1.緒論1
1.1課題的研究意義1
1.2智能電度表的發(fā)展情況2
1.2.1機(jī)電結(jié)合的電度表2
1.2.2全電子式電度表3
1.2.3無線抄表5
1.3本設(shè)計(jì)電度表的主要特點(diǎn)5

2.智能電度表的硬件設(shè)計(jì)7
2.1工作原理7
2.2硬件電路設(shè)計(jì)8
2.2.1本設(shè)計(jì)核心芯片89C20519
2.2.2A/D轉(zhuǎn)換器TLC54915
2.2.3看門狗監(jiān)控器的選擇X2504515
2.2.4通訊總線的選擇RS-485總線19
2.3本設(shè)計(jì)電度表的誤差分析27
2.3.1機(jī)械表芯測量誤差28
2.3.2電子檢測誤差28

3.軟件設(shè)計(jì)30
3.1軟件設(shè)計(jì)的思想和方法30
3.2軟件流程圖31
4.結(jié)論33
致謝36

參考文獻(xiàn)：3

1.緒論
1.1課題的研究意義
隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,電力已經(jīng)成為國家的最重要能源。近年來，我國電力系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，特別是作為基礎(chǔ)自動化的變電站綜合自動化更是方興未艾，其中電度量對電力部門來說是一個(gè)非常重要的參數(shù)。就民用電力來說,由于人民物質(zhì)生活的極大豐富,生活質(zhì)量迅速提高,對電力的需求也越來越大。但是,當(dāng)前居民用電的管理過于落后,居民用電管理收費(fèi)多年來一直采用先用電、后抄表、再付費(fèi)的傳統(tǒng)作業(yè)方式。

在社會走向信息化,網(wǎng)絡(luò)化,電力系統(tǒng)大踏步現(xiàn)代化的今天,手工抄表更是與無人值班等高度的自動化形成了鮮明對比,成為制約供電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理的一大障礙。就系統(tǒng)的完整性而言,電力系統(tǒng)從發(fā)電,配電,傳輸一直到區(qū)域變電所已基本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理,而唯獨(dú)用戶終端沒有和網(wǎng)絡(luò)連接上,造成了系統(tǒng)的不完整,直接或間接的影響了系統(tǒng)潛能的發(fā)揮。

居民用電絕大多數(shù)實(shí)行“分表制”,即若干集中居住的家庭(一個(gè)居住單元或若干居住單元的集合)使用一個(gè)總的電表,每戶裝一個(gè)分電表,電力部門抄表員抄收總電表的電量,作為居民交付電費(fèi)的依據(jù)。居委會或物業(yè)管理部門還需去抄取各家電表的讀數(shù),按比例收取電費(fèi)。
這種用電管理模式,給居民帶來諸多不便,而且增加了管理人員的工作。1998年開始在全國范圍內(nèi)實(shí)行電力城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造，使得電度表數(shù)量迅速增大，抄表的工作量就會越來越大，因此在電網(wǎng)改造過程中實(shí)現(xiàn)自動抄表是非常必要的，同時(shí)也是電能管理進(jìn)步的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì),僅電力部門的抄表隊(duì)伍人數(shù)就數(shù)以萬計(jì),且人為方式弊端多,工作效率低,給管理部門造成了人力、物力、時(shí)間上的極大浪費(fèi)。

為了適應(yīng)社會的需要,保證用戶安全、合理、方便地用電,對傳統(tǒng)的電表和用電的管理模式進(jìn)行改造,使之符合社會發(fā)展的需要就顯得很有必要。要實(shí)現(xiàn)電表集中自動抄表,其前提是電表需首先實(shí)現(xiàn)智能化,這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)出戶,以達(dá)到集中抄表的目的。要實(shí)現(xiàn)自動抄表，就要使電度表具有遠(yuǎn)傳功能，而常用的電度表多為感應(yīng)式機(jī)械電度表，這種表具有運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但不具有遠(yuǎn)傳功能。

正是由于以上背景,智能電度表應(yīng)運(yùn)而生。所謂智能電度表,就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),通訊技術(shù)等,形成以智能芯片(如ＣＰＵ)為核心,具有電功率計(jì)量計(jì)時(shí)、記費(fèi)、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能的電度表。

1.2智能電度表的發(fā)展情況

1.2.1機(jī)電結(jié)合的電度表
第一類機(jī)電結(jié)合的電度表,是在原有的機(jī)械表的基礎(chǔ)上,加裝電子式計(jì)數(shù)裝置和相應(yīng)的控制、通訊電路,或加上IC卡讀寫接口以實(shí)現(xiàn)自動計(jì)量計(jì)費(fèi)和控制;其基本結(jié)構(gòu)是在原有機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤上打孔或涂(貼)上能吸收光線的材料,通過光電轉(zhuǎn)換,將機(jī)械轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動變換成電脈沖信號,再進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)數(shù)處理。這類電度表由于其計(jì)量原理沒有改動,其計(jì)量精度和特性與機(jī)械表完全一樣,而成本相對較高,其優(yōu)勢在于能充分利用現(xiàn)已安裝使用中的大量的機(jī)械電度表,且其計(jì)量原理為大眾所熟悉而容易接受。

另一類機(jī)電結(jié)合的電度表則是采用電子式計(jì)量電路在獲得數(shù)字式脈沖信號后,通過微型電機(jī)驅(qū)動字碼轉(zhuǎn)輪得到電能計(jì)數(shù)值,這種結(jié)構(gòu)是最簡潔可行的電子式電度表的方案,但遺憾的是其對計(jì)量電路的要求較高,即要求所有的表都按一個(gè)固定的比例將電能值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)數(shù)量的數(shù)字脈沖,才能按正確的速度驅(qū)動微電機(jī)以轉(zhuǎn)動字輪。這個(gè)比例就是所謂的電表常數(shù)(mp/kwH),由于電路中所用的決定脈沖速度的定時(shí)元件大都是參數(shù)離散性較大的阻容元件,為了保證電度表的計(jì)量精度和產(chǎn)品的一致性,就必須在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對元件的篩選和對半成品的調(diào)校,也就是說要增加相應(yīng)的人力物力的投入并要延長生產(chǎn)周期,從而使電度表的生產(chǎn)費(fèi)用和成本有所增加。另外這種結(jié)構(gòu)的電度表在數(shù)據(jù)收集和用戶繳費(fèi)方式上與老式的機(jī)械表沒什么區(qū)別,應(yīng)屬淘汰產(chǎn)品。

1.2.2全電子式電度表
全電子式電度表則是當(dāng)今國內(nèi)最先進(jìn)的一類電度表,其采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)和專門設(shè)計(jì)的電能測量集成電路,具有計(jì)量精度高、可防止竊電、自身損耗低和可靠性高等特點(diǎn)。其中的一些型號還具有復(fù)式計(jì)費(fèi)功能。由于此類電度表的用電量數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)字化,可以很方便地與各種數(shù)據(jù)收集傳送電路配合組成自動計(jì)量計(jì)費(fèi)的系統(tǒng),是現(xiàn)行家用電度表的換代產(chǎn)品,該類產(chǎn)品的大量使用將節(jié)省供電部門大量的抄表計(jì)算工作,并能及時(shí)回收電費(fèi)(先付費(fèi)后用電),具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

關(guān)于抄表方案,國內(nèi)近幾年流行以下幾種模式:
1）總線制集中抄表:電表部分采用智能電表,各戶智能電表信號線并接在一根總線上,總線連接到樓下轉(zhuǎn)接器,各樓轉(zhuǎn)接器與小區(qū)的集中器相連,由集中器集中供電。

2）電力載波抄表:電力載波集中抄表系統(tǒng)是直接利用現(xiàn)有低壓輸電線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募谐硐到y(tǒng),省去了鋪線工程,優(yōu)勢明顯。該系統(tǒng)集微電子技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新產(chǎn)品,具有高可靠且安裝簡單等顯著特點(diǎn),廣泛適用于城市及農(nóng)村的電表、氣表抄收、計(jì)費(fèi)和監(jiān)控。但由于電力線是給用電設(shè)備傳送電能的,而不是用來傳送數(shù)據(jù)的,所以電力線對數(shù)據(jù)傳輸有許多限制:

(1)配電變壓器對力載波信號有阻隔作用,所以電力載波信號只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送;

