電度表信息自動采集終端的設(shè)計及防干擾措施

　　1 自動采集終端的設(shè)計

　　1.1 自動采集終端的功能和組成

　　終端站系統(tǒng)采用以89C51單片機為核心的系統(tǒng)，可實現(xiàn)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)過改造的機械式電度表送來的脈沖進行計數(shù)，并把它轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電能量，實現(xiàn)對有功電能的計量;設(shè)置初值(地址號、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)進行顯示。

　　整個自動采集終端由脈沖計數(shù)模塊、通信模塊、時鐘電路模塊、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在這個時間內(nèi)對脈沖不進行處理，將會出現(xiàn)脈沖的丟失，從而造成脈沖計數(shù)的不準(zhǔn)確。采用雙CPU共用數(shù)據(jù)存儲器技術(shù)可以避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。脈沖計數(shù)模塊和通信模塊分別采用各自的CPU進行控制，兩者之間通過公共數(shù)據(jù)存儲器AT24C32、通信協(xié)議和握手線進行信息交換。為了防止兩者對存儲器操作的阻塞而出現(xiàn)故障，在設(shè)計中采用兩根握手線進行硬件握手，當(dāng)一個模塊不對存儲器操作時，其握手線輸出端輸出“O”;當(dāng)需要對存儲器進行操作時，其握手線輸入端輸入“0”，其握手線輸出端輸出“1”，然后進行操作，否則處于等待狀態(tài)。

　　該電能信息自動采集終端設(shè)計了兩個RS 232通信接口，其中一個為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(dān)，且可對于不同數(shù)據(jù)格式的RS 232電度表靈活修改程序代碼。

　　1.3 脈沖計數(shù)模塊

　　脈沖計數(shù)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(shù)據(jù)進行一系列處理，完成對數(shù)據(jù)的采集、有效存儲及傳輸功能。

　　各功能的具體實現(xiàn)過程為：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行濾波、整形等處理后，再送入緩沖器進行緩存;然后根據(jù)控制電路的命令進行相應(yīng)的操作。當(dāng)進行信息存儲操作時，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(yīng)答信號后，向存儲器發(fā)送字節(jié)地址，AT89C51-1收到存儲器的另一個低電平應(yīng)答信號后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲單元，存儲器再次應(yīng)答，并在AT89C51-1發(fā)送停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫，在擦寫的過程中，存儲器不再相應(yīng)任何請求。當(dāng)進行讀信息操作時，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(jié)地址，存儲器產(chǎn)生低電平應(yīng)答信號并發(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)送一個停止信號。

　　時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，對AT24C32的任何操作命令，都必須從啟動信號開始，時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。外部存儲器采用結(jié)構(gòu)簡單的二線制E2PROM和具有掉電保護的AT24C32存儲信息，掉電后數(shù)據(jù)可保存十年，遠遠高于實際要求。為了延長存儲器的使用時間，采用循環(huán)存儲方式，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)部具有電壓自動控制和電流自動控制，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除了實現(xiàn)電力線載波通信功能外，還具有看門狗、過零檢測、運算放大器、時鐘輸出、超時溢出輸出、+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ECC標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.5 時鐘電路模塊

　　時鐘電路模塊由AT89C51-1和時鐘芯片DS12887組成。CPU通過讀DS12887的內(nèi)部時標(biāo)寄存器即可通過選擇二進制碼或BCD碼初始化芯片的10個時標(biāo)寄存器得到當(dāng)前的時間和日歷，其內(nèi)部14 B非易失性靜態(tài)RAM可供用戶使用。對于沒有RAM的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，可在主機掉電時保存一些重要數(shù)據(jù)。DS12887的4個狀態(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，程序可隨時讀寫這4個寄存器。利用單片機對DS12887進行編程，可方便地實現(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，使用壽命長等優(yōu)點。