电表远程读取的设计文档格式.docx

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系　　别：

　物理与信息工程系

专　　业：

电子信息科学与技术

指导教师：

起止日期：

　2010年12月-2011年5月

2011年5月20日

怀化学院本科毕业论文（设计）诚信声明

作者郑重声明：

所呈交的本科毕业论文（设计），是在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，成果不存在知识产权争议。

除文中已经注明引用的内容外，论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。

对论文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确的方式标明。

本声明的法律结果由作者承担。

本科毕业论文（设计）作者签名：

年月日

目　录

电表远程读取的设计

摘要

远程抄表系统在变电所、旧社区管理设施改造和新住宅建设的配套服务等场合的应用已变得越发广泛，而信息技术和网络技术的飞速发展，为实施远程无线抄表和供用电部门管理的规范化、自动化提供了新的实现平台。

本课题主要研究了远程无线抄表系统的硬件设计和实现，系统依靠无线通信技术，以单片机为主控单元来实现电表数据的采集和远程无线传输，软硬件均采用模块化结构，整体上可分为电源模块，单片机模块，电表数据采集模块，GSM模块等。

系统成本较低，运行高效可靠，可基本实现系统要求，有较大的市场发展潜力。

关键词

远程电表读取系统；

无线传输；

GSM

Abstract

Remotereadmetersystemisnowadoptedmoreandmorewidelyinthefieldsoftransformersubstation,oldcommunityestablishmentrebuilding,newdwellinghouseconstruction’smatchserviceandsoon.Thefastdevelopmentofinformationandnetworktechnologyhasaffordedanewplatformforexecutingtheremotereadmeter,thestandardizationandautomatizationofthemanagementofelectricitysupplydepartment.Thistopichasmainlystudiedhardwaredesignandrealizationofthewirelessremotereadmetersystemterminal.ThisdesignwhichisbasedonGSMnetworkplatformcanrealizethecollectionofammeterdataandremotewirelesstransmissionmainlywiththeMicrochipcontroller.Bothofthesoftwareandthehardwareconsistofpower,MCU,datacollectionofammeterandGSMmodule.Thislow-costterminator,whichrunsefficiently,canapproximatelymeettheneedsofthesystem.Theremotereadmetersystemhashugemarketpotential.

Keywords

remotemeterreadingsystem;

wirelesstransmission;

GSM

1前言

1.1课题背景

电能表是我国电工仪表行业中产量最大的产品。

近几年，国家连续出台的多项与电能表行业发展相关的政策以及房地产产业的迅速发展，为电能表需求的上升及保持行业发展的相对稳定起到了一定的保障作用。

随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，且已经逐步成为电能表发展的主流，在未来几年里，这种趋势将更加明显。

由于抄表收费工人工作条件差、效率低、劳动强度大、不稳定因素，不可控现象等等，都说明了采用传统的人上抄表方式已不能适应现代社会和企业发展的需要。

随着抄表作业信息化要求越来越高，传统的手工抄表已无法满足日益增长的现代化作业需要，面对庞大的信息量,需要有个智能的系统来管理这些繁杂的数据，方便了用户，提高工作效率，减少工作量，节省宝贵的时间。

远程抄表方便而简捷，只需要控制中心定时采集能自动完成复杂的手工作业。

顺利、准确的抄表计量工作，关系着公用事业行业、能源供给企业的经营、管理、效益等的生命线。

就目前的状况而言，抄表难、收费难是公用事业部门面临的普遍和共性的历史问题，而种种社会现象和实际，对企业的经营者、管理者在我国新的市场经济条件下经营企业所提出的改革思路新课题。

开发远程抄表不仅能节约大量人力资源，更重要的是可提高抄表准确性，供电管理部门能得到及时准确的数据信息，如电能需量、分时电量和负荷曲线等，同时电力用户不再需要与抄表者预约时间。

在旧社区管理设施的改造、新住宅建设的配套服务等等，都显示出自动远程抄表系统巨大的市场发展潜力。

远程智能抄表项目的实施，采用高新技术，也迎合了经济和技术的发展方向[1]。

1.2本课题主要工作概述

远程抄表系统即电力数据远程采集与无线传输系统，它由远程终端和服务控制中心两部分组成。

服务控制中心完成数据采集命令的发送、数据采集时间的设定、采集数据的存储、分析、告警和报表的生成等工作。

远程终端与供变电设备放置在一起，能够在无人干预的情况下，实现将各个远端站点的各相电流、电压、电功、电功率、功率因素、无功功率等数据以点播的方式通过移动基站以短消息形式随时采集到服务控制中心；