(2)不同信號耦合方式對電力載波信號損失不同;(3)電力線存在本身固有的脈沖干擾。另外電力線上的高削減、高噪聲、高變形,使電力線成為一個(gè)不理想的通信媒介,但由于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展,使電力線載波通信成為可能,其中數(shù)據(jù)信號的信噪比決定傳輸距離的遠(yuǎn)近。電力線載波通信的關(guān)鍵就是選用一個(gè)功能強(qiáng)大的電力線載波專用Modem芯片。
系統(tǒng)組成:

(1)遠(yuǎn)傳表。具有脈沖輸出的水表、電表、氣表、熱表等計(jì)量表為遠(yuǎn)傳表,其計(jì)量方式與傳統(tǒng)表一樣,不同的是在原基表上增加了脈沖輸出功能,每個(gè)脈沖代表一定的計(jì)量值。采集器通過遠(yuǎn)傳表脈沖輸出端口采集脈沖。

(2)采集器。我公司研制的采集器能同時(shí)采集水表、電表、氣表、熱表等輸出的脈沖信息,并將這些脈沖信息轉(zhuǎn)換成計(jì)量認(rèn)可的物理量,存儲在各采集器的存儲器中,通過管理微機(jī),可以查詢系統(tǒng)中任意一戶的耗能信息,并在管理微機(jī)的抄表等命令下將用戶信息上傳。

(3)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的主要任務(wù)為:完成與采集器的數(shù)據(jù)通信工作,向采集器下達(dá)電量數(shù)據(jù)凍結(jié)命令,定時(shí)循環(huán)接收采集器的電量數(shù)據(jù)或根據(jù)系統(tǒng)要求接收某個(gè)電表或某組電表的數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)要求完成與主站的通訊,將用戶用電數(shù)據(jù)等主站需要的信息傳送到主站數(shù)據(jù)庫中。下行通道指的是轉(zhuǎn)換器與采集器之間的通信線路,主要有總線抄表系統(tǒng)、載波抄表系統(tǒng)和紅外抄表系統(tǒng)等三種方式。通信信道上行通道指的是轉(zhuǎn)換器與主站之間的通信線路,可以采用電話、無線、專線等通信介質(zhì)。

(4)系統(tǒng)管理軟件功能。系統(tǒng)管理軟件以通訊為基礎(chǔ),以數(shù)據(jù)庫為核心,提供數(shù)據(jù)處理、查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、備份等功能;采用面向?qū)ο蠛湍K化相結(jié)合的方法,靈活支持不同客戶的要求,如特殊格式報(bào)表,權(quán)限控制等;持客戶原有的管理系統(tǒng),可與其它管理軟件接口,提供數(shù)據(jù)接口和通訊接口,具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能;可同時(shí)管理多個(gè)小區(qū),對各小區(qū)設(shè)置通訊參數(shù);電表管理,設(shè)置電表的原始參數(shù)、地址、及其狀態(tài);費(fèi)率管理,可任意設(shè)置多種費(fèi)率,設(shè)置能源的單價(jià);用戶管理,管理和控制每戶的用量,管理用戶的結(jié)算式;實(shí)時(shí)抄表功能,系統(tǒng)可抄取各能源表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);費(fèi)用自動計(jì)算,實(shí)現(xiàn)將公共能源損耗平均分?jǐn)偦虬幢壤謹(jǐn)偟矫繎舨⒏鶕?jù)查表數(shù)據(jù)和單價(jià),自動計(jì)算每產(chǎn)應(yīng)交費(fèi)用,以便向用戶收費(fèi);打印功能,打印各用戶費(fèi)用清單;查詢功能,可隨時(shí)查詢?nèi)我粦簟⑷我粏卧孔艏罢麄€(gè)小區(qū)內(nèi)所有住戶的耗能信息。

1.2.3無線抄表
無線抄表是利用空間的無線信道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的,這樣的抄表方式毋須置疑是最為簡單、方便的抄表模式,甚至在最近建設(shè)部某通訊規(guī)約的討論稿中也初定了三表無線抄表使用的無線電頻點(diǎn),但無線數(shù)據(jù)傳輸存在著在建筑物對無線電信號的反射、吸收等作用下,信號傳輸不穩(wěn)定的問題,另外表具安裝位置、空間抗擾等也對其穩(wěn)定工作有較大影響,同時(shí)無
線電表產(chǎn)品自身也存在功耗等問題,因此該模式概念上雖然都很好,但真正大面積推廣應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)臍v程。

舊的事物消亡,新的事物產(chǎn)生,是辯證唯物主義發(fā)展觀中事物發(fā)展規(guī)律必然趨勢,同樣智能電表的發(fā)展是也是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而必然前進(jìn)的,市場的需求也進(jìn)一步推動了該產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步,因此,無論各地的用電管理部門還是智能電表生產(chǎn)廠家,都迫切需要有一個(gè)規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn),以使目前的電表行業(yè)早日步入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展道路。

1.3本設(shè)計(jì)電度表的主要特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)電度表是在機(jī)械式電度表的基礎(chǔ)上加入了微處理單元電子電路，實(shí)現(xiàn)了自動抄表，同機(jī)械式電度表相比，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）電度表的窗口值完全復(fù)制
微處理單元能將電度表的窗口值完全復(fù)制，即內(nèi)存單元中的讀數(shù)值與該表計(jì)數(shù)器窗口顯示值無差。該特點(diǎn)優(yōu)于任何一種以脈沖式電度表。因?yàn)槊}沖累計(jì)式的產(chǎn)品不可避免地丟漏脈沖而產(chǎn)生誤差。

2）無需設(shè)置初值
任何一類脈沖表，開始工作時(shí)都不可避免要設(shè)置初使值，每當(dāng)搶修、停電（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）、核表等都如此，而本產(chǎn)品不需要。因而大大地方便了電度表的安裝與使用。

3）可靠的計(jì)量性能
因不改變原基表測量電路及元件，僅對其機(jī)械計(jì)數(shù)器進(jìn)行光電編碼，復(fù)制計(jì)數(shù)器窗口值，這樣就保證了原基表的測量精度。

4）方便的召喚讀出方式
當(dāng)上位機(jī)下發(fā)讀表指令時(shí)，微處理單元校核指令正確后讀表，通過RS-485上發(fā)窗口值，這樣即取即讀，節(jié)約了通道資源，同時(shí)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

5）功耗少
因采用了召喚讀出方式，且處理單元所用芯片為低功耗CMOS電路，所以未召喚讀表時(shí)，編碼器不加電，耗能極低。

2.智能電度表的硬件設(shè)計(jì)

2.1工作原理
此智能電度表的技術(shù)核心部分是對感應(yīng)式機(jī)械電度表的機(jī)械計(jì)數(shù)器直讀并遠(yuǎn)傳，它由以光電器件為核心的偏碼器和以單片機(jī)為核心的處理器兩部分組成。

編碼器就是對原有的機(jī)械計(jì)數(shù)器進(jìn)行改造，加裝光電編碼裝置，它由底板和垂直插板構(gòu)成，計(jì)數(shù)器的字鼓上開有兩個(gè)不同型狀的透光孔，在立板的電路上焊有對稱分布放置的發(fā)射及接收微封裝光電耦合對管。這樣當(dāng)計(jì)數(shù)器的字鼓置于兩個(gè)立片之間時(shí)，就能根據(jù)發(fā)射接收對管和字鼓上透光孔相對位置的變化編制出不同的二進(jìn)制碼。

處理器以單片機(jī)為核心的電路構(gòu)成。CPU通過串行接口收到的遠(yuǎn)端上位機(jī)下發(fā)的讀表命令后，它逐位讀取各位計(jì)數(shù)器字鼓對應(yīng)的接收管的電壓（每個(gè)字鼓有五對發(fā)射接收對管），據(jù)電壓的不同按照特定的編碼原則，把每個(gè)字鼓上的窗口值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的BCD碼。并通過RS-485送出讀數(shù)值。

由于選用了具有內(nèi)置程序存貯器和串行通訊口的89C2051單片機(jī)，使得外圍電路得到很大的簡化，體積也相對地減小，可以在不改動電度表內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上把微處理單元安裝于電度表內(nèi)，達(dá)到計(jì)量不出表。從而提高了計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性。另外，還可用程序追蹤判定讀數(shù)正誤，更提高了計(jì)數(shù)器的數(shù)值讀數(shù)的準(zhǔn)確度。當(dāng)CPU通過RS-485收到上位機(jī)發(fā)出的讀表命令時(shí)，把命令中的地址碼與從X25045中讀出的本表地址碼比較，當(dāng)其一致時(shí)開始讀表；首先把CPU的P1.7置低電平，選通TLC549，使放大的電流加到電度表計(jì)數(shù)器中的發(fā)射管；通過P1.0、P1.

