一種基于微處理器的新型紅外抄表系統的設計

手工抄表效率低下，在查詢(xún)、記錄、傳輸這幾個(gè)環(huán)節上，手工操作的方式使工作效率大大降低。因此，該局開(kāi)始尋找更有效的抄表解決方案。以電力營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統為基礎的抄表機的應用，在電表定位查詢(xún)、電量數據的采集、傳輸、處理方面發(fā)揮著(zhù)巨大的作用，并且比集中抄表遠程傳輸更節約成本。

　　基于P89LPC932微處理器，新型紅外抄表系統與已有的同類(lèi)系統相比，具有結構簡(jiǎn)單、功耗和成本低的特點(diǎn)，可進(jìn)行多電量測量，并能長(cháng)期保存數據。

　　1 抄表系統的總體結構

　　紅外抄表系統的總體結構框圖如圖1所示，系統由二部分構成：多功能電度表和手持抄表終端，二者通過(guò)紅外線(xiàn)進(jìn)行通信。多功能電度表在單片機的控制下，可測量多種用電數據，并可根據功率因數的不同按不同比率計算電費。多功能電度表能將得到的各種數據記錄下來(lái)，在停電時(shí)保持數據不丟失。手持抄表終端可通過(guò)紅外線(xiàn)對多功能電度表進(jìn)行抄表，將電度表中保存的各種數據存儲到抄表終端中，然后抄表終端通過(guò)串口將存儲的數據傳給計算機進(jìn)行處理。

　　2 多功能電度表的設計

　　多功能電度表由P89LPC932單片機、紅外通信模塊、顯示模塊和信號采集模塊等組成。Ｐ８９ＬＰＣ９３２是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的高性?xún)r(jià)比單片機，該器件內含增強型ＣＰＵ，同一工作頻率下的速度為標準８０Ｃ５１單片機的６倍。P89LPC932的管腳如圖2所示。

　　P89LPC932主要特性：（1）指令執行速度快。（2）操作電壓范圍為2.4～3.6V，I/O口可承受5V，可上拉或驅動(dòng)到5.5V。（3）8KB的Flash程序存儲器，具有可擦除扇區，提供ISP和IAP編程功能。（4）256B的RAM數據存儲器，512B的附加片內RAM。（5）512B的E2PROM存儲區，可以存放序列碼及設置參數等。（6）捕獲/比較單元（CCU）提供PWM，輸入捕獲和輸出比較功能。（7）2個(gè)模擬比較器，可以選擇輸入和參考源。（8）8個(gè)鍵盤(pán)中斷。（9）增強型UART。（10）具有I2C和SPI二種串行通信接口。（11）提供空閑和掉電模式，典型掉電電流僅為1μA，極大地降低了功耗。（12）所有的口線(xiàn)均有20mA的驅動(dòng)能力，可以方便地驅動(dòng)數碼管。

　　2.1 功率因數和用電信號的測量

　　在多功能電度表中，主要的測量參數是功率因數和用電信號。根據這2個(gè)參數可計算出有功功率、無(wú)功功率、用電量、電費等多項數據。測量這2個(gè)參數的硬件電路如圖3所示。

當市電的負載不是純電阻性負載時(shí)，流過(guò)負載的電壓和電流就存在相位差，設二者的的相位差為？漬＝φu－φi，則cosφ就是功率因數。因此只要比較出電壓和電流在相位上的差φ，再由P89LPC932通過(guò)查表和插值法計算cosφ，就可以求出功率因數，進(jìn)而可以求出其他的數據。

　　如圖3所示，經(jīng)電壓互感器和電流互感器降壓后所得的電壓和電流信號分別輸入到P89LPC932的2個(gè)輸入比較引腳，即P0.4/CIN1A和P0.2/CIN2A，而參考電壓（約為1.4V）由5V電源通過(guò)2個(gè)電阻分壓得到。圖3中：電容C1起到濾除干擾脈沖的作用，保證參考電壓的穩定；二極管起箝位的作用，保護P89LPC932免受外界過(guò)壓或過(guò)流的影響。

　　功率因數的具體測量原理：設置比較器的控制寄存器CMP1和CMP2，并使能2個(gè)比較器，當正向輸入大于參考電壓時(shí)，輸出為“1”，其他情況輸出為“0”。這樣2路信號在CPU內部整形成近似方波，通過(guò)對不同情況下的輸入進(jìn)行比較操作。

　　用電脈沖可由機械式電表經(jīng)改裝或采用專(zhuān)用電能計量芯片產(chǎn)生，本文只討論用電脈沖的處理問(wèn)題。將已經(jīng)產(chǎn)生的用電脈沖直接輸入到CPU的輸入捕獲引腳P2.7/ICA，捕獲事件由CCCRA寄存器的高3位選擇輸入捕獲邊沿，此時(shí)必須設置CPU的P2.7為輸入狀態(tài)。當管腳產(chǎn)生捕獲事件時(shí)，定時(shí)器的內容就會(huì )傳送到相應的16位輸入捕獲寄存器ICRAL中。CPU通過(guò)讀取ICRAL中的內容就可以精確地得到捕獲時(shí)間。

　　電度表的所有數據處理后都存入到P89LPC932內部的E2PROM中，以保證斷電后數據不丟失。當抄表時(shí)，將相應的數據傳送給手持抄表終端。