论文：利用单片机及rs-485半双工通信网构成现代化住宅的自动抄表记费系统

目录第1章引言111本课题的研究意义112本课题的研究内容2第2章系统概述321前端数据采集处理装置322传输线路5221上层传输线路5222底层传输线路723中心控制平台13第3章系统设计1431通信与控制模块1532数据采集模块2833供电控制模块29第4章结论34参考文献35致谢36外文原文资料37译文40第1章引言11本课题的研究意义中国近30年来的住宅产业发展可以用这样的话来描述70年代解决有无房间的问题；80年代解决住房大小的问题；90年代是追求房型和环境优美；21世纪应是智能化的时代。随着我国改革开发推动国民经济的发展以及计算机普及和信息产业的发展，人们对居住环境要求的不断提高，“智能化”逐渐被引入了住宅小区和家庭建设中因为同传统的住宅相比,智能小区在安全防范设施、家居管理设施、家居办公娱乐设施等三方面的优势非常明显。智能住宅小区的自动化系统结构的重点在于以下几个方面安全防范、物业管理及社区服务、信息通信。传统的住宅小区的弱电配套系统包括电话网和有线电视系统CATV，在安全防范方面也可采用电视监控系统以及门铃对讲等等。智能住宅小区的系统结构有这样的特点首先采用先进的、符合标准的技术和设备；同时所有的系统均采用集散式的构造方式，既具有分散于各个住户的终端或设备，又通过网络集中到一个管理或控制中心，中心提供公共信息资源，或者对各个住户提供集中安全监控；最后，所有的智能系统既可独立，又可以在计算机网络的基础上实现集中管理这是传统住宅无法比拟的在我国新的国家发展战略中，党中央和国务院将我国的房地产业作为新的国民经济发展的热点，同时建设部也将建设智能化小康示范小区列入国家重点的发展方向；国家建设部明确指出住宅小区智能化势在必行。据不完全统计，到2001年，国内已经建成的智能建筑约有1500栋，其中上海约400栋，北京约300栋，广东约250栋，江苏约200栋。可以预见，随着我国综合国力的增强，人民生活水平的逐步提高，计算机使用的普及小区智能技术的日渐成熟，智能技术应用于住宅及小区的做法将被逐步推广应用，并将最终成为一个新型小区是否完整的重要标志。智能小区的出现是房地产业与计算机网络通信技术相结合的产物。网络通信技术所带来的应用前景是不可限量的，而且普及应用的速度和网络技术本身的发展速度也是无法预言的。住宅小区智能化系统由如下几个子系统组成1、楼宇设备监控管理系统；2、安全防范系统；3、物业管理系统；4、信息自动化系统；5、计算机网络系统；6、布线系统等。其中本论文所涉及的三表远传系统就是属于物业管理系统的一部分，但是就目前国内实际情况而言,对于智能小区住宅所必须提供的三表自动抄表收费功能,真正能做到水电气等远程抄表的并不多见，比例为159而据1998年统计我国城市人口约4亿人，城市家庭约14亿户，居民家用水表、电表各约1亿只，煤气表约4000万只。这三种表分属三个部门管理，目前基本上都是靠人工每月入户抄表进行计费。这二亿四千万只表按每个抄表员每月抄3000只表，共需80万名抄表员，按每个抄表员一年费用1万员计，则每年仅抄表一项费用就达到80亿元。人工抄表不仅浪费的巨大的人力资源，而且随着高层建筑的不断增加，居民家中有人时间的不确定，使抄表员的工作变得非常繁重，用户对抄表员入室抄表干扰正常生活意见较大，同时因抄表入室现象也引发了一些不安全社会问题随着计算机技术和网络技术的发展,自动抄表记费系统就是在这一背景应运而生自动抄表记费系统是一种把多个分散单元信息（电表,水表,气表等）准确传送到一个基站（数据处理中心）的通讯技术。