1、P1.2和P1.3分時(shí)選通每片CD4051，而通過P1.

4、P1.5和P1.6實(shí)現(xiàn)CD4051的八選一，這樣就可以把30路接收管的電壓分時(shí)加至TLC549的模入端，CPU從TLC549讀入對應(yīng)的數(shù)字量；然后再置P1.7為高電平，停止讀表。把采集到的值經(jīng)過特定的編碼方式進(jìn)行編碼、查表，可確定電度表計(jì)數(shù)器的示值。通過RS-485把本次的讀表示值上傳給上位機(jī)，完成本次的讀表操作。
2.2硬件電路設(shè)計(jì)
在本設(shè)計(jì)智能電度表的硬件電路設(shè)計(jì)部分中，CPU采用了單片機(jī)AT89C2051。單片機(jī)89C2051是20腳雙列直插且具有2K字節(jié)的FlashMemory作為程序存儲器，128字節(jié)的內(nèi)部RAM，P3口是雙功能端口。
4片CD4051組成輸入信號選擇電路，接收來自30只接收管的電壓信號。
30路信號選通進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器TLC549，TLC549是8腳雙列直插的八位串行A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間是17us，I/O時(shí)鐘頻率可達(dá)1.1MHz。
SN75LBC184是具有瞬變電壓抑制的RS-485收發(fā)器,能防雷電和抗靜電作用,具有熱關(guān)斷保護(hù)；總線上可掛64個(gè)收發(fā)器,傳送數(shù)據(jù)速率在100kbit/S時(shí)通信距離可達(dá)1200m。
X25045是可編程看門狗監(jiān)控E2PROM，它把可編程看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和E2PROM組合在單一封裝之內(nèi)；外部I/O采用串行操作，512X8位串行E2PROM，本機(jī)用于存放本表的地址號；看門狗定時(shí)器有1.4S、60mS、200mS可選。電壓監(jiān)控在電源電壓低至1V時(shí)，復(fù)位信號有效。

硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1

圖2.1微處理單元硬件結(jié)構(gòu)

2.2.1本設(shè)計(jì)核心芯片89C2051
ATMEL89系列單片機(jī)是ATMEL公司的8位Flash單片機(jī)系列。這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有Flash存儲器，因此，有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式、省電和特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得尤為適用。
在小型控制系統(tǒng)中，活躍著89C2051單片機(jī)這類簡單適用的微處理器。它不僅包括了運(yùn)算器和控制器，還有小規(guī)模的存儲器以及輸入輸出接口。可以獨(dú)立地完成數(shù)據(jù)的采集、處理，與儀表或PC機(jī)進(jìn)行串行通訊或接受儀表發(fā)送的數(shù)據(jù)。

89系列單片機(jī)是以8031技術(shù)為核心構(gòu)成的器件。所以，它和8051系列單片機(jī)是完全兼容的系列產(chǎn)品。這個(gè)系列對于以8051為核心的系統(tǒng)來說，是十分容易進(jìn)行取代和構(gòu)造的。因此，用89系列單片機(jī)取代8051的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的事。采用89C2051芯片作為中央處理芯片，由于該單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，所以節(jié)省電能，這對于降低產(chǎn)品的功耗十分有用。

對于一般的OTP產(chǎn)品，一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品。而89C2051芯片內(nèi)部采用了Flash存儲器：89C2051芯片是一個(gè)帶有2kBFlash可編程、可擦除只讀存儲器（EEPROM）的低壓、高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。
因而，在89C2051芯片的使用過程中，錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，故不存在廢品。可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。每次試驗(yàn)可以編入不同的程序，這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。而且隨著用戶的需要和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，還可以不斷地進(jìn)行修改，使系統(tǒng)能夠不斷追隨用戶的最新要求，與時(shí)俱進(jìn)。在一般情況下，可以重新使用1000次左右。

它采用了ATMEL的高密非易失存儲技術(shù)制造，并且和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL和Flash存儲器，使89C2051成為一款強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)。它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了高度靈活和成本低的解決辦法。

1)89C2051芯片89C2051芯片除提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2kBFlash存儲器；128字節(jié)RAM；它還具有15條1/0引線；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；1個(gè)5向量2級中斷結(jié)構(gòu)；1個(gè)全雙工串行口；1個(gè)精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。此外，89C2051是用可降到0頻率的靜態(tài)邏輯操作設(shè)計(jì)的，并支持兩種可選的軟件節(jié)電工作方式。空閑方式停止CPU工作，但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。

主要性能參數(shù)：

·MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容
·2K字節(jié)可重擦寫閃速存儲器
·1000次擦寫周期

·2.7—6V的工作電壓范圍
·全靜態(tài)操作：0HZ—24MHZ
·兩極加密程序存儲器
·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM
·15個(gè)可編程I/O口線
·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器
·6個(gè)中斷源
·可編程串行UART通道
·可直接驅(qū)動LED的輸出端口
·內(nèi)置一個(gè)模擬比較器

·低功耗空閑和掉電模式

AT89C2051的引腳結(jié)構(gòu)如圖2.2

圖2.289C2051引腳結(jié)構(gòu)

引腳功能:
·VCC電源電壓
·GND地
·P1口：P1口是一組8位雙相I/O口，P1.2—P1.7提供內(nèi)部上拉電阻主要是考慮它們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（AINO）和反相輸入端（AIN1），如果需要應(yīng)在外部接上拉電阻。Pl口輸出緩沖器可吸收20M電流并可直接驅(qū)動LED。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時(shí)可作輸入端，當(dāng)引腳Pl.2-Pl.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流。

·P3口接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。
·RST:復(fù)位輸入。RST引腳一旦變成兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，所有的I/O口都將復(fù)制到“1"(高電平)狀態(tài)，當(dāng)振蕩器正在工作時(shí)，持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平便可完成復(fù)位，每個(gè)機(jī)器周期為12個(gè)振蕩時(shí)鐘周期。
·XTALl:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。
·XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。

振蕩器特征：
XTAL1,XTAL2為片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，如下圖所示。可采用石英晶體或陶瓷振蕩器組成時(shí)鐘振蕩器，如需從外部輸入時(shí)鐘驅(qū)動AT89C2051，時(shí)鐘信號從XTAL1輸入，XTAL2應(yīng)懸空。由于輸入到內(nèi)部電路是經(jīng)過一個(gè)2分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時(shí)鐘信號無需特殊要求，但它必須符合電平的最大值和最小值及時(shí)序規(guī)范。

2)AT89C2051指令的約束條件：
AT89C2051是經(jīng)濟(jì)型低價(jià)位的微控制器，它含有2k字節(jié)的Flash閃速程序存儲器，指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容，可使用MCS-51指令系統(tǒng)對其進(jìn)行編程。但是在使用某些有關(guān)指令進(jìn)行編程時(shí)，須注意一些事項(xiàng)和跳轉(zhuǎn)或分支有關(guān)的指令有一定的空間約束，使目的地址能安全落在AT89C2051的2k字節(jié)的物理程序存儲器空間內(nèi)。對于2k字節(jié)存儲器的AT89C2051來說，LJMP7EOH是一條有效指令，而LJMP900H則為無效指令。

(1)分支指令
對于LCALL,LJMP,ACALL,AJMP,SJMP,JMP@A+DPTR等指令，只要記住這些分支指令的目的地址在程序存儲器大小的物理范圍(AT89C2051程序地址空間為:OOOH-7FFH單元)，這些無條件分支指令就會正確執(zhí)行，超出物理空間的限制會出現(xiàn)不可預(yù)知的程序出錯(cuò)。

CJNE[……],DJNZ[……],JB,JNB,JC,JNC,JBC,JZ,JNZ等這些條件轉(zhuǎn)移指令的使用與上述原則一樣，同樣，超出物理空間的限制也會引起不可預(yù)知的程序出錯(cuò)。至于中斷的使用，80C51系列硬件結(jié)構(gòu)中已保留標(biāo)準(zhǔn)中斷服務(wù)子程序的地址。

(2）與MOVX相關(guān)的指令，數(shù)據(jù)存儲器
AT89C2051包含128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，這樣，AT89C2051的堆棧深度局限于內(nèi)部RAM的128字節(jié)范圍內(nèi)，它既不支持外部數(shù)據(jù)存儲器的訪問，也不支持外部程序存儲器的執(zhí)行，因此程序中不應(yīng)有MOVX[……」指令。一般的80C51匯編器即使在違反上述指令約束而寫入指令時(shí)仍對指令進(jìn)行匯編，用戶應(yīng)了解正在使用的AT89C2051微控制器的存儲器物理空間和約束范圍，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整所使用的指令尋址范圍以適應(yīng)AT89C2051。
AT89C2051可使用對芯片上的兩個(gè)加密位進(jìn)行編程(P)或不編程(U)來得到，功能如表2.3所示

