远程抄表系统设计

摘要随着我国社会经济的发展，居民用电量剧增。传统的人工抄表收取电费的方 式，已不能满足现代化管理的要求，实现多用户能耗仪表的自动抄表已经成为可 能，特别是建设部提出来的小康型住宅小区的规划要求，并逐步实行能耗仪表出 户的统一管理，实现微机自动检测、计量和收费。本文针对目前居民小区的电能 计量中实际存在的各种问题，设计了一种实用的远程自动抄表系统。该系统具有 成本低廉、计量准确、工作稳定可靠和系统安装维护方便等特点。本文对整个抄表系统进行了较为全面的设计，着重对系统底层的能耗数据的 采集和集中、数据通信网络和通信方式等做了较为详细的设计。在硬件上对 CPU 数据存储及其监控电路、数据传输、通信标准、时钟电路、串口扩展、电能采集 和显示电路都做了详细的论述。并且广泛应用的 RS-485 电气接口的串行通讯技 术作为通讯方式。在软件上对数据进行采集、通信、显示子程序、校验子程序等 做了详细的说明。同时，本文还对系统中的干扰问题进行了深入细致的分析，并 在硬件和软件上担出了有效的抗干扰技术。该远程抄表系统实现了多用户的电能信息的远程自动抄录，能够实现住宅能 耗计量的高质量和高效率管理。关键词：远程抄表；数据通信；AT89C51；RS-485I1 学院本科毕业设计（论文）AbstractAbstractWith social and economic development electric power is used increasingly, Traditional charge of electric fare by manual labor cant satisfy the demand for modern man management. Automatic meter reading system (AMRS) has a possibility to be put into reality. Especially for the well-to-do uptown, the Construct Department of China has demanded to realize automatic meter reading, measuring and charging with computer. This article aims at the existing problems. Thus, I designed an automatic meter reading system of calorie. The strong point of this system is: lows cost, precise measuring, stable working, and easy to install and maintain.The article gives an all-round design of this system. It expatiates on detail designs of data capturing and collecting, data communication network and mode. In this thesis, about the hardware, a particular explanation of the choice of CPU、inspect circuit、data memory etc were given. And it uses asynchronous serial communication technology based on RS-485 electric interface as communication means. The software ,we give the program of impulse collection、communication、display and so on. At the same time, the noise questions existing in the analyzed and the effective anti-noise methods on hardware and o software are presented.This Long-distance meter reading system realizes the multi-user power information remote automatic transcribing, can realize residential energy consumption of high quality and high efficiency metrology management.Keyword: Remote meter reading; Data-communication; AT89C51; RS-485II1 学院本科毕业设计（论文）目录目录摘要IAbstractII第 1 章 绪论11.1 课题的提出和意义21.2 国内外发展现状21.3 课题可行性论证结论21.4 本文所要完成的主要工作31.5 