(格式修改)智能电表---分析设计报告(1)

1、课程：计算机组成原理智能电表分析设计报告院系：安徽工程大学机电学院专业：计算机与软件工程系班级：软件1402组长：李和林组员： 秦伟 刘宣 杨佳 伯转转 许展 邵明时间： 姓名职责目录第一章 系统整体方案设计11.1智能电表系统设计思路11.2方案论证11.2.1三相电参数的测试与计量方案论证与比较11.2.2多功能化模块的方案论证与比较21.2.3电压电流采样方案论证与比较21.3通信标准的选择31.4系统总体方案确定4第二章 系统硬件设计42.1硬件整体系统设计42.2电源电路设计62.2.1工作原理62.2.2变压模块72.2.3稳压模块72.3电压电流采样处理单元82.3.1 ATT7

2、030A简介82.3.2 ATT7030A结构框图92.3.3电能输出脉冲电路92.4 CPU中央处理单元102.4.1 CPU功能102.4.2 CPU选择102.4.3数据存储模块112.4.4显示模块132.4.6键盘模块172.4.7 485通讯模块18第三章 系统软件设计193.1软件设计的基本原则193.2系统软件设计203.2.1接收数据与通信的程序设计20第四章 总结24第一章 系统整体方案设计1.1智能电表系统设计思路将智能电表系统整体分为电量测量和智能管理两部分。电量测量部分选用高精度、高可靠性的电量测量ASIC实现，能够完成三相电量的准确计量。该部分是设计的关键和基础。智

3、能管理部分除核心元件微处理器外，还需要人机交互模块、数据存储模块及通讯模块。该部分是实现电表“多功能化”的重要组成部分，对其要求是智能化程度高，易于功能扩展。1.2方案论证1.2.1三相电参数的测试与计量方案论证与比较该部分是本系统设计的关键部分，要求电路结构简单、可靠、功能全面，能够完成预定功能。目前，关于三相电参数的测试与计量主要有两种技术方案。传统的模数转换和相位检测技术被测三相电压、三相电流通过相应互感器转变为能被后端电路接收的电信号，变化之后的信号需要做两方面的处理，一方面检测电压电流的相位差，确定功率因数，另一方面线性调整信号，传输给后端的A/D转换器。电压、电流转换后的数字量和功

4、率因数值传输给CPU处理器，根据三相功率、三相能量等电参数的计算公式计算相应的各个电参数，并对计算数据做相应处理。该方案存在电路结构复杂，参数测试误差大，编程复杂、故障排除复杂等缺点。该技术方案已不再适用于工业环境中三相电能表的电参数测量。专用的三相电参数测试与计量技术随着大规模集成电路的迅速发展，有关电参数测量的集成电路市场上出现了多种专用产品，针对不同的电参量可以选用不同的产品。目前，在我们国内比较流行的电量测试与计量芯片主要有美国ADI公司生产的ADE7755，美国CIRRUS LOGIC公司生产的CS5460，美国炬力公司生产的ATT7021、ATT7030、ATT7026等，国内上海

5、贝岭公司也生产了相应的电量计量芯片。以上IC芯片在国内电能表行业中得到了广泛的推广应用，多年来的应用表明，这些IC芯片在电参数的测试与计量的应用比较稳定，计量精度满足了国家标准。采用专用的IC测试电参数已成为目前各种电能表制造厂商的首选技术方案。其中，ATT7026、ATT7030是专用于三相电参数测量的IC芯片，外围电路配置简单，可方便地与CPU连接。综合考虑本电能表所要实现的功能，我们选用第二种方案。ATT7030A测试计量的电参数能满足本次设计题目提出的技术要求，是一款高精度的三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线。 ATT7030A提供有功电能计量输出脉冲，微处理器可方便的对电

