毕业设计（论文）-基于单片机的电集中抄表设计.docx

引言 11集中抄表系统的发展及概况 11.1电集中抄表系统 11.2国内外发展的概况 21.3住宅抄表自动化系统应用条件 32方案论证与比较 32.1抄表咅盼 32. 1.1 方案 1： 32. 1. 2 方案 2： 32. 1. 3 方案 3: 32.2数据传输部分 42. 2.1 方案 1： 42. 2. 2 方案 2： 42. 2. 3 方案 3: 43系统硬件设计 53.1电能表模块电路设计 53. 1. 1AT89C51 介绍 63. 1. 2固态继电器 93. 1. 3光电转换电路设计 103. 1. 4电流检测电路 113. 1. 5单片机系统电路 123. 2 CAN总线接口电路的设计 123. 2. 1CAN总线彳既况 123. 2. 2SJA1000 介绍 133. 2. 3 与 PCA82C200 兼容性 163. 2. 4PCA82C250/251 收发器 173. 2. 5RS-232 标准 183. 2. 6MAX232 芯片简介 213. 2. 7CAN总线接口电路 223. 2. 8硬件电路 234•软件设计 244.1主程序设计流程图如图4.1所示 244.2抄表模块软件设计 254. 3 CAN总线程序设计 274. 3. 1初始彳匕程序流程图 274. 3. 2接收程序流程图 284. 3. 3发送程序流程图 295 系统调试 295.1调试需要的工具 295.2硬件调试 305. 2. 1电路通电前检查 305. 2. 2电路通电观察 305. 2. 3功能模块调试 305. 2. 4系统连调 305.3软件调试 306 总结 316.1技术优点及缺点 316.2提高测量精度的几项措施 316.3问题及解决方法 316.4测试结果 326.5系统使用说明 32谢辞 33参考文献 34附 录 35引言长久以来城市居民住宅的水、电、煤气等生活能耗计量收费工作多采用传统的逐月 入户验表收费方式，不仅耗费大量人力，而且对居民生活也是一种干扰，有时还给不法 分子入室犯罪以可乘之机。

随着改革的深入人们的生活水平的不断提高，住宅商品化、 智能化的发展，住宅单元个性化和独立性的增强，这种能耗计量收费方式愈来愈显得与 社会发展不相适应而且国家建设部在居民住宅的有关技术规定中已经明确要求居民住 宅中的3表(水表、电表、煤气表)必须出户鉴于上述情况，建立住宅自动抄表系统成为当前住宅主流的建筑技术，尤其是智能 型住宅建筑中不可缺少的重要组成部分，具有十分重要的实践意义目前，电子水表、电子煤气表、电子电表的远程抄表系统日趋成熟抄表自动系统 基本原理是采用计算机技术，通过专用设备对3表进行远距离的自动抄录一般通过数 据采集器对表计的脉冲进行记数，然后传输控制器将信号送至计算机中心，由计算机对 数据进行处理、显示、存储、打印，再通过与银行联网，实现自动收费控制中心可显 示小区内主要设备的运行状况，并可通过软件控制设备，使设备运行于最经济合理的模 式中当设备发生故障时，控制中心发生声光报警并通知管理人员处理事故本文给出 了一种基于AT89C51的电集中抄表的设计，面向的对象主要是感应式电能表是在该电 能表的基础上将其改装为具有自动抄写、仿盗电，报警以及自动断电等功能的新型集中 抄表1集中抄表系统的发展及概况1.1电集中抄表系统自动抄表(Automatic Meter Reading-AMR)是指采用通讯和计算机网络等技术自 动读取和处理表计数据。