也可以通过设置按所设置出时间及时将数据采集到服务控制中心。

远程抄表系统是把变电所安装在各条线路上的电能计量表及主变表读数，在同一时间或人工随机选定的时间抄录下来，并及时准确的传送到电力销售中心的主控计算机。

电力销售中心的工作人员能够对收到的数据进行分析，以便及时发现电网供电量异常，分析原因及时调整，最大限度的减少电量损失[2]。

本课题设计主要由以AT89S51单片机为核心的主控模块、以16C55芯片为串口的扩展模块和GMS模块组成。

包括硬件的完成和软件的实现。

2系统总体设计

远程电表读取由电力数据远程采集和无线传输和接收组成。

在设计远程电表读取系统时，应考虑数据传输的可靠性、工程实施的可行性、系统兼容性及可扩展性，同时还应使该系统具有投资少、见效快、应用范围广泛等特点。

随着现代通信技术的不断发展，出现了电力线载波方式、电话线拨号方式、RS485串行总线通信方式、GSM通信方式等等方式，下面对各种方案的优缺点进行说明[3]。

（1）电力线载波方案：

低压电力线载波通信是指将欲传递的信息通过一定方法加载到220V交流电网上进行传输的方式。

该方案的最大好处是只要有电网的地方都可以通信，不必另外架设通信线。

不足之处是很容易受到干扰，误码率较高，传输速率较低。

（2）电话线拨号方案：

当主站电脑与集抄器相距较远时，可采用这种方案。

主站电脑和集抄器各自通过调制解调器（MODEM）与电话网连接，理论上讲，只要通电话的地方，都可采用此方案。

因此它的传输距离不受限制。

这种通信方式的可靠性会受电话网传输质量的影响。

同时，主站无法对抄表进行操作，无法做到数据的实时采集。

（3）RS485串行总线通信方案：

当主站电脑与抄表之间有一定距离，并且一个项目中有多台抄表时，可采用这种通信方式。

该方式要求集抄器具有上行RS485通信接口，主站电脑也通过一个RS232/RS485转换器与串行总线相联。

理论上，电脑与抄表间的最大距离可达到1200米，如增加中继器则还能延长传输距离。

这种方案的另一个特点是可以连接多台抄表（最多255台），因此适用于比较大型的项目。

这种通信方式的传输可靠性较高，传输速率也较快。

四.GSM通信方案：

当主站电脑与抄表相距很远，并且无法采用电话拨号时，可选用该无线方案。

本课题采用此方案。

构建抄表系统时，完全可以利用现成完善的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，已能很好的满足电力数据远程采集与无线传输系统这个大项目的要求。

GSM网络而不必重新建设新的基站[13]。

3硬件设计

本系统原理框图如图3.1所示，该系统有独立的电源模块，通过LM2576开关稳压集成电路和7805芯片构建了系统电压。

单片机由于要地址线和数据线复用所以MCU通过锁存单元进行地址琐存并由DS1230Y100扩展了存储器，MCU与异步通讯单元有一中断控制INPRT相接，550异步通讯单元扩展了串口，其串口由232/485电平转换后连接电表。

具体数据流程为，电表数据通过485总线（最多挂30个电表），遵循DL/T645-1997《多功能电能表通信规约》，经MAX232A进行电平转换，把数据传于异步通讯单元后再传送至单片机，MCU串口与GSM模块相连，再通过西门子TC35I（GSM模块）把数据发送到控制中心。

另外还加了一个芯片X25045，一方面起到看门狗作用和电源电压监控作用，另一方面，终端把一些系统数据保存在其内部的EEPROM，如短信控制中心号码，电表地址信息等，可以起到掉电保存的作用。

图3.1系统原理框图

3.1控制器模块设计

本系统选用W78E516B芯片，其功能叙述如下：

它是具有带ISP功能的FlashEPROM的低功耗8位微控制器；

ISP功能的FlashEPROM可用于固件升级。

它的指令集同标准8052指令集完全兼容。

W78E516B包含64K字节的主ROM、4K字节的辅助ROM（位于4K字节辅助ROM中的装载（loader）程序，可以让用户更新位于64K主ROM中的程序内容）。

512字节片内RAM，它被分成了2个区，一个256字节的暂存RAM区，和一个256字节的辅助RAM区。

这些RAM通过不同的方式寻址；

4个8位双向、可位寻址的I/O口；

一个附加的4位I/O口P4；

3个16位定时/计数器及一个串行口，一个内部74373锁存器和74244缓冲器。

处理器支持111条不同的操作码，并可访问64k的程序地址空间和64k的数据存储空间。

这些外围设备都由有6个中断源和2级中断能力的中断系统支持。

两个附加的外部中断2INT/3INT，与标准的80C52中的外部中断0和1的功能相似。

这些中断的功能/状态由XICON（外部中断控制）寄存器中的位设置/表示。

XICON寄存器是可位寻址的，但不是标准的80C52中的标准寄存器。

其地址为0C0H。

可用“SETB（/CLR）bit”指令来置位/清零XICON寄存器中的各个位。

W78E516B有2种节电模式，空闲模式和掉电模式，2种模式均可由软件来控制选择。

空闲模式下，处理器时钟被关闭，但外设仍继续工作。

在掉电模式下晶体振荡器停止工作，以将功耗降至最低。

外部时钟可以在任何时间及状态下被关闭，而不影响处理器运行。

该芯片是8051升级版，对于工程较大的该系统选用W78E516B是性价比很合理的。

如图3.2所示是W78E516B芯片的典型接法，内含一个内置的晶体振荡器，为使振荡器工作，必须在XTAL1和XTAL2管脚之间