基于P89LPC932的紅外抄表系統設計

　　P89LPC932主要特性：(1)指令執行速度快。在同一時(shí)鐘頻率下，其速度為標準80C51的6倍。(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。在掉電情況下可以通過(guò)鍵盤(pán)中斷喚醒CPU。（9）增強型UART。具有波特率發(fā)生器、幀錯誤檢測、自動(dòng)地址識別和通用中斷等功能。(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。
　　在該系統的設計過(guò)程中，最大限度地開(kāi)發(fā)了P89LPC932本身的功能，盡量以軟件代替硬件，各種計算和數據處理都在CPU內部完成，故各部分硬件電路都比較簡(jiǎn)單，降低了成本和體積。以下是幾個(gè)主要模塊電路的實(shí)現原理。
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”（必須從寄存器中讀出），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，就可以得出2路信號相差的時(shí)間間隔t，進(jìn)而得到?漬、cosφ。
　　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(在此不作討論)，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（ICECA2、ICECA1、ICECA0）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)（高阻）。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。采用這種方法，不僅可以計算用電脈沖，而且可以計算用電脈沖的占空比，將不符合占空比的干擾脈沖濾除，實(shí)現軟件抗干擾措施。

　　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。
2.2 紅外通信方式的實(shí)現
　　紅外無(wú)線(xiàn)通信一般采用IrDA(Infrared Data Association)作為其通信技術(shù)標準。按IrDA標準設計的紅外通信接口具有通信速度快、通用性好的特點(diǎn)，但傳輸距離較近，一般僅有數米。在紅外抄表系統中，由于傳輸的信息量較少，故對通信速度要求不是很高，但要求傳輸距離盡量遠些。
　　本文提出了一種利用紅外遙控器件實(shí)現較遠距離無(wú)線(xiàn)通信的低成本、高可靠性的方案。在實(shí)際應用中，為了增強抗干擾能力，延長(cháng)通信距離，一般都要對發(fā)射信號進(jìn)行調制，接收電路對信號進(jìn)行選頻接收和解調。紅外收發(fā)接口電路如圖4所示。紅外發(fā)射的數據信號通過(guò)Q1輸出，調制載波信號則通過(guò)Q2輸出，最后由紅外發(fā)射管D1將調制好的信號發(fā)射出去；接收模塊由通用的38kHz紅外遙控接收模塊構成，接收模塊對接收到的紅外信號進(jìn)行選頻接收，并解調輸出。紅外發(fā)射的38kHz載波信號由P89LPC932的CCU模塊產(chǎn)生，從P2.6/OCA輸出控制Q1。