民用住宅水表出户计量系统的设计-计算机毕业设计论.doc

XXXXXX毕业设计（论文）民用住宅水表出户计量系统的设计学 生 姓 名 XXXX 指 导 教 师 XXXXX 专 业 XXXXXX 学 院 XXXXXXX 2015年 6 月 3 日Graduation Project (Thesis)Harbin University of CommerceDESIGN OF ONE WATER METER METROLOGY SYSTEM FOR CIVIL HOUSEStudent Song Yingrui Supervisor Yu Jintao Specialty Electronic Information Engineering School Computer and Information Engineering 2007-06- 03毕业设计（论文）任务书姓名：XXXXXXXX学院：XXXXXXX工程学院班级：2班专业：电子信息工程毕业设计（论文）题目：XXXXXXXXXXXX系统的设计立题目的和意义：随着楼宇自动化的迅速发展，自动抄表系统、远程监控报警系统、家居安防系统都将是楼宇智能化系统不可缺少的一部分，如果有需要代做计算机毕业设计的请联系qq 6526558，各种论文参考网站，正在被越来越多的现代建筑所采用。所以实现水表自动计费，已成为新型智能住宅小区的发展的趋势。作为一座现代化高档住宅小区，如何合理解决楼内的水表费用收取，这是一个十分重要的问题，特别是现代人的生活质量逐渐提高，如何利用高科技技术来保障人们的生活秩序不受影响，同时又能保证管理公司的工作能正常开展，解决的途径是必须要有一套合理的、可靠的、完善的系统方案。首先人工抄表费时费力，不仅劳动强度大，易漏抄误抄，抄表不到位，其次这种方式容易掺杂人为因素，管理困难。这种抄表方式，使得抄表时间跨度大，准确度低，无法做到同一时间抄表，不能准确反映数据，同时增加了用水的成本。，自动抄表系统(Automatic Meter Reading system-AMRS)是一种不需要人员到现场就能完成抄读用户用水量的系统，自动抄表是指采用当代微机技术, 数字通讯技术与水表计量技术完满结合，集计量、数据采集、处理于一体，将城市居民用水信息加以综合处理的系统，使自来水公司及物业部门从根本上减少人工上门抄表的繁杂劳动强度。准确而便捷的收费系统，既可节省人工又可减少供水部门与客户之间的纠纷，这对于提高水力部门的管理水平和经济效益有着十分重要的意义。技术要求与工作计划：集中器的技术要求：1、具备高抗干扰能力，能适应各种恶劣天气。 2、传输距离远：要求有效传输距离达到3000M，且不受抄表角度影响。抄表器的技术要求：1、具备与集中器、计算机常用通讯接口通信的能力，如RS-485、RS-232。2、抄表器操作方式应尽量做到人性化，操作应简单方便，便于携带。3、数据传输要尽量可靠。4代做计算机毕业设计的请联系qq 6526558，各种论文参考网站时间安排：2007-03-012007-03-20：确定论文题目，查找资料；2007-03-212007-04-15：完成开提报告；2007-04-162007-05-01：进行水表改装；2007-05-022007-05-20：进行抄表器原理图设计；2006-05-212007-05-31：进行抄表器硬件电路图设计；2007-06-012007-06-07：制作抄表器；2007-06-082007-06-14：依据毕业设计完成毕业论文；2007-06-152007-06-22：准备答辩指导教师要求： 了解水表的计费方式，掌握水表的改装及构成原理，掌握抄表器的硬件设计，画出硬件设计的原理图，掌握RS485通讯接口电路的连接。（签字） 年 月 日教研室主任意见：（签字） 年 月 日院长意见：（签字） 年 月 日毕业设计（论文）审阅评语一、指导教师评语：指导教师签字：年 月 日毕业设计（论文）审阅评语二、评阅人评语：评阅人签字：年 月 日毕业设计（论文）答辩评语三、答辩委员会评语：四、毕业设计（论文）成绩：专业答辩组负责人签字： 年 月 日 五、答辩委员会主任单位： （签章） 答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日XXXXXXXXXX毕业设计（论文)摘要随着城市化规模的不断扩大，户用计量仪表（水表、电表、煤气表）的使用量在高速增长，发展自动抄表势在必行。水表抄表系统是由改装水表、集中器、抄表器和PC机等组成，其中难点为抄表器的设计。本课题设计的抄表器是一种超低功耗的掌上机，最突出的特点是可靠性好、结构简单、功耗低、成本低、携带方便。它是由W77E58单片机、时钟芯片、存储芯片、串行通信和LCD等组成。