表2.3
空閑模式:
在空閑模式下，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。P1.0和P1.1在不使用外部上拉電阻的情況下應(yīng)設(shè)置為“0",或者在使用上拉電阻的情況下設(shè)置為“1"應(yīng)注意的是:在用硬件復(fù)位終止空閑模式時(shí)，AT89C2051通常從程序停止一直到內(nèi)部復(fù)位獲得控制之前的兩個(gè)機(jī)器周期處恢復(fù)程序執(zhí)行。在這種情況下片內(nèi)硬件禁止對內(nèi)部RAM的讀寫，但允許對端口的訪問，要消除硬件復(fù)位終止空閑模式對端口意外寫入的可能，原則上進(jìn)入空閑模式指令的下一條指令不應(yīng)對端口引腳或外部存儲器進(jìn)行訪問。

掉電模式:
在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在Vcc恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。P1.0和P1.1在不使用外部上拉電阻的情況下應(yīng)設(shè)置為“0",或者在使用外部上拉電阻時(shí)應(yīng)為“1"。

2.2.2A/D轉(zhuǎn)換器TLC549
TLC549是以8位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而構(gòu)造的CMOSA/D轉(zhuǎn)換器。它設(shè)計(jì)成能通過3態(tài)數(shù)據(jù)輸出與微處理器或外圍設(shè)備串行接口。TLC549僅用輸入/輸出時(shí)鐘和芯片選擇輸入作數(shù)據(jù)控制。TLC549的I/OCLOCK輸入頻率最高可達(dá)1.1MHz。
TLC549的使用與較復(fù)雜的TLC540和TLC541非常相似；不過，TLC549提供了片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，它通常工作在4MHz且不需要外部元件。片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘使內(nèi)部器件的操作獨(dú)立于串行輸入/輸出端的時(shí)序并允許TLC549象許多軟件和硬件所要求的那樣工作。I/OCLOCK和內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘一起可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送，對于TLC549為每秒40,000次的轉(zhuǎn)換速度。TLC549的其他特點(diǎn)包括通用控制邏輯，可自動工作或在微處理器控制下工作的片內(nèi)采樣-保持電路，具有差分高阻抗基準(zhǔn)電壓輸入端，易于實(shí)現(xiàn)比率轉(zhuǎn)換（ratiometricconversion）、定標(biāo)（scaling）以及與邏輯和電源噪聲隔離的電路。整個(gè)開關(guān)電容逐次逼近轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)允許在小于17μs的時(shí)間內(nèi)以最0±0.5最低有效位（LSB）的精度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。
2.2.3看門狗監(jiān)控器的選擇X25045
看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，
而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運(yùn)行監(jiān)視器”，如計(jì)數(shù)型的看門狗電路通常由555多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運(yùn)行不夠可靠。

1)X25045芯片
X25045是美國Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將EEPROM、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。
X25045引腳如圖2-4所示。

圖2.4X25045引腳結(jié)構(gòu)

其引腳功能如下
CS：片選擇輸入；SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出；SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入X25045；SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出；WP：寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止；Vss：地；Vcc：電源電壓；RESET：復(fù)位輸出。
X25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表2.5所示。

表2.5X25045指令及其含義
指令名指令格式操作
WREN00000110設(shè)置寫使能鎖存器（允許寫操作）
WRDI00000100復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操作）
RDSR00000101讀狀態(tài)寄存器
WRSR00000001寫狀態(tài)寄存器
READ0000A8011把開始于所選地址的存儲器中的數(shù)據(jù)讀出
WRITE0000A8010把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲器

2)X25045看門狗電路設(shè)計(jì)
X25045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動，則X25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號，經(jīng)過微分電路C
2、R3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU復(fù)位。圖2電路中，CPU的復(fù)位信號共有3個(gè)：上電復(fù)位(C

1、R2)，人工復(fù)位(S、R

1、R2)和Watchdog復(fù)位(C

2、R3)，通過或門綜合后加到RESET端。C

2、R3的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí)CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。
看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD
1、WD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。如表2.6所示。

表2.6X25045狀態(tài)寄存器

D7
D6D5D4D3D2D1D0
X
XWD1WD0BL1BL0WELWIP

WD1＝0，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為1.4s。WD1＝0，WD0=1，預(yù)置時(shí)間為0.6s。WD1＝1，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為0.2s。WD1＝1，WD0=1，禁止看門狗工作。
看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時(shí)，則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。X25045的看門狗電路使用十分方便。X25045內(nèi)部還集成了512BEEPROM和電壓運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，只需這樣一塊芯片，外加晶振和復(fù)位電路就可以組成單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，非常適合于便攜式儀器和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3)軟件看門狗技術(shù)
我們知道看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。硬件看門狗是利用了一個(gè)定時(shí)器，來監(jiān)控主程序的運(yùn)行，也就是說在主程序的運(yùn)行過程中，我們要在定時(shí)時(shí)間到之前對定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說PC指針不能回來。那么定時(shí)時(shí)間到后就會使單片機(jī)復(fù)位。
軟件看門狗技術(shù)的原理和這差不多，只不過是用軟件的方法實(shí)現(xiàn)，我們還是以51系列來講，我們知道在51單片機(jī)中有兩個(gè)定時(shí)器，我們就可以用這兩個(gè)定時(shí)器來對主程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。我們可以對T0設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)產(chǎn)生定時(shí)中斷的時(shí)候?qū)σ粋€(gè)變量進(jìn)行賦值，而這個(gè)變量在主程序運(yùn)行的開始已經(jīng)有了一個(gè)初值，在這里我們要設(shè)定的定時(shí)值要小于主程序的運(yùn)行時(shí)間，這樣在主程序的尾部對變量的值進(jìn)行判斷，如果值發(fā)生了預(yù)期的變化，就說明T0中斷正常，如果沒有發(fā)生變化則使程序復(fù)位。對于T1我們用來監(jiān)控主程序的運(yùn)行，我們給T1設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，在主程序中對其進(jìn)行復(fù)位，如果不能在一定的時(shí)間里對其進(jìn)行復(fù)位，T1的定時(shí)中斷就會使單片機(jī)復(fù)位。在這里T1的定時(shí)時(shí)間要設(shè)的大于主程序的運(yùn)行時(shí)間，給主程序留有一定的的裕量。而T1的中斷正常與否我們再由T0定時(shí)中斷子程序來監(jiān)視。這樣就夠成了一個(gè)循環(huán)，T0監(jiān)視T1，T1監(jiān)視
主程序，主程序又來監(jiān)視T0，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
2.2.4通訊總線的選擇RS-485總線
1)RS-485通訊標(biāo)準(zhǔn)
RS-485是美國電氣工業(yè)聯(lián)合會(EIA)制定的利用平衡雙絞線作傳輸線的多點(diǎn)通訊標(biāo)準(zhǔn)。它采用差分信號進(jìn)行傳輸，最大傳輸距離可以達(dá)到1.2km，最大可連接32個(gè)驅(qū)動器和收發(fā)器，接收器最小靈敏度可達(dá)士200mV。由此可見，RS-485通訊協(xié)議正是針對遠(yuǎn)距離、高靈敏度、多點(diǎn)通訊制定的標(biāo)準(zhǔn)。
RS-485通訊標(biāo)準(zhǔn)允許在電路中可以有多個(gè)發(fā)送器。它允許一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動多個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器組合單元。RS-485在一對平衡傳輸?shù)膬啥硕寂渲媒K端匹配電阻，其發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器可以掛在平衡傳輸線的任何位置，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個(gè)驅(qū)動器和接收器共用同一傳輸線的應(yīng)用。
在自動化領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，迫切需要一種總線能適合遠(yuǎn)距離的數(shù)字通信。在RS-422標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動總線，具體規(guī)格要求：
（1）接收器的輸入電阻RIN≥12kΩ
（2）驅(qū)動器能輸出±7V的共模電壓
（3）輸入端的電容≤50pF
（4）輸出電壓1.5V（終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān)）
（5）接收器的輸入靈敏度為200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信號“0”（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信號“1”）
因?yàn)镽S-485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（32個(gè)）以及傳輸線成本低的特性，使得EIARS-485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。
2)異步串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)與RS—485標(biāo)準(zhǔn)總線
集控器與分機(jī)間數(shù)據(jù)通信必然要使用異步串行通信接口，標(biāo)準(zhǔn)的異步串行通信接口主要有(l)RS—232C、RS—232E；(2)RS—449(RS—42
2、RS—42

