基于單片機(jī)的智能化抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

白晶

（錦州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)供電局，遼寧錦州，121007）

基于單片機(jī)的智能化抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

白晶

（錦州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)供電局，遼寧錦州，121007）

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提高，居民用電量呈高速增長(zhǎng)，此情形的出現(xiàn)也就對(duì)電力公司的抄表方式提出了更高要求。因此，電力公司應(yīng)當(dāng)加快對(duì)智能化抄表系統(tǒng)的研究，以此提高電力抄表效率及精準(zhǔn)度。本文主要設(shè)計(jì)的是一款基于AT89C52型號(hào)的單片機(jī)智能化抄表系統(tǒng)，首先從智能化電抄表的概述進(jìn)行闡述，從硬件部分、軟件部分、主程序三方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。

單片機(jī)；智能化抄表；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著我國(guó)各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電能已經(jīng)是當(dāng)前人們生存必不可少的能源。目前，人們生活中大部分生活工具均需要電力作為前提，隨之而來(lái)的是日漸增長(zhǎng)的居民用電量。此情形的出現(xiàn)也就對(duì)當(dāng)前電力企業(yè)的抄表系統(tǒng)提出了更高要求。目前，傳統(tǒng)式電力集抄方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前電力企業(yè)發(fā)展的需求。因此，電力企業(yè)還需對(duì)集抄技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，加大投入到的智能化抄表系統(tǒng)的研究中。本文主要以單片機(jī)作為前提，對(duì)智能化抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1 智能化抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 硬件部分設(shè)計(jì)

1.1.1 單片機(jī)選型

單片機(jī)是一種集成路芯片，能夠?qū)⑼暾挠?jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到芯片上，具備計(jì)算機(jī)所需的大多數(shù)部件。本文主要選用美國(guó)ATMEL公司所產(chǎn)的高性能CMOS 8位AT89C52型單片機(jī)。單片機(jī)中包括了8K butes可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器以及256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。AT89C52型單片機(jī)中器件則采用的是ATMEL公司密度極高、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)。同時(shí)，此單片機(jī)內(nèi)置由8位中央處理器以及Flash存儲(chǔ)單元，助力于AT89C52單片機(jī)在更多復(fù)雜場(chǎng)合的應(yīng)用。

1.1.2 計(jì)量模塊設(shè)計(jì)

智能化抄表系統(tǒng)的構(gòu)建離不開(kāi)計(jì)量模塊，在系統(tǒng)中扮演著終端傳感器的重要角色。其主要應(yīng)用于電流電壓以及相關(guān)設(shè)備工況信息的獲取，以此為CPU提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，系統(tǒng)的構(gòu)建以確保計(jì)量模塊的計(jì)量精準(zhǔn)度以及運(yùn)算速度作為前提，其終端計(jì)量部門(mén)將由專(zhuān)門(mén)的計(jì)量芯片組成進(jìn)行保障。本文中主要將三相多功能電能計(jì)量芯片71M6153應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。此類(lèi)芯片是一種高精度的模擬前端的電能計(jì)量IC，具有為四象限三相計(jì)量提供測(cè)量值的作用。具體原理為：將單位時(shí)間內(nèi)電路吸收和釋放的電能定義為該電路功率，以p進(jìn)行表示，再設(shè)交流電壓為u(t)、電流的瞬時(shí)值為i(t)。以此得出一個(gè)周期內(nèi)的瞬時(shí)功率為：

從公式中得出測(cè)量電能的方法其實(shí)就是將電壓與電流相乘，然后在時(shí)間上進(jìn)行累積。電子式電能表主要以對(duì)功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為脈沖頻率輸出，以此實(shí)現(xiàn)電子式電能表積分。

本文中的計(jì)量模塊由于多種器件組成，分別是互感器、采樣電路、高精度計(jì)量芯片等。其中計(jì)量芯片能夠?qū)Σ蓸訑?shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，從而獲得電流值、電壓值、功率、電能量等電能數(shù)據(jù)。

1.2 軟件部分設(shè)計(jì)

