電能計(jì)量裝置的無(wú)線抄表系統(tǒng)

時(shí)間：2024-08-31 13:03:17 理工畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：針對(duì)目前我國(guó)電能數(shù)據(jù)的采集方法不便的這一現(xiàn)狀，提出并實(shí)現(xiàn)了一種電能裝置無(wú)線性表系統(tǒng)。介紹電能表無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的原理、構(gòu)成、特點(diǎn)，并敘述AT90S2313單片機(jī)在電能表自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用。

引言

電能表自動(dòng)抄表簡(jiǎn)稱ARM（Automatic Reading Meter），是供電部門將安裝在用戶處的電能表所記錄的用電量等數(shù)據(jù)通過(guò)遙測(cè)、傳輸和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)匯總到營(yíng)業(yè)部門，代替人工抄表及一連串后續(xù)工作。

隨著經(jīng)濟(jì)體制改革的深入，電能計(jì)量、電費(fèi)核算及收繳的及時(shí)性和準(zhǔn)確性已成為用電企業(yè)的重要課題；而目前我國(guó)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?jī)稍鲁淮�，再通過(guò)微機(jī)或手工制作的電費(fèi)單催繳用戶電纜，存在著錯(cuò)抄、漏抄、估抄等問(wèn)題。自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研制與應(yīng)用是解決上述問(wèn)題的有效途徑之一，而無(wú)線抄表系統(tǒng)則是自動(dòng)抄表系統(tǒng)中種較優(yōu)的方式。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是邁向配電自動(dòng)化的第一步，并有助于提高電力系統(tǒng)用電管理的水平。

一、系統(tǒng)硬件構(gòu)成

這套電能計(jì)量裝置無(wú)線抄表系統(tǒng)包括2塊SA68D11無(wú)線數(shù)傳模塊和1片ATMEL公司生產(chǎn)的AVR系列AT90S2313單片機(jī)。模塊有來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳遞；單片機(jī)用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集作一些相應(yīng)的處理。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1中，8路脈沖輸入信號(hào)來(lái)自8個(gè)單相脈沖電能表。工作時(shí)，單片機(jī)只需定時(shí)測(cè)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1中虛線框內(nèi)的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)軟件的編輯可實(shí)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(hù)等重要功能。本系統(tǒng)采用的AT90S2313單片機(jī)構(gòu)成圖1中虛線框內(nèi)所有功能模塊。它內(nèi)含2KB的FLASH存儲(chǔ)器；128字節(jié)片內(nèi)EEPROM、128字節(jié)片內(nèi)RAM和片內(nèi)模擬比較器；8位和16位可預(yù)分頻定時(shí)器各一個(gè)；中斷源11個(gè)（中斷優(yōu)先級(jí)已定）；全雙工的UART以及可編程的WatchDog定時(shí)器等。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)的資源分配為：T1作為時(shí)器，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)脈沖量的定時(shí)采集。模擬比較器檢測(cè)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(biāo)志位就被置1，在主程序中不斷檢測(cè)這一位；一旦檢測(cè)到該位為1，則立即將數(shù)據(jù)寫(xiě)入EEPROM中保存。從掉電到保存時(shí)間很短，在這段時(shí)間內(nèi)靠濾波大電容儲(chǔ)能供電。在儲(chǔ)能放完之前，將保存數(shù)據(jù)工作完成即可。EEPROM存儲(chǔ)器用來(lái)保存單片機(jī)所測(cè)的脈沖數(shù)和單片機(jī)的地址等一些重要裝飾。Watch Dog定時(shí)器防止單片機(jī)“死機(jī)”或“跑飛”。串行口UART實(shí)現(xiàn)單片機(jī)發(fā)射/接收模塊之間的數(shù)據(jù)交換。

在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的無(wú)線傳遞是通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)的。為了使模塊與單片機(jī)、計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送正確，必須嚴(yán)格按照計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）與模塊間的傳輸格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。模塊的輸出電平為TTL電平，它可與AT90S2313單片機(jī)直接連接。與計(jì)算機(jī)連接時(shí)間需接一個(gè)RS-232C電閏轉(zhuǎn)換芯片。模塊與單片機(jī)、計(jì)算機(jī)之間的通信速率為9600b/s，采用1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位的格式，與AT90S2313單片機(jī)的通信接口方式完全相同。計(jì)算機(jī)和模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸格式為：

標(biāo)志字節(jié)D7H控制字節(jié)M數(shù)據(jù)或參數(shù)字節(jié)

第一個(gè)字節(jié)為標(biāo)志字節(jié)，其值為十六進(jìn)制數(shù)D7，作用是標(biāo)志數(shù)據(jù)傳送的開(kāi)始。第二字節(jié)為控制字節(jié)，當(dāng)?shù)诙止?jié)小于等于48（30H）時(shí)，其值代表傳送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。后面字節(jié)為數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)诙止?jié)大于48（30H）時(shí)為控制字，后面不再跟數(shù)據(jù)和參數(shù)。模塊傳給計(jì)算機(jī)時(shí)帶CRC校驗(yàn)字節(jié)防誤措施。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件主要包括二大部分：一是數(shù)據(jù)采集部分，是以AT90S2313單片機(jī)與核心的匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì)；二是PC機(jī)通信軟件的設(shè)計(jì)部分。這里要介紹AT90S2313單片機(jī)的匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)問(wèn)好。其軟件設(shè)計(jì)思想是采用模塊化編程，即系統(tǒng)的總體功能由各子程序完成。主要的子程序有定時(shí)器中斷、數(shù)據(jù)算是和接收發(fā)送中斷服務(wù)程序等。

1.單片機(jī)初始化部分

主程序部分首先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，其包括堆棧指針設(shè)置；端口的工作方式設(shè)置；定時(shí)器的預(yù)分頻系數(shù)和初值設(shè)置；串行通信的控制寄存器和波特率寄存器的設(shè)置；看門狗定時(shí)器的周期及初值設(shè)置；單片機(jī)的地址設(shè)置；開(kāi)全局中斷等，其流程圖如圖2所法。初始化子程序如下：

start:

ldi tmp,$d9 ;設(shè)置堆棧指針

out spl,tmp

clr tmp ;設(shè)置B口、D口為輸入且不帶上拉

out ddrb,tmp

out ddrd,tmp

out portb,tmp

ldi tmp,2 ;設(shè)置定時(shí)器分頻系數(shù)及定時(shí)器賦初值

out timsk,tmp ;定時(shí)周期為6.4ms，開(kāi)定時(shí)器中斷

ldi tmp,timer T

out tccr0,tmp

ldi tmp,$d8 ;允許接收中斷和發(fā)送中斷