毕业论文-居民住宅小区水、电、气集中抄表系统设计.doc

湘潭大学湘潭大学 毕业设计说明书毕业设计说明书 题题 目：目：居民住宅小区水、电、气集中抄表系统设计居民住宅小区水、电、气集中抄表系统设计 学学 院：院： 信息工程学院信息工程学院 专专 业：业： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 许晓知许晓知 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 20122012 年年 5 5 月月 湘湘 潭潭 大大 学学 毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 居民住宅小区水、电、气集中抄表系统设计 学号： 姓名： 许晓知 专业： 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求 1、查阅集中抄表系统设计相关文献。 2、掌握数据采集模块、微控制器(单片机)模块、数据存储模块、通讯模块、显示模块 和时钟模块的软硬件设计。 3、利用 proteus、keil uVision3 等软件进行数据采集电路编程和仿真。 4、在该系统中，我们可以通过打开水龙头，或者气体开关，单片机读取到脉冲数以后 将其转化为相应的水的吨数，或者气体的立方数，通过液晶显示器作为人机交互界面 进行显示，可显示当前使用的气体或水的使用量。 设计总结报告要求详见湘潭大学毕业论文（设计说明书）文本要求。 二、重点研究的问题 1、了解水电气集中抄表系统设计的背景意义及基本原理，掌握 51 单片机的基本 知识，熟悉 Proteus 绘图的应用和 Keil uVision3 编程的运用，重点掌握水电气集中抄表 系统的总体设计。 2、查找水、电、气相关芯片资料，并对比各芯片的性能，选择最优的方案。 3、构思数据采集电路图，并利用 Proteus 绘出水电气采集电路图和系统原理图， 利用 Keil uVision3 编写程序。 4、通过此设计写出总结，提出改进意见。 三、进度安排 序号各阶段完成的内容完成时间 1 查阅文献资料2012 年 2 月 18 日前 2 写开题报告、学习 proteus、keil uVision32012 年 2 月 24 日前 3 作中期检查、画电路图2012 年 4 月 6 日前 4 编写程序、做仿真、检查结果2012 年 5 月 21 日 5 论文初稿及修订2012 年 5 月 25 日前 6 答辩2012 年 5 月 26 日 四、应收集的资料及主要参考文献 1 杨文龙.单片机原理及应用M.西安：西安西安电子科技大学出版社，1995：32-56 2 陈明荧.8051 单片机基础教程M.北京：科学出版社，2003：77-96 3 徐建军.MCS-51 系列单片机应用及接口技术M.北京：人民邮电出版社，2003：121-142 4 郑学坚.微型计算机原理及应用M.北京：清华大学出版社，1998：97-135 5 南建辉.MCS-51 单片机原理及应用实例M.北京：清华大学出版社，2004：76-79 6 夏继强.单片机实验与实践教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2001：102-117 7 余锡存.单片机原理及接口技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2000：36-38 8 李刚.51 系列单片机系统设计与应用技巧M.北京：北京航空航天大学出版社，2002：72-77 9 余永权.ATMEL89 系列单片机应用技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2002.4：85-91 10 郑郁正.单片机原理及应用M.成都：四川大学出版社，2003：56-59 11 肖洪兵.跟我学用单片机M.北京：北京航空航天大学出版社，2002.9：33-41 12 赵晓安. MCS-51 单片机原理及应用M.天津：天津大学出版社，2004.2：79-103 13 傅扬烈.单片机原理与应用教程M.北京：电子工业出版社，2002：60-62 14 张毅刚.新编 MCS-51 单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003：201-213 15 欧阳文.ATMEL89 系列单片机的原理与开发实践M.北京：中国电力出版社，2007.6：282- 284 16 江思敏.PROTEL 电路设计教程M.北京：清华大学出版社，2002.9：67-117 17 杨恢先.基于单片机控制的多功能数字式煤气表的设计J.测控技术，2004， 06：48-56 18 崔强.基于无线通信的自动抄表系统的设计与实现J.电子技术，2001，08：23-35 19 王勇 殷蔚民.基于 AT89S51 的电能计量系统J.