最新基于单片机自动无线抄表系统设计毕业汇编Word文件下载.docx
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一般手工抄表都按月抄表，对于用户计量来说是可行的，但对于相关供应部门进行更深层次的分析和管理决策却不够。
以PIC单片机为核心，以无线电波作为信息传递的媒介，在电表的基础上把水、煤气的测量加上把三表集成为一体。
物业部门的主控机与下位单片机之间可实现双向无线传递数据。
一方面将购费额及其他信息传人单片机，另一方面又将存储器中的耗能数据以及仪表工作状态等信息传给物业管理部门，单片机根据处理后的数据情况向限电、限气装置发出开或关的指令。
物业部门通过接收装置接收信息并把相关数据显示在界面上，以PIC单片机为核心进行数据采集及处理和控制。
无线抄表应用系统应用的意义
随着科学技术的不断发展，电力系统也逐渐信息化。
电表数据抄送的准确性、及时性，直接影响电力系统的信息化发展水平、甚至管理决策和经济效益等，所以，构建一个无线抄表应用系统就显得十分有意义，也是行业单位迫切想要解决的问题。
该系统适用于电、气、热表的无线抄收。
该系统以无线收发芯片和单片机为核心，配以适当的外围电路，手持机具有键盘和显示功能，并可通过串口将抄得数据传给计算机。
无线抄表应用系统的总体方案设计
该无线抄表应用系统，大体上由四个基本部分构成：
（1）传感器元件；
（2）信号调整部分；
（3）信号发射模块；
（4）信号接收模块。
其整体原理框图如下图1所示：
图1.1整体设计原理框图
各部分的主要组成及功能：
（1）传感器元件：
本设计采用红外反射式光电传感器，它由红外发射管和红外光敏管组成，如下图2所示：
当表盘转一周，在刻线处反射红外光信号，从而接收一个光脉冲信号。
图1.2电传感检测框图
（2）信号调整：
信号调整部分由脉冲计数器和信号转换器组成，脉冲计数器用来计数一定时间内传感器送来的总的脉冲个数，信号转换器将总的脉冲信号个数通过信号转换，转换成总的用电量，然后传送给信号发射模块。
其基本框图3如下所示：
图1.3信号调整
（3）信号发射部分：
该部分的主要功能是把经过信号调整后、并通过发射模块的外围电路，将已变换成所需要的电信号传送给CC400芯片并利用天线以电磁波的形式发射出去。
如图1.4所示：
图1.4信号发射模块
（4）信号接收部分：
如图1.5所示：
图1.5信号接收模块
信号接收部分，本设计采用的是无线接收方式，信号接收部分主要由接收电路，键盘控制电路，单片机（89C51），时钟电路，USB接口电路和显示电路组成，键盘控制电路主要用来控制对数据的显示和清零等，显示电路主要用来显示总的用电量，CC400芯片在接收模式中,CC400是被配置成传统的外差式接收机。
第2章
无线抄表应用系统的硬件设计
对于无线抄表应用系统的硬件设计分成，信号发射部分硬件设计和手持机的硬件设计两部分。
信号发射装置的硬件设计
信号发射装置硬件设计方案论证
该信号发射装置，以无线收发芯片CC400和单片机（89C51）为核心，配以适当的外围电路，如图2.1所示，光电传感器不断的检测信号并转换成脉冲信号，同时将脉冲信号传递给89C51，89C51的主要作用是计数，并将脉冲信号数转换成用电量，并传给CC400，CC400将用电量信号发射出去，X5043是一个看门狗芯片。
图2.1信号发射装置系统硬件设计结构图
信号发射装置的单片机最小系统设计
本设计将采用的CC400是ChipconCompononts公司推出的单片可编程RF收发芯片,它集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调以及可编程控制等多种功能。
MCS-51系列的89C51，主要用到89C51内部数据存储器，运算器，控制器。
以下就各主要功能模块简要介绍。
对CC400和AT89C51芯片的介绍
对CC400芯片的介绍
CC400是基于Chipcon'
'
sSmartRF技术的单片、可编程、半双工UHF收发芯片,电路主要工作在ISM频段（418MHz和433MHz）,但也能够被编程工作在其它频段（如：
300MHz～500MHz）。
CC400主要的工作参数能够经由一个串行接口编程来设定,这使得它容易被使用并且具有很大灵活性。
在其典型的应用中,CC400将与一个微控制器和少数几个外接元件一起被使用。
它的工作频率为300MHz～500MHz,灵敏度为-112dB,输出功率可编程到25mW,可进行FSK调制,数据速率可达9.6kb/s,并可在2.7～3.3V低电源下工作。
CC400在计算机遥测遥控、安防、无线数据发射/接收等系统中得到广泛的使用。
如图2.2
图2.2CC400芯片引脚图
CC400采用SSOP-28封装,各引脚功能如下：
1、7、8、13、14脚AVDD：
模拟回路电源；
2、3、4、10、11、17脚AGND：
模拟回路地；
5脚RF-IN：
射频输入；
6脚RF-OUT：
射频输出；
9脚VCO-IN：
压控振荡器输入；
12脚CHP-OUT：
充电泵输出；
15、16脚XOSC-Q1/Q2：
外接晶振输入/输出端；
18、20脚DGND：
数字回路地；
19LOCK：
同步信号输出;
21、22脚DVDD：
数字回路电源；
23脚DIO：
数字输入/输出;
24脚CLOCK：
时钟输入；
25脚PDATA：
编程数据输入;
26脚STROBE；
选通脉冲输入;
27脚IF-IN：
IF输入；
28脚IF-OUT：
IF输出。
对AT89C51芯片的介绍
AT89C51有PDIP，PLCC，TQFP三种封装方式，其中最常见的就是采用40PIN封装的双列直接PDIP封装。
芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口（如图2.3所示）左边那列逆时针数起，依次为1，2，3，4。
