论文部分内容阅读
摘要：随着信息化时代的快速发展，远程自动抄表已广泛应用。本文针对远程自动抄表系统设计做一个探讨，实现自动杪表并达到实时益控电龌表的目的， 同时减少人工上门抄表、数接输入等繁杂又容易出轎的劳动， 提高工作效半， 真正做到用免管理自动化。
关键词：远程自动抄表系统；单片机；
一、远程抄表系统的工作原理
用户终端的智能电表通过RS-232协议将数据传送给抄表终端模块，抄表终端在收到命令后把存储的数据信息发送给上级数据采集计算机，这样就完成了一次数据交换。本文主要是研究客户端基于单片机的电能表远程抄表系统终端的实现方案和硬件设计。
1.正常情况下采用市电（220V交流电）供电的方式，即采用交流电源即能维持终端模块的正常工作，系统具有备用电池供电功能以保证在断电情况下的供电。
2.具有数据掉电保护功能，能保存用户用电电量等信息。
3.抄表终端与智能电表、远方数据采集计算机分别通过RS-232和RS-485协议进行通信。
4.终端模块具有实时时钟功能，便于实时测量用户用电电量。
二、系统分析
应用于远程自动抄表系统的电能表有脉冲电能表和智能电能表两类。○1脉冲电能表：能够输出与转盘数成正比的脉冲串。○2智能电能表：可以通过串行口以编码方式进行通信，按照智能表的输出接口通信方式划分，智能电能表可分为串行通行接口型和低压配电线载波接口型两大类。
电能表的两种输出接口比较：输出脉冲方式技术简单但在传输过程中容易发生丢失脉冲或产生多脉冲现象，而且不能重新发送，而具有串行接口输出方式的智能电表则可以通过相关协议将采集的多项数据进行可靠的远程传输。
三、系统硬件电路设计
1.系统供电方式设计
系统中，220V的单相交流电作为电源输入，输出为稳定的+5V电压。供电模块用来实现220～5V的电压转换。设计方案如下：首先220V的交流电通过防雷抗干扰电路，接着利用220/18V变压器降压，再经过桥式整流电路得到18V左右直流电压，再接着通过一系列的隔离滤波进入直流转换稳压器件LM2575最终得到系统正常工作所需要的5V电压。另外，考虑到存在停电的可能性，还应该设计系统的备用电源。备用电源可以采用比较常见的镍氢电池，当系统正常供电时，电池处于充电状态，对于充电的管理可以选用比较常用的电源充电管理芯片MAX713来管理备用电池的充电过程。当现场停电时，自动转为备用电池给抄表终端系统供电。
（1）正常条件下供电电路：系统在正常运行时采用单相交流电源供电方式，提供给单片机稳定的+5V电源可以采用典型的单相桥式整流电路得到18V直流电压，后通过直流转换稳压器件LM2575轉换得到系统正常工作所需的+5V电压。
（2）备用电池充电电路：系统在由外部电源正常供电的同时对备用镍氢电池进行充电。备用电池充电电路的功能主要由电源充电管理芯片MAX713来完成。它可以通过简单的管脚电配置进行编程来实现对充电电池数量和最大充电时间的控制。当系统失去外部市电供电电压以后自动切换为由备用电池供电。
2.系统基本电路设计
由抄表系统结构原理可知，抄表终端要使用两个串口分别对上层和下层通信，一个串口用作RS-232，用来和电表进行通信，一个串口用作RS-485，用来和数据采集计算机通信。由于一般的51单片机只有一个串口驱动器，因此主控制器可以直接选用具有两个串口驱动器的W77E 58单片机或者采用一般单串口单片机外加串口扩展芯片。
3.掉电数据保护功能的实现
在单片机控制系统中，通常要保证一些重要的数据在系统掉电后不丢失，当系统再次上电后能够正确地读取这些数据。本设计中就需要实现一些通信数据的掉电保护功能。实现掉电数据保护功能的方法有很多，常用的有系统扩展易失性存储器（RAM）外加电池的方法和系统扩展非易失性存储器（ROM）的方法。其中系统扩展非易失性存储器的方法中常使用EEPROM和FLASH作为存储介质。
EEPROM的擦写速度将不断加快，容量将不断提髙，将可作为非易失性的RAM使用。由于所设计的系统中需要实现掉电数据保护功能的数据不多，所以选用支持IIC总线数据传输协议的串行EEPROMAT24C04作为系统的掉电数据保护介质，它拥有512x8bit的存储容置，具有结构紧凑、存储容量大等特点。它的IIC接口简单、操作方便，特别适合存储单片机控制系统中一些重要参数。