微计算机信息，2006，29：78-89 20SMC1602A LCM 使用说明 ，长沙人民电子有限公司 湘湘 潭潭 大大 学学 毕业论文（设计）评阅表毕业论文（设计）评阅表 学号 2008551421 姓名 许晓知 专业 建筑设施智能技术 毕业论文（设计）题目： 居民住宅小区水、电、气集中抄表系统设计 评价项目评 价 内 容 选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到 综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。 能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 论文 （设计） 质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设 计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表 图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 评阅人： 2012 年 5 月 日 湘湘 潭潭 大大 学学 毕业论文（设计）鉴定意见毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2008551421 姓名： 许晓知 专业： 建筑设施智能技术 毕业论文（设计说明书） 42 页 图 表 24、4 张 论文（设计）题目： 居民住宅小区水、电、气集中抄表系统设计 内容提要：目前在工业用和民用的供水、供气计量应用中，如电子类水表、热量表、 燃气表等都应用大量的叶轮式流量计。由于这些流量计的工作原理相同，都是由液体 和气体的流动推动叶轮旋转，叶轮的转动速度与流速成正比关系，通过测量叶轮的转 速来计算流量。在本系统中，采用直流电机模拟水电气类的数字量表，采用 L298N 作 为直流电机的驱动，驱动直流电机转动，直流电机在转动的时候会产生脉冲，通过单 片机的外部中断采样直流电机产生的脉冲数，用来计量数字量表的数值。 在本系统中，我们可以通过打开水龙头，或者气体开关，单片机读取到脉冲数以 后将其转化为相应的水的吨数，或者气体的立方数，通过液晶显示器作为人机交互界 面进行显示，可显示当前使用的气体或水的使用量。 论文中详细介绍了数据采集模块、微控制器(单片机)模块、数据存储模块、通讯 模块、显示模块和时钟模块的软硬件设计。对各模块的硬件设计，先简单介绍所选芯 片的特点及使用方法，再给出该模块的电路连接图，最后介绍了电路的工作原理。 指导教师评语 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 目目 录录 摘要摘要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1 1 1.1 课题研究的意义 1 1.1.1 自动抄表系统综述.1 1.1.2 国内外发展的概况.4 1.1.3 住宅抄表自动化系统应用条件 .5 1.2 设计方式的选择及主要内容 5 第第 2 2 章章 系统总体设计系统总体设计 7 7 2.1 性能分析 7 2.1.1 功耗分析.7 2.1.2 系统可靠性分析.8 2.2 AT89S52 单片机 .8 2.3 数据采集显示模块 9 2.4 无线数据收发模块 9 2.5 数据通信 .11 2.5.1 RS-485 总线技术 .11 2.5.2 RS-485 通信协议 .12 2.5.3 RS-232 通信技术 .14 2.5.4 RS-232 通信协议 .15 2.6 本章小结 .16 第第 3 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计 1717 3.1 L298 芯片的介绍 .17 3.2 显示模块 .19 3.3 按键控制 .21 3.4 本章小结 .22 第第 4 4 章章 系统软件设计系统软件设计 2323 4.1 PROTEUS介绍 .23 4.2 KEIL UVISION3 介绍24 4.3 程序设计流程图 .24 4.4 系统联调 .25 4.5 仿真结果分析 .26 4.6 上位管理 PC 机人机接口软件 29 4.6.1 串口数据通信29 4.6.2 串口程序30 4.7 本章小结 .31 第第 5 5 章章 总结与展望总结与展望 3232 5.1 总结 .32 5.2 不足与展望32 参考文献参考文献 3333 致致 谢谢 3434 附录附录 1 1 硬件总体设计硬件总体设计3535 附录附录 2 2 程序程序3636 I 居民住宅小区水、电、气集中抄表系统设计居民住宅小区水、电、气集中抄表系统设计 摘要摘要：在本系统中，采用直流电机模拟水电气类的数字量表，采用 L298N 作为直流电机的驱动， 驱动直流电机转动，直流电机在转动的时候会产生脉冲，通过单片机的外部中断采样直流电机产生 的脉冲数，用来计量数字量表的数值。 我们可以通过打开水龙头，或者气体开关，单片机读取到脉冲数以后将其转化为相应的水的吨 数，或者气体的立方数，通过液晶显示器作为人机交互界面进行显示，可显示当前使用的气体或水 的使用量。 