它的出现将替代长期以来供电,供水,及煤气公司对水,电,气用户的使用量的统计一直沿用的人工抄表的工作方式可以预见,在智能小区即将大力推广的21世纪,自动抄表记费系统将会拥有广阔的市场空间和良好的市场前景12本课题的研究内容本设计的课题三表数据远程传输系统数据采集模块设计及相关的课题三表数据远程传输系统通信及控制模块,一起构成了自动抄表系统的数据采集单元设计的主要内容为完成系统的设计,完整的系统框图,数据采集器的电路原理图,用汇编语言编写实现系统功能所需的全部程序,以及仿真调试第2章系统概述自动抄表技术是一种把多个分散单元信息（电表,水表，气表等）准确传送到一个基站（数据处理中心）的通讯技术。它一般分为三个部分前端数据采集处理装置、传输线路、中心控制平台。在这里分别对它们进行大体介绍。21前端数据采集处理装置前端数据采集处理装置指的是从表头数据采集到数据集中器的部分。目前，远传三表基本上是在原有机械基表上加装传感电路形成的。下面对几种远传电路进行阐述1光电转换型这种传感形式一般是在基表的旋转部件上加装一面反射镜面，在与反射镜面相对应的部位固定安装一只光电传感器，当旋转部件上镜面转至传感器位置时，传感器就产生光感应，发出一次脉冲信号。这种传感形式有三个缺点A传感器本身要耗电，不利于后备电池的微耗供电。B反射面污染退色后反射失灵。C在反射面的边缘上颤动产生误信号。D至少4条引线。2霍尔传感型在基表旋转部件上加装感应磁钢，在与感应磁钢相对应的位置上固定安装一只霍尔元件。3干簧管传感型是目前应用最多的一种形式,其最大优点在于无需耗电。但仍存在感应点颤动误发信号和外磁人为干扰问题，外加一只防磁报警干簧管也解决不了不发信号的问题，且常常引发“是系统不可靠误报警还是磁干扰偷水”的纠纷。这种传感器虽在目前应用最多，但从现场使用情况看，也是出问题最多的。4自保持开关型具有A、B两个感应头，若A头感应使开关打开了,开关就一直打开着。直到B头转来后开关才闭合,再到A头转来再打开，以此周而复始这种形式成功的克服了颤动、磁干扰、耗电、引线多的所有缺点，仅用两条线就可实现信号开、信号关、断线、短线四种状态的检测，是目前最为理想的远传传感方式。在电表、水表、气表数据的远程抄录方面，电表在技术上较为成熟,通常是采用专用的电能数据采集模块计量电度的脉冲信号来自电能计量的专用集成电路芯片,而这个电能数据采集器通常就是采用的单片机系统,将脉冲信号通过光电耦合和斯迷特触发器整形后送入51单片机的记数输入端T0或T1进行采集但技术无法移植到气表、水表抄收系统中。水表和气表的户外抄表工作难度较大，主要用于水表和气表本身没有供电电源,如采用传统的脉冲累计法，则要连续不断地读取数据，还要额外增加供电线路。如供电中断或出现读数故障，则会造成数据丢失。而且只要是采用对脉冲信号的积累计量来采集用户的水、电、气用量有两个无法避免的缺陷。第一必须使用电子水表，电子电表，电子煤气表，以上三种表均为电子脉冲输出，对表的计量只需累计电子表输出的脉冲数即可,在抄表节点中只需用数字I/O口即可实现脉冲计数。固而它的缺陷是很明显的,就是必须进行实时统计,这对供电系统的依赖性高,一旦出现如供电中断或出现读数故障，则会造成数据丢失,而且丢失的数据无法恢复,会出现用户读表数与系统读数产生误差。尤其是水,电的计量,在停电是用户仍然可以用水用气,而数据采集模块却无法对其使用量进行计量,从而会使水,气经营公司无可避免的蒙受损失。第二个缺陷就是目前所有的脉冲表均有一定的误差（011）,这是因为当电度表的常数和脉冲常数确定后,通过计算可得一度电,一吨水,一方气对应输出的脉冲数K为常数,则01度电,01方气,01吨水对应输出得脉冲常数为K/10,既有K/10个脉冲到来,水、电、气得用量递增01个单位值。若对01个单位值进行进位递增,因为K/10不一定正好为整数,若舍去小数或者对小数进行进位取整,必然产生累计误差。长时间后累计误差较大,传统的做法是在PC机中进行修改，这将导致系统内数据不统一，且差别会越来越大。