基于單片機的電集中抄表設計

白宇 文若濤 孫雙辰 郭烜博

摘? 要：本文闡述了基于單片機的電集中抄表系統(tǒng)，系統(tǒng)是在感應式電能表的基礎上將其改裝成為具有自動抄表和遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦偷某硇问??；谶@種技術，文中將詳細地介紹該電集中抄表系統(tǒng)的可行性，市場前景，硬件設計，軟件設計，以及調(diào)試方法等。整個系統(tǒng)包括抄表模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊兩大部分電路。抄表模塊完成的是脈沖轉(zhuǎn)換，電流檢測，報警和自動斷電的功能。數(shù)據(jù)傳輸模塊負責抄表系統(tǒng)與PC機控制中心的連接，實現(xiàn)控制中心對用電戶進行同一抄表和統(tǒng)一收費的管理模式。應用該系統(tǒng)可以改變傳統(tǒng)的抄表模式節(jié)省了人力，實現(xiàn)小區(qū)的智能化管理。文章的最后還總結(jié)了一些設計過程中遇到的問題以及解決方法。

關鍵詞：AT89C51單片機;光電轉(zhuǎn)換;電能表;防盜電;CAN總線

1電集中抄表系統(tǒng)

自動抄表（Automatic Meter Reading-AMR）是指采用通訊和計算機網(wǎng)絡等技術自動讀取和處理表計數(shù)據(jù)。發(fā)展電能自動抄表技術是提高用電管理水平的需要，也是網(wǎng)絡和計算機技術迅速發(fā)展的必然。在用電管理方面，采用自動抄表技術，不僅能節(jié)約人力資源，更重要的是可提高抄表的準確性，減少因估計或謄寫而造成帳單出錯，使供用電管理部門能及時準確獲得數(shù)據(jù)信息。由于電力用戶因此不再需要與抄表者預約上門抄表時間，還能迅速查詢帳單，故這種技術越來越受到用戶歡迎。

2? 設計方案

2.1 抄表部分

針對現(xiàn)階段大多數(shù)用電戶所使用的感應式電能表的情況，采用AT89C51單片機為核心加入光電轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)脈沖轉(zhuǎn)換并利用霍兒傳感器UGN30T51進行電流檢測具有報警和自動斷電的功能。改裝起來比較方便，設計該電路所需成本較低。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸部分

從設計方面，成本問題，現(xiàn)階段經(jīng)濟情況，用電戶接受程度以及在改裝過程中安裝是否方便等方面綜合考慮得出以下電集中抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括的電路有光電轉(zhuǎn)換電路，電流檢測電路，報警斷電電路和CAN總線通信電路。

3? 系統(tǒng)硬件設計

3.1.1AT89C51介紹

單片機概述

自單片機出現(xiàn)至今，它已走過近20年的發(fā)展路程?？v觀20年來單片機的發(fā)展歷程，單片機技術的發(fā)展以微處理器MPU技術及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展為先導，以廣泛的應用領域表現(xiàn)出微處理器更具有個性的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)代單片機具有壽命長、速度越來越快、低電壓、低功耗、低噪聲與高可靠性技術等許多優(yōu)點。

3.2.1CAN總線概況

控制器局部網(wǎng)（CAN——Controller Area Network）屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡，其總線規(guī)范已被ISO國際標準化組織制定為國際標準，并被公認為是最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN總線的應用范圍遍及從高速網(wǎng)絡到低成本的多線路網(wǎng)絡，廣泛應用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。

現(xiàn)場總線領域中，CAN總線得到了計算機芯片商的廣泛支持，他們紛紛推出直接帶有CAN接口的微處理器（MCU）芯片。帶有CAN的MCU芯片總量已經(jīng)達到1億3千萬片（不一定全部用于CAN總線）;因此在接口芯片技術方面，CAN已經(jīng)遙遙領先于FF、PROFIBUS、LONWORKS等其它所有現(xiàn)場總線。

4.軟件設計

軟件設計可以分為抄表的記數(shù)存儲報警斷電和CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)兩大部分設計這樣可以便于程序的編寫和在接下來的調(diào)試過程的調(diào)試。

