合了的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，是80C51BH的EPROM版本，具有電改寫光擦除的片內(nèi)4KBEPROM

[3]

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電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)2方案的設(shè)計與論證目前，無線抄表技術(shù)已經(jīng)比較成熟。雖然在功能上都能實現(xiàn)電能計量的無線抄表，但它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不大相同，基于的原理也不盡相同。無線抄表系統(tǒng)基于的無線技術(shù)也各不相同，大致有基于GPRS技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)、基于技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)、基于GSM模塊的無線抄表系統(tǒng)基于藍牙技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)以及基于紅外線技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)和基于nRF401模塊的無線抄表系統(tǒng)等等。2.1各(1)GPRS(GeneralPacketRadioservice)為通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線連接。作為一種新的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到各種領(lǐng)域，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，同時也適用于偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸。(2)Zigbee技術(shù)是種基于批準通過的802.15.4無線標準研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標準IEEE僅處理低級MAC層(數(shù)據(jù)鏈路控制層)和物理層協(xié)議Zigbee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API(用編程接口)進行了標準化每個協(xié)調(diào)器可連接多達255個節(jié)點，而幾個協(xié)調(diào)器則可以形成一個網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄漏其標識，完整的Zigbee協(xié)議套件由高層應(yīng)用規(guī)范應(yīng)用匯聚層網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由Zigbee聯(lián)盟制定，IEEE802.15.4負責物理層和鏈路層標準。(3)GSM遠程抄表系統(tǒng)由測量端和被測端兩部分組成測量端可以是一部可收發(fā)短信的手機，也可以是電腦與手機的組合。受控端則是一套或多GSM調(diào)制解調(diào)器與被測設(shè)備的組合其中測量端的電腦及手機完成測量期參數(shù)的設(shè)置與發(fā)送被測端的調(diào)制解調(diào)器模塊接收控制參數(shù)并傳送給被測設(shè)備同時將受測設(shè)備的狀態(tài)信息回送給測量端?；谀K的無線抄表系統(tǒng)是由監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)、遠程抄表終端和GSM無線通訊移動網(wǎng)三部分構(gòu)成。監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)的主要功能是：定時向下位機發(fā)送讀表指令，接收下位機發(fā)來的電度數(shù)，算出電費，然后發(fā)送短消息到用戶手機，并生成和打第4頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)印報表等。遠程抄表終端的主要功能是：當接收到監(jiān)控中心發(fā)來的指令時讀取電度表。并發(fā)送到監(jiān)控中心計算機。若存在偷電，漏電現(xiàn)象自動切斷電源。并發(fā)送報警短信到監(jiān)控中心計算機。GSM無線通訊移動網(wǎng)通過制解調(diào)器，建立起監(jiān)控中心計算機和遠程監(jiān)測終端的通訊聯(lián)絡(luò)。(4)藍牙(Bluetooth)技術(shù)是一種近距離無線通信的標準，可以實現(xiàn)多種智能設(shè)備的無線互連，支持數(shù)據(jù)傳輸和語音通訊，已成為世界上人們普遍關(guān)注的熱門通信技術(shù)。藍牙使用2.4GHzISM(IT業(yè)、科學、醫(yī))全球通自由波段，最高數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸距離為10m，在增加發(fā)射功率的情況下，可以達100m。藍牙技術(shù)與其它類似技術(shù)相比較，更具有低成本、低功耗、體積小、點對多點連接、語音與數(shù)據(jù)混合傳輸以及高抗干擾能力等優(yōu)點。(5)紅外無線通信利用950mm近紅外段的紅外線作為通信信道來實現(xiàn)兩點間近距離的信息傳輸。它一般由紅外發(fā)射器、紅外信道、紅外接收器三部分組成。紅外發(fā)射器將基帶二進制數(shù)字信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外通信一般選擇38KHz頻率的紅外信號，紅外發(fā)射管發(fā)射該頻率的信號，接收管收到后，輸出端的電平發(fā)生改變。常用的調(diào)制方式有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制(PWM)和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制PPM)兩種方法紅外接收器接收紅外信號，并實現(xiàn)信號的解調(diào)，完成數(shù)據(jù)通信。一般的紅外抄表系統(tǒng)是在現(xiàn)場用PDA對用戶電子式表計逐個進行數(shù)據(jù)的抄收，雖然這種方式實現(xiàn)了無紙化過程，提高了工作效率和準確性，同時也防止了抄表過程中的人為因素，但由于針對每個表具進行抄收，工作量比較大，對用戶存在一定的安全隱患。紅外抄表系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上增加了采集模塊，通過PDA和采集模塊之間的紅外數(shù)據(jù)傳輸來實現(xiàn)抄表4]

