电度表信息自动采集终端的设计及防干扰措施
1 自动采集终端的设计
1.1 自动采集终端的功能和组成
终端站系统采用以89C51单片机为核心的系统,可实现对1~16块电度表信息的采集、存储、传输及工作状态的显示等功能。其具体功能如下:对脉冲式电度表或经过改造的机械式电度表送来的脉冲进行计数,并把它转换为对应的电能量,实现对有功电能的计量;设置初值(地址号、表常数、电表底度等参数),保存1年内各用户各月的电能信息,分时计费;以电力载波方式和采集站通信;对各电度表的工作状态进行显示。
整个自动采集终端由脉冲计数模块、通信模块、时钟电路模块、工作状态显示模块和键盘操作模块五部分组成,其系统组成如图1所示。
1.2 采用双CPU共用数据存储器AT24C32和双RS 232通信接口
按照脉冲式电度表标准,电度表的输出脉冲宽度为80 Ms,脉冲周期的最小值为100 Ms。如果CPU在这个时间内对脉冲不进行处理,将会出现脉冲的丢失,从而造成脉冲计数的不准确。采用双CPU共用数据存储器技术可以避免这一现象的发生。脉冲计数模块和通信模块分别采用各自的CPU进行控制,两者之间通过公共数据存储器AT24C32、通信协议和握手线进行信息交换。为了防止两者对存储器操作的阻塞而出现故障,在设计中采用两根握手线进行硬件握手,当一个模块不对存储器操作时,其握手线输出端输出“O”;当需要对存储器进行操作时,其握手线输入端输入“0”,其握手线输出端输出“1”,然后进行操作,否则处于等待状态。
该电能信息自动采集终端设计了两个RS 232通信接口,其中一个为AT89C51-1的RS 232通信口,用于与电度表或设备之间传输数据;另一个是AT89C51-2的RS 232通信口,用于与上位机之间的通信。这样就减轻了主CPU AT89C51-2的负担,且可对于不同数据格式的RS 232电度表灵活修改程序代码。
1.3 脉冲计数模块
脉冲计数模块由电度表、两片控制芯片AT89C51、脉冲处理电路、存储器AT24C32等电路组成,利用单片机编程对采集的数据进行一系列处理,完成对数据的采集、有效存储及传输功能。
各功能的具体实现过程为:首先将电度表输出的脉冲信号经由光电耦合器、施密特触发器等组成的脉冲处理电路进行滤波、整形等处理后,再送入缓冲器进行缓存;然后根据控制电路的命令进行相应的操作。当进行信息存储操作时,AT89C51-1工作,AT89C51-2处于等待状态,AT89C51-1向存储器发送起始信号,AT89C51-1收到存储器的低电平应答信号后,向存储器发送字节地址,AT89C51-1收到存储器的另一个低电平应答信号后,再发送数据到被寻址的存储单元,存储器再次应答,并在AT89C51-1发送停止信号后开始内部数据的擦写,在擦写的过程中,存储器不再相应任何请求。当进行读信息操作时,AT89C51-L处于等待状态,AT89C51-2工作,AT89C51-2向存储器发送起始信号和被寻址的字节地址,存储器产生低电平应答信号并发送相应字节地址的内容,接收完数据后,AT89C51-2发送一个停止信号。
时钟线保持高电平期间,数据线从高到低的跳变被看作为起始信号,对AT24C32的任何操作命令,都必须从启动信号开始,时钟线保持高电平期间,数据线从低到高的跳变被看作为停止信号。外部存储器采用结构简单的二线制E2PROM和具有掉电保护的AT24C32存储信息,掉电后数据可保存十年,远远高于实际要求。为了延长存储器的使用时间,采用循环存储方式,保证了采集数据的准确性和可靠性。
1.4 通信模块
通信模块由控制芯片AT89C51-2、电力线载波芯片ST7538及其外围电路组成。ST7538是采用FSK调制技术的高集成度、功能强大的电力载波芯片,内部采取了多种抗干扰措施,它可以在噪声频带很宽的信道环境下实现可靠的通信。内部集成了发送和接
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