3、RS—485)；(3)20毫安電流環(huán)(4)USB通用接口。
其中RS—449和20毫安電流環(huán)可用于中長距離通信。為保證可靠數(shù)據(jù)通信，在選用通信接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，須注意兩點(diǎn)；一是通信速度和通信距離，二是抗干擾能力。通常的串行通信接口的電氣特性，都有滿足可靠傳輸時(shí)的最大傳輸速率和最大傳輸距離指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)之間具有相關(guān)性，適當(dāng)?shù)亟档蛡鬏斔俾士商岣邆鬏斁嚯x，反之亦然。串行通信接口在保證不超過其使用范圍時(shí)都有一定的抗干擾能力，但在某些環(huán)境中，干擾往往十分惡劣，因此在選擇通信介質(zhì)、接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要注意其抗干擾能力，并采取必要的抗干擾措施。
例如，在中遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，使用RS—422能有效抑制共模信號干擾；使用加毫安電流環(huán)技術(shù)，可大大降低對噪聲的敏感程度。提高有線基帶傳輸距離的有效技術(shù)有:

(l)降低波特率。
信號的衰減與信號頻率有很大關(guān)系，降低波特率可減小衰減，使通信距離增大，但卻同時(shí)降低了系統(tǒng)控制的反應(yīng)速度。

(2)加粗通信線直徑。
選用線徑粗的傳輸線可以有效地減小傳輸衰減，但勢必增加成本。

(3)增大發(fā)送端驅(qū)動電壓和電流。
選用輸出電壓和電流較大的驅(qū)動器芯片，可明顯增大通信距離。

(4)提高接收端靈敏度。

(5)采用中繼方式。
對于第一種異步串行通信接口，RS—232C使用廣泛，但缺陷明顯。采用RS—232C標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其所用的驅(qū)動器和接收器芯片采用的是單端電路，易引入附加電平：一是來自于干擾，二是由于兩端地電平不同而導(dǎo)致接收器產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)輸出。

RS—232C規(guī)定最大負(fù)載電容為2500PF，這個(gè)電容限制了傳輸距離和傳輸速率，且TTL/RS—232C轉(zhuǎn)換電路屬非平衡電壓型線電路，不具有抗共模干擾特性，如果TTL電平信號直接進(jìn)行有線傳輸，由于受信號反射波噪聲、信號階躍失真、信號幅度衰減等多種不利因素的影響，其有效傳輸距離非常有限，通常最大不過十幾米。故在一般情況下，RS—232C只用于短距通信(15米內(nèi))。若要遠(yuǎn)距通信，需加MODEM。可以看出，要實(shí)現(xiàn)中長距離數(shù)據(jù)傳輸，可采用RS—449和20毫安電流環(huán)。20毫安電流環(huán)是將電壓信號通過光耦隔離轉(zhuǎn)換成電流信號，廣泛應(yīng)用于點(diǎn)對點(diǎn)的通訊中，但是用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)總線式點(diǎn)對多點(diǎn)的通信卻比較困難，這是因?yàn)殡娏鳝h(huán)是靠電流傳送信號的，輸入阻抗低，線路的損耗也較大，這樣，很難保證最遠(yuǎn)端的節(jié)點(diǎn)正確接收到信息。當(dāng)然，在一定的條件下用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)的通信也是可以的，但距離只能限制在2.5公里以內(nèi)，更重要的是若用電流環(huán)來實(shí)現(xiàn)總線網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)容量非常有限，例如在一個(gè)有32個(gè)分機(jī)節(jié)點(diǎn)的總線網(wǎng)內(nèi)，集控器向所有分機(jī)發(fā)送信號時(shí)，其信號電流大小至少為32*0.02=0.64安，產(chǎn)生這樣大的電流對系統(tǒng)來說要求過高。

鑒于RS—232C的缺陷，制定了RS—449標(biāo)準(zhǔn)。RS—449標(biāo)準(zhǔn)與RS—232C兼容，但增加了許多內(nèi)容，可支持較高的數(shù)據(jù)傳送速率、較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳送距離，提供平衡電路改進(jìn)接口的電氣特性等等。RS—423/422標(biāo)準(zhǔn)是RS—449的子集，RS—422A是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”標(biāo)準(zhǔn)，采用雙絞線傳送信號，通過傳輸線驅(qū)動器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過傳輸線接收器，把電位差變換成邏輯電平，完成終端的信息接收。

而RS—485是RS—422A的變型，同樣使用專用的接收、發(fā)送芯片，這種類型的芯片一般是差分平衡式的，即采用差分式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，提高了抗共模干擾的能力，因此傳輸距離可達(dá)1200米左右，非常適合于本系統(tǒng)。RS—485是一種多發(fā)送器的標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)展了RS—422A的性能，允許雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動32個(gè)負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是接收器或收發(fā)器。RS—485每個(gè)通道要用兩條信號線，如果其中一條是邏輯“1”狀態(tài)，另一條就是邏輯“0”狀態(tài)。RS—485電路由發(fā)送器、平衡連結(jié)電纜、電纜終端負(fù)載、接收器幾部分組成。驅(qū)動器輸出為±2~12V，接收器可檢測到的輸入信號電平可低到200mV。
平衡驅(qū)動器的兩個(gè)輸出端分別為+Vl和—Vl，故差分接收器的輸入信號電壓V2=+VI—(—VI)=2VI，兩者間不共地，這樣既可削弱干擾的影響，又可獲得更長的傳輸距離及允許更大的信號衰減。可用于RS—485總線網(wǎng)差分平衡收發(fā)的芯片有MC3486/MC348

7、MAX48X/49X系列、MAX148OA/1480B等，本系統(tǒng)采用差分平衡收發(fā)芯片MAX489完成集控器與分機(jī)間數(shù)據(jù)通信。MAX48X/49X是MAXIM公司生產(chǎn)的適用于RS—422/RS—485標(biāo)準(zhǔn)的差分平衡收發(fā)芯片系列，其中MAX488~491可用于全雙工通信，其余僅能用于半雙工通信。使用MAX489組成的全雙工總線通信網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)上最大可掛32個(gè)收發(fā)站。
在差分平衡系統(tǒng)中，一般采用雙絞線做為信號傳輸線。由于雙絞線在長度、方向上完全對稱，因此它們受到的外界干擾程度完全相同，干擾信號以共模形式出現(xiàn)。在接收器的輸入端共模干擾受到抑制，所以可實(shí)現(xiàn)信號的可靠傳送。
另外，信號在傳輸線上傳送，若遇到阻抗不連續(xù)的情況，會出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而影響信號的遠(yuǎn)距離傳送，因此必須采用電阻匹配的方法來消除反射。雙絞線的特性阻抗一般為110~130Ω。通常在傳輸線末端接120Ω的電阻，進(jìn)行阻抗匹配。

3)影響RS-485總線通訊速度和通信可靠性的三個(gè)因素

(1)在通信電纜中的信號反射
在通信過程中，有兩種信號因?qū)е滦盘柗瓷洌鹤杩共贿B續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)，信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號在這個(gè)地方就會引起反射，如圖1所示。這種信號反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻。
從理論上分析，在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻，就再也不會出現(xiàn)信號反射現(xiàn)象。但是，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中，由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應(yīng)用環(huán)境有關(guān)。特性阻抗不可能與終端電阻完全相等，因此或多或少的信號反射還會存在。
引起信號反射的另個(gè)原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現(xiàn)在通訊線路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂。信號反射對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀瑲w根結(jié)底是因?yàn)榉瓷湫盘栍|發(fā)了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯(cuò)誤的信號，導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤或整個(gè)數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。
在信號分析，衡量反射信號強(qiáng)度的參數(shù)是RAF（RefectionAttenuationFactor反射衰減因子）。
它的計(jì)算公式如式（2-1）
RAF=20lg(Vref/Vinc)（2-1）
式中：Vref—反射信號的電壓大小；Vinc—在電纜與收發(fā)器或終端電阻連接點(diǎn)的入射信號的電壓大小。具體的測量方法如圖3所示。例如，由實(shí)驗(yàn)測得2.5MHz的入射信號正弦波的峰-峰值為+5V，反射信號的峰-峰值為+0.297V，則該通訊電纜在2.5MHz的通訊速率時(shí)，它的反射衰減因子為：
RAF=20lg(0.297/2.5)=-24.52dB（2-2）
要減弱反射信號對通訊線路的影響，通常采用噪聲抑制和加偏置電阻的方法。在實(shí)際應(yīng)用中，對于比較小的反射信號，為簡單方便，經(jīng)常采用加偏置電阻的方法。在通訊線路中，如何通過加偏置電阻提高通訊可靠性的原理，后面將做詳細(xì)介紹。