。(6)無線收發(fā)芯片CCl000是Chipcon公司推出的單片可編程RF收發(fā)芯片，它基于Chipcon’sSmart技術(shù)，可工作在ISM頻段300～1000MHz)。CC1000集成了射頻發(fā)射、射頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制解調(diào)、可編程控制等多種功能。CCl000采用鎖相技術(shù)，發(fā)射頻率是通過內(nèi)部的頻率合成器來配置的可配置的范圍為～1000MHz適合應(yīng)用跳頻協(xié)議，一般可配出1020個頻點，該芯片靈敏度為-109dBm，并可自動校準，可編程輸出功率為-20dBm到10dBm，通信速率可達78.6Kbps。CC1000主要工作參數(shù)可由一個串行接口編程設(shè)定使用非常方便并且具有靈活性CC1000芯片的外圍元件較少，且對精度要求不高，并提供三種編碼方式與微控制器接口。所以與一個微控制器和少數(shù)幾個外接元件便可組成個完整的收發(fā)系統(tǒng)[5]

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電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)各種無線通信技術(shù)的參數(shù)比較如下表表示：表2-1各種無線通信的比較無線通信技

頻段

距離

功

成本

速率術(shù)

耗藍牙ZigbeeGPRSGSM紅外基于

2.4MHz2.4GHz/868MHz/915MHz480MHZ890～960MHz38KHz300～1000MHz

10米左右10米—100米1米左右1000米左右

低低高低低低

高低低高高低

1Mb/s250Kb/s171Kb/s9.6Kb/s115.5Kb/s78.6Kb/s2.2系這套電能計量裝置無線抄表系統(tǒng)包括2塊射頻收發(fā)模塊和1片公司系列單片機87C51，構(gòu)成抄表系統(tǒng)的兩大部分：手持終端板和電能控制板。射頻收發(fā)模塊采用nRF401無線通信芯片，用來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸；單片機用來進行數(shù)據(jù)采集后作一些相應(yīng)的處理。系統(tǒng)硬件框圖如圖2.1所示。圖中，4路脈沖輸入信號來自單利脈沖電能表。工作時，單片機需定時測量輸入的脈沖，再根據(jù)脈沖數(shù)與用電量之間的比例關(guān)系即可得到用戶的用電量。圖中虛線框內(nèi)的單片機數(shù)據(jù)采集部分是整個系統(tǒng)的核心部分，通過軟件的編輯可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)發(fā)送和控制命令的接收以及其他數(shù)據(jù)掉電保護等重要功能。本系統(tǒng)采用的單片機構(gòu)成圖1虛線框內(nèi)所有功能模塊。它內(nèi)置中央處理單元、字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM32個雙向輸入/輸出(I/O)口2個16位定時／計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信，片內(nèi)時鐘振蕩電路?？焖倜}沖編程，如編4kB片內(nèi)ROM僅需12秒。在本系統(tǒng)中，第6頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)電源T0

EEPROM

PC轉(zhuǎn)換開關(guān)掉電檢測

模擬比較器

CPUWatchDog串行口

顯示模塊

CPU四路脈沖輸收發(fā)射模收射模塊串口圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機的資源分配為T1作為定時器實現(xiàn)單片機對脈沖量的定時采集模擬比較器檢測系統(tǒng)交換電源工作是否正常。一旦發(fā)生掉電情況，模擬比較器中斷標志位就被置，在主程序中不斷檢測這位一旦檢測到該位為則立即將數(shù)據(jù)寫入EEPROM中保存從掉電到保存時間很短，在這段時間內(nèi)靠濾波大電容儲能供電。在儲能放完之前，將保存數(shù)據(jù)工作完成即可存儲器用來保存單片機所測的脈沖數(shù)和單片機的地址等一些重要數(shù)據(jù)。WatchDog定時器止單片機“死機”或“跑飛”。串行口實現(xiàn)單片機發(fā)射/接收模塊之間的數(shù)據(jù)換。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的無線傳遞是通過無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)的。為了使模塊與單片機、計算機之間的數(shù)據(jù)傳送正確，必須嚴格按照計算機(單片機)與模塊間的傳輸格式進行數(shù)據(jù)傳送。模塊的輸出電平為TTL電平，它可與87C51單片機直接連接。與計算機連接時需接一個轉(zhuǎn)換模塊。模塊與單片機、計算機之間的通信速率為9600b/s，采用1個始位8個數(shù)據(jù)位、1個停止位的格式，87C51單片機的通信接口方式完全相同。計算機和模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸格式為：標志字節(jié)D7H