6、能实现计量。1.2.2多功能化模块的方案论证与比较多功能化模块应包括以下几个组成部分：CPU中央处理器、外部存储器、键盘、显示、485通信接口、红外收发电路、报警电路、负荷控制电路等八部分组成。CPU中央处理器的选择方案有两种，方案一：选用DSP处理器；方案二：选用单片机。DSP处理器具有运算速度快，处理能力强等优点，但存在价格相对较高，参考资料相对较少等缺点。单片机是目前电能表行业中普遍选用的中央处理器。比较以上两种方案，我们选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为中央处理单元，该单片机具有较强的数据处理功能，与MCS-51完全兼容，设计使用方便。外部存储器选择方案主要有两种。方案一：选

7、择RAM存储器；方案二：选择FLASH存储器。RAM存储器速度快，可读写操作，但存在掉电数据丢失的缺点，为了保证数据不丢失，一般需要设计电池供电，增加了设备的体积，成本等。外部FLASH存储器具有掉电数据不丢失的优点，速度相对较慢，可以进行读写操作。由于电能表对数据存储的速度较低，数据量较少，因此，FLASH存储器是电能表行业中选择的主流芯片。我们选用X5045作为外部数据存储器，选用该型号的存储器不仅可以方便数据的存储，而且具有看门狗功能，监视CPU的运行状态和系统的电压，保证系统的安全运行。负荷控制电路设计具有预付费功能，即用户应先购电，后用电，用户购剩余电量达到报警值或剩余电量为零时，都

8、要操作继电控制装置，提醒用户及时购电。1.2.3电压电流采样方案论证与比较目前，电能表行业中，关于电源电压、电流的采样方案主要有三种：第一种是采用电流互感器、电压互感器采样；第二种电压采用电阻分压网络采样，电流采用锰铜电阻采样；第三种方案以上两种方案的交叉组成。电流取样使用电流互感器具有过载能力强，精度高，抗干扰能力强的优点，但存在成本高，体积大的缺点；电压取样采用电压互感器同样具有过载能力强，精度高，抗干扰能力强的优点，存在成本高，体积大，校表难度高的缺点；与采用互感器取样比较电流采用锰铜电阻具有取样方便，成本低的优点，但存在过载能力弱，抗干扰能力差的缺点；电压采用电阻分压网络取样具有取样容

9、易，校表方便、成本低的优点，但存在过载能力弱的缺点。比较以上几种方案，结合本表的计量精度要求，电流取样采用高精度（0.1级）的电流互感器，电压取样采用电阻分压网络。该方案既提高了本系统的抗干扰能力，又方便了电能表的校验。 根据上述方案论证，智能电表系统的实现方案如下：AT89S52(CPU)+ATT7030A(电量测量IC)+X5045（Flash存储器）+MAX7219 (LED显示IC)+独立式键盘+75LBC184（485通讯IC）+红外调制管+MC7805(DC稳压电源IC)。1.3通信标准的选择本系统的一个重要的问题就是通信问题。要根据系统的通信距离来选择合适 的通信标准。如果通信距

10、离要求太高的话，可以采用电话线公网或者无线 GPS 等方式来进行通信。 在通信方式中，大多数采用串行通信方式。这里先对常见的串行总线标准作 一个比较。常用的总线标准有 RS-232、RS-422 和 RS-485 等等6，RS-232 是异步 串行通信中应用最广泛的一种标准总线，其单向数据传输最大速率为了 20Kbps， 最大传送距离为 15m，显然这种总线标准是无法满足本系统的技术要求的，且其 数据传输速率较慢，易产生干扰。RS-422 传输距离较远，最短为 12m，数据传输 最大速率为 10Mbps；当速率为 1Mbps 时，传输距离可达 120m；当速率为 100Kbps 时，传输距离可

11、达 1200m；RS-422 抗干扰能力强，传输速率快，且为全双工的。 RS-232 和 RS-422 有一个显著特点，即 RS-232 接口与 RS-422 接 口通常吸用于点对点通信系统中，若系统中需要相互通信的节点数超过两个时， 他们都无法直接满足要求。 因此，EIA 制定了新的接口标准 RS-485，它能支持一点对多点的通信，RS-485 电气标准与 RS-422 完全一样，只是 RS-485 工作于半双工方式。RS-485 标准总线是一种平衡传输方式的串行口接口标准，它允许在电路中 有多个发送器，且允许一个发送器驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送 器、接收器或收发器的组合单元。