关键词：自动抄表；抄表器；串行通信IIAbstractWith city raise the consuming of home meters (water meter, watt-hour meter and gas meter) fast, It is necessary to develop the automated meter reading system (AMRS).Water Meter Reading system is made up of refited water meter, concentrated equipment mete, reading recorder and Personal Computer, and the difficulty is meter reading recorder of design19. A portable and low power reading recorder is designed in this paper, with the outstanding characteristics of high dependability, simple construction, low power consumption and portable facility. It makes up of W77E58 MPU, clock ship memory ship Serial communications and LCD etc.Key Words：Automated meter reading; Meter reading recorder; Serial communications目 录摘要IAbstractII1绪 论11.1课题研究的背景及意义11.2国内外研究的动态11.3本文的工作32水表测量的总体设计42.1水表测量总体硬件设计42.1.1水表系统总体设计42.1.2抄表器总体设计53水表的改装设计73.1普通水表计量原理73.2改装水表的构成84抄表器的硬件组成104.1CPU的选择104.2实时时钟的应用144.3存储电路154.3.1电路的接法154.3.2AT24C16的基本特性164.4按键电路174.5RS-232串行通信接口电路174.6RS-485转换芯片194.7I2C总线接口204.8LCD模块设计214.8.1LCD液晶显示器214.8.2LCD液晶驱动电源225水表测量软件设计245.1数据集中器软件的主程序设计245.2抄表器软件主程序设计25结 论29参考文献30致谢31附录 132附 录 233附 录 334xxxxxxx毕业设计（论文)1 绪 论1.1 课题研究的背景及意义随着楼宇自动化的迅速发展，自动抄表系统、远程监控报警系统、家居安防系统都将是楼宇智能化系统不可缺少的一部分，正在被越来越多的现代建筑所采用。所以实现水表自动计费，已成为新型智能住宅小区的发展的趋势。作为一座现代化高档住宅小区，如何合理解决楼内的水表费用收取，这是一个十分重要的问题，以往人工抄表费时费力，不仅劳动强度大，易漏抄误抄，代做计算机毕业设计的请联系qq 6526558，各种论文参考网站抄表不到位，其次这种方式容易掺杂人为因素，管理困难1。这种抄表方式，使得抄表时间跨度大，准确度低，无法做到同一时间抄表，不能准确反映数据，同时增加了用水的成本。如何利用高科技技术来保障人们的生活秩序不受影响，同时又能保证管理公司的工作能正常开展，解决的途径是必须要有一套合理的、可靠的、完善的系统方案。所以为此开发了一种新型的抄表系统自动抄表系统2。自动抄表系统(Automatic Meter Reading system-AMRS)是一种不需要人员到现场就能完成抄读用户用水量的系统，自动抄表是指采用当代微机技术，数字通讯技术与水表计量技术完美结合，集计量、数据采集、处理于一体，将城市居民用水信息加以综合处理的系统，使自来水公司及物业部门从根本上减少人工上门抄表的繁杂劳动强度。准确而便捷的收费系统，既可节省人工又可减少供水部门与客户之间的纠纷，这对于提高水力部门的管理水平和经济效益有着十分重要的意义。因此本文介绍一种水表的出户计量系统3。1.2 国内外研究的动态当前自动抄表系统产品有四大类型：(1) 智能卡水表（不联网，不抄表，通过预付费管理用水）智能卡水表是在当今智能卡技术与市场迅猛发展。单个智能卡及单个刷卡机性能价格比日益提高的特定时期应运而生的，居民须在自来水公司指定售卡点预购水后刷卡方能使用。它具有限量用水。解决用水收费纠纷的功能，这是其它三种抄表方式及普通水表上门抄表方式所不能比拟的，并且智能卡水表如同普通水表，无需敷设线管及线路维护，安装方便。