控制字節(jié)

數(shù)據(jù)或參數(shù)字節(jié)第一字節(jié)為標志字節(jié)，其值為十六進制D7，作用是標志數(shù)據(jù)傳送的開始。第二字第7頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)節(jié)為控制字節(jié)，當?shù)诙止?jié)小于等于48（30H時，其值代表傳送數(shù)據(jù)長度。后面字節(jié)為數(shù)據(jù)，當?shù)诙止?jié)大于48（30H）時為控制字，后面不再跟數(shù)據(jù)和參數(shù)。模塊傳給計算機時帶CRC校驗字節(jié)防誤措施[第8頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)3硬件設(shè)計無線抄表系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要包括電能控制板和手持終端板兩部分。電能控制板主要用來通過定時測量輸入的脈沖再根據(jù)脈沖數(shù)與電量之間的比例關(guān)系采集用戶的用電量；手持終端板則用來通過無線通信技術(shù)接收從電能控制板傳輸來的電能表數(shù)據(jù)。這兩部分都包含有核心部件87C51單片機由它實現(xiàn)電能控制板和手持終端板的數(shù)據(jù)后續(xù)處理。而連接這兩個板塊的則是射頻收發(fā)模塊，主要由無線收發(fā)芯片構(gòu)成。一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如、、I/O、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒O(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機、轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。射頻收發(fā)模塊主要考慮信號發(fā)送和接收頻率對晶體的要求，數(shù)據(jù)收發(fā)對天線的要求以及PCB布局等等。下面分別對各部分硬件構(gòu)成做詳細的介紹。3.1無基于對各種無線傳輸技術(shù)的分析論證本設(shè)計中決定采用無線射頻模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)(原理圖如圖3.1所示)。其核心為nRF401線收發(fā)芯片，該芯片是北歐集成電路公司(NORDIC)的產(chǎn)品，是一個為433MHz段設(shè)計的真正單片UHF無線收發(fā)芯片，滿足歐洲電信工業(yè)標準(ETSI)EN300200-1V1.2.1，它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，最高工作速率可以達到20K，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是+10dBm。nRF401的天線接口設(shè)計為差分天線，以便于使用低成本PCB天線。它要求非常少的外圍元件(約10個)，無需聲表濾波器、變?nèi)莨艿劝嘿F的元件，只需要便宜且易于獲得的晶體，收發(fā)天線合一。無需進行初始化和配置，不需要對數(shù)據(jù)進行編碼，有兩個工作頻寬（433.92/434.33HZ工作電壓范圍可以從—5V，還具有待機模式，可以更省電和高效。可方便地嵌入在各種測量和控制系統(tǒng)中進行無線數(shù)據(jù)傳輸，在車輛監(jiān)控、無線抄表、無線232數(shù)據(jù)通信、計算機遙控遙測系統(tǒng)中應(yīng)用第9頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)其主要特性如下：(1)工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段；(2)FSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；(3)采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好；(4)靈敏度高，達到（nRF401(5)功耗小，接收狀態(tài)，待機狀態(tài)僅為8A（nRF401(6)最大發(fā)射功率達+10dBm；(7)低工作電壓（可滿足低功耗設(shè)備的要求；(8)具有多個頻道，可方便地切換工作頻率；(9)工作速率最高可達20Kbit/s(nRF401)(10)僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調(diào)試；(11)因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠可達1000米(與具體使用環(huán)境及元件參數(shù)有關(guān))。圖3.1無線射頻模塊原理圖在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，LNA是低噪聲放大器。當作在接收方式時，它接第10頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)收來自天線的RF信號，然后通DEM解調(diào)后從DOUT端輸往控制器，從而實現(xiàn)無線接收數(shù)據(jù)。PA功率放大器。當nRF401工作在發(fā)送方式時，來自的準備以無線方式輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制后通過PA成為RF信號