因而传统得脉冲计量精度是有很大得不可靠性,促使我们想要选择其它得采集计量方式,以提高计量精度在这里我们的数据采集模块的前端,即传感器和A/D转换模块采用了一专利产品,它具有独创的位置采样传感器可同步跟踪机械计数器运转,无需电源维持,即使出现断电或故障，在重新供电或修复后数据仍会保留在表的机械部分，经重新读取后累计数据仍是正确的,而且能够输入转换好的5位BCD码。首先它克服了采用传统的脉冲累计法的电子水表，电子电表，电子煤气表的两大缺陷，即摆脱了对电力的依赖性和脉冲计量的累计误差第二,因为无论断电还是其它故障,它的采集数据都会保留在机械部分,能够从新读取。所以数据采集模块不用采用实时统计的设计,只须定时或不定时的采集用户的水、电、气用量即可这样数据采集模块不用处于长期供电运行状态,减少了整个系统的功耗和运行出错的概率。不必担心因为停电而必须增加相应的后备电源模块,以备停电时继续计量。也不用增加FLASHROM或者EEPROM来存储发生故障时的统计到的用户使用量,因为系统复位后或故障排除后,只须重新采集一次表内数据即可所以这一产品的出现及使用对我们整个系统设计带来了巨大的性能提高和简化后端数据采集模块、通信控制模块的结构,降低了系统成本。这样就就大为提高了本系统的采集精度22传输线路在这里，传输线路有两部分，一部分是从数据集中器到控制中心的上层传输线路，另外一部分是从表头到数据集中器的底层传输线路。221上层传输线路在这里简要介绍目前投入实用的几种传输技术电力线载波通讯、卫星通讯、电话线通讯,无线数据传输等。一、电力线载波通讯电力线载波抄表已经使用了较长时间，其间也经历了一些反复。其远抄远控系统的关键技术之一为数据的传远，通过电力线载波通信传远有着无可比拟的优势，比如，采用原有的电力线作为通信媒质，节省大量的人力、物力和财力资源；电力线遍布城乡，组网方便；所采用的扩频技术具有很强的抗干扰和抗衰减能力等等。高频载波在高压输电线上对继电控制信号和声音信息传送方面的应用十分成功。高压输电线输送距离长、系统结构简单、被很好的维护，所以高频载波在其上应用效果非常好用电力线传输优点是比较节省开支，用于自动抄表的集中器位置固定，不必移动抄表但是电力载波系统在配电线上的传输可能会遇到诸多困难。由于支线和分接头、线路从高架到地下的过渡、电容箱、甚至负荷自身大小等都将或多或少改变网络阻抗，从而引起高频波的偏离。所有上述偏离在一些地方有增强的倾向，而另一些地方会抵消，这都使高频电力载波在经常变化的配电线上非常难以预料和控制。为了解决这一问题，配电线上的电力载波系统逐渐向低频方向发展，频率已从100KHZ范围降到10KHZ范围。100HZ范围的纹波控制系统已经被极好地普及，曾经成功地应用在大负荷管理方面许多年。这都曾使电力载波技术的应用更容易，但一个一直未被解决的问题就是输送距离还不够长。固而载波通讯的缺点也是很突出的噪音大，受电网干扰误码较严重；低压载波只能局限在一个变压器的范围内，无法跨越变压器通讯；如果不同的用户的三表安装在不同的相线上，隔相信号衰减大于40DB，通信质量很差。如安装电缆到煤气表和水表会带来附加的安全问题。目前已有几种用于电力线载波通信的模块或产品，但总的来说通信的可靠性较差二、电话线通讯基于电话的自动抄表技术的应用已超过25年了。电表脉冲或编码信号通过安装在现场的遥测接口单元（TIU）采集。电话线允许双向通讯，用电数据可从现场到接收器及客户之间来回传送，因此在程序控制的访问时间里能够通过电话传送信号或先记录然后传送信号。当传送抄表数据时，可以提供新的访问时间表给TIU数据，传送次数可以在现场重新编程，也可以在远方重新编程。因为电话线早已存在，电话拨入抄表系统（从电表端到目的地）是最经济的和使用面最广泛的。