维护简单，另外智能卡水表单表自带采集、电源部分、电磁阀（电动阀）控制、由智能卡读入可用水量。其技术实现比较简单，容易消化。因而正在投入和正打算投入智能卡水表开发的公司很多，有些己形成一定规模。认真分析其技术因素和消费者心理因素，智能卡水表主要存在下列问题： 智能卡水表未联网使得每户水表在使用中带有某种私有特性，若有住广故意用假卡（智能卡被破译、伪造）或改动表体使计数装置失灵或不准，对此自来水公司和物业公司难以监控，造成利益损失；再次，因无法确知各表用水量使得自来水公司对用水量的统计、供水调度和均衡都较为困准。 电动阀（电磁阀）若不能正确、严格开闭，智能卡水表也失去控制用水量的意义。 水损无法平摊，未抄表到户的楼盘其物业公司难以接受。 国外发达国家不提倡智能卡水表发展，原因是他们认为不应该让居民因为一时未缴水费而失去使用最基本的水资源的权利。(2) 分线制集中抄表方式（多户表数据通过分户线分路连接至抄表器抄表器再组网至小区监控电脑并通过电话网到城市用水监控中心）分线制集中抄表方式是我国现今自动抄表系统的主要模式。分线制集中抄表方式的基本原理大致相同，即由采集器定时顺序采集来自多路分线连接的水表信号并进行数据处理，存储各采集器之间采用总线制连接，最后连接至计算机，其典型特点是各户表通过分户线连接至采集器位置。目前国内市场上各抄表开发系统的公司多用此型。分线制集中抄表模式单纯从技术上讲较成熟，也节约成本（多户表共享一个采集器），但从实际情况看：分线制刺集中抄表模式存在如下缺点： 一次水表的信号是通过户线穿越较长距离到达采集器，中途仟何一个环节出现疏漏都将使采集器采集不到数据，而敷设分户线不仅使安装任务繁重，也存在许多隐患：短线、断线。错综夏杂的线路更使行维护工作困难重重。 采集器均安装于现场，需专业人员调试系统并定期巡视维护、专业队伍日益壮大，维扩费用也相应剧增。 分线制集中抄表模式的风险不仅以是各表风险的简单累加。如果采集器掉电或出现其他严重故障则会使该采集器上的所有户表数据丢失，集中抄表的风险无法有效分散，与测控系统强调的集中管理、分散控制的分布式设计思想相违背。(3) 无线发射式水表（不联网，远程无线发射与接收）英国ABB公司开发的无线发射式水表，除安装常规数据采集、处理、存储模块外，另设置无线发射装置，通过远程接收装置接收信号，此种水表不需敷设线路和线路维护、安装方便。由于单表设置无线发射装置，表体费用高，加上占用频点需长期交付一定的租用金和管理费，这种水表我国可能暂时难以接收。(4) 总线制智能抄表方式（水表上直接安装采集模块，可联网抄表或单独抄表，组网方便）总线制智能抄表系统开发由来已久，只是由于单表内设单片机和后备电源，成本较高，推广普比较慢。然而国外几家大水表公司如英国ABB公司。德国MEILEK公司及以色列ARAD公司凭借雄厚的资金和在市场中己有的一定优势，大规模使用总线制智能水表。由于规模效应，这些公司定做了一体化芯片（将采集、存储传输电路集成于一体、掩模为一块专用芯片）、制作固件并装配到表体上。总线制智能水表由于采集计数工作单元均装配在智能水表内并密封，水表的数据采集、处理、存储、等基础工作全由智能卡水表本身完成，手抄器或电脑不参与底层数据采集，仅进行通讯联系，消除了外界因素对计量的影响。另外因智能水表引出的总线通、断不影响单表数据采集和保存（仅影响本人数据的读出），也不影响其它水表数据的读出，即使本次读数时该表总线出现故障，只需重新挂接好总线，无需重新置数，水表的真实读数仍可继续读出，其安全性、稳定性是比较可靠的。由于各农输出的总线只需挂接，可以减少分线制抄表方式大量烦琐的布线、系统调试任务以及后期使用过程中线路、系统维护等繁重劳动强度，也方便高层次设计如网络结构的设计、与其他系统（如安防、照明、空调、消防）共享开放式网络的设计，进而为用户提供完善、综合的配套服务4。1.3 本文的工作本次毕业设计主要研究的是抄表器，接口通讯等问题。分为四个部分：第一是水表的改装工作，利用传感器把水表的机械转动转变成为电信号，供集中器采集数据；第二是抄表器的设计，本毕业设计要设计的抄表器是一种低功耗的掌上用机，抄表器上有44键盘，供各种功能使用；第三是串行通讯部分，采用了技术成熟的RS-485和RS-232数据通讯方式，通过485总线完成改装水表与水表集中器，水表集中器与抄表器之间的数据传送，通过232总线方式完成抄表器与计算机的通讯；其四是用户操作软件的开发，设计用户操作界面，编写相应程序，实现数据采集存储和显示。根据用户需求，开发数据处理功能，完成数据文件的读写保存，数据可以数字及图形方式按用户要求显示，并可进行滤波、拟合等处理。