论文中详细介绍了数据采集模块、微控制器(单片机)模块、数据存储模块、通讯模块、显示模 块和时钟模块的软硬件设计。对各模块的硬件设计，先简单介绍所选芯片的特点及使用方法，再给 出该模块的电路连接图，最后介绍了电路的工作原理。 关键词关键词：数据采集；RS485总线；GPRS传输；直流电机；L298 II The Design of Water, Electricity, Gas meter reading system of Residential Area Abstract：In this system, the DC motor simulate water, electricity and a digital scale, using L298N as a DC motor-driven rotation of the drive DC motors, DC motor in the rotation when the pulse, the MCU external interrupt sampling the DC motorthe number of pulses used to measure digital scale value. we can turn on the tap or the gas switch, the microcontroller to read after the number of pulses will be converted to the corresponding water tonnage or cubic of gas through the liquid crystal display as a man- machine interface display.It can display the current use of gas or water usage. The paper has a detailed introduction to the software and hardware of the data acquisition circuit，micro-controller circuit，communication circuit，data storage circuit and display circuit of the Colleetion Device Terminal.For the hardware design of every function module，the paper introduces the chips features and usage manual，shows the circuit diagram，and introduces the work principle in the end. Keywords : Data Acquisition；S485 bus；PRS transmission；DC motor；L298 1 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1.11.1 课题研究的意义课题研究的意义 随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，各种电表、水表、气表大量地出现 在人们的生活中，传统的人工手动抄表方式已经很难满足社会发展的要求，人们对远 程自动抄表系统的需求已越来越强烈。随着计算机和通讯技术的迅速发展，各种各样 的自动化抄表系统不断涌现出来，它们不仅替代了烦琐的手上劳动，而且提供了更多 的优质服务。同时国家建设部在居民住宅的有关技术规定中已明确要求 3 表（水表、 电表、煤气表）必须出户。 鉴于上述情况，建立住宅抄表自动系统成为当前住宅建筑技术，尤其是智能型住 宅建筑中不可缺少的重要组成部分，具有十分重要的实践意义。 目前，电子水表、电子煤气表、电子电表的远程抄表系统日趋成熟。抄表自动系 统基本原理是采用计算机技术，通过专用设备对 3 表进行远距离的自动抄录。一般通 过数据采集器对表计的脉冲进行记数，然后传输控制器将信号送至计算机中心，由计 算机对数据进行处理、显示、存储、打印，再通过与银行联网，实现自动收费。控制 中心可显示小区内主要设备的运行状况，并可通过软件控制设备，使设备运行于最经 济合理的模式中。当设备发生故障时，控制中心发生声光报警并通知管理人员处理事 故。 本次课题是设计基于 AT89S52 的集中抄表，采用直流电机模拟水电气类的数字量 表，采用 L298N 作为直流电机的驱动，驱动直流电机转动，直流电机在转动的时候会 产生脉冲，通过单片机的外部中断采样直流电机产生的脉冲数，用来计量数字量表的 数值。 .1 自动抄表系统综述自动抄表系统综述 自动抄表技术(Automatic Meter Reading)是将数据自动采集、传输和处理应用于自 来水、电力、天燃气(以下简称水、电、气)供应与管理系统中的一项新技术。它从根本 上克服了传统的人工抄表模式的弊端，给水、电、气管理的现代化带来了新的希望。 