基于单片机红外无线通信的抄表系统

2．硬件构成

主要包括红外发射电路和红外接收电路两部分：

红外发射电路

在红外数据传输的信号调制方式上，采用脉冲调制的二进制不归零码。这种调制方式比较简单，编码解码都比较方便，有利于电路简化。红外发射电路如图2所示。


由455KHZ的晶振CRY，反相器74HC04及电阻、电容构成的振荡器产生455KHZ的方波信号。经脉冲分频器74LS92，六分频成为75.83KHZ的脉冲信号。再经过D触发器构成的2分频/整形电路变成38KHZ的方波信号。由单片机的异步串行口TX输出的串行数据信号，送到与非门74HC00的输入端。与非门的另一输入端接38KHZ的载波信号。与非门的输出信号用来控制三极管的开通或关断，从而控制红外发射管发送信息。这样就达到了用串行口TX输出的串行数据信号直接调制载波，进行红外数据传输的目的。发射电路的调制采用的是时分制幅度键控调制方式。因单片机在复位后，TXD脚为高电平，为满足同步的要求，采用低电平同步脉冲，经与非门(Ｕ3)后变成高电平同步脉冲。所以单片机TXD发送的编码应是反码。

红外接收电路

设计中采用一种高效能的红外接收器——德律风根TFMS5380。德律风根所开发的微型接收器TFMS5380是近期市场上最高效能的红外接收器。同一组件内已装上了接收二级管和前置放大器。TFMS5380特点：(1)单一的接收器和前置放大器的组合。(2)超敏感度和传送距离。(3)内置PCM频率过滤器。(4)无外置组件需要。(5)特强光及电场干扰屏蔽。(6)TTL及CMOS兼容，适用于微处理器操作控制。(7)可选频率由30KHZ至56KHZ。(8)低功耗。(9)ISO9000认可。TFMS5380适用于数据传送、电视机、录像机、组合音响及卫星接收器等。TFMS5380的内部框图及构成的接收电路。如图3所示。


该接收电路要求被接收的红外光波长在950μm左右，被调制信号的脉冲宽度不小于600μs。TFMS5380的应用电路非常简单。实验证明，TFMS5380的性能良好，完全可以满足数据传输的需要。S3C2410 ARM9开发板800元 SOC开发平台360元 豪华单片机开发系统498元 单片机学习板138 无线nRF-9E5模块100元 51单片机试验开发板238元 Genius NSP通用编程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 S3C2410 ARM9开发板800

3．软件设计

该系统软件设计主要包括手持抄表器主机软件和电度表端从机软件两部分。在本设计中手持抄表器单片机发送字符与接受字符均采用查询方式，发送前先读取通信状态寄存器，查询发送保持寄存器空否，接收前先读取通信状态寄存器，查询一帧数据收完否。电度表单片机采用中断方式，即接收到地址帧后就进行串行口中断申请，中断响应后，进入中断服务程序。

手持抄表器软件设计：

在红外通信过程中，手持抄表器作为主机，是通信的发起者，其发送和接收都是主动的，它的具体工作过程为：不断扫描键盘，若发现有命令键按下，则调用发送子程序发送相应的操作命令，发送结束后即启动接收子程序，以接收电度表回送的信息，然后对接收到的信息进行后续处理。手持抄表器通信程序包括初始化子程序和串行通讯程序，其流程如图4所示。

初始化子程序SP-INIA，主要是对通讯波特率及方式的设置，程序源代码如下：

SP_INIA：MOV TMOD，#20H ；选择定时器T1模式2，计时方式

MOV TH1，#0E8H ；预置时间常数

MOV TL1，#0E8H  

CLR ET1 ；禁止定时中断

SETB TR1 ；启动计时器

MOV PCON，#80H ；SMOD=1

MOV SCON，#0D8H ；方式3，SM2=0，REN=1，TB8=1

SETB EA ；开总中断

SETB ES ；开串口中断

RET

抄表机串行通讯程序略；


电度表端软件设计：电度表端作为从机，其软件程序包括主程序和中断服务程序，流程图如图5所示；

主程序源代码为：

ORG 0023H

LJMP SUB_COM ；串口中断服务程序入口

ORG 0050H

SM_COM：LCALL SP_INIB ；调串口初始化子程序

MOV 08H，#50H ；选工作寄存器区1

MOV 09H，#60H

SETB EA ；开总中断

SETB ES ；开串口中断

LOOP：SJMP $ ；等待中断

SP_INIB：MOV TMOD，#20H ；选择定时器T1模式2，计时方式

MOV TH1，#0E8H

MOV TL1，#0E8H

CLR ET1

SETB TR1

MOV PCON，#80H

MOV SCON，#0F0H ；方式3，SM2=1，REN=1

RET

中断服务程序：限于篇幅，略。


4．结束语

本文介绍的应用于电度表抄表系统中单片机红外串行通信接口，具有硬件电路简单、成本低廉、编程方便、通信可靠性高的特点。利用手持抄表器可以方便地完成对电度表的抄录和校准等工作，大大提高了抄表工作的效率，而且抄表准确度高并杜绝了估抄和误抄的问题。本文提出的通讯协议能够在多台单片机间安全地传送数据，实现了通信双方非接触式的数据传送，也可用于其他遥控、遥测的单片机应用场合。