35哈尔滨商业大学毕业设计（论文)2 水表测量的总体设计2.1 水表测量总体硬件设计2.1.1 水表系统总体设计目前，水表计量是以传统的机械式水表为母表，只要对其进行改装，使机械字轮转动与脉冲计数相对应，就可制造出使数据易于传输的改装水表。水表出户计量系统由两部分组成：一部分是在原机械式水表的基础上安装一个小电路板构成改装水表，通过RS-485总线将用水量信息传输到楼道内的水表计费柜；另一部分是便携式抄表器和装载着水表计费软件的计算机，通过RS-232接口构成一个整体。水表出户计量系统框图如图2-1所示。图2-1水表抄表系统的原理方框图(1) 传感器由安装在水表上的磁钢和磁电式干簧管组成，完成水量到脉冲的转换，并进行数据采集工作；(2) 集中器接收便携式抄表器的指令，实现同抄表器的数据通信工作，进而可对系统中的水表进行数据采集； (3) 抄表器是一种便携式仪表，采用LCD点阵显示，具有良好的人机对话界面，使抄表员使用方便，便于携带。它具有两个数据传递接口，一个实现同集中器的数据通信，完成对每个水表的数据采集工作。另一个是RS-232数据传输接口，可完成同计算机的数据通信，将便携式抄表器的数据传递给计算机，以便进行进一步的数据处理；(4) 计算机数据采集程序通过RS-232接口，从抄表器读取数据，自动将数据存入已建立的数据库中，以便数据库管理程序进行数据处理，从而完成整个水表抄收管理工作5。2.1.2 抄表器总体设计便携式抄表器正面是一个4x4的键盘和一个液晶显示器，在抄表器的下方有两个插座，其中一个是9针插座，和计算机的RS-232接口连接，另一个是4针插座，和水表柜的RS-485总线相连。读水表的计量数据时，工作人员将抄表器通过4针插座与水表计费柜内的接口相连接，给抄表器供电，通过对抄表器上小键盘的操作完成数据采集。当和水表计费拒连接时，通过键盘输人启动终端机工作，并将其采集的计量表数据、表号（唯一）、抄表时间存入抄表器的存贮器内。一个抄表器可存入32户型终端机的采集数据。工作人员将抄表器通过9针D型插座和计算机连接，由抄表器将存贮的数据传入计算机的数据库内抄表器内有时钟记录抄表的时间，可随时查询某指定水表的数据，进行校对、添加和修改可疑数据等。显示是人机交互的窗口，是传递仪表工作状态和检测数据的关键性设备。通常的显示器件有液晶显示器和数码管显示器，可以说它们各有利弊。液晶显示器在使用中的注意事项：(1) 不能对它长期施加直流电，否则易造成显示器的老化；(2) 使用时必须注意防潮，否则易造成显示器的损坏；(3) 防止施加过大的压力；(4) 对于使用的环境温度要特别注意，温度不能太高也不能太低；(5) 防止紫外线的直接照射；(6) 要特别注意防静电，焊接显示器时烙铁要接地。随着显示技术的发展的日新月异，液晶显示器因其低功耗、重量轻而成为便携式应用中的主流显示技术。它不仅可以显示数字，汉字，而且还可以显示图形。可见液晶显示器在使用中有众多的优势，其中最明显的就是低功耗，消耗电流一般是A级的。无论是数码管显示还是液晶显示都有串行和并行两种显示方式。并行显示方式占用硬件资源多，八个笔划段和几个显示驱动控制端都要接到单片机的I/O引脚，但显示刷新速度快；串行显示方式占用硬件资源少，仅数据锁存控制端、时钟端、数据端三个端口要接到单片机的I/O引脚上，显示刷新速度较并行显示方式慢，但足够满足本设计7s时间显示数据刷新一次的要求，因此本设计显示部分选择液晶显示器串行显示方式。图2-2是水表抄表器的硬件原理图，主要包括单片机、掉电检测电路、时钟电路、存储器、键盘控制电路、显示电路和电源电路等。为了降低功耗，芯片大都选用CMOS低功耗器件6。图2-2 抄表器的组成框图3 水表的改装设计3.1 普通水表计量原理普通机械水表的工作原理是当被测液体（水）以一定的流速流经水表，液体的动能作用于翼轮上，使它旋转，翼轮的转速与被测液体的流速或流量成比例，把翼轮的转速通过转轴上的齿轮传送出去，经减速机构再传送至积算机构，最后由指针在表盘上显示出被测液体的总量。一股室内住宅供水量不算很大，最常见的是旋翼式水表计量，它主要由壳体、过滤件、叶轮盒、叶轮、转轴、调整器和机械积算器组成。壳体通过管接头或法兰与管道连接：过滤件可以滤除水中的杂质和泥沙，避免水表发生故障和损坏；叶轮盒的四周分上、下两层并钻有斜孔，属多流式，液体由下层斜孔切向流入，经上层斜孔流出；叶轮是将液体的动能转变为转速，属于水表敏感元件；机械积算器将由转轴传送出来的转速进行减速、积算并显示液体总量8。改造后的水表的计量原理与传统的机械式水表的计量原理相似。它直接安装在标准口径的管道上，借助于水流的动能进行工作。水表的壳体内装有一个可动叶轮，当水流动的时候，推动叶轮旋转，叶轮的转速与水流的平均流速成正比，因此单位时间内流经水表的总水量与叶轮在这段时间内的总转数成正比。叶轮的旋转经齿轮传动以电信号形式输出，就可以读取水的总量。