12、RS-485 的共线电路结构是一对平衡传输的两 端都配置终端电阻，其发送器、接收器、组合收发器可以挂在平衡传输线上任何 位置，在数据传输中实现多个驱动器与接收器通用同一传输线的多点应用。 RS-485 通信接口的信号传输是用两根线之间的电压差来表示逻辑“1”或“0” 的，因为发送端仅需两根传送线，而接收端也只需要两根传送线，这样，RS-485 接收端与发送端公需两根线就能完成信号传输。RS-485 标准总线的特点是：抗 干扰能力强、传输速率高、传输距离远，在采用双绞线，不用 Modem 的情况下， 在 100Kbps 的传输速率时可传送 1200m，若速率为 960Kbps 时，可以传送 15

13、00m， 甚至更远。由于 RS-485 具有上述优点，能够支持一点对多点的通信，便于组网通信距 离也能满足本系统的设计要求；且电表联网远程抄表系统对实时性要求不高，能 耗的抄取也是不经常发生的，一般情况下仅需要每月抄一次。所以本系统选择了半双工的 RS-485 的通信标准。1.4系统总体方案确定在我们确定了通信标准之后，就可以对整个系统进行设计了。既要充分考虑 RS-485 通信标准中对传输距离和波特率的限制，又要兼顾到系统的带载能力， 来确保系统运行的可靠性，在基表与上层管理微机之间，采用了采集器、集中器 两级结构形式，系统的总体分布结构如下图1-1-系统总体结构图上位微机与集中器之间可通过

14、 RS-485总线进行数据传输，采集器通过屏蔽双绞线采集用户各种远传能耗基表的信息，并进行换算和存储；采集器对电量的采集可以直接通过DF型电能表上的 RS-485 接口接受用户的电量信息，也可以通过采集器上的红外接口，利用专用红外抄表器对采集器进行各种能耗信息的读取等 第二章 系统硬件设计2.1硬件整体系统设计根据方案比较与论证，三相智能电度表的整体电路主要包括：电源电路、电压电流采样处理单元、CPU中央处理单元等三部分组成。其中采样电路又分为电压采样模块、电流采样模块；CPU中央处理器单元又分为CPU中央处理器、键盘、显示、外部存储器、485接口、红外收发、负荷控制、报警模块。整体设计方案见

15、图1-2-系统整体电路原理图系统工作原理： 第一步接通电源电路，CPU中央处理单元上电，系统进入待机状态。此状态下，CPU取出存于外部存储器中的剩余电量数据和本电表机号并显示于显示模块上。当按下键盘“设置键”时，系统进入功能设置状态，按“确定键”则退出该状态。第二步采样单元发出电量计量脉冲信号，系统进入工作状态。次状态下，CPU对脉冲进行计数及计算电量，经过一段时间运算后得到这段时间中用户消耗的电量。用户上次预购电量减去剩余电量，得到用户新的预购电量剩余值。如果该值小于某一值时，通过报警模块通知用户及时购电。有两种事件是随机发生的：485通信和红外通信事件。当上位机向电表发出通信请求时，系统进

16、入485通信状态，通信结束退出该状态。当红外抄表器向电表发出通信请求时，系统进入红外通信状态，通信结束退出该状态。系统状态转换图如图：2-1-系统状态转换图2.2电源电路设计三相电压、电流采集处理电路与CPU中央处理单元均需要5V直流电源供电，为提高系统工作可靠性及适应现场电压波动范围大的情况，本系统采用三相电源变压-整流-滤波-稳压方式。具体设计电路见图2-2-系统电源电路图2.2.1工作原理系统直流电源AVCC直接由三相交流电源转换而来。以A相位例，A相220V交流电经变压器变压得到交流电V1，V1经过整流桥整流得到含有较大纹波系数的直流电V2，V2经C13、C14滤除纹波后进入三端稳压器