程序主要實現(xiàn)的功能是對外來脈沖進行記數(shù)，采集3個脈沖為一組判斷是否有盜電情況發(fā)生，當有盜電情況發(fā)生時實現(xiàn)自動斷電。通信部分是當上位機給出一個中斷，單片機響應中斷請求從存儲器中提出數(shù)據(jù)并進行發(fā)送。

4.2 抄表模塊軟件設計

該系統(tǒng)的軟件設計主要完成對 端輸入信號的捕捉、信號脈沖寬度的記錄以及對相連3個脈沖信號的寬度進行比較。其信號捕捉與脈沖計算程序流程框圖如圖所示。該電能表工作時，可根據(jù)上述比較結(jié)果和T1口電平的高低來判定是否有盜電情況發(fā)生，若檢測到T1端為高電平，而定時/計數(shù)器T0的捕捉結(jié)果為零（表盤不轉(zhuǎn)）或脈沖寬度逐漸遞減（3個脈沖為1組）即表盤反轉(zhuǎn)，則表明有盜電情況發(fā)生，此時，單片機P20端會輸出繼電器控制信號，以使供電線路斷開，同時輸出1KHz的報警信號，并將其放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警聲。

5? 系統(tǒng)調(diào)試

電路通電前檢查

系統(tǒng)組裝完畢后，不要急于通電，首先要根據(jù)電路原理圖認真檢查電路連接是否正確，主要檢查是否有錯線、多線和短路的情況。接著檢查各個元件引腳的連接是否與原理圖相符，這一點非常重要，如果芯片引腳連接錯誤，芯片就不能正常工作，有時甚至燒毀芯片。查線時用數(shù)字萬用表的蜂鳴器來測量，要盡可能直接測量元件引腳，這樣可以發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。

電路通電觀察

在電路連接正確的情況下接通電源。注意，在接通電源后不要急于測量，首先要觀察整個電路有無異常現(xiàn)象發(fā)生（包括有無冒煙，是否有異常氣味，是否有異聲，芯片是否發(fā)燙，電源是否有短路或開路等現(xiàn)象）。如果出現(xiàn)異常，應該立即關掉電源，待故障排除后方可重新通電。

功能模塊調(diào)試

根據(jù)各個模塊的功能，對其進行調(diào)試。調(diào)試順序按信號流向進行，這樣可以把前面調(diào)試好的單元電路的輸出信號作為下一級的輸入信號。如在調(diào)光電轉(zhuǎn)換電路要確定有符合單片機的脈沖信號輸入而電流檢測電路則要在有電流輸入的時候有高電平信號輸入到單片機里。

（1）光電轉(zhuǎn)換電路：當電流輸入時表盤的轉(zhuǎn)動便能夠產(chǎn)生脈沖，調(diào)節(jié)施密特觸發(fā)器中的兩個電阻值可以得到滿足單片機的脈沖電壓輸入。

（2）電流檢測電路：確定傳感器線圈能夠產(chǎn)生磁場這樣才有高電平輸入到單片機中，要注意放大器中電阻的調(diào)節(jié)。

（3）CAN總線部分里要注意的是芯片PCA82C250的5腳Vref腳1/2的Vcc即為2.5V的電壓才能夠?qū)崿F(xiàn)通信功能。

6? 總結(jié)

本次課題是基于單片機的電集中抄表的設計，設計面向的是感應式電能表的集中抄表的改裝。系統(tǒng)采用的是價格較便宜的單片機以及其它元器件，設計思路是基于感應式電能表的基礎上進行簡單的改裝。所以對用電戶而言該系統(tǒng)可以為其節(jié)約經(jīng)濟而且改裝起來也比較方便。而且系統(tǒng)中加入了仿盜電和斷電的功能，這樣可以防止了不法分子的盜電行為。然而每個設計都會有它的缺點存在，該系統(tǒng)由于采用的是便宜的元器件和較為簡單的電路設計所以精確度的問題不能很高的程度。

參考文獻

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