流量测量计算中常用到的流体参数及其相应的计算公式：(1) 流体密度：表示单位体积内的液体的质量，见式(3-1) = (3-1)(2) 流体粘度：表示流体内摩擦力的一个参数，见式(3-2) (3-2)式中 单位面积上的内摩擦力，Pa流体流动速度，m/s速度梯度，1/mh两流体层间距离，m动力粘度是指绝对粘度或者粘性动力系数，其物理意义为两层流体间的速度梯度为1时候，接触液层间单位面积上产生的剪切效应力，也可以理解为两个相距1m2面积各为1m2的流体层以相对速度1m/s移动的时候产生的相互间的作用力，见式(3-3) (3-3)(3) 流量：流体在单位时间内通过垂直于流速的横截面上的流体数量， 见式(3-4) (3-4) 式中 V平均速度A流体通过的面积。水表中常用的几种流量值：公称流量水表在正常工作条件即稳定或无间歇流动下，最佳流量过载流量水表在短时间内，且无损情况下，最大能够测量的量最小流量在最大允许误差限内要求水表给出示值的最低流量流量范围由最小流量和过载流量所限定的范围，在此范围内水表示值不得产生超过最大允许误差的误差73.2 改装水表的构成在居民住宅内的水表上安装控制电路，使水表的机械转动不仅可以计量用水量，而且可转变成为单片机接收的脉冲数，以便于实现数据的远传。系统采用485串行总线将信息传至楼道内的水表计费柜。改装水表的组成框图如图3-1所示。图3-1 改装水表的组成该控制电路主要由单片机、RS-485转换芯片和E2PROM存储芯片等三部分组成，并接有蜂鸣器和电机驱动装置，实现报警功能和自动关阀功能。控制电路板上有备用电源。当突然断电时单片机仍能准确计数，存储在存储芯片中，并通过单片机控制水表内的电机阀关闭水表。水表的改装电路以AIS9C2051为控制芯片，以X5045为存储芯片，以MAX-485为转换芯片。居民住宅内的水表通过RS-485总线连接到水表计费柜内，箱内有电源给楼上的水表供电，同时也给抄表器供电8。电输出装置即能量转换装置，是一种将水表的机械读数转换为电信号，并经常变换，做循环性运动的装置。通常采用的电输出装置有三种：EV磁电式干簧管输出EF光电输出HE霍尔效应输出图3-2 磁电式干簧管原理图在三种能量转换装置中，静态维持电流最小的就是磁电式干簧管传感器，磁电式干簧管的原理图如图3-2所示。在干簧管两触点不接触时，静态维持电流接近为零。仅在两触点接触的瞬间有微小的消耗，可见在水表中选用磁电式干簧管传感器将大大降低系统的功耗。干簧管传感器是一个很小的、封闭型真空状态下的玻璃管内进行干式接触工作的。整个传感器被封装在一个注满了特制胶体的玻璃管内，其使用寿命为108次，开关时间为1ms。在水表中，干簧管一端高电平，另一端接低电平。当有水流过时，叶轮转动，经行星齿轮减速机构上的小磁钢，驱动干簧管开闭。干簧管的开关时间较长，响应速度无法跟上叶轮的转速，因此叶轮的转数经行星齿轮减速后传递给干簧管。单干簧管（干簧管A）计数方式：A闭合A断开，计数加一；当干簧管A受到干扰或线路出现短路或断路时，计数就会出错或无法正常进行下去；两个干簧管（干簧管A，干簧管B）计数方式：A闭合A断开B闭合B断开，计数加一，无论干簧管A或B受到干扰或线路出现短路或断路时，都可以通过状态分析使计数正常进行下去或及时报错。因此我选用的双干簧管工作保证计数准确9。4 抄表器的硬件组成4.1 CPU的选择用单片机作为智能系统的核心部件，是目前作为智能仪表的设计的一般方法，目前市场上的单片机从数据总线宽度上来分主要有8位机、16位机、32位机，其中32位单片机在语音处理、图象数字处理等数字信号处理运用的范围这几年得到广泛的运用，但在工业测控现场，占主导地位的还是8位机和16位机，对本课题涉及的带有RS-485模块功能的抄表器的设计，运用单片机的主要目的是构成一个既能与RS-485模块进行交换数据，又能与另外一个计算机交换数据的计算机系统，它所处理的信息量和复杂程度用8位机已经足够了，对单片机主要的要求是带有串行通信功能即可满足要求，目前，无论Intel、Philips、Microchip、Motorola、Atmel等著名的半导体企业，还是市场份额较小的半导体厂商，其生产的单片机都能满足本课题的要求。在上述著名的半导体企业中，尤其在工业测控场合，运用较多的为Intel公司的MCS-51系列，Microchip公司的PIC系列，近年来，随着Intel公司对8031内核的公开以及各半导体企业在关键技术上的相互渗透，不仅Intel公司，而且Philips公司、Atmel公司、Winbond公司、公司等都生产MCS-51系列的CPU。