17、件LM7805稳压处理得到V3，V3经C15、C16滤波得到系统需要的直流电源AVCC。B相、C相原理于A相相同。由Multisim软件仿真得到V1、V2、V3波形如图系统电源部分电压波形图2.2.2变压模块由220V交流电得到5V直流电第一步需要选用变压器进行降压处理，变压器两端的匝数比决定着降压系数。三端稳压电源LM7805最大输入电压为30V，正常范围为518V，所以变压器副边输出电压V1可以选择15V。根据变压器两侧电压比，可计算出变压器的原副边匝数比：N1:N2=VA:V1=220:152.2.3稳压模块 稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源两类，其中：线性稳压电压优点是稳定性高、

18、波纹小、电路简单，缺点是体积大、效率低、驱动电流小；开关电源优点是体积小、效率高、驱动能力强；缺点是波纹系数大，稳定性不如线性稳压电源好。本系统电源直接供给IC，对驱动电流要求不大，且ATT7030A对电源稳定性要求较高，所以这里我们选择线性稳压电源。三端稳压集成电路LM7805所需的外围元件极少，电路内部有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜，所以被广泛应用。LM7805如图3-6所示，1脚为输入端，2脚为输出端，3脚为接地端。2-3-LM7805引脚图V2经过电容滤波进入LM7805，输出电压V3稳定为5V，LM7805后仍需接大小两个电容输出电压才能真正稳定。其

19、中，大电容的作用是增强负载特性（输出阻抗随频率增加基本保持不变）和瞬变响应（利用电容电压不能瞬间改变特性），小电容的作用则是滤除高频干扰，两者耐压值选择15V。2.3电压电流采样处理单元系统电压电流采样处理单元采用ATT7030A作为核心处理芯片，外围辅以电源、电压电流模拟输入、脉冲输出等电路。2.3.1 ATT7030A简介ATT7030A是一款对三相有功电能进行高精度测量的芯片，其特点如下：·高精度，在1000到1的动态范围内误差小于0.1%；·电能测量符合1S、0.5S级，支持IEC 687/1036标准，GB/T 17215-1988； ·提供有功电能测量

20、 ·当任意一相功率反向时，提供功率反向指示信号 REVP； ·当三相合功率为负时提供反相指示信号NEGP，可以用于止逆场合； ·提供缺相指示PA/PB/PC； ·提供有功电能校准输出脉冲：CF1； ·提供输出脉冲F1/F2，用于驱动电量计度器和步进电机； ·三相合电能计算模式是可选择的； ·提供校准电阻网络； ·+5V单电源供电2.3.2 ATT7030A结构框图2-4- ATT7030A内部结构框图2-5-ATT7030A信号处理流程图2.3.3电能输出脉冲电路ATT7030A 提供两种输出脉冲：高频输出脉冲CF

21、1和低频输出脉冲F1/F2。在功率测量信号处理电路中，开关电压和电流信号相乘得到瞬时功率，瞬时功率对时间积分转换为电能。A/B/C相电能根据代数和模式或者绝对值和模式相加，通过改变频率信号和分频信号，我们得到高频电能脉冲输出信号，该信号可以用来进行校正。在此基础上，分频信号也可以得到低频输出脉冲信号用于驱动步进电机。2.4 CPU中央处理单元2.4.1 CPU功能CPU中央处理单元由于需要实现数据存储、显示、键盘、通信等功能，因此电路较为复杂，元件较多。CPU选用AT89S52，外部存储器选用X5045，一方面存储数据满足掉电数据不丢失，其次X5045具有看门狗功能，监视CPU运行状态及电源电