（2）在通訊電纜中的信號衰減
第二個(gè)影響信號傳輸?shù)囊蛩厥切盘栐陔娎|的傳輸過程中衰減。一條傳輸電纜可以把它看出由分布電容、分布電感和電阻聯(lián)合組成的等效電路。電纜的分布電容C主要是由雙絞線的兩條平行導(dǎo)線產(chǎn)生。導(dǎo)線的電阻在這里對信號的影響很小，可以忽略不計(jì)。信號的損失主要是由于電纜的分布電容和分布電感組成的LC低通濾波器。
PROFIBUS用的LAN標(biāo)準(zhǔn)型二芯電感（西門子為DP總線選用的標(biāo)準(zhǔn)電纜），在不同波特率時(shí)的衰減系數(shù)如表2-7所示。

表2-7電纜的衰減系數(shù)

通訊波特率16MHz4MHz38.4kHz9.6kHz
衰減體系數(shù)（1km)≤42dB≤22dB≤4dB≤2.5dB

（3）在通訊電纜中的純阻負(fù)載
影響通訊性能的第三個(gè)因素是純阻性負(fù)載（也叫直流負(fù)載）的大小。這里指的純阻性負(fù)載主要由終端電阻、偏置電阻和RS-485收發(fā)器三者構(gòu)成。
在敘述EIARS-485規(guī)范時(shí)曾提到過RS-485驅(qū)動器在帶了32個(gè)節(jié)點(diǎn)，配置了150Ω終端電阻的情況下，至少能輸出1.5V的差分電壓。一個(gè)接收器的輸入電阻為12kΩ。按這樣計(jì)算，RS-485驅(qū)動器的負(fù)載能力為：RL=32個(gè)輸入電阻并聯(lián)||2個(gè)終端電阻=（（12000/32）×（150/2））/（12000/32）+（150/2））≈51.7Ω
現(xiàn)在比較常用的RS-485驅(qū)動器有MAX48
5、DS369

5、MAX1488/1489以及和利時(shí)公司使用的SN75176A/D等，其中有的RS-485驅(qū)動器負(fù)載能力可以達(dá)到20Ω。在不考慮其它諸多因素的情況下，按照驅(qū)動能力和負(fù)載的關(guān)系計(jì)算，一個(gè)驅(qū)動器可帶節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于32個(gè)。
在通訊波特率比較高的時(shí)候，在線路上偏置電阻是很有必要的。它的作用是在線路進(jìn)入空閑狀態(tài)后，把總線上沒有數(shù)據(jù)時(shí)（空閑方式）的電平拉離0電平。這樣一來，即使線路中出現(xiàn)了比較小的反射信號或干擾，掛接在總線上的數(shù)據(jù)接收器也不會由于這些信號的到來而產(chǎn)生誤動作。通過下面的例子，可以計(jì)算出偏置電阻的大小：終端電阻Rt1=Rr2=120Ω；假設(shè)反射信號最大的峰-峰值Vref≤0.3Vp-p，則負(fù)半周的電壓Vref≤0.15V;終端的電阻上由反射信號引起的反射電流Iref≤0.15/(120||120)=2.5mA。
一般RS-485收發(fā)器（包括SN75176）的滯后電壓值為50mV，即：（Ibias-Iref）×（Rt1||Rt2）≥50mV；于是可以計(jì)算出偏置電阻產(chǎn)生的偏置電Ibias≥3.33mA+5V=Ibias(R上拉+R下拉+（Rt1||Rt2）)通過式2可以計(jì)算出R上拉=R下拉=720Ω在實(shí)際應(yīng)用中，RS-485總線加偏置電阻有兩種方法：

（1）把偏置電阻平衡分配給總線上的每一個(gè)收發(fā)器。這種方法給掛接在RS-485總線上的每一個(gè)收發(fā)器加了偏置電阻，給每一個(gè)收發(fā)器都加了一個(gè)偏置電壓。

（2）在一段總線上只用一對偏置電阻。這種方法對總線上存在大的反射信號或干擾信號比較有效。值得注意的是偏置電阻的加入，增加了總線的負(fù)載。

4)RS-485總線的負(fù)載能力和通訊電纜長度之間的關(guān)系在設(shè)計(jì)RS-485總線組成的網(wǎng)絡(luò)配置（總線長度和帶負(fù)載個(gè)數(shù)）時(shí)，應(yīng)該考慮到三個(gè)參數(shù)：純阻性負(fù)載、信號衰減和噪聲容限。純阻性負(fù)載、信號衰減這兩個(gè)參數(shù)，在前面已經(jīng)討論過，現(xiàn)在要討論的是噪聲容限（NoiseMargin）。RS-485總線接收器的噪聲容限至少應(yīng)該大于200mV。前面的論述者是在假設(shè)噪聲容限為0的情況下進(jìn)行的。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高總線的抗干擾能力，總希望系統(tǒng)的噪聲容限比EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的好一些。從下面的公式能看出總線帶負(fù)載的多少和通訊電纜長度之間的關(guān)系：
Vend=0.8(Vdriver-Vloss-Vnoise-Vbias)(2-3)
其中：Vend為總線末端的信號電壓，在標(biāo)準(zhǔn)測定時(shí)規(guī)定為0.2V；Vdriver為驅(qū)動器的輸出電壓（與負(fù)載數(shù)有關(guān)。負(fù)載數(shù)在5～35個(gè)之間，Vdriver=2.4V；當(dāng)負(fù)載數(shù)小于5，Vdriver=2.5V；當(dāng)負(fù)載數(shù)大于35，Vdriver≤2.3V）；Vloss為信號在總線中的傳輸過程中的損耗（與通訊電纜的規(guī)格和長度有關(guān)），由表2-7提供的標(biāo)準(zhǔn)電纜的衰減系數(shù)，根據(jù)公式衰減系數(shù)b=20lg(Vout/Vin)可以計(jì)算出Vloss=Vin-Vout=0.6V(注：通訊波特率為9.6kbps，電纜長度1km，如果特率增加，Vloss會相應(yīng)增大)；Vnoise為噪聲容限，在標(biāo)準(zhǔn)測定時(shí)規(guī)定為0.1V；Vbias是由偏置電阻提供的偏置電壓（典型值為0.4V）。

式（2-3）中乘以0.8是為了使通信電纜不進(jìn)入滿載狀態(tài)。從式（2-3）可以看出，Vdriver的大小和總線上帶負(fù)載數(shù)的多少成反比，Vloss的大小和總線長度成反比，其他幾個(gè)參數(shù)只和用的驅(qū)動器類型有關(guān)。因此，在選定了驅(qū)動器的RS-495總線上，在通信波特率一定的情況下，帶負(fù)載數(shù)的多少，與信號能傳輸?shù)淖畲缶嚯x是直接相關(guān)的。具體關(guān)系是：在總線允許的范圍內(nèi)，帶負(fù)載數(shù)越多，信號能傳輸?shù)木嚯x就越小；帶負(fù)載數(shù)據(jù)少，信號能傳輸?shù)木嚯x就發(fā)越遠(yuǎn)。

5)分布電容對RS-485總線傳輸性能的影響
電纜的分布電容主是由雙絞線的兩條平行導(dǎo)線產(chǎn)生。另外，導(dǎo)線和地之間也存在分布電容，雖然很小，但在分析時(shí)也不能忽視。分布電容對總
線傳輸性能的影響，主要是因?yàn)榭偩€上傳輸?shù)氖腔ㄐ盘枺盘柕谋磉_(dá)方式只有“1”和“0”。在特殊的字節(jié)中，例如0x01，信號“0”使得分布電容有足夠的充電時(shí)間，而信號“1”到來時(shí)，由于分布電容中的電荷來不及放電，(Vin+)—(Vin-)-還大于200mV，結(jié)果使接愛誤認(rèn)為是“0”，而最終導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，整個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸錯(cuò)誤。
由于總線上分布影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能降低。解決這個(gè)有兩個(gè)辦法：