然后在天線上發(fā)射從而實現(xiàn)無線發(fā)送數(shù)據(jù)。DIN和DOUT可以連接到控制器的位數(shù)據(jù)輸入，輸出(例如RxD和TxD等)。nRF401頻率源由來自O(shè)SC的基頻通過PLL和VCO頻率合成器產(chǎn)生晶體諧振頻率取合成環(huán)形濾波器外接。VCO外接電感可選22nH。3.1.1應(yīng)用電路及設(shè)計應(yīng)注意問題在實際應(yīng)用中微控制器采用公司的AT87C51分別用單片機的口各管腳控制nRF401的DIN、DOUT、TXEN、PWRUP、CS五個腳即可。接口芯片采用美信公司的RS232換芯片，完成單片機和計算機RS232口的電平轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、請求、清除功能。在芯片使用時，設(shè)定好工作頻率，進入正常工作狀態(tài)后，通過單片機根據(jù)需要進行收發(fā)轉(zhuǎn)換控制，發(fā)送接收數(shù)據(jù)或進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在實際的設(shè)計應(yīng)用中，需要注意以下幾個問題：(1)天線的接入ANT1和ANT2是接收時的輸入，以及發(fā)送時功率放大器的輸出。連接的天線是以差分方式連接到nRF401的。在天線端推薦的負載阻抗是400歐姆。射頻功率放大器輸出是兩個開路輸出三極管，配制成差分配對方式，功率放大器VDD必須通過集電極負載，當采用差分環(huán)形天線時，VDD須通過環(huán)形天線的中心輸入。一個50歐姆的單端天線或測試儀器也可以通過一個差分轉(zhuǎn)換匹配網(wǎng)絡(luò)連接到如圖3.2所示。第11頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)圖3.2采用單端天線時匹配網(wǎng)的設(shè)計為了獲得最好的性能，發(fā)送和接收頻率誤差不能超過

-6

(30，這就要求晶體的穩(wěn)定度不能低于±

-6

，頻率的差異將會導致接收靈敏度產(chǎn)生-12dB/倍程的損失。例如，一個±2010-6頻率精度和在溫度范圍內(nèi)±-6穩(wěn)定度的晶體，最大的頻率誤差將會超過±45

10

-6

。如果發(fā)送端和接收端工作在不同的溫度環(huán)境，在最糟糕的情況下兩方的誤差將會超過9010

-6

，結(jié)果導致接收端靈敏度下降大約。ANT1和ANT2是接收的輸入及發(fā)送時的輸出。nRF401的天線是以差分方式連接到nRF401的。在天線端推薦的負載阻抗是400Q本系統(tǒng)采用PCB環(huán)行天線。PCB環(huán)行天線的幾何結(jié)構(gòu)如圖3.3所示其中天線的物理參數(shù)為a1——天線長度(mm)a2一一天線寬度(mm)，b1一一環(huán)行導體寬度(mm)，——環(huán)行導體厚度(mm)．第12頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)圖3.3環(huán)形天線幾何結(jié)構(gòu)環(huán)行天線通過C1C2將諧振頻率調(diào)整到433MHz其中電阻R用于控制天線的Q值，天線的環(huán)行導體寬度b1為1mm與天線相關(guān)的電容電阻、電感須滿足精度和溫度系數(shù)的要求．環(huán)行天線的等效電路如圖3.4所示。根據(jù)接收和發(fā)送距離的不同要求，可調(diào)整天線幾何尺寸，具體計算方法下面描述。圖3.4環(huán)形天線等效電路在系統(tǒng)中，a1=30mm，a2=50mm，銅層厚度b2=35m，Q=50。天線的工作頻率為f0設(shè)計中，發(fā)射電平S為，接收靈敏R=103dBm(0.05012pW)，可以計算出天線RF第13頁共頁

Acf4RL電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)Acf4RL的效率η以及信號理想傳輸距離D。如下：aa2m0.05b0.3520.240.35m環(huán)形天線等效電路各電感值:aaL2[Ln)132.27nHaL24.332環(huán)形天線等效電路電阻值:R31171，，RR0la10p1