这些公司生产的单片机产品不仅在指令上，而且在管脚上都有兼容Intel公司的MCS-51系列的第一代CPU-8031，并在片内ROM、RAM容量、时钟振荡频率、低功耗指标、定时器资源数量、中断资源等技术水平上均有很大程度的提高，使国内的使用单片机的设计与开发者越来越感到使用和设计上的方便。本课题的抄表器是本课题的设计核心，抄表器要与RS-485模块和RS-232模块发生数据交换，接收上位管理微机的命令与数据，并且向管理微机传送数据；还要与底层的智能采集器交换信息，因此抄表器的特点是要与两个外设进行串行通信用普通的带1个串口单片机也能达到上述的要求，但构成的系统由于串口的切换工作，因此，只能是构成半双工通信系统，而且，电路切换还要设计附加的硬件电路，显然，该种电路也在一定程度上影响着通信的实时性。近几年，市场上出现了具有双串口的CPU，如Winbond公司生产的W77E58、Cygnal公司生产的C8051F020、Freescale公司生产的S12系列单片机等，在本课题中，考虑对MCS-51单片机系统的熟悉程度以及设计的结构简单的原则，通信机和集中器均选用具有双串口功能的W77E58做CPU。 W77E58是一个快速8051兼容微控制器，它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度，在相同的时钟频率下，整体速度比8051快2.5倍；在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。下面简单地介绍一下W77E58的一些其他特性：(1)8位CMOS微控制器(2)每4个时钟周期为1个机器周期的高速结构，最大外部时钟频率为40MHz(3)与标准80C52管脚兼容，指令与MCS-51兼容(4)2个增强型全双工串行口(5)3个16位定时器/计数器(6)12个中断源，2级中断能力(7)可编程的看门狗定时器(8)2个16位数据指针(9)32KBFlash EPROM(10)256字节片内暂存RAM，片内1KB外部数据存储器（用MOVX访问）(11)对外部RAM及外设的访问周期可以进行软件编程(12)4个8位I/O口(13)片上振荡器及时钟电路它的管脚图如图4-1管脚描述如表4-1所示。图4-1 W77E58 管脚图表4-1 管脚描述符号类型描述I外部访问使能：此管脚使处理器访问外部ROM。当保持高电平时，处理器访问内部ROM。如果管脚为高电平且程序计数器指向片内ROM空间，ROM的地址和数据就不会出现在总线上。 O程序存储使能：在执行取指令(fetch)和MOVC的操作时，此管脚允许外部ROM数据出现在P0口的地址/数据总线上。当访问内部ROM时，此管脚上不输出的选通信号。ALEO地址锁存使能：ALE用于将P0口地址锁存，使其和数据分离。RSTI复位：振荡器运行时，此管脚上出现两个机器周期的高电平将使器件复位。XTAL1I石英晶体1：晶体振荡器的输入。此管脚可由一个外部时钟驱动。XTAL2O石英晶体2：晶体振荡器的输出。XTAL2是XTAL1的反相端。VSSI地：地电位VDDI电源：电源工作电压P0.0P0.7I/O端口0：端口0是一个双向I/O口，在访问外部存储器时，端口0可用作低位地址/数据总线。端口0是一个开漏极端口，在进行编程时需要连接一个外部上拉电路。P1.0P1.7I/O端口1：端口1是一个具有内部上拉电路的双向I/O口。有复用功能位，如下：T2(P1.0)：定时/计数器2的外部计数输入T2EX(P1.1)：定时/计数器2的重装载/捕获控制RXD1(P1.2)：串行口2 RXDTXD1(P1.3)：串行口2 TXDINT2(P1.4)：外部中断2(P1.5)：外部中断3INT4(P1.6)：外部中断4(P1.7)：外部中断5P2.0P2.7I/O端口2：端口2是一个具有内部上拉电路的双向I/O口。此端口提供访问外部存储器的高位地址。P3.0P3.7I/O端口3：端口3是一个具有内部上拉电路的双向I/O口。所有位都有复用功能，如下：RXD(P3.0)：串行口接收器输入TXD(P3.1)：串行口发送器输出(P3.2)：外部中断0(P3.3)：外部中断1T0(P3.4)：定时器0外部输入T1(P3.5)：定时器1外部输入(P3.6)：外部数据存储器写选通(P3.7)：外部数据存储器读选通从图中看出W77E58的引脚定义大都与80C52一样，只有部分新增加的引脚功能，我们把与80C52有区别的管脚描述列表4-2。表4-2 W77E58与80C52管脚区别引脚序号引脚名新增功能描述3RXD1(P1.2)串行口2 RXD4TXD1(P1.3)串行口2 TXD5INT2(P1.4)外部中断26(P1.5)外部中断37INT4(P1.6)外部中断38(P1.7)外部中断5需要指出的是：新增功能描述中，原来的这6个口的基本的I/O功能仍然有效。