電度表信息自動(dòng)采集終端的設計方案介紹

　0 引 言

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們對電力的需求愈來(lái)愈大，對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來(lái)越高。另外，在工業(yè)系統中，對電子設備運行過(guò)程中的電參數進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與控制的要求也十分迫切。在這種趨勢下，供電單位要向用戶(hù)提供安全、優(yōu)質(zhì)的電力，但依靠傳統的技術(shù)和管理手段已經(jīng)無(wú)法實(shí)現。針對這些問(wèn)題，根據社會(huì )發(fā)展的需要，依據電力工業(yè)部南京自動(dòng)化研究所提出的要求，從實(shí)用化的角度出發(fā)，研制了一種電能信息自動(dòng)采集終端。該系統具有結構簡(jiǎn)單，安裝方便，易維護性強，經(jīng)濟性好等特點(diǎn)，并可通過(guò)低壓載波和采集站進(jìn)行數據傳輸，從而實(shí)現了電能信息的自動(dòng)采集。因此電能信息自動(dòng)采集終端對用電管理、配電管理實(shí)現智能化、自動(dòng)化和科學(xué)化具有非常重要的意義，對國民經(jīng)濟的發(fā)展將起到不可估量的推動(dòng)作用。

　　1 自動(dòng)采集終端的設計

　　1.1 自動(dòng)采集終端的功能和組成

　　終端站系統采用以89C51單片機為核心的系統，可實(shí)現對1～16塊電度表信息的采集、存儲、傳輸及工作狀態(tài)的顯示等功能。其具體功能如下：對脈沖式電度表或經(jīng)過(guò)改造的機械式電度表送來(lái)的脈沖進(jìn)行計數，并把它轉換為對應的電能量，實(shí)現對有功電能的計量;設置初值(地址號、表常數、電表底度等參數)，保存1年內各用戶(hù)各月的電能信息，分時(shí)計費;以電力載波方式和采集站通信;對各電度表的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。

　　整個(gè)自動(dòng)采集終端由脈沖計數模塊、通信模塊、時(shí)鐘電路模塊、工作狀態(tài)顯示模塊和鍵盤(pán)操作模塊五部分組成，其系統組成如圖1所示。

　　1.2 采用雙CPU共用數據存儲器AT24C32和雙RS 232通信接口

　　按照脈沖式電度表標準，電度表的輸出脈沖寬度為80 ms，脈沖周期的最小值為100 ms。如果CPU在這個(gè)時(shí)間內對脈沖不進(jìn)行處理，將會(huì )出現脈沖的丟失，從而造成脈沖計數的不準確。采用雙CPU共用數據存儲器技術(shù)可以避免這一現象的發(fā)生。脈沖計數模塊和通信模塊分別采用各自的CPU進(jìn)行控制，兩者之間通過(guò)公共數據存儲器AT24C32、通信協(xié)議和握手線(xiàn)進(jìn)行信息交換。為了防止兩者對存儲器操作的阻塞而出現故障，在設計中采用兩根握手線(xiàn)進(jìn)行硬件握手，當一個(gè)模塊不對存儲器操作時(shí)，其握手線(xiàn)輸出端輸出“O”;當需要對存儲器進(jìn)行操作時(shí)，其握手線(xiàn)輸入端輸入“0”，其握手線(xiàn)輸出端輸出“1”，然后進(jìn)行操作，否則處于等待狀態(tài)。

　　該電能信息自動(dòng)采集終端設計了兩個(gè)RS 232通信接口，其中一個(gè)為AT89C51-1的RS 232通信口，用于與電度表或設備之間傳輸數據;另一個(gè)是AT89C51-2的RS 232通信口，用于與上位機之間的通信。這樣就減輕了主CPU AT89C51-2的負擔，且可對于不同數據格式的RS 232電度表靈活修改程序代碼。

　　1.3 脈沖計數模塊

　　脈沖計數模塊由電度表、兩片控制芯片AT89C51、脈沖處理電路、存儲器AT24C32等電路組成，利用單片機編程對采集的數據進(jìn)行一系列處理，完成對數據的采集、有效存儲及傳輸功能。

　　各功能的具體實(shí)現過(guò)程為：首先將電度表輸出的脈沖信號經(jīng)由光電耦合器、施密特觸發(fā)器等組成的脈沖處理電路進(jìn)行濾波、整形等處理后，再送入緩沖器進(jìn)行緩存;然后根據控制電路的命令進(jìn)行相應的操作。當進(jìn)行信息存儲操作時(shí)，AT89C51-1工作，AT89C51-2處于等待狀態(tài)，AT89C51-1向存儲器發(fā)送起始信號，AT89C51-1收到存儲器的低電平應答信號后，向存儲器發(fā)送字節地址，AT89C51-1收到存儲器的另一個(gè)低電平應答信號后，再發(fā)送數據到被尋址的存儲單元，存儲器再次應答，并在A(yíng)T89C51-1發(fā)送停止信號后開(kāi)始內部數據的擦寫(xiě)，在擦寫(xiě)的過(guò)程中，存儲器不再相應任何請求。當進(jìn)行讀信息操作時(shí)，AT89C51-l處于等待狀態(tài)，AT89C51-2工作，AT89C51-2向存儲器發(fā)送起始信號和被尋址的字節地址，存儲器產(chǎn)生低電平應答信號并發(fā)送相應字節地址的內容，接收完數據后，AT89C51-2發(fā)送一個(gè)停止信號。

　　時(shí)鐘線(xiàn)保持高電平期間，數據線(xiàn)從高到低的跳變被看作為起始信號，對AT24C32的任何操作命令，都必須從啟動(dòng)信號開(kāi)始，時(shí)鐘線(xiàn)保持高電平期間，數據線(xiàn)從低到高的跳變被看作為停止信號。外部存儲器采用結構簡(jiǎn)單的二線(xiàn)制E2PROM和具有掉電保護的AT24C32存儲信息，掉電后數據可保存十年，遠遠高于實(shí)際要求。為了延長(cháng)存儲器的使用時(shí)間，采用循環(huán)存儲方式，保證了采集數據的準確性和可靠性。