随着水、电、气市场管理改革的不断深入、对自动抄表技术的研究必将成为热点与方 向。 抄表系统在中国发展已有 15 年左右的时间，目前已经广泛应用于物业公司、自来 水公司、煤气公司、供电公司、企业内部、学校宿舍的计量收费管理。15 年的时间里， 抄表系统经历了从无到有，规模从小到大，从不可靠到可靠，从单一的方式到多种方 2 式的进步。逐步由一个时尚的产品演变成为主流的产品，并正在演变成为必需品。 任何一个抄表系统都可以抽象地看作是由六个部分组成的，如图 1-1 所示。 图 1-1 自动抄表系统的组成 （1）数据采集单元 目前有几种类型，采用分线制方式电子脉冲计数的多表集中采集单元、采用总线 制电子脉冲计数方式的单表采集单元、采用总线制机电位置检测方式的单表采集单元、 采用总线制摄像方式的单表采集单元、采用无线传输方式的单表采集单元等。 分线制多表采集器是第一代抄表系统采用的主要方式，目前仍有一些公司生产这 种设备，由于分线制系统存在抗干扰能力差、断线会造成数据误差、一台设备故障会 造成成片的数据无法读取、工程设计调试维护复杂等许多问题，目前已不再是抄表系 统的主流模式。 总线制单表采集器解决了分线制系统的上述问题，因此成为目前抄表行业尤其是 水、煤气抄表行业的主流模式，而电表抄表的主流模式由于行业的特点采用 PLC 载波 方式。 （2）底层数据传输系统 底层数据传输系统指由采集器到集中单元之间的传输系统，目前有几种方式，有 线传输的方式中比较主流的方式是 RS485 总线方式和 MBUS 总线方式，MBUS 总线由 于两芯无极性、自由拓扑、更好的防雷击能力逐渐取得了用户的认可正在演变为有线 传输方式的最主流形式；无线传输的方式中也有好多种如采用 ZIGBee 技术的模式和普 通 FSK 传输的模式，无线方式由于受到耗电、发射功率、接收灵敏度、安装环境的复 杂性等多个方面的约束，根据实际使用情况，无线传输方式仍需在技术上进一步完善 才能达到实用化的要求。 （3）数据集中单元 为了提高上层传输的效率，很多抄表系统采用了“数据集中器”这个设备完成数据 的采集，集中提供给数据处理系统。一般的数据集中器仍然以数据流形式用非常原始 的通讯协议将数据传输给数据处理系统，从而带来了传输速度慢等问题。 3 （4）上层数据传输系统 目前有几种主要的方式： RS232 串口，电脑通过一个 RS232现场总线通讯转换器直接与系统底层总线 相连； USB 接口，电脑通过一个 USB现场总线通讯转换器直接与系统底层总线相 连；IRDA 红外线接口，由掌上电脑读取； 电话线网络，现场总线通过一个电话现场总线转换装置与公用电话网相连， 电脑通过 Modem 经公用电话网实现与现场总线的通讯； 以太网，现场总线通过一个网络现场总线转换装置与局域网相连，电脑通过 局域网实现与现场总线的通讯； GPRS 移动通讯网络，现场总线通过一个 GPRS现场总线转换装置与公用移 动电话网相连，电脑通过 Modem 经移动电话网实现与现场总线的通讯。 （5）数据处理系统 数据处理系统是指计算机及安装在计算机上面的数据处理软件系统。 抄表系统刚刚出现时，仅仅是作为人工抄表的替代品，无非是将累计数据抄录回 来传给计算机即可。随着抄表系统的稳定性可靠性的提高，抄表系统的应用范围进一 步扩大，市场对抄表系统提出了更高的要求。总结起来有如下几个方面： 1）维护智能化 批量采用抄表系统后，由于这个系统是一个规模宏大的系统，因此抄表系统的维 护成为一个大问题。要求抄表系统的软件能够具有智能诊断的功能，不但能够准确、 迅速地找到故障，而且能够指导维修人员迅速排除故障。 2）抄表数据更丰富 以往的系统只需要提供每月的累计值，这是模拟人工抄表的行为，由于自动抄表 系统采集数据更为方便，可以实现以往人工抄表根本无法实现的功能，因此要求有更 多的数据以便做出进一步的数据分析。如，每日的用量数据（当用户发生过户是这个 数据有用） 、每月固定时间的冻结数据（准确计算每月用量） 、每月平均用量、年内平 均用量数据、年内最大用量数据；还有如表计安装时间、型号、维护次数、更换信息； 异常数据信息：突发数据增大告警信息、突发数据减小信息等等。 3）采集数据更频繁 人工抄表为每月一次，自动抄表可以更为频密，每日一次。这对于出租房屋、酒 店式公寓等经常更换用户的地方非常适用。 4）操作更方便 因为应用的范围更广，所以对操作人员的要求要降低，这样就要求界面更加友好， 操作更方便。 4 5）专业化程度更高 自动抄表已经由原来只针对物业管理拓展到专业的煤气公司、自来水公司、电力 公司、工厂企业的员工宿舍、学校的学生宿舍和教工宿舍、酒店式公寓的管理等等五 花八门的方面。每一种应用都有自己的特点，如自来水公司要求有阶梯水价、电力公 司要求复费率分时计费、学生宿舍要求具有预付费控制功能、酒店式公寓要求每日能 够结算等等。从而要求为各种不同的用途提供不同的专业应用软件。 用户用电量的数据采集可结合电子式电能表来实现，当前电子式电能表主要有两 种形式，一种是在原感应系电度表的基础上，利用光电或磁电方式改装而成的机电脉 冲式电能表。