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1、CHANGSHACHANGSHA UNIVERSITYUNIVERSITY OFOF SCIENCESCIENCE Wireless Serial Communication.电能计量装置的无线抄表系统1目录1 绪论 .11.1 设计的现状和发展趋势 .21.2 课题简介.32 方案的设计与论证 .42.1 各种无线传输技术的比较 .42.2 系统原理图 .63 硬件设计 .93.1 无线传输系统 .93.1.1 应用电路及设计应注意问题 .113.1.2 通信协议的设计 .153.2 手持终端版设计 .163.2.1 手持抄表终端的功能及结构.163.2.2 手持终端板电路图 .193.2.
2、3 抄表流程.203.2.4 数据记录.213.3 电能控制板设计 .214 软件设计 .244.1 手持抄表终端软件设计 .244.2 电能控制板软件设计 .255 总结 .28参考文献 .29致谢 .30附录 A 手持终端板电路图.31附录 B 电能控制板电路图.32电能计量装置的无线抄表系统第 1 页 共 32 页1 绪论长期以来，水电供应部门对用户电表、水表、煤气计量都采用传统的手工抄表方式，该方法费时、费力，缺乏准确性和及时性，不利于供应部门进行更深层次的分析和管理决策，在行业信息化过程之中，户表数据的 自动化抄送具有非常重大的意义。准确的计量用电关系到用电户和电力公司双方的利益，因
3、而越来越受到重视。特别是在城乡电网改造实现“一户一表”后，抄表的数量和工作量爆炸性增长，电力信息系统的建设和完善愈显重要。经济体制改革的深入，电能计量、电费核算及收缴的及时性和准确性已成为用电企业的重要课题；而且目前我国电能数据的采集基本上为手工抄表，需要抄表人员走家串户，每月或每两月抄一次，再通过微机或手工制作的电费单催缴用户缴费，存在着错抄、漏抄、估抄等问题。自动抄表系统的研制与应用时解决上述问题的有效途径之一，而无线抄表系统则是自动抄表系统中一种较优的方式。该系统的实现是迈向配电自动化的第一步，并有助于提高电力系统用电管理的水平。随着经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，长期以来，电表
4、数据抄送问题都是相关供应部门非常想解决的问题。因此，在行业信息化过程中，用户电表数据的自动化抄表具有非常重大的意义。况且，水、电、气等已经成为人们社会生活中必不可少的生活之需。因此，研发一款能适应于当今社会、人们生活需要的无线抄表系统其意义不言而喻！能否解决好现实生活中的抄表问题至少具有以下的现实意义：第一，节省供电部门的人力资源，提高其经济效益。传统的手动抄表是要由劳动力挨家挨户的去抄写，这样的抄表方式不但需要大量的劳动力资源，工作效率低下，而且还时常会出现抄表错误，漏抄的情况，造成供应部门亏损。无线抄表系统则可以节省相当一部分的劳动力资源，工作效率特别高，第二，给用户带来方便。传统的手动抄
5、表系统由人力抄写，难免有抄错、误抄的情况，这样用户和供应部门之间常常会因抄错数字或错抄而产生误会或带来不便。无线抄表系统的应用则不会出现这样的情况。第三，实现的需要。目前应用于实际生活中的无线抄表系统还没有完全普及，随着无线抄表系统应用潜能的不断提高，许多国家都在致力于研发这样的抄表系统，无线电能计量装置的无线抄表系统第 2 页 共 32 页抄表系统的研发与应用对于我们国家这样一个拥有 13 亿人口的发展中国家而言的现实意义更加重要1。1.1 设计的现状和发展趋势抄表机是 1985 年以后才在我国开始流行起来的新名词，当年前能源部组派的访美供电考察团在他们所到过的尼亚加拉一莫哈克、休斯敦、达拉
6、斯、洛杉矶、南加利福尼亚等地都看到了用抄表微机抄表，取消了原有的手抄写和光电输入计算机的落后方式并废弃了抄表卡簿，促进了用户信息系统的发展。1986 年我同各地电力基层电力营销管理部门开始试用抄表机来解决因用户数量迅速增加及电价日益复杂引起的抄表、计算机管理人手严重不足的矛盾；并且在其它领域的应用也有所尝试。上海木材公司于 1987 年进口一批美国 MSI 公司的 PDII 抄表微机，用于码头上圆木的清点入库管理工作；国内某供电公司也进口了一小批 PD-IIT型抄表微机，试用于用户用电量的抄表工作。国内对进口抄表微机的试用，发现不能完全适应我国的抄表需要，主要原因是：(1)引进的抄表微机都只能