22、压，保证系统可靠运行。485通信选用75LBC184集成电路，具有带载能力强，传输距离远的特点。红外采用38KHz调制方式，传输距离超过5米，误码率低。CPU有功电量采样使用光电耦合器隔离，提高其采样的可靠性。校表通过光电耦合器输出校表脉冲，方便与校表试验台连接。2-5-CPU中央处理单元设计原理2.4.2 CPU选择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

23、 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应用。AT89S52主要功能特点：·与MCS-51产品兼容；·8K字节在系统可编程Flash存储器；·1000次擦写周期；·全静态操作：0Hz-33MHz;·三级加密程序存储器；·32个可编程I/O口线；·三个16位定时器/计数器；·八个中断源；·全双工UART串行通道；·低功耗空闲和掉电模式；·掉电后中断可唤醒；·看门狗定时器；·双数据指针；·掉电标识符。AT89S52引脚图

24、如图：2.4.3数据存储模块因本系统需要存储用户电量等数据，且要求掉电数据不丢失，该系统选择X5045器件。X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM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。X5045中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过RESET信号向CPU作出反应。X5045 提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。X5045的存储器与CPU可通过串行通信方式接口，共有4096个位，可以按

25、512×8个字节来放置数据。2.4.3.1引脚介绍X5045采用DIP8封装形式，其管脚排列如图3-20所示，共有8个引脚，各引脚功能如下：电路选择端，低电平有效；SO：串行数据输出端；SI：串行数据输入端；SCK:串行时钟输入端；：写保护输入端，低电平有效；RESET：复位输出端；VCC：电源端；VSS：接地端。2.4.3.2工作原理（1）上电复位 向X5045加电时会激活其内部的上电复位电路，从而使RESET引脚有效。该信号可避免系统微处理器在电压不足或振荡器未稳定的情况下工作。当Vcc超过器件的Vtrip门限值时，电路将在200ms（典型）延时后释放RESET以允许系统开始工作

26、。（2）低电压监视 工作时X5045对Vcc电平进行监测，若电源电压跌落至预置的最小Vtrip一下时，系统及确认RESET，从而避免微处理器在电源失效或断开的情况下工作。当RESET被确认后，该RESET信号将一直保持有效，知道电压跌到低于1V。当Vcc返回并超过Vtrip达到200ms时，系统重新开始工作。（3）看门狗定时器 看门狗定时器的作用是通过监视WDI输入来监视微处理器是否激活。由于微处理器必须周期性的触发/WDI引脚以避免RESET信号激活而使电路复位，所以/WDI引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高到低信号的触发。（4）重新设置Vcc门限 X5045出厂时设置的Vcc门限电压

27、为Vtrip，但在应用时，如果标准值不恰当，用户可以重新调整。（5）SPI穿行存储器 器件存储器部分是带块保护的CMOS串行EEPROM阵列，阵列的内部组织是×8位。X5045可提供最少为1000000次擦写和100年的数据保存期，并具有穿行外围接口（SPI）和软件协议的特点，允许工作在简单的四总线。 X5045主要通过一个8位的指令寄存器来控制器件的工作，其指令代码通过SI输入端（MSB在前）写入寄存器。表3-4所列为X5045的指令格式及其操作。（6）时钟和数据时序当变低以后，SI线上的输入数据在SCK的第一个上升沿时被锁存。而SO上的数据则有SCK的下降沿输出。用户可以停止时钟

28、，然后再启动它，以便在它停止的地方恢复操作。在整个工作期间，必须为低。2.4.4显示模块本智能电表系统需要显示电表机号、电流互感器系数、电量等数据，无需文字显示，八位LED数码管即可完成显示任务，故我们选择8位LED数码管驱动器MAX7219。2.4.4.1 MAX7219概述MAX7219是MAXIM公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯片，一片MAX7219可驱动8个7段（包括小数点共8段）数字LED、LED条线图形显示器、或64个分立的LED发光二级管。该芯片具有10MHz传输率的三线串行接口可与任何微处理器相连，只需一个外接电阻即可设置所有LED的段电流。它的操作很简单，MCU