本章小结3第 2 章 抄表系统总体结构设计42.1 系统组成42.2 通信标准的选择42.3 系统总体方案确定52.4 本章小结6第 3 章 抄表系统硬件设计73.1 抄表系统的整体结构73.2 抄表系统的各硬件模块的设计73.2.1CPU 的选型73.2.2 外围存储及其监控电路模块103.2.3 数据传输模块133.2.4 时钟模块153.2.5 串口扩展173.2.6 电能的采集和计数模块193.2.7 显示电路203.3 本章小结21第 4 章 抄表系统软件设计224.1 软件设计的基本原则224.2 系统软件设计23III1 学院本科毕业设计（论文）目录4.2.1 上位微机发送命令到达的路径234.2.2 远程抄表主程序的设计244.2.3 各子程序的设计254.3 软件初始化314.3.1 电路初始化314.3.2 串行通信设计324.3.3 时钟软件程序操作344.4 通信协议354.4.1 字节格式364.4.2 帧格式384.4.3 传输394.5 本章小结39第 5 章 系统的抗干扰设计405.1 硬件抗干扰设计405.1.1 稳压电源的考虑405.1.2 串行 EEPROM 的选择415.1.2 采用光电隔离技术415.2 软件抗干扰设计415.2.1 单片机程序出错时能自动纳入正轨415.2.2 采取措施保证数据写入的可靠性415.2.3 定时设置 I/O 口状态425.2.4 延时抖动技术425.2.5 采用“看门狗”电路425.3 本章小结43结束语44参考文献45致谢46IV1 学院本科毕业设计（论文）绪论第 1 章 绪论本文的研究课题是电表自动抄表系统，本章主要说明课题设计的背景和实际 意义，介绍了在抄表领域国内外的技术发展历史、现状和未来趋势，提出所要进行的设计内容和任务，同时对全文的章节架构进行阐述。1.1 课题的提出和意义随着人民生活水平的提高和住宅商品化的发展，居民住宅的质量和档次越来 越高，住房对住宅环境、物业管理水平的要求也日益提高。这样使得传统的抄表 收费方式存在的弊病越来越突出，抄表收费难也成为各部门管理上的问题，其原 因主要有以下几点：1.入户抄表难度加大。由于居民生活水平的提高、家庭财产价值及用户逐渐 开始重视私隐权等方面的原因，用户不希望被别人打扰。同时入户抄表只能在早 晚居民休息的时间里进行，抄表人员实际可利用的时间变短。因而使得电费、水 费、暖气费、煤气费的漏抄、欠收、漏收严重，实际收费往往远低于统计值，费用流失严重。2.各管理部门负担较重。抄表率低、周期长、资金回收速度慢，严重影响了 这些部门的经济效益。3.管理费用开支过高。随着城市的发展，用户会越来越多，相伴着手动抄表 的管理人员和操作人员也要相应的增多，这势必会严重制约着相关企事业单位的 发展。4.抄表工作和劳动强度加大。抄表操作人员的工作条件差、效率低、劳动强 度大，而现行的抄表收费大多是人工抄表、人工收费、手工结算，这难以适应企 业管理信息化的形式要求。正是由于上述种种原因，建设部提出了建设小康型住宅小区的规划要求，明 确提出了要对新建和必扩建的住宅小区进行统一规划，逐步实行水、电、气三表 出户的统一管理，实现微机自动检测、计量和收费。随着居民住宅小区的物业管 理水平的不断提高，目前在不少住宅小区，各能耗的计量问题也已经由以前的各 部门管理逐步改为由生活小区物业管理部门统一管理。现代物业管理要求不断向 规范化、自动化和科学化的进程迈进，多表联网远传系统将越来越受到用户和市 场的认可，市场全景十分广阔。因此，多用户电表联网远程抄表系统的研究生就 显得十分迫切。1.2 国内外发展状况近年来， 智能抄表技术在国内外应运而生，国内外许多国家正在大力发展开发电能智能抄表系统的研制工作。 在国外，如美国等发达国家已把智能抄表系统广泛应用于配电管理之中了。 以色列尤尼克 （Unique） 技术公司开发了 collector集中抄表系统，利用现有的电网和电表，以电力线作为信息传递媒介，建立数据采集通信系统，通过线载波技术将信息远距离传送。而由英国自动化仪表公司本部策划，组织杭州沃制电力有限公司研制的 IC 系列电表，可按用户需要靖上通迅接口，利用 RS485 接口，零电压脉冲继电器输出或 420MA 线性进行远程监测。德 DTech 公司则此专门开发了 SMI 专用模块，用于电子式电能表的数据采集，以 400 脉冲/度或 800 脉冲/度向外输出数据1 。在国内，虽然我国对智能抄表技术的研究起步较晚，但是发展速度很快。 目前，国内生产智能抄表的厂家超过 150 家。通过电力工业部电力设备及仪表检测中心检测的厂家接近 100 家，受理的专利超过 165 项。据不完全统计，安装的智能抄表用户超过 250 万户抄表技术多样公： 总线、 载波、 红外、 工频、 超窄带 （UNB） 。抄表方式多样化：单表、多表。系统功能逐步完善，除抄表外，还具有线损统计 、用电考核、远程控制、自动收费并与银行联网等。1.3 课题可行性论证结论本课题针对目前居民小区能耗计量实际现状， 以及能耗计量的数据远传和网等问题而设计的电表联网远程抄表系统。该系统主要运用廉价的单片机作为 CPU分站。对小区用户的电量等能耗信息进行采集。系统采用分布式结构，与上位微机一起构成典型的分布