7、作 57 点阵西文字符显示，不能显示汉字信息，不便于我国现场抄表工作。(2)引进的抄表微机绝大部分抄表程序及格式均固化于 ROM 中，这在国外电价项目及类别固定的情况是适用的。而我国在 20 世纪 80 年代末期正处于经济改革阶段，不但电价项目与类别经常改变，而且电力营销管理的体制和方式也在逐渐变革中。因此，采用固化于 ROM 中的抄表程序和格式就很不放便了。(3)引进的设备功能复杂，体积较大，不便于现场操作。(4)国外产品价格较贵，例如 ITRON 的 DATACAPH 每台售价 2000 美元，在国内难以普及推广。我国自 1986 年开始自行研制并推广抄表机的应用。在此后的七八年中，由于抄
8、表机与纸卡抄表相比具有明显的优势，国内对抄表机的需求大幅度增加，抄表机在这期间获得了迅速的推广。准确的计量用电关系到用电户和电力公司双方的利益，因而越来越受到重视。特别是在城乡电网改造实现“一户一表”后，抄表的数量和工作量爆炸性增长，电力信息系统的建设和完善愈显重要，这一切都为无线抄表系统的发展提供了有利的外部环境。随着科学技术的不断发展，社会生产生活的日益繁荣，传统的人工抄表正在逐渐的被电能计量装置的无线抄表系统第 3 页 共 32 页无线手持抄表系统所替代，这也正是国内外一种普遍的发展趋势。无线抄表系统比之传统的老式抄表方式有许多优点，弥补了人工抄表的不方便、工作量低下以及供电部门管理困难
9、、效率低的弊端。无线抄表技术从研发到应用于实际不过区区光阴，目前社会上从事无线抄表系统研发和生产的企业非常之多。无线抄表系统的巨大优越性已被社会和人们广泛认同。随着我国现代化进程的不断加快，无线抄表技术在城市建设和规划，智能楼宇，大型厂矿中得到了普遍应用和推广。相信在不远的将来，这一新型技术也一定会被在广大的农村得到普及，真正为基层电力部门和电力工作者带去效益和便利！无线抄表系统可以在一定距离内无线收发数据，误码率低，它是由电能控制板和手持终端板构成，一个控制板可以读取多个电能表的数据，手持终端版可以基于不同技术目前，主流的无线抄表系统主要有基于 GPRS 技术的无线抄表系统、基于 Zigbe
10、e 技术的无线抄表系统、基于 DSP 的无线抄表系统、基于 GSM 模块的无线抄表系统、基于蓝牙技术的无线抄表系统以及基于各种无线通信芯片的抄表系统2。1.2 课题简介根据题目要求，本设计中采用 MCS-51 系列单片机 87C5l。以 87C51 单片机为核心，手持终端器通过以蓝牙技术为核心的 nRF401 无线收发模块接收用户的电能表数据，由单片机程序实现电能表数据采集和读取。87C51 是 INTEL 公司 MCS-5l 系列单片机中的基本型产品(能与 80C5l、83C51 完全兼容)。它是采用 INTEL 公司可靠的 CHMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS
11、-5l 的体系结构和指令系统。它结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征，是 80C51BH 的 EPROM 版本，具有电改写光擦除的片内 4KB EPROM3。电能计量装置的无线抄表系统第 4 页 共 32 页2 方案的设计与论证目前，无线抄表技术已经比较成熟。虽然在功能上都能实现电能计量的无线抄表，但它们的内部结构不大相同，基于的原理也不尽相同。无线抄表系统基于的无线技术也各不相同，大致有基于 GPRS 技术的无线抄表系统、基于 Zigbee 技术的无线抄表系统、基于 GSM 模块的无线抄表系统、基于蓝牙技术的无线抄表系统以及基于红外线技术的无线抄表系统和基于 nR
12、F401 模块的无线抄表系统等等。2.1 各种无线传输技术的比较(1)GPRS(General Packet Radio service)为通用无线分组业务，是一种基于 GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线 IP 连接。作为一种新的无线数据传输技术被广泛地应用到各种领域，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，同时也适用于偶尔的大量数据传输。(2)Zigbee 技术是种基于 IEEE 批准通过的 802.15.4 无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE 仅处理低级 MAC 层(数据链路控制层)和物理层协议，Zigbee 联盟对其网络层协议和 API(应用编程接口)进行了标准化。每个协调器可连接多达 255 个节点，而几个协调器则可以形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。Zigbee 联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，完整的 Zigbee 协议套件