（1）降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈省?br /> （2）使用分布電容小的電纜，提高傳輸線的質(zhì)量。
RS-485通訊標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)。在采用雙絞線，不用MODEM的情況下，在100kbps的傳輸速率時(shí)，可傳送1200m，若速率9600bps，則傳送距離可達(dá)1500m。它允許的最大傳輸速率為1OMbps傳輸距離為15m時(shí))。RS485通訊標(biāo)準(zhǔn)允許平衡電纜上連接32個(gè)發(fā)送器/接收器對，目前已在許多方面得到應(yīng)用，尤其是在多點(diǎn)通信系統(tǒng)中，是一個(gè)很有發(fā)展前途的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。

2.3本設(shè)計(jì)電度表的誤差分析
自九十年代起,智能電度表逐漸進(jìn)入市場。目前已在電能計(jì)量儀表中占有一定的份量,國內(nèi)外的生產(chǎn)廠家數(shù)目日益增多。由于電度表是計(jì)費(fèi)的依據(jù),關(guān)系到供電單位和用電者的權(quán)益,所以雙方對于計(jì)量誤差都很重視。

電度表的誤差和任何測量工具一樣是在所難免的。在工程設(shè)計(jì)方面,自然是必須力求其降至最低,但極需配合市場的接受能力劃出一個(gè)界限,不能漫無限制地改進(jìn)。在選用智能電度表時(shí),應(yīng)注意性能和價(jià)格的關(guān)系,必要時(shí)可以參考前面的表格。對太廉價(jià)的產(chǎn)品,應(yīng)進(jìn)一步查詢考證其測量準(zhǔn)確度的可靠程度。

目前智能電度表依其對電量的檢測方式,可分為全電子式和機(jī)電一體式兩類。因此對電度表而言,無論是全電子式、機(jī)械式或機(jī)電一體式都是在可能的價(jià)格范圍內(nèi)對電壓u(t)及電流i(t)作最精密的測量,然后以最精密的時(shí)間積分而得到最準(zhǔn)確的電量。
全電子式電度表最大的弱點(diǎn)在于當(dāng)電子線路受到損害之后,所有的資料將完全損失,很容易造成爭議。所以有廠家采用步進(jìn)電機(jī)和CPU控制的脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)相連,以機(jī)械方式輔助記錄。但這種做法一方面增加成本,另一方面由于步進(jìn)電機(jī)經(jīng)常發(fā)生遺漏脈沖的現(xiàn)象,常常使得機(jī)械記錄和電子記憶有明顯的差異。這種誤差由于其是動態(tài)發(fā)生的,所以無從估計(jì)。
機(jī)電一體式電度表的測量誤差來源有兩方面,一是機(jī)械表芯對電量測量的誤差,另一是電子部份檢測機(jī)械表芯時(shí)的誤差。

2.3.1機(jī)械表芯測量誤差
機(jī)械表芯是將被測電量轉(zhuǎn)換成鋁盤的旋轉(zhuǎn)圈數(shù),然后以機(jī)械計(jì)數(shù)器顯
示。這種測量方式已使用了數(shù)十年之久,所有誤差都有規(guī)范可循,成為一種完全成熟的技術(shù)。最重要的是這種計(jì)量方法已得到售電和用電雙方廣泛的支持與接受,采用這種單元作為計(jì)費(fèi)基礎(chǔ)完全能被市場認(rèn)可。由于計(jì)數(shù)器不會因?yàn)殡娐返臎_擊而變動,所以當(dāng)發(fā)生異常現(xiàn)象而使電表損毀時(shí)，機(jī)械表芯仍能維持損毀前的最后記錄,可供參考。
2.3.2電子檢測誤差
在機(jī)電一體式結(jié)構(gòu)中,電子電路必須從機(jī)械表芯旋轉(zhuǎn)元件(鋁盤)讀取轉(zhuǎn)動量作為計(jì)量資料。常用的讀取方式可分為電磁式和光電式兩大類。

(1)電磁式讀頭誤差
電磁式讀頭是基于霍爾效應(yīng)的原理,在表芯轉(zhuǎn)軸上加裝一永磁轉(zhuǎn)子,和在表芯支架上安置一電磁檢測芯片而成。每當(dāng)轉(zhuǎn)子通過檢測芯片附近時(shí),將使檢測芯片產(chǎn)生一感應(yīng)脈沖。計(jì)算此脈沖量可測得轉(zhuǎn)動量。由于磁場本身并無明顯的界限,所以脈沖產(chǎn)生的門檻就沒有清晰的界限。在快速旋轉(zhuǎn)時(shí),這種現(xiàn)象造成的影響不大。但由于鋁盤的旋轉(zhuǎn)速度會隨著負(fù)載的不同而有很大的差異,可能快至每秒1圈以上,也可能慢到每5分鐘1圈或更低,所以當(dāng)此模糊界限通過霍爾集成塊時(shí),不論是由于機(jī)械振動或電路振蕩,都可能造成多重脈沖而引起誤差。加濾波電路的辦法又因轉(zhuǎn)速覆蓋的范圍太廣,使得適當(dāng)?shù)臅r(shí)間常數(shù)非常難以決定。此外,由于額外的磁元件引入到表芯之中,或多或少會干擾電磁測量部件而使測量誤差進(jìn)一步增加。

(2)光電式讀頭誤差
光電式讀頭有遮斷式和反射式兩種,它們都是由一個(gè)紅外線發(fā)光二極管及一個(gè)光敏三極管組成。如果用遮斷式,就必須在表芯內(nèi)增加一個(gè)與鋁盤同步同軸轉(zhuǎn)動的扇形盤,來間斷性地遮斷紅外線的通過,在光敏三極管上造成脈沖。反射式則以鋁盤做反射面,只要將適當(dāng)?shù)纳刃螀^(qū)域涂黑阻止反射,即可產(chǎn)生所需的脈沖。不管是遮斷式還是反射式,其扇形區(qū)的界限都不可能非常的光潔,再加上鋁盤轉(zhuǎn)動速度的范圍極廣,因此與電磁式一樣,在超低速時(shí)如何避免誤讀是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件設(shè)計(jì)的思想和方法
工業(yè)用智能電度表，主要用于電力部門的發(fā)電廠、變配電站進(jìn)行電能的收費(fèi)、計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)電量等。其次用于工業(yè)大用戶，進(jìn)行電能量的計(jì)量，收費(fèi)和工業(yè)自動化等方面。因此電能的采集一般由集中器或RTU下表發(fā)命令完成。電度表本身收到的命令有兩類：即設(shè)置表號（表地址）命令和讀表命令。

軟件主要完成的功能有主程序、串口中斷子程序兩部分。其中主程序完成I/O電平、X25045的設(shè)置；看門狗定時(shí)常數(shù)設(shè)為1.4S，并且在主程序中循環(huán)復(fù)位定時(shí)常數(shù)。
串口中斷子程序完成設(shè)置表號、讀表和上傳計(jì)數(shù)值。上位機(jī)向電度表發(fā)送的命令格式為：“EB90EB90表地址碼命令碼校驗(yàn)碼”，“EB90EB90”為同步字節(jié)，命令碼為“00”并且表地址編碼的最高位為“1”時(shí)，表示設(shè)置表號，而“01”表示讀表。電度表向上位機(jī)發(fā)送格式為：“EB90EB90表地址碼表計(jì)數(shù)值（六位BCD碼）校驗(yàn)碼”。

3.2軟件流程圖

圖3-1主程序流程圖

圖3-2串口中斷子程序框圖

4.結(jié)論
本論文主要研究了智能電度表的硬件設(shè)計(jì)，在硬件的研制過程中考慮到了可靠性及實(shí)用性。但是由于研究時(shí)間和條件上的限制，本設(shè)計(jì)還有許多需要改進(jìn)的地方。比如，在軟件的設(shè)計(jì)中，只是籠統(tǒng)的給出了軟件流程圖，沒有具體的程序，由于時(shí)間上的限制，沒有全部完成非常遺憾。希望可以在以后的時(shí)間加以完善。智能電度表在我國具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γm然起步較晚，但勢頭非常迅猛。在鑒于我國幅員遼闊，各地、乃至同一城市不同區(qū)域的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)布局以及負(fù)荷情況都不相同的實(shí)際情況下，本著降低成本、提高可靠性的原則，因地制宜地開發(fā)出各種適宜的智能電度表。這樣，一個(gè)城市或電業(yè)局可以真正實(shí)現(xiàn)電能自動監(jiān)測、調(diào)度管理系統(tǒng)，使我國的電能自動化管理水平向前邁進(jìn)一大步。
在一些城市住宅建設(shè)發(fā)展較快的城市，已經(jīng)有多個(gè)智能化小區(qū)安裝了智能電度表。對于電力行業(yè)管理者來說，對各類不同用戶的不同用電負(fù)荷可以進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄，是智能電度表最吸引他們的地方。業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，隨著各種智能電度表產(chǎn)品的問世，“人工抄表”退出歷史舞臺，智能抄表系統(tǒng)“一統(tǒng)天下”的日子不遠(yuǎn)了。

