基于P89LPC932的紅外抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　P89LPC932主要特性：(1)指令執(zhí)行速度快。在同一時(shí)鐘頻率下，其速度為標(biāo)準(zhǔn)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(qū)動(dòng)到5.5V。(3)8KB的Flash程序存儲(chǔ)器，具有可擦除扇區(qū)，提供ISP和IAP編程功能。(4)256B的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，512B的附加片內(nèi)RAM。(5)512B的E2PROM存儲(chǔ)區(qū)，可以存放序列碼及設(shè)置參數(shù)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)鍵盤中斷。在掉電情況下可以通過鍵盤中斷喚醒CPU。（9）增強(qiáng)型UART。具有波特率發(fā)生器、幀錯(cuò)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)所有的口線均有20mA的驅(qū)動(dòng)能力，可以方便地驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。
　　在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，最大限度地開發(fā)了P89LPC932本身的功能，盡量以軟件代替硬件，各種計(jì)算和數(shù)據(jù)處理都在CPU內(nèi)部完成，故各部分硬件電路都比較簡單，降低了成本和體積。以下是幾個(gè)主要模塊電路的實(shí)現(xiàn)原理。
2.1 功率因數(shù)和用電信號的測量
　　在多功能電度表中，主要的測量參數(shù)是功率因數(shù)和用電信號。根據(jù)這2個(gè)參數(shù)可計(jì)算出有功功率、無功功率、用電量、電費(fèi)等多項(xiàng)數(shù)據(jù)。測量這2個(gè)參數(shù)的硬件電路如圖3所示。

　　當(dāng)市電的負(fù)載不是純電阻性負(fù)載時(shí)，流過負(fù)載的電壓和電流就存在相位差，設(shè)二者的的相位差為?漬＝φu－φi，則cosφ就是功率因數(shù)。因此只要比較出電壓和電流在相位上的差φ，再由P89LPC932通過查表和插值法計(jì)算cosφ，就可以求出功率因數(shù)，進(jìn)而可以求出其他的數(shù)據(jù)。
　　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(wěn)定；二極管起箝位的作用，保護(hù)P89LPC932免受外界過壓或過流的影響。
　　功率因數(shù)的具體測量原理：設(shè)置比較器的控制寄存器CMP1和CMP2，并使能2個(gè)比較器，當(dāng)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(nèi)部整形成近似方波，通過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(jī)械式電表經(jīng)改裝或采用專用電能計(jì)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(shè)置CPU的P2.7為輸入狀態(tài)（高阻）。當(dāng)管腳產(chǎn)生捕獲事件時(shí)，定時(shí)器的內(nèi)容就會(huì)傳送到相應(yīng)的16位輸入捕獲寄存器ICRAL中。CPU通過讀取ICRAL中的內(nèi)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(jì)算用電脈沖，而且可以計(jì)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(xiàn)軟件抗干擾措施。

　　電度表的所有數(shù)據(jù)處理后都存入到P89LPC932內(nèi)部的E²PROM中，以保證斷電后數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)抄表時(shí)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送給手持抄表終端。
2.2 紅外通信方式的實(shí)現(xiàn)
　　紅外無線通信一般采用IrDA(Infrared Data Association)作為其通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。按IrDA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(shù)米。在紅外抄表系統(tǒng)中，由于傳輸?shù)男畔⒘枯^少，故對通信速度要求不是很高，但要求傳輸距離盡量遠(yuǎn)些。
　　本文提出了一種利用紅外遙控器件實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離無線通信的低成本、高可靠性的方案。在實(shí)際應(yīng)用中，為了增強(qiáng)抗干擾能力，延長通信距離，一般都要對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，接收電路對信號進(jìn)行選頻接收和解調(diào)。紅外收發(fā)接口電路如圖4所示。紅外發(fā)射的數(shù)據(jù)信號通過Q1輸出，調(diào)制載波信號則通過Q2輸出，最后由紅外發(fā)射管D1將調(diào)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(gòu)成，接收模塊對接收到的紅外信號進(jìn)行選頻接收，并解調(diào)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。