一种是利用电量测量专用芯片设计制作的全电子式电能表。 机电脉冲式电能表沿用感应系电能表的测量机构，其数据处理机构则由电子电路 和计算机控制系统实现，因而，机电脉冲式电能表是一种电子线路与机电转换单元相 结合的半电子式电能表。机电脉冲式电能表继承了感应系电能表结构牢固、长期运行 可靠和价格低廉的优点。 全电子式电能表不再使用感应系测量机构，而是由专用电量测量芯片与微控制器 芯片构成。由于它没有传统电能表上的旋转机构，因而又被称为“静止式电能表”或 “固态电能表”。近年来，各种新型电子式电能表不断推出，所用芯片型号各异，功 能众多，但其基本原理相同，主要功能可归为三个方面：计量、计费功能（包括分时 计量、最大需量计量和预付费等）；保护功能（包括过电流、过电压保护与防窃电等） ；通讯功能（可以是红外通讯、无线电通讯、专线通讯或载波通讯等）。 当前人们对用水量、燃气量的数据采集也主要有两种形式，一种是在原来机械式 水表的基础上利用传统水表的刻盘转动转化为电脉冲实现数据采集。这种采集方式的 显示可以有机械刻度显示与数字显示两种显示方法。另一种方式是直接利用流量传感 器进行数据采集，这种数据采集方式是通过传感器直接将水量转换成相应的数字脉冲 或相应大小的输出电流，采集的数据可通过相应的控制芯片实现数据积算、存储并驱 动 LED 或 LCD 显示。 .2 国内外发展的概况国内外发展的概况 水、电和燃气是生活中必不可少的，它们的发展一直倍受人们的关注。在人们关 注的同时，三表抄送系统产生了，并且，随着科技的不断发展，三表抄送系统也越来 越智能化。 同时，随着人们的生活水平不断提高，老百姓对生活环境提出了更高的要求；在 政府政策的鼓舞下，家居智能化得到了高速的发展。同时，随着科技的发展，小区住 宅除了满足人们最基本的居住要求，还要将方便、省时的物业管理带给住户。实现住 宅的三表（水、电、煤气）出户自动抄表、自动计费，已成为新型智能小区的必备条 5 件。 作为智能化产业链中的一环智能抄表系统也同时得到了蓬勃发展。从沿海的 经济发达地区深圳、广州、上海到政治文化中心北京，以及中国西部城市成都、重庆、 贵州、昆明等地均不同程度地建设了智能化示范小区。这些智能化住宅小区的建设， 提高了住户的生活质量，扩大了住户的居住空间，为当地智能化建设起到了示范作用。 传统的三表需要抄表人员定期挨家挨户抄取数据，结算出费用后，再到各家索取， 误差大、统计工作量大，人为的错误给物业管理和用户带来极大不便。现在有许多地 区改为插卡式买电装置，这虽然减少了人为因素，但是买电时要到银行，费时费力， 且水、电、气表分别交费，也有许多不便之处。 小区智能抄表系统节省时间、人力、 物力，提高工作效率，降低物业成本，准确及时地将住户所使用的三表数据显示出来， 为实现小区科学、系统的物业管理提供了有效的解决方法。 小区智能抄表系统的出现，方便了住户，可设置多级加密功能，定义访问权限， 更可增加系统的保密性。防泄漏报警可以使住户放心，不必因家中只有老人、孩子而 担心煤气的泄漏与触电现象的发生。一方面杜绝了抄表扰民的问题；另一方面可以简 化管理手段，减轻物业管理负担。因此三表出户系统是新一代的具有城市性自动化计 量收费管理系统，是提高住宅发展的必然，合乎人们高品质生活的追求，符合国家小 康型住宅产业的精神。 随着城市生活节奏的加快，人们需要越来越多的方便设施来满足生活的需要，小 区智能化是今后的发展趋势。智能抄表系统是智能小区应具有的最基本的系统，它的 发展必将影响到小区智能的发展，因此将会有更多的系统集成商、发展商看中这个项 目，对它进行进一步开发是极重要的。预测三表的前景如下情况： 水表：随着用水量的增大和不断完善，水表的前景应该是稳中有升。 电表：因为电的应用越来越广泛，电表的发展应该是高居首位。 燃气表：电的广泛应用，可能会使得气表只能保持稳定或者是略有下降。 .3 住宅抄表自动化系统应用条件住宅抄表自动化系统应用条件 自动抄表系统作为一个实用系统在住宅建筑工程中的应用应具备以下条件： (1) 系统产品化、模块化、系列化，并且可按照住宅建筑类型和用户的需要，灵活 组合所需系统。 (2) 系统工程设计应符合国家相应标准、规范及国家相关政策导向。 (3) 需要相关供水、供电、供气、邮电、房地产开发等主管部门的配合，以及综合 物业管理的配套实施。 6 1.21.2 设计方式的选择及主要内容设计方式的选择及主要内容 随着电子技术、传感技术、自动控制技术和计算机技术的发展，耗能表户外计量 已经开发出不少产品。主要分为三大类：机械表、IC 卡类电表、远传耗能表三种户外 计量方式。现将这三种常见电表的优缺点分析如下： （1）老式机械表：也叫感应表，利用电磁感应原理制造而成。转盘引起的机械磨 损和振动易引起机械变形，很容易造成误差超差。准确度等级是 2.0，也就是机械表的 计量误差是控制在士 2%之内的。具有易磨损、易失磁、功能低、准确度低、误差特性 不好、过载能力差、电压适应范围窄、运行维护不方便等缺点。 （2）IC 卡类电表：多采用单片机为主机进行控制，在原普通单相电度表上加装一 对红外发射接收管，对转盘转数进行计数，主机完成对用户用电量的一记录、累加、 显示和控制功能。