尽管W77E58比80C52的功能要强大得多，但在本系统中我们选择它的主要原因是它的双串口功能，除此之外，我们还用到了它的内置看门狗功能，下面我们简单地来介绍一下这两部分的使用。在W77E58中，串口资源为串口0和串口1，其实串口0就是80C52中的串口，而新增加的串口1在使用方法上与串口0几乎完全一样。串口0串口1比较如表4-3：表4-3 串口0与串口1比较比较项目串口0串口1控制寄存器SCON0(98H)SCON1(0C0H)串行数据缓冲器SBUF0(99H)SBUF1(0C1H)中断允许位ES(IE.4)ES1(IE.6)中断优先级控制位PS(IP.4)PS1(IP.6)中断入口地址0023H003BH对于一个典型的单片机应用系统，尤其是工作在无人值守的场合，看门狗的设计是必须的，对于80C52系统，我们一般还要设计外部的看门狗电路，这里W77E58配置了看门狗电路，因此，我们直接运用即可达到监视CPU运行的目标。要使用W77E58的看门狗功能，必须使能W77E58的看门狗功能，这由W77E58的特殊功能寄存器WDCON的EWT位的逻辑来决定，为保证看门狗定时器从一个确定的状态开始运行，我们应该用特殊功能寄存器WDCON的RWT位来启动看门狗定时器，当设定的超时时间到后，WDIF将置位，引起复位中断，若再经512个时钟周期仍没有对定时器进行清0，则发生看门狗定时器复位，这个复位同时对WTRF位进行置位，用户可查询该位的逻辑来判断发生的复位操作是否为看门狗定时器复位。设定的超时时间如下表4-4。表中的WD1、WD0为特殊功能寄存器CKCON寄存器中D7D6位，可由用户通过程序来设置，在本系统中，我们采用的晶振为11.0592MHz，由于我们抄表的过程一般在一个月才发生一次，因此，现场如果死机，系统对时间的响应要求不高，因此我们程序中的“喂狗”时间为6秒。在本应用系统中对W77E58所用引脚使用分配如表4-510。表4-4 超时时间WD1WD0WDT溢出数时钟数目11.0592MHz下的时间0021713107211.85ms01220104857694.8ms102238388608758.5ms11226671088646068ms表4-5 W77E58在本系统中的引脚使用分配表W77E58管脚接口芯片管脚功能P1.2/RXD1信号接MAX485模块串口1接收端P1.3/TXD1信号接MAX485模块串口1发送端P1.4信号接MAX485模块通信控制端（仅集中器有）P1.5AT24C16-7-WP存储器写保护端P1.6AT24C16-6-SCL存储器时钟端P1.7AT24C16-5-SDA存储器数据端RST阻容复位复位输入端P3.0/RXD信号接MAX232模块串口0接收端P3.1/TXD信号接MAX232模块串口0发送端XTAL2晶振系统时钟XTAL1晶振系统时钟4.2 实时时钟的应用实时时钟最基本的用途是为系统提供实时的时间，一般系统掉电后仍能保持时钟的运行。从另一角度出发，在较长时间（以秒为单位）定时应用的场合，实时时钟功能具有与单片机片内定时器相似的功能，其定时报警即类似于定时器的定时中断。在实时性要求不是很强的系统中，可以用实时时间作为系统任务调度的时间基准。X1228是美国Xicur公司生产的一款集时钟、日历、CPU监控和E2PROM于一体的芯片，只需外接一个低价格的32.768kHz晶体即可准确地对秒、分、时、日期、星期、月和年进行计时。目前XICOR公司推出的X1286/1288最小定时周期可达到10ms，可以用作更精确的多任务系统的任务调度时间基准，提高任务响应的实时性。它带有后备电源输入，即使在系统掉电情况下仍能通过后备电池供电而准确走时。X1228内部含有看门狗定时器和电源监控电路，WDT有3个超时时间可供选择，也可以将它们关闭不用。如果看门狗定时器超时，将激活Reset引脚。而当Vcc降低至复位门限以下时，Reset也将被激活。X1228内有一个4k位的E2PROM阵列用来存储数据和参数，存储信息在电源掉电后不会产生影响。X1228引脚说明如表4-6；时钟芯片的连接图如图4-2所示11。