智能電表軟件設(shè)計(jì)首先要將用戶(hù)的個(gè)性化需求作為首要原則，因而常常需對(duì)智能電表的相關(guān)功能進(jìn)行調(diào)整。因此，智能電表軟件設(shè)計(jì)應(yīng)將業(yè)務(wù)相關(guān)性和穩(wěn)定性作為前提，對(duì)智能表的功能進(jìn)行多個(gè)層次的劃分。以此保障系統(tǒng)在今后需求變化頻繁的情況下，還能保持較高的穩(wěn)定性。

其次是軟件的模塊化設(shè)計(jì)。軟件中每項(xiàng)功能均是一個(gè)獨(dú)立的模塊，其中基礎(chǔ)功能模塊存在方式以動(dòng)態(tài)庫(kù)為主，上層模塊則以執(zhí)行文件方式存在。因此，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)以不同的配置方式將每個(gè)模塊設(shè)計(jì)為僅實(shí)現(xiàn)一向功能，以此減少單片機(jī)出錯(cuò)及死機(jī)頻率，保障系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

1.3 主程序設(shè)計(jì)

智能電表中的控制軟件由兩種程序組成，分別為主程序和中斷程序。其中主程序圖如圖1所示。主機(jī)采用點(diǎn)名的方式對(duì)各電網(wǎng)分機(jī)傳遞分機(jī)地址，各分機(jī)再由電網(wǎng)讀取對(duì)本機(jī)地址進(jìn)行判斷，判斷成功將發(fā)出計(jì)量結(jié)果及故障狀態(tài)信息。系統(tǒng)在上電之后，首先進(jìn)行初始化，再之后對(duì)故障進(jìn)行判斷，若發(fā)現(xiàn)故障存在將作出端電反應(yīng)及顯示故障。反之，則進(jìn)行供電以及顯示累積供電量。

2 抗干擾設(shè)計(jì)

環(huán)境主要以脈沖形式進(jìn)入到單片機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，并對(duì)其進(jìn)行干擾，本文主要對(duì)電源干擾提出抗干擾措施。研究認(rèn)為，電阻是引起電源噪聲干擾的主要原因，存在于任何電源及輸電線(xiàn)路當(dāng)中。若是內(nèi)阻不存在于電源中，那么線(xiàn)路中將不會(huì)建立其干擾電壓。根據(jù)電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短可將干擾源進(jìn)行劃分，包括過(guò)壓、欠壓、停電，浪涌、下陷、半周降出，尖峰電壓，射頻干擾等。如過(guò)壓、欠壓、停電等干擾情況的處理，可采取采取各種穩(wěn)壓器、電壓調(diào)節(jié)器等措施。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文將對(duì)基于單片機(jī)的智能化抄表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以美國(guó)ATMEL公司所產(chǎn)的AT89C52型單片機(jī)進(jìn)行抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)的硬件、軟件及主程序進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，同時(shí)還提出相應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行抗干擾設(shè)計(jì)，以此保障智能化抄表系統(tǒng)的順利運(yùn)行，提高電力企業(yè)工作效率。

[1]黃利軍,黃麗衡,陳像.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].懷化學(xué)院學(xué)報(bào),2014,33(05):56-60.

[2]黃璟,崔秋麗.基于ZigBee和3G/4G的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2015,14(03):7-11.

[3]譚周文,馬子驥,郭亮,鐘廣超.基于瑞薩處理器的無(wú)線(xiàn)電力抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 智能建筑電氣技術(shù),2015,9(04):51-55.

圖1 主程序圖

Design of intelligent meter reading system based on single chip microcomputer

Bai Jing
(Jinzhou Power Supply Bureau, Jinzhou economic and Technological Development Zone, Jinzhou Liaoning,121007)

With the improvement of China’s national economic level, the electricity consumption of residents is increasing rapidly, and the appearance of this situation also puts forward higher requirements for the meter reading mode of the power companies. Therefore, electric power companies should speed up the study of intelligent meter reading system, in order to improve the efficiency and accuracy of power meter reading. This paper is designed a microcontroller based intelligent meter reading system AT89C52 model,firstly from the intelligent electric meter described from hardware and software, the main three aspects of a comprehensive design of the system.

single chip microcomputer; intelligent meter reading; system design