由于所选用的W77E58单片机没有IIC总线接口，所以我们要用单片机的I/O口模拟IIC总线的时序来实现芯片的读写功能。用单片机的普通I/O口模拟IIC总线的硬件连接非常简单，只需要使用W77E58单片机的P1.0口连接SCL，P1.1口连接SDA即可。
4.基于RS-232、RS-485串行通信接口电路设计
在实际应用中，单片机很多时候不是作为一个独立的控制单元而存在，它还要与其他单元进行通信。串行接口是单片机应用系统常用的通信接口。在实际应用中，单片机系统使用的是TTL电平，单片机中的串口输出的信号也是如此，但是串行通信中一般使用的是RS-232 通信协议，二者的电平并不相同，需要外接接口进行电平匹配。实现这种电平变换可以使用分立元件，也可以采用集成电路芯片，目前较为广泛的是使用集成电路转换芯片。
由于抄表终端与数据采集计算机的距离较远，采用RS-232标准进行通信，带负载能力差、通信范围小，传送距离不超过15m，难以满足远距离的数据传输和控制。长距离通信通常采用RS-485方式。在单片机系统中加入RS-485方式的串行通信，就可以完成抄表终端与远程上位数据采集计算机的数据传送。RS-485总线采用差分信号传输，抗干扰能力强，传输距离远。采用双绞线在100kbit/s的速率时可以传送的距离为1.2km，若速率降到9600bit/s则传送距离可达15km。RS-48 5可以实现多个负载的功能。用一对线便可连接多达32个不同设备。
RS-232既是电气标准也是物理标准，而RS-485只是电气标准，没有规定现实其电气特性所必需的物理环境，故可采用RS-232的物理标准。这就为在单片机系统中实现RS-485通信提供了方便。应用时仍使用单片机的串口，但是信号传递过程中使用RS-485协议，以达到较长的传输距离。
四、结束语
抄表系统也经历了一个由低级到高级、由机械到智能、由人工到电脑的发展历史。自动抄表系统被逐步推广和应用，对电力部门高效工作起到了不可替代的作用，推动着电力系统向着更高更强的现代化水平迈进。
参考文献：
[1]徐德军，蔡键龙，龚建荣.用单片机实现远程自动抄表[J].电子工程师.
[1]任世昌，王党希，郭军，黄龙云.基于GPRS的远程抄表系统集中器设计与研究[J].机械设计与制造
关键词：远程自动抄表系统；单片机；
一、远程抄表系统的工作原理
用户终端的智能电表通过RS-232协议将数据传送给抄表终端模块，抄表终端在收到命令后把存储的数据信息发送给上级数据采集计算机，这样就完成了一次数据交换。本文主要是研究客户端基于单片机的电能表远程抄表系统终端的实现方案和硬件设计。
1.正常情况下采用市电（220V交流电）供电的方式，即采用交流电源即能维持终端模块的正常工作，系统具有备用电池供电功能以保证在断电情况下的供电。
2.具有数据掉电保护功能，能保存用户用电电量等信息。
3.抄表终端与智能电表、远方数据采集计算机分别通过RS-232和RS-485协议进行通信。
4.终端模块具有实时时钟功能，便于实时测量用户用电电量。
二、系统分析
应用于远程自动抄表系统的电能表有脉冲电能表和智能电能表两类。○1脉冲电能表：能够输出与转盘数成正比的脉冲串。○2智能电能表：可以通过串行口以编码方式进行通信，按照智能表的输出接口通信方式划分，智能电能表可分为串行通行接口型和低压配电线载波接口型两大类。
电能表的两种输出接口比较：输出脉冲方式技术简单但在传输过程中容易发生丢失脉冲或产生多脉冲现象，而且不能重新发送，而具有串行接口输出方式的智能电表则可以通过相关协议将采集的多项数据进行可靠的远程传输。
三、系统硬件电路设计
1.系统供电方式设计
系统中，220V的单相交流电作为电源输入，输出为稳定的+5V电压。供电模块用来实现220～5V的电压转换。设计方案如下：首先220V的交流电通过防雷抗干扰电路，接着利用220/18V变压器降压，再经过桥式整流电路得到18V左右直流电压，再接着通过一系列的隔离滤波进入直流转换稳压器件LM2575最终得到系统正常工作所需要的5V电压。另外，考虑到存在停电的可能性，还应该设计系统的备用电源。备用电源可以采用比较常见的镍氢电池，当系统正常供电时，电池处于充电状态，对于充电的管理可以选用比较常用的电源充电管理芯片MAX713来管理备用电池的充电过程。当现场停电时，自动转为备用电池给抄表终端系统供电。