配上一块非接触式 IC 卡，完成从供电管理部门到用户间的币度转换 和现有卡无电的现象；将本属于供电系统的收费任务，转嫁给用户，若购电点位于 住宅较远处，将会给居民带来麻烦等。 （3）远传耗能(电)表：一般是在保证计量的可靠性及准确性的前提下，在普通耗 能(电)表的基础上，通过加装各种感应探头组件实现的。这种感应探头能够探知耗能表 机械转盘的转动，机械转盘每旋转一圈，该感应探头便输出一个脉冲信号。将该信号 脉冲记录并累计下来，便能准确地反映转动圈数，从而达到将机械转盘数据转化为电 信号的目的。将转轴的圈数通过一定的计算，便能转化为相应的耗(电)能数据。 鉴于以上各种水电气表存在诸多不适于应用在远程抄表系统的缺点，以及目前在 工业用和民用的供水、供气计量应用中，如电子类水表、热量表、燃气表等都应用大 量的叶轮式流量计。由于这些流量计的工作原理相同，都是由液体和气体的流动推动 叶轮旋转，叶轮的转动速度与流速成正比关系，通过测量叶轮的转速来计算流量。在 本系统中，采用直流电机模拟水电气类的数字量表，采用 L298N 作为直流电机的驱动， 驱动直流电机转动，直流电机在转动的时候会产生脉冲，通过单片机的外部中断采样 直流电机产生的脉冲数，用来计量数字量表的数值。 在本系统中，我们可以通过打开水龙头，或者气体开关，单片机读取到脉冲数以 后将其转化为相应的水的吨数，或者气体的立方数，通过液晶显示器作为人机交互界 面进行显示，可显示当前使用的气体或水的使用量。 本文总体分为五章内容。 第一章引言，介绍课题研究的背景和意义。 第二章系统总体设计，从整体上分析系统集成的可靠性，并介绍课题研究的方法 及步骤，提出水、电、气数据采集模块的方案以及数据通信方案及协议设计。 第三章系统硬件设计，详细介绍水、电、气数据采集模块的设计原理以及相关芯 7 片。 第四章系统软件设计，介绍三表计量系统的软件设计以及仿真。 第五章总结与展望。 8 第第 2 2 章章 系统总体设计系统总体设计 根据系统功能要求，本硬件系统应包括：用户三表数据采集显示模块、楼座单元 数据集中模块、RS-485 串口电路、无线数据收发模块构成的“客户端”与无线数据收 发模块、RS-232 串口电路、上位管理计算机构成的“管理端”两部分。 “客户端”与 “管理端”通过无线收发模块构成的无线网络实现数据交换。系统框图如图 2-1 所示： 用水量数据 采集模块 R S 4 8 5 接 口 G P R S 模 块 G P R S 模 块 RS 232 串 口 电 路 PC 机 A T 8 9 S 5 2 图 2-1：系统框图 本系统中，三表计量电路及单元集中电路均采用了 AT89S 系列单片机，AT89S 系 列单片机具有在线可编程功能（ISP） ，本设计均留有 ISP 接口，这样完全可以先焊接 好硬件电路，然后通过 ISP 端口将软件可执行代码写入电路芯片。单片机与用户“三 表”之间通信线采用带屏蔽的双绞电缆。由于 GPRS 模块采用 Saro3130P GPRS DTU， 使用时只需将其作为一个采用 RS232 接口的通信器件使用即可。 2.12.1 性能分析性能分析 .1 功耗分析功耗分析 在用户计量仪表系统中，显示电路的功耗设计是一个必须考虑的问题。本系统中， “三表”显示电路采用了液晶显示模块 SMC1602A。正常情况下 SMC1602A 背光电源 断开，其工作电流只有 2mA，大大降低了系统功耗；电能测量芯片 ADE7751 正常工 作时其电流也只有 3mA；串行 EPROM 芯片 AT24C04 最大工作电流为 3mA；时钟芯 片 DS1302 最大工作电流为 0.3mA；单片机芯片 AT89S52 当晶振为 12M 时在激活模式 电能数据 采集模块 煤气量数据 采集模块 9 下工作电流约为 20mA 左右。综合考虑各方面因素，整个系统的平均功耗约为 0.15W 左右。 .2 系统可靠性分析系统可靠性分析 干扰是任何电气仪表必须面对的问题，它混在信号中，会降低系统的可靠性，甚 至会使系统无法正常工作。提高系统可靠性和抗干扰能力应从软件和硬件两方面采取 措施。实验证明，系统失效和硬件损坏是由各种干扰引起的，可见干扰对系统的影响 很大。在系统中电源的抗干扰设计是最关键的，尤其对来自变压器一次侧的高频干扰、 浪涌电压干扰。 在数据安全方面，系统中都采用了串行 EEPROM，来对重要的数据（用户编号和 用电量等）具有掉电保护功能。 在信号传输线路上，由于 RS-485 的通信距离较远，传输速率较低，所以在总线终 端进行了匹配，并采用带屏蔽的双绞电缆作为传输线。这样就在一定程度上有效的防 止了信号在传输过程中被干扰，使信号能够精确的传输。 在系统通信过程中，由于信道上各种因素的影响，传输信号会受到一定程度的干 扰，又由于采用串行异步通信方式，仅靠奇偶校验是不够的。所以本系统采用了 DL/T-645 电表通信协议中规定的（CS）校验。它是从帧起始符开始到校验码之前的所 有字节的模 256 的和，即各字节二进制算术和，不计超过 256 的溢出值。 