1、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
2、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 electri
3、c 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
4、 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 ar
5、ticle 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 asynchrono
6、us 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
7、 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-
8、485II1 学院本科毕业设计（论文） 目录目录摘要 .IAbstract.II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
9、 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
10、.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
11、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
12、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
13、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
14、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。
15、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
16、布式结构，与上位微机一起构成典型的分布工测控系统。系统充分考虑到现场总线通信标准对传输距离和波特率的限制，兼顾了系统的带载能力， 同时也为提高远传系统的可靠性， 在各种远传基表与上位微机之间 ，系统采用了两级采集器的结构形式。其中，二级采集器由于采集远传基表的能耗信息而被称之为采集器。一级采集器因主要负责集中数据采集器中的数据、并上传至上位微机中而被称之为数据集中器。 上位微机与集中器、采集器之间可通过现场总线进行数据传输，采集器通过屏蔽双绞线采集电表发出的能耗信息，并进行换算和存储，采集器对电量的采集可直接通过 DF 型多用户电能表上的接口接受用户的电量信息。如此，构成了两级分布工测控系统。
17、系统便于管理，管理人员可以通过上位微机的操作界面实现对用户电表能耗的远程抄取， 还可以对参数进行设定和修改，也可以通过专用的红外抄表器进行现场操作、弥补自动抄表不便时的不足，此外系统还具有以下特点：硬件 简单、经济实用，且功能强大；3可移植性较强，稍做改造即可变成多用户多表联网远传系统；系 统成本相对其他应用系统不高，能够被市场和用户接受，市场前景广大；系 统的安装和维护方便、工作稳定性较好；系 统选用符合国家计量标准的远传基表，系统计量的准确性和可靠性符合或略高于国家相关技术规范和标准化；系 统的环境适应能力较强、通用性较好，便于实现技术的推广和应用等。1.4 本文所完成的主要工作针对目前电
18、表联网远程抄表系统发展的现状和存在的问题， 结合本课题的设计任务和技术要求2 ，本文主要解决以下几个方面的问题：1.完成 远 程抄表系 统的硬件 设计，达到如下功能或性能：（1）能耗抄取：数据采集器正确采集电量信息，存储在采集器中；自动定时地对 DF 电 表进行抄表，将抄得的数据存储在集中器中；能通 过红外抄表器抄取集中器中的能耗数据； 集中器自动定时地对采集器进行抄表，将抄表的数据存储在集中器中；上位机可以远程获取用户的各类能耗信息。（2）参数设置：上位机可对集中器、采集器的参数进行设定，可对用户的电量进行设置，并可以根据电表信息对采集器进行设定。2.完成各部件和上位微机的软件设计：（1）对采集器和集中器中各硬件进行程设计，包括系统主流程及各子程序的编写；各个硬件的驱动及初始化。（2）上位机的软件设计：采用客户机/ 服务器的客户服务形式对上位机进行软件编程。