0.42008R

2(L)01Q

RL無線傳輸效率為：

RRL

)系統(tǒng)的理想通信距離大約為：D

P

RF

m（2）與單片機公用一個晶振nRF401可以與單片機共用一個晶振，圖表示了這種應(yīng)用的連接方式。需要注意從單片機引入的晶體走線不能離數(shù)據(jù)線或者控制線太近。第14頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)圖3.5nRF401與單片機共用一晶振3.1.2通信協(xié)議的設(shè)計nRF401在很多時候用在便攜及移動式設(shè)備，在這種應(yīng)用中需要盡可能長時間的工作，考慮到電池的能耗，往往需要考慮節(jié)能和低功耗設(shè)計的問題．為了節(jié)能，nRF401平時大多數(shù)情況下應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，由于無線部分硬件上是不具備自動喚醒功能的，為了達到節(jié)能的目的，必須通過軟件方式采用合理的通信協(xié)議以保證節(jié)能同時不丟失數(shù)據(jù)。(1)首先每次發(fā)送應(yīng)該有一個前置碼，通?？刹捎谩?，持續(xù)一個給定的周期(比如1秒)，這個前置碼是節(jié)能的基礎(chǔ)。(2)接收端平時可以開啟接收幾個毫秒果沒有收到規(guī)定的前置…，然后關(guān)閉約1秒，通過檢測前置碼而獲得同步。開關(guān)的時間比也就是工作的占空比，增加前置碼的周期可以減少工作的時間，從而減少平均工作電流；需要注意的是增加前置碼的長度雖然可以降低功耗，但是會降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，需要根據(jù)系統(tǒng)的要求進行確定[軟件設(shè)計第15頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)在設(shè)計程序吋，要注意各狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時延。的通訊速率最高為，發(fā)送數(shù)據(jù)之前需將電路置于發(fā)射模式收模式轉(zhuǎn)換為發(fā)射模式的轉(zhuǎn)換時間至少為；可以發(fā)送任意長度的數(shù)據(jù)；發(fā)射模式轉(zhuǎn)換為接收模式的轉(zhuǎn)換時間至少為。在待機模式吋，電路進入待機狀態(tài)，電路不接收和發(fā)射數(shù)據(jù)。待機模式轉(zhuǎn)換為發(fā)射模式的轉(zhuǎn)換時間至少4ms；待機模式轉(zhuǎn)換為接收模式的轉(zhuǎn)換時間至少為。3.2手3.2.1手持抄表終端的功能及結(jié)構(gòu)(1)手持抄表終端應(yīng)具備無線通訊功能，考慮到它不應(yīng)該占用國家管理的頻譜，以及不對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，它應(yīng)該工作在ISM圍內(nèi)；其次，發(fā)射功率在滿足通訊要求的條件下應(yīng)足夠小，有效通訊距離一般在10m圍內(nèi)；通訊的可靠性應(yīng)較高，且具有檢錯和糾錯的能力。(2)持抄表終端可以按操作人員指定的目標抄收某特定數(shù)據(jù)，也可對指定的某棟建筑的所有用戶按順序抄收全部數(shù)據(jù)手持抄表終端應(yīng)具有相當容量的數(shù)據(jù)記錄和存儲能力。記錄的內(nèi)容包括用戶的基本情況和實際抄收的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的記錄要絕對可靠。(3)持抄表終端應(yīng)具有漢字顯示，抄表人員可以檢查用戶的情況，觀察抄收的數(shù)據(jù)是否正常，抄收是否完成等。(4)手持抄表終端應(yīng)有與PC機進行通訊的串行接口。我們設(shè)計的工作模式是：抄表人員出門前，先從管理部門的PC機中下載他即將去抄收的小區(qū)用戶的有關(guān)基本數(shù)據(jù)，到達小區(qū)后手持抄表終端即自動發(fā)出信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的抄收，工作人員無須干預(yù)，但可從手持抄表終端的顯示器上觀察抄收的有關(guān)情況。抄收結(jié)束后，通過串行接口將抄收的數(shù)據(jù)上傳到PC機中，然后進行相應(yīng)的處理。整個過程無須抄收人員的介入，保證了數(shù)據(jù)的正確可靠，杜絕了一些可能出現(xiàn)的漏洞。(5)手持抄表終端應(yīng)具有很低的功耗和較小的體積，以便攜帶使用。根據(jù)上述考慮，我們設(shè)計的手持無線抄表終端的結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。使用可低電壓工作、低功耗的87C51單片機，它是手持終端版的核心部件。利用裝置接收用戶電能表數(shù)據(jù)后，通過單片機程序適當處理后，即能由手持終端板讀取出來。其結(jié)構(gòu)圖如下所示手持終端外部擴展有12864的點陣液晶顯示器無線通訊接口實時時鐘、按鍵，下面分別給予介紹。第16頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)PB4-7

