電度表信息自動(dòng)采集終端的設(shè)計(jì)及防干擾措施

　　1 自動(dòng)采集終端的設(shè)計(jì)

　　1.1 自動(dòng)采集終端的功能和組成

　　終端站系統(tǒng)采用以89C51單片機(jī)為核心的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)1～16塊電度表信息的采集、存儲(chǔ)、傳輸及工作狀態(tài)的顯示等功能。其具體功能如下：對(duì)脈沖式電度表或經(jīng)過改造的機(jī)械式電度表送來的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把它轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電能量，實(shí)現(xiàn)對(duì)有功電能的計(jì)量;設(shè)置初值(地址號(hào)、表常數(shù)、電表底度等參數(shù))，保存1年內(nèi)各用戶各月的電能信息，分時(shí)計(jì)費(fèi);以電力載波方式和采集站通信;對(duì)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(jì)數(shù)模塊、通信模塊、時(shí)鐘電路模塊、工作狀態(tài)顯示模塊和鍵盤操作模塊五部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　1.2 采用雙CPU共用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C32和雙RS 232通信接口

　　按照脈沖式電度表標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)對(duì)脈沖不進(jìn)行處理，將會(huì)出現(xiàn)脈沖的丟失，從而造成脈沖計(jì)數(shù)的不準(zhǔn)確。采用雙CPU共用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器技術(shù)可以避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。脈沖計(jì)數(shù)模塊和通信模塊分別采用各自的CPU進(jìn)行控制，兩者之間通過公共數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C32、通信協(xié)議和握手線進(jìn)行信息交換。為了防止兩者對(duì)存儲(chǔ)器操作的阻塞而出現(xiàn)故障，在設(shè)計(jì)中采用兩根握手線進(jìn)行硬件握手，當(dāng)一個(gè)模塊不對(duì)存儲(chǔ)器操作時(shí)，其握手線輸出端輸出“O”;當(dāng)需要對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作時(shí)，其握手線輸入端輸入“0”，其握手線輸出端輸出“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(shè)計(jì)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(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù);另一個(gè)是AT89C51-2的RS 232通信口，用于與上位機(jī)之間的通信。這樣就減輕了主CPU AT89C51-2的負(fù)擔(dān)，且可對(duì)于不同數(shù)據(jù)格式的RS 232電度表靈活修改程序代碼。

　　1.3 脈沖計(jì)數(shù)模塊

　　脈沖計(jì)數(shù)模塊由電度表、兩片控制芯片AT89C51、脈沖處理電路、存儲(chǔ)器AT24C32等電路組成，利用單片機(jī)編程對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、有效存儲(chǔ)及傳輸功能。

　　各功能的具體實(shí)現(xiàn)過程為：首先將電度表輸出的脈沖信號(hào)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(jù)控制電路的命令進(jìn)行相應(yīng)的操作。當(dāng)進(jìn)行信息存儲(chǔ)操作時(shí)，AT89C51-1工作，AT89C51-2處于等待狀態(tài)，AT89C51-1向存儲(chǔ)器發(fā)送起始信號(hào)，AT89C51-1收到存儲(chǔ)器的低電平應(yīng)答信號(hào)后，向存儲(chǔ)器發(fā)送字節(jié)地址，AT89C51-1收到存儲(chǔ)器的另一個(gè)低電平應(yīng)答信號(hào)后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)器再次應(yīng)答，并在AT89C51-1發(fā)送停止信號(hào)后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫，在擦寫的過程中，存儲(chǔ)器不再相應(yīng)任何請(qǐng)求。當(dāng)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(chǔ)器發(fā)送起始信號(hào)和被尋址的字節(jié)地址，存儲(chǔ)器產(chǎn)生低電平應(yīng)答信號(hào)并發(fā)送相應(yīng)字節(jié)地址的內(nèi)容，接收完數(shù)據(jù)后，AT89C51-2發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)。

　　時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線從高到低的跳變被看作為起始信號(hào)，對(duì)AT24C32的任何操作命令，都必須從啟動(dòng)信號(hào)開始，時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線從低到高的跳變被看作為停止信號(hào)。外部存儲(chǔ)器采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的二線制E2PROM和具有掉電保護(hù)的AT24C32存儲(chǔ)信息，掉電后數(shù)據(jù)可保存十年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際要求。為了延長(zhǎng)存儲(chǔ)器的使用時(shí)間，采用循環(huán)存儲(chǔ)方式，保證了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

　　1.4 通信模塊

　　通信模塊由控制芯片AT89C51-2、電力線載波芯片ST7538及其外圍電路組成。ST7538是采用FSK調(diào)制技術(shù)的高集成度、功能強(qiáng)大的電力載波芯片，內(nèi)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(xiàn)可靠的通信。內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能，通過串行通信，可以方便地與微處理器相連接。內(nèi)部具有電壓自動(dòng)控制和電流自動(dòng)控制，只要通過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(xiàn)電力線載波通信功能外，還具有看門狗、過零檢測(cè)、運(yùn)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(yīng)用電路的外圍器件數(shù)量。該芯片符合歐洲CENELEC(EN50065-1)和美國(guó)ECC標(biāo)準(zhǔn)。

　　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通過讀DS12887的內(nèi)部時(shí)標(biāo)寄存器即可通過選擇二進(jìn)制碼或BCD碼初始化芯片的10個(gè)時(shí)標(biāo)寄存器得到當(dāng)前的時(shí)間和日歷，其內(nèi)部14 B非易失性靜態(tài)RAM可供用戶使用。對(duì)于沒有RAM的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，可在主機(jī)掉電時(shí)保存一些重要數(shù)據(jù)。DS12887的4個(gè)狀態(tài)寄存器用來控制和指出DS12887模塊的當(dāng)前工作狀態(tài)，除數(shù)據(jù)更新外，程序可隨時(shí)讀寫這4個(gè)寄存器。利用單片機(jī)對(duì)DS12887進(jìn)行編程，可方便地實(shí)現(xiàn)讀數(shù)，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)光二極管來分別顯示電源的通斷、鏈路的連接以及數(shù)據(jù)的發(fā)送等狀態(tài)。該電路模塊具有響應(yīng)速度快，使用溫度范圍較大，功耗小，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。