①社會效益分析
(1)智能電度表為“一戶一表”工程的實(shí)施提供了有力支持。
(2)智能電度表能夠使抄表人員從抄抄寫寫中解放出來，投身到“優(yōu)質(zhì)服務(wù)”中去。
(3)智能電度表能夠避免抄、核、收環(huán)節(jié)中人為造成的人情電、關(guān)系電和抄表差錯(cuò)等一系列因素，減輕了居民負(fù)擔(dān)。

②管理效益分析
(l)智能電度表能夠提高抄表質(zhì)量，避免估抄、漏抄和錯(cuò)抄。
(2)縮短抄表周期，避免因工作量大而導(dǎo)致的“雙月抄表”現(xiàn)象。
(3)智能電度表可實(shí)現(xiàn)“同步抄表”。即總表和分表同時(shí)抄錄，有利于線損計(jì)算。
(4)智能電度表可實(shí)現(xiàn)對用戶異常用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控，遏止竊電現(xiàn)象。

③經(jīng)濟(jì)效益分析
(l)節(jié)省人力的效益：智能電度表可節(jié)省幾十名至幾百名工作人員，假如
每個(gè)抄表員每月抄表1000戶，每人年薪1.5萬元。智能電度表可直接經(jīng)
濟(jì)效益達(dá)幾十至幾百萬元。
(2)降損效益：智能電度表系統(tǒng)能夠挽回線損損失。它帶來的利益不僅僅
只局限于直接經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際上，其所帶來的隱含的、間接的經(jīng)濟(jì)效益則
遠(yuǎn)高于直接帶來的經(jīng)濟(jì)效益。
智能電度表的新技術(shù)展望主要是電能表和智能抄表技術(shù)的新技術(shù)展望。各種智能電度表都有其特點(diǎn)，有其相適應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境和存在條件，我們在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各種系統(tǒng)的優(yōu)勢和長處，使其揚(yáng)長避短發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。

（1）、網(wǎng)絡(luò)化電度表
電能計(jì)量信息網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由電能計(jì)量與智能抄表系統(tǒng)集成的新概念，其中電度表本身應(yīng)帶有上網(wǎng)接口并具備通訊能力。設(shè)計(jì)好網(wǎng)絡(luò)的硬件編碼、技術(shù)指標(biāo)與功能、通信規(guī)約、軟件平臺與數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，要做到原有各系統(tǒng)接口統(tǒng)一與兼容。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)抄表、實(shí)時(shí)計(jì)量與分析實(shí)時(shí)管理。

（2）、多用戶智能化電子式電度表
這種模式是多個(gè)用電戶共取一個(gè)公共電壓，而每個(gè)用電戶的電源進(jìn)線處只需裝一個(gè)CT即可，這些采集到的電流、電壓信號就地由微處理器處理。所有用電戶的用電信息都交由設(shè)在異地的一臺微機(jī)來處理、記錄和存儲，見不到傳統(tǒng)意義上電度表的蹤影了。

1）基于移動無線網(wǎng)絡(luò)(GSM)的抄表系統(tǒng)
GSM智能抄表是一種基于智能小區(qū)完善的硬件環(huán)境發(fā)展起來的自動抄表技術(shù)。這種完善的硬件環(huán)境主要是指完善的居民住宅小區(qū)智能化管理系統(tǒng)，主要包括住戶信息管理、安防(防盜防入侵系統(tǒng)；電視監(jiān)控；門禁系統(tǒng))和通訊(閉路電視；電話程控交換機(jī)；無線基站)等功能模塊。其智能抄表的基本思路是：所有用戶的數(shù)據(jù)通過蜂窩移動無線網(wǎng)GSM以短信息(SMS)的模式上傳到GSM網(wǎng)的SMS中心；SMS中心將接收到的數(shù)據(jù)通過專線傳遞給用電管理部門等的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。由于現(xiàn)在GSM網(wǎng)的覆蓋面已幾乎遍及全國，故構(gòu)建這種智能抄表系統(tǒng)時(shí)，完全可以利用現(xiàn)成的GSM無線網(wǎng)而不需再新建基站，而且，這樣的智能抄表系統(tǒng)一旦開發(fā)成功，可直接向有需求的地方推廣，不需因地域的不同而進(jìn)行改造。

2）INTERNET抄表
現(xiàn)代居民住宅小區(qū)智能化管理系統(tǒng)的一個(gè)最新發(fā)展動態(tài)是“一切都上網(wǎng)”，寬帶網(wǎng)線路建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)花費(fèi)一天天降低，使這一切變得越來越現(xiàn)實(shí)，有線電視、IP電話、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)上購物等全方位服務(wù)，可視電話以及電表，水表和防盜/防災(zāi)探測報(bào)警器等都聯(lián)到網(wǎng)上，由居民區(qū)的物業(yè)管理部門完成對本小區(qū)所有居民用戶的生活和消費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)化管理。在這樣的網(wǎng)絡(luò)化管理模式下，智能抄表只是該系統(tǒng)所具有眾多功能中的一種，隨著這種管理系統(tǒng)的不斷完善和健全，智能抄表在其中所占的成本消耗將會不斷下降。

3）藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙技術(shù)(1998年出現(xiàn)，是一種采用2.4GHzIMS[Industrial，scientificandMedical]頻譜的短程無線技術(shù)，主要用來打破現(xiàn)時(shí)一般以紅外線或電纜線聯(lián)系不同產(chǎn)品時(shí)受到的限制，能夠在約幾十米的距離內(nèi)無需連接電纜線或紅外接口就可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。藍(lán)牙技術(shù)的迅速擴(kuò)展給我們以新的啟發(fā)：能否將藍(lán)牙技術(shù)用于自動抄表?有人說，藍(lán)牙技術(shù)離能真正實(shí)用還需一、兩年的時(shí)間；還有人認(rèn)為，藍(lán)牙技術(shù)不會往自動抄表方向“伸腿”，因?yàn)橄鄬τ诂F(xiàn)在的藍(lán)牙芯片來講，有些已有抄表技術(shù)的成本比較低；但有人想到，對那些利用現(xiàn)有自動抄表技術(shù)很難抄到的所謂“死角”處的電度表，利用藍(lán)牙技術(shù)可能再好不過了。藍(lán)牙技術(shù)到底能否在智能抄表方面獲得應(yīng)用無需爭論，但作為從事微機(jī)化測量技術(shù)與儀器儀表研發(fā)的工程技術(shù)人員，應(yīng)該在每一項(xiàng)新的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通訊和微電子技術(shù)誕生之后就立即著手考慮，它能否給自己所從事的科研帶來革新性的發(fā)展和變化。

致謝
經(jīng)過幾個(gè)月的努力，我終于完成了智能電度表的硬件設(shè)計(jì)，可以說是如釋重負(fù)，倍感輕松，在此對老師們的指導(dǎo)和教育表示由衷地感謝。
在此，首先我要向我的指導(dǎo)老師張偉，致以衷心的感謝。他工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，一絲不茍，及時(shí)的詢問我們做課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度。對同學(xué)的幫助不是簡單告訴，而是讓我們用自己掌握的知識進(jìn)行探索，最后，在一起經(jīng)過激烈的討論，得出結(jié)果，使我們能夠形成自己的學(xué)習(xí)方法。并且督促我們養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。最重要的是，張老師反復(fù)強(qiáng)調(diào)對待困難不要輕易放棄，要堅(jiān)持不懈。這不僅使我順利的完成課題，更培養(yǎng)了自己樂觀向上的科研精神，這種精神也會無形的鞭策我在以后的工作學(xué)習(xí)中做事認(rèn)真，精益求精。

另外，我還要感謝在這四年中所有教過我的老師們，正是他們的辛勤工作，使我在這四年之內(nèi)學(xué)到了豐富的知識，培養(yǎng)我自學(xué)自立的學(xué)習(xí)風(fēng)格，在不斷的學(xué)習(xí)中完善自我，充實(shí)自我。在此我再次表達(dá)我對所有教導(dǎo)過我的老師們的誠摯謝意！
最后，要感謝我身邊的同學(xué)們，在遇到許多自己不懂的問題時(shí)，他們給我不小的幫助，是他們不斷的支持我做完最后的工作。在這里對他們表示真心的感謝！

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