（1）正常条件下供电电路：系统在正常运行时采用单相交流电源供电方式，提供给单片机稳定的+5V电源可以采用典型的单相桥式整流电路得到18V直流电压，后通过直流转换稳压器件LM2575轉换得到系统正常工作所需的+5V电压。
（2）备用电池充电电路：系统在由外部电源正常供电的同时对备用镍氢电池进行充电。备用电池充电电路的功能主要由电源充电管理芯片MAX713来完成。它可以通过简单的管脚电配置进行编程来实现对充电电池数量和最大充电时间的控制。当系统失去外部市电供电电压以后自动切换为由备用电池供电。
2.系统基本电路设计
由抄表系统结构原理可知，抄表终端要使用两个串口分别对上层和下层通信，一个串口用作RS-232，用来和电表进行通信，一个串口用作RS-485，用来和数据采集计算机通信。由于一般的51单片机只有一个串口驱动器，因此主控制器可以直接选用具有两个串口驱动器的W77E 58单片机或者采用一般单串口单片机外加串口扩展芯片。
3.掉电数据保护功能的实现
在单片机控制系统中，通常要保证一些重要的数据在系统掉电后不丢失，当系统再次上电后能够正确地读取这些数据。本设计中就需要实现一些通信数据的掉电保护功能。实现掉电数据保护功能的方法有很多，常用的有系统扩展易失性存储器（RAM）外加电池的方法和系统扩展非易失性存储器（ROM）的方法。其中系统扩展非易失性存储器的方法中常使用EEPROM和FLASH作为存储介质。
EEPROM的擦写速度将不断加快，容量将不断提髙，将可作为非易失性的RAM使用。由于所设计的系统中需要实现掉电数据保护功能的数据不多，所以选用支持IIC总线数据传输协议的串行EEPROMAT24C04作为系统的掉电数据保护介质，它拥有512x8bit的存储容置，具有结构紧凑、存储容量大等特点。它的IIC接口简单、操作方便，特别适合存储单片机控制系统中一些重要参数。
由于所选用的W77E58单片机没有IIC总线接口，所以我们要用单片机的I/O口模拟IIC总线的时序来实现芯片的读写功能。用单片机的普通I/O口模拟IIC总线的硬件连接非常简单，只需要使用W77E58单片机的P1.0口连接SCL，P1.1口连接SDA即可。
4.基于RS-232、RS-485串行通信接口电路设计
在实际应用中，单片机很多时候不是作为一个独立的控制单元而存在，它还要与其他单元进行通信。串行接口是单片机应用系统常用的通信接口。在实际应用中，单片机系统使用的是TTL电平，单片机中的串口输出的信号也是如此，但是串行通信中一般使用的是RS-232 通信协议，二者的电平并不相同，需要外接接口进行电平匹配。实现这种电平变换可以使用分立元件，也可以采用集成电路芯片，目前较为广泛的是使用集成电路转换芯片。
由于抄表终端与数据采集计算机的距离较远，采用RS-232标准进行通信，带负载能力差、通信范围小，传送距离不超过15m，难以满足远距离的数据传输和控制。长距离通信通常采用RS-485方式。在单片机系统中加入RS-485方式的串行通信，就可以完成抄表终端与远程上位数据采集计算机的数据传送。RS-485总线采用差分信号传输，抗干扰能力强，传输距离远。采用双绞线在100kbit/s的速率时可以传送的距离为1.2km，若速率降到9600bit/s则传送距离可达15km。RS-48 5可以实现多个负载的功能。用一对线便可连接多达32个不同设备。
RS-232既是电气标准也是物理标准，而RS-485只是电气标准，没有规定现实其电气特性所必需的物理环境，故可采用RS-232的物理标准。这就为在单片机系统中实现RS-485通信提供了方便。应用时仍使用单片机的串口，但是信号传递过程中使用RS-485协议，以达到较长的传输距离。
四、结束语
抄表系统也经历了一个由低级到高级、由机械到智能、由人工到电脑的发展历史。自动抄表系统被逐步推广和应用，对电力部门高效工作起到了不可替代的作用，推动着电力系统向着更高更强的现代化水平迈进。
参考文献：
[1]徐德军，蔡键龙，龚建荣.用单片机实现远程自动抄表[J].电子工程师.
[1]任世昌，王党希，郭军，黄龙云.基于GPRS的远程抄表系统集中器设计与研究[J].机械设计与制造