。
40，其中芯片的1脚顶上有一个凹点（如图2.3所示）。
在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8为可编程I/O引脚32根。
AT89C51是带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（EPEROM）的低电压、128*8字节RAM、高性能CMOS8位微处理器（俗称单片机）。
该单片机与工业标准的MCS－51型机的指令集和输出引脚兼容。
AT89C51将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为很多嵌入式控制提供了灵活性高且价格低廉的方案。
以下将对其各个引脚及功能做简单的介绍，如图2.3所示。
图2.389C51芯片引脚图
引脚说明：
①电源引脚
Vcc（40脚）：
典型值＋5V。
Vss（20脚）：
接低电平。
②外部晶振
X1、X2分别与晶体两端相连接。
当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。
③输入输出口引脚：
P0口：
I/O双向口。
作输入口时，应先软件置“1”。
P1口：
P2口：
P3口：
④控制引脚：
RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。
RST/Vpd（9脚）：
复位信号输入端（高电平有效）。
第二功能：
加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。
ALE/-PROG（30脚）：
地址锁存信号输出端。
编程脉冲输入。
-PSEN（29脚）：
外部程序存储器读选通信号。
-EA/Vpp（31脚）：
外部程序存储器使能端。
编程电压输入端（+21V）。
98c51外部引脚：
（可以直接拷入ASM程序文件中，作注释使用，十分方便）
89C51单片机的P口特点：
P1口：
P1口是一个8位双向I/O端口，其中P1.2～P1.7引脚带有内部上拉电阻，P1.0对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。
P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。
P3口：
P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O端口。
P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O口引脚而只读。
P3口输出缓冲器可吸收20mA电流。
对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。
P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。
AT89C51单片机的P口特点：
P0口：
是一个8位漏极开路输出型双向I/O端口。
作为输出端口时，每位能以吸收电
流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。
在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间将激活内部的上拉电阻。
P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P1口的输出缓冲器可驱动
（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号
拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。
P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
在访问外部程序存储器时和16位外部地址的外部数据存储器（如执行MOVX@DPTR）
时，P2口送出高8位地址。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI）时，
P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。
P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号
在稳定的状态条件下Io低被外部限制如下：
1、每个管脚的最大IOL15mA注85规格
2、每个8位口的最大IOL26mA
3、IOL输出最大总和71mA
4、如果IOL超过测试条件VOL可能会超过相应规格不能保证超过测试电流
内部单元：
运算器：
1、算术／逻辑部件ALU：
用以完成+、-、*、/的算术运算及布尔代数的逻辑运算，并通过运算结果影响程序状态寄存器PSW的某些位，从而为判断、转移、十进制修正和出错等提供依据。
2、累加器A：
在算术／逻辑运算中存放一个操作数或结果，在与外部存储器和I/O接口打交道时，进行数据传送都要经过A来完成。
3、寄存器B：
在*、/运算中要使用寄存器B。
乘法时，B用来存放乘数以及积的高字节；
除法时，B用来存放除数及余数。
不作乘除时，B可作通用寄存器使用。
4、程序状态标志寄存器PSW：
用来存放当前指令执行后操作结果的某些特征，以便为下一条指令的执行提供依据。
Cy：
进位标志。
有进位或借位，则Cy＝1,否则Cy＝0；
在布尔运算时，Cy（简称C）作为布尔处理器。
AC：
辅助进位标志位。
F0：
用户标志位：
用户可用软件对F0置位“1”或清“0”，以决定程序的流向。
OV：
溢出标志位：
