電度表信息自動(dòng)采集終端的設計及防干擾措施

　　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。

　　1.4 通信模塊

　　通信模塊由控制芯片AT89C51-2、電力線(xiàn)載波芯片ST7538及其外圍電路組成。ST7538是采用FSK調制技術(shù)的高集成度、功能強大的電力載波芯片，內部采取了多種抗干擾措施，它可以在噪聲頻帶很寬的信道環(huán)境下實(shí)現可靠的通信。內部集成了發(fā)送和接收數據的所有功能，通過(guò)串行通信，可以方便地與微處理器相連接。內部具有電壓自動(dòng)控制和電流自動(dòng)控制，只要通過(guò)耦合變壓器等少量外圍器件即可連接到電力網(wǎng)中。ST7538除了實(shí)現電力線(xiàn)載波通信功能外，還具有看門(mén)狗、過(guò)零檢測、運算放大器、時(shí)鐘輸出、超時(shí)溢出輸出、+5 V電源和+5 V電源輸出等功能，大大減少了ST7538應用電路的外圍器件數量。該芯片符合歐洲CENELEC(EN50065-1)和美國ECC標準。

　　1.5 時(shí)鐘電路模塊

　　時(shí)鐘電路模塊由AT89C51-1和時(shí)鐘芯片DS12887組成。CPU通過(guò)讀DS12887的內部時(shí)標寄存器即可通過(guò)選擇二進(jìn)制碼或BCD碼初始化芯片的10個(gè)時(shí)標寄存器得到當前的時(shí)間和日歷，其內部14 B非易失性靜態(tài)RAM可供用戶(hù)使用。對于沒(méi)有RAM的單片機應用系統，可在主機掉電時(shí)保存一些重要數據。DS12887的4個(gè)狀態(tài)寄存器用來(lái)控制和指出DS12887模塊的當前工作狀態(tài)，除數據更新外，程序可隨時(shí)讀寫(xiě)這4個(gè)寄存器。利用單片機對DS12887進(jìn)行編程，可方便地實(shí)現讀數，完成定期抄表等功能。

　　1.6 工作狀態(tài)顯示模塊

　　工作狀態(tài)顯示模塊主要由發(fā)光二極管、放大器、AT89C51-2等元件組成。用不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)分別顯示電源的通斷、鏈路的連接以及數據的發(fā)送等狀態(tài)。該電路模塊具有響應速度快，使用溫度范圍較大，功耗小，使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。