29、只需通过模拟SPI三线接口就可以将相关的指令写入MAX7219的内部指令和数据寄存器，同时它还允许用户选择多种译码方式和译码位。此外它还支持多片7219串联方式，这样MCU就可以通过3根线（即串行数据线、串行时钟线和芯片选通线）控制更多的数码管显示。2.4.4.2 功能特点·10MHz连续串行口·独立的LED段控制·数字的译码和非译码选择·150uA的低功耗关闭模式·亮度的数字和模拟控制·高电压中断显示·共阴极LED驱动·24脚的DIP和SO封装2.4.4.3寄存器介绍（1）数据寄存器和控制寄存器MAX7219内部

30、的寄存器主要有：译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。编程时只有正确操作这些寄存器，MAX7219才可工作。（4）亮度控制寄存器（0AH）MAX7219通过加在V+和ISET之间的外部电阻来控制显示亮度。段驱动电流一般是流入ISET端电流的100倍。这个电阻可以是固定的，也可以是可变电阻，通过前面板控制以选择合适的亮度：其最小值为9.53Kohm。它设定段电流为40mA。显示亮度可以通过亮度寄存器来控制。数字控制显示亮度是通过亮度寄存器的低四位来控制的脉宽调制器来控制。调制器将段电流平均分为16个阶次，最大值为由Rset设置的最大电流为31/32，最小

31、值为电流峰值的1/32。2.4.4.4 MAX7219与单片机连接电路MAX7219与单片机连接如下图，单片机通过P2.0（CLK）、P2.1（LOAD）、P2.2（DIN）三根控制线完成显示操作。2-6-MAX7219与单片机连接图2.4.5 红外通信模块本智能电表系统需要完成与抄表器数据传输功能，红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。使用手持红外抄表器通过遥控的方式，来完成电度表用电量的抄录、设置表电流互感器系数等工作。实现单片机系统红外通信的关键在于红外接口电路的设计以及接口驱动程序的设计。2.4.5.1红外通信的基本原理红外通信是利用950nm近

32、红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端采用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。2.4.5.2红外通信接口的硬件电路设计单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统的红外串行通信接口。红外发射模块的实现红外发射模块

33、主要包括脉冲振荡器、与非门、驱动三极管、红外发射管等。其中脉冲振荡器选用38K晶振，用于产生载波信号；红外发射管用来发射950nm的红外光束。发射模块工作方块图如下图所示。2-7-红外发射模块方块图本系统采用基于UART口的红外发射电路，此模式是红外通信原理与串口通信原理的有机结合。红外发射器的原理：串行数据由单片机的串行输出端TXD送出，经两级与非门驱动PNP三极管,数位0使三极管导通。38K晶振与电阻、电容及与非门组成振荡器以产生38KHz频率载波，并通过与非门对串行数据进行调制。调制出的信号经过三极管基极的红外发射管以光脉冲形式向外发送信号。数位1时三极管截止，红外发射管不发光。其设计电

34、路如图：2-8-红外发射模块电路图（2）红外接收模块的实现 如图为红外接收的工作方块图，其主要控制组件为红外接收模块，其内部含有高频载波电路，专门用来滤除红外线合成信号的载波信号（38KHz）而送出发射器的控制信号。当红外线合成信号进入红外接收模块，在其输出端便可以得到原先的数字控制编码，只要经过单片机译码程序译码即可。2-9-红外接收模块方块图红外接收器部分我们采用红外专用接收集成电路HS0038来完成红外信号的光电转换及接收。HS0038 是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL 电平信号兼容的所有工

35、作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平,它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。 系统中我们将红外接收器输出数据直接连接到单片机的串口接收RXD端，单片机读取串口接收缓冲寄存器并译码即可还原信息。其电路如图：2-9-红外接收模块电路图2.4.6键盘模块设计中键盘作用主要用来设置电表号和电流互感器系数，有功能选择键（MENU）和数字键（0-9）采用行列式键盘，与单片机连接，如图：2-10-系统键盘与CPU连接图2.4.7 485通讯模块本智能电表系统采用RS-485差分总线收发器75LBC184进行485通信，它性能优于MAX485。75LBC184采用单一电源+5 V工作，额定