发展电能自动抄表技术是提高用电管理水平的需要，也是网络 和计算机技术迅速发展的必然在用电管理方面，采用自动抄表技术，不仅能节约人力 资源，更重要的是可提高抄表的准确性，减少因估计或書写而造成帐单出错，使供用电 管理部门能及时准确获得数据信息由于电力用户因此不再需要与抄表者预约上门抄表 时间，还能迅速查询帐单，故这种技术越来越受到用户欢迎电能计量和管理的需要以及电子技术的发展，使电子式电度表在20世纪70年代就 已出现随着数字电子技术的飞速进步，电子式电度表的功能逐渐增多并日臻完善电子式电度表一般由电能测量机构和数据处理机构两部分组成，根据电能测量机构 的不同，又分为机电脉冲式电度表和全电子式电度表两大类机电脉冲式电度表沿用感 应系电度表的测量机构，其数据处理机构则由电子电路和计算机控制系统实现，因而， 机电脉冲式电度表是一种电子线路与机电转换单元相结合的半电子式电度表机电脉冲式电度表技术开发的重点放在有关电能管理的数据处理方面，使之能够进 行本地和远地的数据传输以及遥测和遥控机电脉冲式电度表以感应系电度表为基础， 继承了感应系电度表结构牢固、长期运行可靠和价格低廉的优点，因而在民用电能计量 领域被广泛采用。

全电子式电度表不再使用感应系测量机构，而是由乘法器完成对电功率的测量由 于它没有传统电度表上的旋转机构，因而又被称为"静止式电度表"或"固态电度 表”近年来，各种新型电子式电度表不断推出，型号各异，功能众多，但其基本原理 相同，主要功能可归为三个方面：计量、计费功能，包括分时计量、最大需量计量和预 付费等；保护功能，包括过电流、过电压保护与防窃电等；通讯功能，可以是红外通讯、 无线电通讯或载波通讯等1.2国内外发展的概况水、电和燃气是生活中必不可少的，它们的发展一直倍受人们的关注在人们关注 的同时，三表抄送系统产生了，并且，随着科技的不断发展，三表抄送系统也越来越智 能化同时，随着人们的生活水平不断提高，老百姓对生活环境提出了更高的要求；在政 府政策的鼓舞下，家居智能化得到了高速的发展同时，随着科技的发展，小区住宅除 了满足人们最基本的居住要求，还要将方便、省时的物业管理带给住户实现住宅的三 表（水、电、煤气）出户自动抄表、自动计费，已成为新型智能小区的必备条件作为智能化产业链中的一环——智能抄表系统也同时得到了蓬勃发展从沿海的经 济发达地区深圳、广州、上海到政治文化中心北京，以及中国西部城市成都、重庆、贵 州、昆明等地均不同程度地建设了智能化示范小区。

这些智能化住宅小区的建设，提高 了住户的生活质量，扩大了住户的居住空间，为当地智能化建设起到了示范作用让我们回头看看，几年前甚至是在现在，很多落后的地区对三表抄送这一块还是用 最原始的方法，亲“自登门拜访”，这就是传统的抄表方式传统的三表需要抄表人员定 期挨家挨户抄取数据，结算出费用后，再到各家索取，误差大、统计工作量大，人为的 错误给物业管理和用户带来极大不便现在有许多地区改为插卡式买电装置，这虽然减 少了人为因素，但是买电时要到银行，费时费力，且水、电、气表分别交费，也有许多 不便之处小区智能抄表系统节省时间、人力、物力，提高工作效率，降低物业成本, 准确及时地将住户所使用的三表数据显示出来，为实现小区科学、系统的物业管理提供 了有效的解决方法小区智能抄表系统的出现，方便了住户，可设置多级加密功能，定义访问权限，更 可增加系统的保密性防泄漏报警可以使住户放心，不必因家中只有老人、孩子而担心 煤气的泄漏与触电现象的发生一方面杜绝了抄表扰民的问题；另一方面可以简化管理 手段，减轻物业管理负担因此三表出户系统是新一代的具有城市性自动化计量收费管 理系统，是提高住宅发展的必然，合乎人们高品质生活的追求，符合国家小康型住宅产 业的精神。