当运算结果溢出时，OV为“1”，否则为“0”。
D.1：
未定义。
P：
奇偶校验位：
当累加器A中的“1”的个数为奇数时，P置“1”，否则P置“0”。
控制器：
1、指令寄存器IR和指令译码器。
2、程序计数器：
存放CPU执行下一条指令的地址。
是一个16位寄存器，可寻址64KB。
3、堆栈指针SP：
用于子程序调用和中断处理。
机器复位后，SP←#07H，因此压入的第一个数据在08H单元中。
4、数据指针寄存器DPTR：
16位的寄存器，也可以作为两个8位寄存器DPH和DPL。
DPTR主要作外部数据指针，可对64KB外部RAM进行间接寻址。
MCS-51由包括PC在内的22个特殊功能寄存器，它们除有各自的名称外，还有唯一的地址，离散的分布在片内RAM中的80H～FFH共128个存储单元中。
在这128个储存单元构成的SFR块中，未被占用的单元不可使用。
信号采集
传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
传感器通常由三部分组成：
敏感元件：
接感受被测量，输出与被测量成确定关系。
转换元件：
感应元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电量参量。
转换电路：
转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的有用的电信号的电路。
实际上，有些传感器很简单，一个敏感元件（兼转换元件）就可以组成；
有些传感器很复杂。
大多数传感器是开环系统,也有些是带反馈的闭环系统。
有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路,如压电式加速度传感器，其中质量块是敏感元件，压电片（块）是转换元件。
有些传感器转换元件不只一个，要经过若干次转换。
传感器的分类：
按传感器的工作机理，分为物理型、化学型和生物型。
按传感器的构成原理，分为结构型和物性型两大类。
按传感器的能量转换情况，分为能量控制型和能量转换型。
按传感器的物理原理，分为电参量式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热电式传感器、射线式传感器、波式传感器、半导体式传感器、其他原理传感器。
按传感器的输出量，可分为模拟式传感器和数字式传感器。
按转换过程是否可逆，分为双向传感器、单向传感器。
有时也把传感器分为机械式传感器等。
CD4093简介：
他由4个施密特触发器构成。
每个触发器有一个2输入与非门。
当正极性或负极性信号输入时，触发器在不同的点翻转。
正极性（VP）和负极刑（VN）电压的不同之处由迟滞电压（VH）确定。
信号采集电路图如下图2.3所示
图2.4光电传感检测电路
本设计利用光电传感器，在抄表系统中，可以在机械表的转盘上作一黑色标记，由于表盘对红外线有反射能力，而黑色标记无反射能力，则当转盘旋转至对准光电开关的发射、接收孔时，光敏三极管通过电流，从而使CD4093的输出vo为高电平;
反之，当黑条转至发射、接收孔时，VO=O。
应用电路如图2.3所示。
因此，表盘每转一周传感器就可输出一个电脉冲，表盘不断地旋转，V0便输出脉冲序列，供系统采集。
通过采集模块对电脉冲的记数，就可计算出电能的多少。
信号存储及转换
信号的存储和转换主要由89C51来完成，如下图2.4所示：
图2.5传感器和89C51的接口电路
89C51的P2.0口不断检测是否有电平变化（0变），只要有1电平的变化89C51内部计数器就自动加1，就这样不停的检测并计数，同时将在一定时间内的计数值同过简单的算法（指计数器值和用电量之间的转变）转变成用电量数据并存储，当CC400发出信号时就将用电量数据传递给CC400。
看门狗电路
本设计采用的X5043是一种集看门狗、电压监控和串行EEOROM三种功能于一身的可编程电路。
这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。
1.功能
X5043有四种功能:
（1）上电复位：
上电时，当电源电压超过门槛电压
，经过约200ms稳定后，
由低电平变为高电平。
（2）看门狗定时器：
定时时间可编程设定。
在定时时间内，若
信号一直没发生变化，则
立即产生低电平，延时约200ms后，再由低电平变为高电平。
（3）电压监控：
当电源电压低于预先设置的最小门槛电压后，
立即由高电平变为低电平并一直保持到电源电压超过预先设置门槛电压
为止。
（4）串行EEPROM：
串行EEPROM为512*8位，采用四线总线工作，每次最多可连续写16个字节的数据。
2.工作原理
（1）指令
X5043有6条指令，6条指令都以最高有效位在前方式传送。
READ和WRITE指令中位3（A8）是X5043的EEPROM高地址位。
当A8=0时，EEPROM地址范围为000H～0FFH，当A8=1时，EEPROM地址范围为100H～1FFH。
表2.1X5043指令系统表
指令名
指令格式
操 作
WREN
设置写使能锁存器（允许写操作）
WRDI
复位写使能锁存器（禁止写操作）
RDSR
读状态寄存器
WRSR
写状态寄存器
READ
0000A8011
从所选地址开始的E2PROM中读出数据
WRITE
0000A8010
把数据写入所选地址开始的E2PROM中
（2）状态寄存器
表2.2X5043的状态寄存器
7
6
5
4
3
2
1
X
WD1
WD0
BL1
BL0
WEL
WIP
WIP位为只读位，当WIP=0时，表示没有进行写操作，此时可向EEPROM中写数据。
当WIP=1时，表示正在进行写操作，
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