36、电流为300 A，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常

37、简单，75LBC184与单片机连接图如图2-11-系统半双工通讯第三章 系统软件设计在微机测量和控制系统中，软件的重要性与硬件同样重要。系统的硬件电路 一旦确定以后，系统的主要功能还需要通过软件来实现。如果说硬件是躯体，那 么软件则是灵魂；如果说硬件决定了产品的造价，那么在硬件设计合理的前提下， 软件在很大程度上就决定了产品的性能。因此，智能仪表的设计很大程度上可以 说是软件的设计，系统使用的方便性和灵活性主要体现在计算机的软件设计上。 对高可靠性要求的远程抄表系统的设计就更是如此。3.1软件设计的基本原则为了满足远程抄表系统的设计要求，应根据以下基本原则进行软件的编制： 1.易读性和易维护性

38、。这通常是指软件系统容易被发现和纠正错误，容易修 改和补充。由于生产过程自动化程度越来越高，测控系统的结构也日趋复杂，设 计人员很难在短时间内就能对整个系统理解得准确无误，软件的设计与调试也不 可能一挥而就，在发现问题时又要便于修改和完善。在软件的设计方法中，结构化程序设计就是最好的设计方法之一，这种设计方法是由整体到局部，再由局部到细节;先考虑整个系统所要实现的功能，确定整体目标，然后把这个目标逐步分解成一个个任务，任务又可以进一步分解成若干个子任务，这样逐层细分、逐个实现。在此过程中可能会有一些问题逐步暴露，这就要求软件易被修改，那么， 结构化设计就是最好的设计方法。智能电表系统的软件设计

39、就是采用上述模块化设计方法。这样，不但使得设计目标明确、思路清晰，而且在检错和系统联机调试时也较为方便。如果每个子程序都能单独运行，那么，像搭积木一样，把他们联合起来的时候，只要安排恰当，一般来说不会有太大的问题。即使有问题也可以根据问题的种类和现象来进 一步判断是哪一部分出了问题，也为系统功能的扩充和移植提供了很大的方便。 2.可测试性。系统软件的可测试性有两方面含义:其一是较容易制定出测试，并据此对软件进行测试;其二是软件设计工作完成后，首先在模拟环境下运行，经过静态分析和动态仿真运行，证明准确无误后才可投入实际使用。 3.准确性。这对整个系统具有重要意义，对远程抄表系统而言就更具有实际意

40、义，其结果的准确程度直接关系到千家万户的切身利益。因此，在算法选择和位数选择方面要满足实际要求、运算结构要符合国家相关的技术标准。 4.实时性。它是检测系统的普遍要求，即要求系统及时响应外部时间的发生， 并及时给出处理结果。近年来，由于硬件高度集成化和速度的提高，配合相应的 软件，系统实时性的要求较容易得到满足，特别是对于使用汇编语言编制的软件。5.可靠性。它是系统软件最重要的指标之一，该要求有两层意义:第一是运 行参数环境改变时，软件能可靠地运行并给出正确的结果，即要求软件具有自适 应性;第二是在环境恶劣、干扰严重的情况下，软件必须保证系统也能可靠地运 行，这对系统的整体可靠运行尤为重要。3.2系统软件设计3.2.1接收数据与通信的程序设计主程序中的串行中断打开，使它处于 PC 机的接收状态，还要用中断的模式来定时的收集数据采集模块中的能量数据。这里的主程序就该处于接收等待状 态，且一直与上位 PC 机处于通信状态，当 PC 机发送命令时，主程序就中断，去 接收数据采集模块中的能量数据，且在接收 PC 机命令成功时，设置接收成功的 标志。这个时候主程序就处于延迟状态，等待采集程序处理，如图 所示：3-1-接收数据与通信程序3.2.