为了避免电路因某种原因造成单片机“死机” （进入死循环或“跑飞” ） ，电路使用 了 AT89S52 看门狗功能，在单片机出现“死机”时能够及时复位，从而保证了机器的正 常运行。 2.22.2 AT89S52AT89S52 单片机单片机 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品 指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 在众多嵌入 式控制应用系统中得到广泛运用。其主要特性有： 1、与 MCS-51 单片机产品兼容； 2、8K 字节在系统可编程 Flash 存储器； 3、1000 次擦写周期； 4、全双工 UART 串行通道； 5、低功耗空闲和掉电模式； 10 6、掉电后中断可唤醒； 7、看门狗定时器。 2.32.3 数据采集显示模块数据采集显示模块 数据采集显示模块包括：用户用电量采集与显示电路、用户用水量采集与显示电 路、 用户燃气用量采集与显示电路三种形式。 目前在工业用和民用的供水、供气计量应用中，如电子类水表、热量表、燃气表 等都应用大量的叶轮式流量计。由于这些流量计的工作原理相同，都是由液体和气体 的流动推动叶轮旋转，叶轮的转动速度与流速成正比关系，通过测量叶轮的转速来计 算流量。本课题采用 L298N 作为直流电机的驱动，驱动直流电机转动，直流电机在转 动的时候会产生脉冲，通过单片机的外部中断采样直流电机产生的脉冲数，用来计量 数字量表的数值。 在本系统中，我们可以通过控制水电气开关，单片机读取到脉冲数以后将其转化 为相应的水的吨数，或者气体的立方数，通过液晶显示器作为人机交互界面进行显示， 可显示当前使用的气体或水的使用量。 2.42.4 无线数据收发模块无线数据收发模块 本系统中，“客户端”与“管理端”的“PC 机”之间数据传输是通过无线数据传 输方式实现的。当前，无线数传方式多种多样。基于本系统的实际情况，我们选用 GPRS 通信方式。 GPRS 是通用无线分组业务的缩写(General Packet Radio Service),是介于移动通信第 二代和第三代技术之间的一种过渡形式,通常称为 2.5G，它具有“高速”和“永远在线” 的优点。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路 交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。随着无线 数据传输技术的迅速发展，GPRS 已经成为实现无线数据业务的最佳承载方式。 目前，GPRS 模块主要有 Sony Ericsson 的 GR47/48 模块，西门子公司的 MC35 系 列模块，WAVCOM 公司的 M1206B 模块等。各种模块的应用系统也已非常成熟。本 系统采用厦门桑荣科技有限公司利用 Siemens 公司高性能工业级 GPRS 模块 MC35i 设计 的 Saro3130P GPRS DTU 无线数传终端做为网络平台实现 GPRS 远程数据传输。 Saro3130P GPRS DTU(DTU)是一款基于移动 2.5G GPRS 网络平台，内嵌 TCP/UDP 协 议及功能强大的单片机系统的数据传输终端。采用 SiemensMC35i 工业级通信模块，工 业规格设计。提供 RS232/RS422 等标准串行接口，可直接与 PLC、PC、RTU、FTU、TTU 11 等采集设备透明传输。基本特点如下： （1）采用 Siemens 公司高性能工业级 GPRS 模块 MC35i； （2）使用方便、灵活、可靠； （3）支持双频 GSM/GPRS； （4）符合 SMG3bis 技术规范； （5）数据终端永远在线； （6）GPRS CLASS 8； （7）支持 A5/1 uchar code table1=“Gas:“; uchar table2=0; uchar table3=0; uint sum; uint have,getshi,getbai; uint qian,bai,shi,ge; uint free; sbit LCM_RS=P12; /LCD1602 命令端口 sbit LCM_EN=P10; /LCD1602 命令端口 sbit LCM_RW=P11; /LCD1602 命令端口 sbit INTO=P36; sbit OUT=P37; uint num; void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void write_com(uchar com) LCM_RS=0; P0=com; delay(5); LCM_EN=1; delay(5); LCM_EN=0; void write_data(uchar date) LCM_RS=1; P0=date; delay(5); LCM_EN=1; delay(5); LCM_EN=0; 39 void init() LCM_EN=0; LCM_RW=0; write_com(0x38); write_com(0x0e); write_com(0x06); void