顯模按

PB0-2PB3

串口

接/發(fā)模轉(zhuǎn)語播語音播報

RxTx

換開關(guān)

PC圖3.8手持終端版結(jié)構(gòu)圖(1）手持抄表終端應(yīng)具有較強的漢字顯示能力，為此使用了64的點陣液晶顯示器，它最多可以顯示4行、每行8個漢字。這里使用的是內(nèi)部帶有T6963A控制器的MLS12864T它與單片機之間通過并行接口連接每個顯示點對應(yīng)一位二進制數(shù)，1表示亮0表示滅要顯示某個圖形或漢字就是將相應(yīng)的點陣信息寫入到相應(yīng)的存儲單元中。液晶顯示器需要的負電壓利用單片機的ALE脈沖變換后得到，電路簡單實用。(2)無線通訊接口使用單片收發(fā)芯片nRF401這是一片為433MHzISM頻段設(shè)計的單片UHF無線收發(fā)芯片采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)最大發(fā)射功率+10dBm可以調(diào)整。最大通訊速率可以達到20KB/s。天線接口采用差分天線，因此可以使用低成本的PCB天線。nRF401的工作電壓為2.7V一5V功耗很低而且還可以工作在待機模式以進一步降低功耗，十分適于用在手持設(shè)備用電池供電的場合nRF401通過串行接口與單片機連接。無須復(fù)雜的編碼，使用非常簡單。但要保證數(shù)據(jù)通訊有較高的可靠性，除了在P板的設(shè)計nRF401的供電等方面加以考慮以外還需要采用合適的通訊協(xié)議。本機的通訊有兩個對象，抄表時通過無線采集數(shù)據(jù)PC機連接時通過RS2232通訊，但一般的單片機只有一個串行接口通過切換的方式使用nRF401的DI和DO通過三態(tài)門與單片機的TxD、RxD連接，RS2232接口也通過三態(tài)門與單片機的串行口連接，分別用、P3.5切換共享串口另外用單片機的P1.5作為nRF401收發(fā)轉(zhuǎn)換控制nRF401PWR為電源控制，將其置為低可以使其進入節(jié)電狀態(tài)也可直接將其接為高電平nRF401的頻率選擇CS端根據(jù)具體情況接為固定高電平或低電平。第17頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)(3)為使手持抄表終端的體積小、結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)中所使用的存儲器全部采用具有串行接口的Flash存儲器，這里使用的是ATMEL司的45DXXX系列。所用的存儲器主要有兩種用途，一是用作數(shù)據(jù)存儲，即存儲用戶信息和抄表數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在Flash儲器中按文件方式管理，可以在手持抄表終端上進行查詢等，也可以通過串行接口進入PC機的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Flash存儲器的第二個用途是存放漢字字庫即字模．因為手持抄表終端需要顯示用戶的姓名、住址等有關(guān)信息，所以完善的漢字顯示是不可缺少的，這就需要有漢字字模庫，包括一、二級漢字的點陣字庫所需的存儲容量約為256KB。顯示漢字時通過漢字的區(qū)位碼查找字庫，獲得字模數(shù)據(jù)從而實現(xiàn)在點陣液晶顯示器上的漢字顯示。一般常常使用具有并行接口EEPROM存儲器，如等。由于MCS—51單片機僅能訪問64KB的數(shù)據(jù)空間故一般通過某種方式對其分頁管理這就會使軟硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、印刷電路板體積增大、成本上升。串行接口的Flash存儲器作為字庫的使用方法與一般EEPROM基本相同，只不過讀字模數(shù)據(jù)的操作要復(fù)雜一些。為簡單起見，可以在單片機內(nèi)部的RAM中設(shè)置一個緩沖區(qū)，一次將一個漢字字模的32個字節(jié)全部讀入到內(nèi)部RAM中。