实时时钟芯片X1228特性：(1)2个查询报警中断请求输出可按秒、10秒、分、10分、时、日、月或星期设置(2)可选的看门狗定时器(3)上电复位（250ms）(4)低电压复位（复位门限用户可设置）(5)I2C串行接口(6)4k位E2PROM（字节写或页写）(7)块锁定保护(8)具有内部切换电路的备用电源输入端(9)片内振荡器补偿电路(10)输出信号可选频率32.768kHz、4096Hz、1Hz(11)低功耗CMOS(12)高可靠性(13)工作电压5V+10%；2.7V5.5V(14)封装：14脚SOIC或TSSOP小封装表4-6 X1228引脚说明引脚功能说明X1，X2片内OSC反相放大器输入和输出，直接外接32.768kHz晶体RESET复位Vss电源地SDA串行数据SCL串行时钟PHZ/IRQ可编程频率/中断输出Vback备用电源输入Vcc电源图4- 时钟芯片的连接图4.3 存储电路 4.3.1 电路的接法E2PROM根据数据的接口方式有并行E2PROM的和串行的E2PROM，在存贮速度不是主要矛盾的场合，串行的E2PROM更具有价格、功耗、体积等各方面的优势，本设计中选用价格极其便宜的具有2K字节容量的I2C总线结构的AT24C16作为本系统的串行的E2PROM，当然集中器中要存储的信息量要比通信机要少得多，但因为容量低的该系列芯片（如AT24C01/02/04/08等）在价格上没有多少明显的优势，因此，通信机和集中器的E2PROM用同一种芯片。当然，串行的E2PROM种类不仅有I2C总线结构的，还有SPI总线的（如常用的93C46等），从使用的寿命上看，目前I2C总线结构串行的E2PROM最优的应该是铁电存贮器，但在本系统不属于频繁擦写的场合。I2C总线是一种串行总线，其最大的工作特点是接口简单。I2C总线存储器芯片除了电源和地参考外，最基本的管脚就是开路的SDA和SCL引脚。在一般的I2C总线器件相互连接时，一般要求在这两线上外挂上拉电阻，但由于在本系统中存储器与W77E58连接，该CPU内部是没有I2C总线的，因此只能用其两个I/O口来模拟I2C总线的数据传输协议，但因W77E58的P1口内部存在上拉电阻而不再需要2个电阻12。4.3.2 AT24C16的基本特性(1)与400KHz I2C总线兼容(2)1.86.0V的工作电压范围(3)低功耗CMOS技术(4)内部含有2K个字节(5)写保护功能，当WP为高电平时进入写保护状态(6)16字节页写缓冲器(7)100，000次编程/擦写周期(8)可保存数据100年(9)8脚DIP或SOIC封装(10) 零待机电流存储器芯片连接图如图4-3。图4-3 AT24C16的连接图图中的AT24C16的第7脚WP为存储器硬件保护脚，在该脚电平为高电平时，存储器的写入功能被保护，因此数据将无法进入，当该脚电平为低电平时，存储器的写入是有效的，存储器硬件保护功能的设置大大地提高了存储器数据的可靠性（因为在程序中只有在真正需要写入时才不保护存储器的写入功能，而大多数的时间是存储器处于只读状态）。当然，数据的读出与该引脚电平逻辑无关。4.4 按键电路考虑到本机要实现的功能，应该具备09十个数字键和一些必须的功能键，因此采用44的矩阵式薄膜按键。采用8根I/O口线实现了16个按键，与独立式按键结构相比节省了一半的I/O口。行线(P2.0P2.3)、列线(P2.4P2.7)分别连接到按键开关的两端，列线作为扫描输出，行线作为扫描输入。根据为低电平的行线和当前扫描列即可判断出哪个键被按下。键盘原理图如图4-4所示13。图 4-4 键盘原理图4.5 RS-232串行通信接口电路作为一个手持式的设备，所存储的数据需要定期上传到PC机中进行保存或者进一步的处理；此外，本手持机还可以更新程序或者字库等。这些操作都需要在手持机和PC机之间进行数据传输。本文选用RS-232作为手持机与PC机之间的接口方式。RS-232接口标准是美国电气协会工业(EIA)正式公布并广泛实用的一种串行总线标准。它是一种在数据终端设备和数据通信设备之间通信的链接标准。用来实现计算机和计算机之间、计算机和外设之间的数据通讯。完整的RS-232通讯接口有22根线，采用的是标准25针D型插头，22根信号线每一根都有定义。但通常实际中并不全部使用这22根信号线，而是仅使用其中的9根，也就是常见的9针RS-232接口如图4-5，在计算机主机的后面所配有的232串行口也都是9针RS-232接口。RS-232有自己的电气标准，特别要指出的是，RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-3到-15V；逻辑“0”为+3到+15V。因此，RS-232定义的逻辑电平与TTL和CMOS电平并不兼容，被称为EIA电平。而且RS-232接口是一种用于近距离（最大30-60m）、慢速度、点对点通讯的通讯协议，在RS-232中一个信号只用到一条信号线，采取与地电压参考的方式，因而在长距离传输后，发送端和接收端的电压有出入，容易造成通讯出错或速度降低。因此当计算机与TTL和CMOS电平的器件通讯时，不能直接将信号线相连，必需经过转换。本课题中采用RS-232/RS-485转换电路，RS-485采用差动通讯方式，RS-485接口的最大传输距离标准值为1.2km（9.6kb/s时），实际上可达3km。图4-5 9针RS-232接