main() uchar i; init(); EA=1; EX0=1;/开外部中断 0 IT0=1;/设置外部中断的触发方式为下降沿触发 EX1=1; IT1=1; IP=0x05; /用于设置中断优先级，设置外部中断优先（IP 的第 0 位到第 5 位分别代表 PX0，PT0，PX1，PT1，PS 和 PT2） have=0; free=0; while(1) write_com(0x80); for(num=0;num6;num+) write_data(tablenum); delay(2); qian=have/1000; getbai=have%1000; bai=getbai/100; getshi=have%100; shi=getshi/10; ge=getshi%10; table20=qian; table21=bai; table22=shi; table23=ge; write_data(table20+0x30); write_data(46); for(i=1;i4;i+) write_data(table2i+0x30); 40 write_data(T); write_com(0x80+0x40); for(num=0;num4;num+) write_data(table1num); delay(2); qian=free/1000; getbai=free%1000; bai=getbai/100; getshi=free%100; shi=getshi/10; ge=getshi%10; table30=qian; table31=bai; table32=shi; table33=ge; write_data(table30+0x30); write_data(46); for(i=1;i4;i+) write_data(table3i+0x30); write_data(S); delay(500); write_com(0x01); /清屏 /for(num=0;num16;num+) /整频左移 / /write_com(0x18); /delay(20); / void outside0() interrupt 0 have+; if(have=9999) have=0; void outside1() interrupt 2 41 free+; if(free=9999) free=0; ag an employment tribunal clai Emloyment tribunals sort out disagreements between employers and employees. You may need to make a claim to an employment tribunal if: you dont agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly. For more informu, take advice from one of the organisations listed under Fur ther help. Employment tribunals are less 42 formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation. Most people find making a claim to an employment tribunal challenging. If you are thinking about making a claim to an employment tribunal, you should get help straight away from one of the organisations listed under Further help. ation about dismissal and unfair dismissal, see Dismissal. You can make a claim to an employment tribunal, even if you havent appealed against the disciplinary action your employer has taken against you. However, if you win your case, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal. Remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. If your application is received after this time limit, the tribunal will not usually accept i. If you are worried about how the time limits ap