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電能計量裝置的無(wú)線(xiàn)抄表系統
摘要：針對目前我國電能數據的采集方法不便的這一現狀，提出并實(shí)現了一種電能裝置無(wú)線(xiàn)性表系統。介紹電能表無(wú)線(xiàn)自動(dòng)抄表系統的原理、構成、特點(diǎn)，并敘述AT90S2313單片機在電能表自動(dòng)抄表系統中的應用。引言
電能表自動(dòng)抄表簡(jiǎn)稱(chēng)ARM（Automatic Reading Meter），是供電部門(mén)將安裝在用戶(hù)處的電能表所記錄的用電量等數據通過(guò)遙測、傳輸和計算機系統匯總到營(yíng)業(yè)部門(mén)，代替人工抄表及一連串后續工作。
隨著(zhù)經(jīng)濟體制改革的深入，電能計量、電費核算及收繳的及時(shí)性和準確性已成為用電企業(yè)的重要課題；而目前我國電能數據的采集基本上為手工抄表，需要抄表人員走家串戶(hù)，每月或每?jì)稍鲁淮�，再通過(guò)微機或手工制作的電費單催繳用戶(hù)電纜，存在著(zhù)錯抄、漏抄、估抄等問(wèn)題。自動(dòng)抄表系統的研制與應用是解決上述問(wèn)題的有效途徑之一，而無(wú)線(xiàn)抄表系統則是自動(dòng)抄表系統中 種較優(yōu)的方式。該系統的實(shí)現是邁向配電自動(dòng)化的第一步，并有助于提高電力系統用電管理的水平。
一、系統硬件構成
這套電能計量裝置無(wú)線(xiàn)抄表系統包括2塊SA68D11無(wú)線(xiàn)數傳模塊和1片ATMEL公司生產(chǎn)的AVR系列AT90S2313單片機。模塊有來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據傳遞；單片機用來(lái)進(jìn)行數據采集作一些相應的處理。系統硬件框圖如圖1所示。
圖1中，8路脈沖輸入信號來(lái)自8個(gè)單相脈沖電能表。工作時(shí)，單片機只需定時(shí)測量輸入的脈沖，再根據脈沖數與用電量之間的比例關(guān)系即可得到用戶(hù)的用電量。
圖1中虛線(xiàn)框內的單片機數據采集部分是整個(gè)系統的核心部分，通過(guò)軟件的編輯可實(shí)現數據采集、數據保存、數據發(fā)送和控制命令的接收以及其他數據掉電保護等重要功能。本系統采用的AT90S2313單片機構成圖1中虛線(xiàn)框內所有功能模塊。它內含2KB的FLASH存儲器；128字節片內EEPROM、128字節片內RAM和片內模擬比較器；8位和16位可預分頻定時(shí)器各一個(gè)；中斷源11個(gè)（中斷優(yōu)先級已定）；全雙工的UART以及可編程的WatchDog定時(shí)器等。在本系統中，單片機的資源分配為：T1作為時(shí)器，實(shí)現單片機對脈沖量的定時(shí)采集。模擬比較器檢測系統交換電源工作是否正常。一旦發(fā)生掉電情況，模擬比較器中斷標志位就被置1，在主程序中不斷檢測這一位；一旦檢測到該位為1，則立即將數據寫(xiě)入EEPROM中保存。從掉電到保存時(shí)間很短，在這段時(shí)間內靠濾波大電容儲能供電。在儲能放完之前，將保存數據工作完成即可。EEPROM存儲器用來(lái)保存單片機所測的脈沖數和單片機的地址等一些重要裝飾。Watch Dog定時(shí)器防止單片機“死機”或“跑飛”。串行口UART實(shí)現單片機發(fā)射/接收模塊之間的數據交換。
在本系統中，數據的無(wú)線(xiàn)傳遞是通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳模塊實(shí)現的。為了使模塊與單片機、計算機之間的數據傳送正確，必須嚴格按照計算機（單片機）與模塊間的傳輸格式進(jìn)行數據傳送。模塊的輸出電平為T(mén)TL電平，它可與AT90S2313單片機直接連接。與計算機連接時(shí)間需接一個(gè)RS-232C電閏轉換芯片。模塊與單片機、計算機之間的通信速率為9600b/s，采用1個(gè)起始位、8個(gè)數據位、1個(gè)停止位的格式，與AT90S2313單片機的通信接口方式完全相同。計算機和模塊之間的數據傳輸格式為：
標志字節D7H控制字節M(mǎn)數據或參數字節第一個(gè)字節為標志字節，其值為十六進(jìn)制數D7，作用是標志數據傳送的開(kāi)始。第二字節為控制字節，當第二字節小于等于48（30H）時(shí)，其值代表傳送數據長(cháng)度。后面字節為數據，當第二字節大于48（30H）時(shí)為控制字，后面不再跟數據和參數。模塊傳給計算機時(shí)帶CRC校驗字節防誤措施。
二、系統軟件設計
本系統的軟件主要包括二大部分：一是數據采集部分，是以AT90S2313單片機與核心的匯編語(yǔ)言的設計；二是PC機通信軟件的設計部分。這里要介紹AT90S2313單片機的匯編語(yǔ)言設計問(wèn)好。其軟件設計思想是采用模塊化編程，即系統的總體功能由各子程序完成。主要的子程序有定時(shí)器中斷、數據算是和接收發(fā)送中斷服務(wù)程序等。
1.單片機初始化部分
主程序部分首先對單片機進(jìn)行初始化，其包括堆棧指針設置；端口的工作方式設置；定時(shí)器的預分頻系數和初值設置；串行通信的控制寄存器和波特率寄存器的設置；看門(mén)狗定時(shí)器的周期及初值設置；單片機的地址設置；開(kāi)全局中斷等，其流程圖如圖2所法。初始化子程序如下：
start:
ldi tmp,$d9 ;設置堆棧指針
out spl,tmp
clr tmp ;設置B口、D口為輸入且不帶上拉
out ddrb,tmp
out ddrd,tmp
out portb,tmp
ldi tmp,2 ;設置定時(shí)器分頻系數及定時(shí)器賦初值
out timsk,tmp ;定時(shí)周期為6.4ms，開(kāi)定時(shí)器中斷
ldi tmp,timer T
out tccr0,tmp
ldi tmp,$d8 ;允許接收中斷和發(fā)送中斷
out ucr,tmp
ldi tmp,baud ;設置波特率為9600baud
out ubrr,tmp
ldi tmp,watchT ;設置看門(mén)狗定時(shí)器的周期及初值
out wdtcr,tmp
ldi tmp,$0a ;設置模塊比較器工作方式
out acsr,tmp
ldi r26,address ;給單片機賦初始地址
ldi tmp,$2d
st x ,tmp
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