顯示程序直接在內(nèi)RAM中讀取字模數(shù)據(jù)。手持抄表終端中共使用了2片F(xiàn)lash存儲器芯片AT45D041系列的芯片使用SPI串行口與之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，無論其容量多大，均只需要4根信號線，即片選)、SCK(鐘)、SDI(數(shù)據(jù)輸入)、SDO(數(shù)據(jù)輸出)，用相同的方法訪問，所以對系統(tǒng)的存儲容量擴展時無須改動軟硬件。同時，由于它使用串行接口，對其中數(shù)據(jù)誤寫的可能性非常小，保證了數(shù)據(jù)的可靠需要更大的存儲容量可將存放數(shù)據(jù)的芯片換為片AT45D041的SCK、SDO共用，在使用中存放漢字庫的芯片不用寫操作，事先將字庫寫入芯片中即可，故該芯片的SDI線不用連接。兩芯片的片選分別用單片機的、P1.1選擇。(4)手持抄表終端在使用時需要有一個準確的日歷時鐘此釆用時鐘芯片。該芯片具有I2C接口，內(nèi)有完善的年、月、日、時、分、秒等數(shù)據(jù)，非常適合用在這些場合。(5)手持抄表終端設(shè)有功能按鍵，用來進行一般的操作，如“抄表”、“上傳數(shù)據(jù)”、“查詢”、“前翻頁”、“后翻頁”、“翻頁加速”等，實際使用中如有需要還可以增加按鍵，按鍵通過單片機的數(shù)據(jù)總線連接。第18頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)3.2.2手持終端板電路圖圖3.9手持終端版電路圖手持終端板以單片機作為控制核心，板上設(shè)置合適的按鍵數(shù)以及液晶顯示器，可以顯示用戶的電能表讀數(shù)。由無線收發(fā)芯片實現(xiàn)與電能控制板的連接。手持終端板硬件電路圖主要包括一片87C51單片機一片無線收發(fā)芯片nRF401，一片12864點陣液晶顯示模塊，一片實時時鐘芯片PCF8563，二片F(xiàn)lash儲芯片AT45D041，一片ICL232芯片和一片74LS245。ICL232是一個僅發(fā)送器/接收器采用的單+5V電源供應(yīng)器合所有RS232C規(guī)格，該驅(qū)動器能兼容具有真正的TTL/CMOS入功能74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動LED或者其他的設(shè)備，它8路同相三態(tài)雙向傳輸數(shù)據(jù)，手持終端版的硬件電路圖如上圖3.9所示。第19頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)3.2.3抄表流程使用手持終端板對用戶進行電能表數(shù)據(jù)抄取時，對一個用戶的抄表過程如圖所示一般總是由手持抄表終端對某一用戶發(fā)出抄表命令開始，然后等待用戶返回數(shù)據(jù)。為防止出現(xiàn)故障時的長時間等待，在系統(tǒng)中安裝了一個軟件定時器，以確定等待是否超時。抄表過程圖示如下：圖3.10抄表流程手持抄表終端在和機通訊時通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)這一部分和PC機上運行的軟件有密切關(guān)系，編寫程序時參照有關(guān)行業(yè)標準進行。手持抄表終端在抄表時通過無線通訊采集數(shù)據(jù)，由于無線通訊的特點是需要有較好的協(xié)議才能實現(xiàn)可靠的通訊，在發(fā)送方?jīng)]有發(fā)送數(shù)據(jù)時接收方的信號線上呈現(xiàn)的是雜亂無章的波形，因此，在發(fā)送正式的數(shù)據(jù)前需要先發(fā)送一個字節(jié)的“無關(guān)”數(shù)據(jù)，目的是讓接收方處于正常工作狀態(tài)；其次，需要讓接收方能夠正確地識別一個數(shù)據(jù)包的開始以采0XAA作為引導字節(jié)實現(xiàn)綜合上述考慮包的格式如下：0XFF0XAA0X55