随着城市生活节奏的加快，人们需要越来越多的方便设施来满足生活的需要，小区 智能化是今后的发展趋势智能抄表系统是智能小区应具有的最基本的系统，它的发展 必将影响到小区智能的发展，因此将会有更多的系统集成商、发展商看中这个项目，对 它进行进一步开发是极重要的预测三表的前景如下情况：水表：随着用水量的增大和不断完善，水表的前景应该是稳中有升电表：因为电的应用越来越广泛，电表的发展应该是高居首位燃气表：电的广泛应用，可能会使得气表只能保持稳定或者是略有下降1.3住宅抄表自动化系统应用条件自动抄表系统作为一个实用系统在住宅建筑工程中的应用应具备以下条件：(1) 系统产品化、模块化、系列化，并且可按照住宅建筑类型和用户的需要，灵活 组合所需系统2) 系统工程设计应符合国家相应标准、规范及国家相关政策导向3) 需要相关供水、供电、供气、邮电、房地产开发等主管部门的配合，以及综合 物业管理的配套实施2方案论证与比较2.1抄表部分2. 1. 1 方案 1：采用高准确度电能测量集成电路如ADE7755直接设计出可以直接产生脉冲、计数以 及数据存储和发送的集成模块但该设计该集成电路相对复杂2. 1. 2 方案 2：采用CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯 片CS5460o该芯片可以方便的组成多功能电子式电度表和分布电度表和分布式电能计 量管理系统。

比目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750, AD7755更容易实现与微处 理器的连接而且在AD7750/55的基础增加了更多的功能：•具有片内看门狗定时器(Watch Dog Timer)与内部电源监视器；•具有瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值测量及 电能计量功能；•提供了外部复位引脚；•双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接；•外部吋钟最高频率可达20MHz；•具有功率方向输出指示这些增加的功能更加便于与微处理器(MPU)接口，并能方便地实现电压、电流、 功率的测量和用电量累积等功能该产品将是未来市场的主流产品，但在现阶段可能成 本较高对一些用户来讲会难接受2. 1. 3 方案 3:针对现阶段大多数用电户所使用的感应式电能表的情况，采用AT89C51单片机为核 心加入光电转换电路实现脉冲转换并利用霍儿传感器UGN30T51进行电流检测具有报警 和自动断电的功能改装起来比较方便，设计该电路所需成本较低2. 2数据传输部分2. 2. 1 方案 1：基于RS-485的无线通讯网络，其特点是无线采集模块采用先进的无线传输技术， 使无线采集模块的安装极为方便，可实现无线手抄和远程传输形式。

能够实现的功能也 比较多，但设计起来电路比较复杂2. 2. 2 方案 2：采用线为载体的以太网形式，其优点是改装成本低不许要再次拉网络线但是 调试过程复杂，难以进行实现实际演示2. 2. 3 方案 3:CAN总线网络利用CAN总线较其它通讯网进行数据传输有两个不同之处：一是报 文传送中不包含目标地址，它是以全网广播为基础，各接收站根据报文中反映数据性质 的标识符过滤报文，该收的收下，不该收的弃而不用其好处是可上网下网、即插 即用和多站接收；二是特别强化了对数据安全性的关注，满足控制系统及其它较高数据 要求的系统需求而且CAN具有以下主要技术特性：（1） CAN遵从ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、数据链路层与应用层采用 双绞线，通信速率最高可达到1 Mbps/40m,直接传输距离最远可达10km/5kbps.同一段 总线内最多可挂接110个设备2） CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧有效字节数为8个因而传输时间短, 受干扰的概率低当节点发生严重错误时，具有自动关闭的功能，切断该节点与总线的 联系，使总线上其它节点不受影响，具有很强的抗干扰能力3） CAN支持多主工作方式，网络上任一节点均可在任何时候主动向其它节点发 送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据，而优先级低的节点 则主动停止发送，从而避免了总线冲突该方案。