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，系統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據傳輸的新型的抄表形式。基于這種技術，文中將詳細地介紹該電集中抄表系統的可行性，市場前景，硬件設計，軟件設計，以及調試方法等。整個系統包括抄表模塊和數據傳輸模塊兩大部分電路。抄表模塊完成的是脈沖轉換，電流檢測，報警和自動斷電的功能。數據傳輸模塊負責抄表系統與PC機控制中心的連接，實現控制中心對用電戶進行同一抄表和統一收費的管理模式。應用該系統可以改變傳統的抄表模式節省了人力，實現小區的智能化管理。文章的最后還總結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;光電轉換;電能表;防盜電;CAN總線

1電集中抄表系統

自動抄表（Automatic Meter Reading-AMR）是指采用通訊和計算機網絡等技術自動讀取和處理表計數據。發展電能自動抄表技術是提高用電管理水平的需要，也是網絡和計算機技術迅速發展的必然。在用電管理方面，采用自動抄表技術，不僅能節約人力資源，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據信息。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

針對現階段大多數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換電路實現脈沖轉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 數據傳輸部分

從設計方面，成本問題，現階段經濟情況，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。該系統主要包括的電路有光電轉換電路，電流檢測電路，報警斷電電路和CAN總線通信電路。

3? 系統硬件設計

3.1.1AT89C51介紹

單片機概述

自單片機出現至今，它已走過近20年的發展路程。縱觀20年來單片機的發展歷程，單片機技術的發展以微處理器MPU技術及超大規模集成電路技術的發展為先導，以廣泛的應用領域表現出微處理器更具有個性的發展趨勢?，F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點。

3.2.1CAN總線概況

控制器局部網（CAN——Controller Area Network）屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網絡，其總線規范已被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場總線之一。CAN總線的應用范圍遍及從高速網絡到低成本的多線路網絡，廣泛應用于控制系統中的各檢測和執行機構之間的數據通信。

現場總線領域中，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已經遙遙領先于FF、PROFIBUS、LONWORKS等其它所有現場總線。

4.軟件設計

軟件設計可以分為抄表的記數存儲報警斷電和CAN總線發送數據兩大部分設計這樣可以便于程序的編寫和在接下來的調試過程的調試。

程序主要實現的功能是對外來脈沖進行記數，采集3個脈沖為一組判斷是否有盜電情況發生，當有盜電情況發生時實現自動斷電。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據并進行發送。

4.2 抄表模塊軟件設計

該系統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，可根據上述比較結果和T1口電平的高低來判定是否有盜電情況發生，若檢測到T1端為高電平，而定時/計數器T0的捕捉結果為零（表盤不轉）或脈沖寬度逐漸遞減（3個脈沖為1組）即表盤反轉，則表明有盜電情況發生，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，并將其放大后驅動蜂鳴器發出報警聲。

5? 系統調試

電路通電前檢查

系統組裝完畢后，不要急于通電，首先要根據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，這樣可以發現接觸不良的地方。

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?，F象發生（包括有無冒煙，是否有異常氣味，是否有異聲，芯片是否發燙，電源是否有短路或開路等現象）。如果出現異常，應該立即關掉電源，待故障排除后方可重新通電。

功能模塊調試

根據各個模塊的功能，對其進行調試。調試順序按信號流向進行，這樣可以把前面調試好的單元電路的輸出信號作為下一級的輸入信號。如在調光電轉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）光電轉換電路：當電流輸入時表盤的轉動便能夠產生脈沖，調節施密特觸發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節。

（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的電壓才能夠實現通信功能。

6? 總結

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可以為其節約經濟而且改裝起來也比較方便。而且系統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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