命令

地址

地址

長度

數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)檢查和其中的0XFF即是上述的無關(guān)數(shù)據(jù)。發(fā)送和接收均在中斷服務(wù)程序里完成，接收程序完成數(shù)據(jù)包的識別，當收到一個正確的數(shù)據(jù)包后交給主程序進行處理。抄收數(shù)據(jù)程序流程圖如下：發(fā)數(shù)包

第20頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)NNY

超嗎N數(shù)正嗎Y抄成

Y重數(shù)圖3.11抄收數(shù)據(jù)程序流程圖3.2.4數(shù)據(jù)記錄主要包括串行Flash存儲訪問和存儲數(shù)據(jù)的組織。AT45D041內(nèi)部存儲單元按頁組織，每頁為264個字節(jié)多出的個字節(jié)可以存放一些附加信息AT45D041內(nèi)部還有兩頁的RAM，并且，在內(nèi)部RAM向Flash中寫時，外部還可以向另一頁RAM中寫入。用這種方法可以實現(xiàn)向它的連續(xù)寫操作AT45D041的接口可以工作在SPI模式0模式3，并有多種操作模式，這里僅用到了“主存儲器頁讀”、“頁擦除”、“通過R緩沖區(qū)的主存儲器寫”等。我們把這些操作封裝在幾個接口函數(shù)里對上層軟件提供服務(wù)。為簡單起見，表數(shù)據(jù)不適用復(fù)雜的文件結(jié)構(gòu)，直接按“記錄”組織，每個記錄包括“用戶標識”、“用戶姓名”、“住址”、“電能表型號”、“抄表數(shù)據(jù)”等，至于在機的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)里，則可以根據(jù)具體情況安排[3.3電電能控制板是用戶端裝置，同樣是以87C51片機為核心部件。由單片機接收4路電能單相脈沖，通過比較得出電能表讀數(shù)，再由無線收發(fā)采集裝置發(fā)送給手持終端板。其結(jié)構(gòu)如下所示：第21頁共頁單相脈沖電能表

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)圖3.12電能控制板結(jié)構(gòu)圖電能控制板硬件電路圖中包括一片單片機一片無線收發(fā)芯片nRF401和一片實時時鐘芯片PCF8563。PCF8563是PHILIPS司生產(chǎn)的低功耗CMOS實時時鐘/日歷芯片，芯片最大總線速度為400kbit/s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，其內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。PCF8563廣泛應(yīng)用于移動電話、便攜儀器、傳真機、電池電源等產(chǎn)品中。PCF8563有16個8位寄存器，其中包括：可自動增量的地址寄存器、內(nèi)置的振蕩器（帶有一個內(nèi)部集成電容分頻器（用于給實時時RTC提供源時鐘可編程時鐘輸出、定時器、報警器、掉電檢測器和的I2C總線接口電能控制板電路圖如下所示：第22頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)圖3.13電能控制板電路圖第23頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)4軟件設(shè)計該系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括手持抄表器主機軟件和電度表端從機軟件兩部分在本設(shè)計中手持抄表器單片機送字符與接受字符均采用查詢方式發(fā)送前先讀取通信狀態(tài)寄存器，查詢發(fā)送保持寄存器空否；接收前先讀取通信狀態(tài)寄存器，查詢一幀數(shù)據(jù)接完否。電度表單片機采用中斷方式，即接收到地址后就進行串口中斷申請，中斷響應(yīng)后進入中斷服務(wù)程序。4.1手手持抄表器作為主機是通信的發(fā)起者，其發(fā)送和接收都是主動的。它的具體操作過程為：不斷掃描鍵盤，若發(fā)現(xiàn)有命令鍵按下，則調(diào)用發(fā)送子程序發(fā)送接收到的信息進行后續(xù)處理。手持抄表器通信程序包括初始化子程序和串行通信程序，其流程如4.1所示。初始化子程序SP—INIA，主要是選擇定時器的工作模式，并對進行預(yù)置數(shù)，關(guān)閉T1的中斷及開啟定時器工作，對通信波特率及方式的設(shè)置等。初始化子程序后，執(zhí)行主程序，如圖示。則通過不斷掃描鍵盤，反饋是否有鍵盤命令輸入，有之則發(fā)送程序準備接收電能表的數(shù)據(jù)繼而進行后續(xù)處理之則繼續(xù)掃描是否有命令鍵入。程序源代碼如下：SP—INIA:MOVTMOD,#20H;MOVTH1，#0E8H;MOVTL1，#0E8H;CLRET1;SETBTR1;MOVPCON,#80H;MOVSCON,#0D8H;REN=1，TB8=1;SETBEA;SETBES;RET第24頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)開始開始設(shè)置定式

初始化子程序掃描鍵盤YN預(yù)的初值關(guān)中斷啟動定設(shè)置串口波特率及工作方式開串口中斷結(jié)束圖1初始化子程序流程圖

NN

是命令鍵？運行發(fā)送程序Y發(fā)結(jié)？運行結(jié)束程序Y接結(jié)？后續(xù)處理結(jié)束圖4.2主程序流程圖第25頁共頁

電能計量裝置的無線抄表系統(tǒng)4.2電電度表端作為從機，其主要作用是收集用戶電能表的數(shù)據(jù)。它的主要工作流程為：中斷