这意味着电话系统的运行和维护由当地的电话公司负责，因此安装费用和每月的服务费用可以节省下来，对于住宅、商业及工业客户，电话拨入通信是适宜的。1请求式电话抄表有两种请求抄表方法，如果本地公共交换电话网（PSTN）已经使用了“无铃”（或UTS）技术，不需电话振铃，抄表请求电话能够直接与现场通信。如果没有使用UTS，则在预定振铃数响起的时候，要求客户不要拿起电话听筒，这个特定的振铃数即是向TIU发出开始传送抄表数据的信号。此拨出抄表系统（从数据接收器到电表端）限制了用途，并买断了电话专线。当大量信息在工作期间按要求被汇集时，这种技术是优选的。此拨出抄表系统运行和客户电话使用没有冲突，并且与“非测试”及公用遥测中继（UTT）交换技术兼容。在这些情况下，都能良好运行。2一种无干扰的系统基于电话的自动抄表系统通讯是相互无干扰的。即他们运行时，与客户使用电话没有冲突。使用电话检查器来识别电话是否占线或客户是否拿起电话听筒，如果系统传送数据时，客户电话占线，系统自动停止传送，稍后重新联系传送。一个合理安排的基于电话的自动抄表系统节省成本之处，可以通过许多方面说明，首先一点就是避免了无线电、光缆、电缆及其他系统的高成本大规模基本的建设，因为基于电话的系统使用了现存的通信网络。基于电话的自动抄表系统诸多重要的优点之一是能在任意场所安装自动抄表装置，而不必在邻近现场安装。此系统还避免了为支撑大量电表群体的基础建设（一项造价昂贵的远程抄表方式）。但是这种造价相对低廉,而且性能良好的自动抄表系统在国内却尚未得到过推广,甚至知道的人也很少，究其原因,应该和中国电信的长期垄断经营,以及我国特殊的水、电、气经营管理体制不无关系因为它出现的时期正是我国改革之初。所以没有得到发展也就不足为怪了。在今天网络化时代,利用电话进行自动抄表技术对智能小区是不太适应了,但是可以广泛利用于旧式住宅的抄表系统的改造。三、无线数据传输技术无线抄表在发达国家和地区早已盛行,抄表车在用户电表附近行走一遍，电表的各种数据就抄入抄表车电脑中。然而无线抄表在国内才刚起步，在集抄过程中数据传输的通讯规约，也是多种多样。虽然电力部在1998年发布了其行业标准多功能电能规约，但由于各种原因，到目前普及并不理想。主要原因是实现无线数传的包容性和开放透明还有待加强。我国运行的众多电能表通信规约,固而必须有一个统一的,与当前社会经济相适应的标准。而且收费汽车在行走中通过无线信号抄表,缺点是相当明显的准确度不高,准确性可低到70。而这是抄表系统最为重要的性能指标，而且占用无线电资源,设备投资也大。无线抄表还有一种方式,既近距离红外线抄表。而这种方式对表的要求高,投资大,尤其对用户来讲,他们是很不原接受这种昂贵的电表。所以使用的更不广泛。对于无线抄表技术，成熟的是对于用电的计量。对于水表、气表的无线抄送技术并不成熟，所以应用于智能小区暂不可行的。222底层传输线路底层传输线路即表头到集中器的一段线路，通常使用的装置是单片机。IBMPC机和MCS51单片机是我国目前应用最广泛的两种微型计算机MCS51单片机功能强、价格低廉、开发应用方便,尤其是单片机网络系统的出现,使单片机的应用水平达到了一个新的高度在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器等方面都得到了广泛的应用由于单片机应用系统人机对话和外围设备比较薄弱,没有像磁盘一样永久保存大量信息的存储设备,因此,由多个单片机构成的网络一般都使用IBMPC机作为上位机,网络结构一般采用总线分布式结构标准通信总线又称为外总线,用于控制机和各终端设备,仪器或其他设备间通信,主要分为并行总线和串行总线两种。并行总线数据传输速率高,适用于短距离传输,缺点是与串行总线相比要用较多的导线或电缆,成本较高而串行总线适合远距离通信,缺点是速率比并行总线满，但成本底。考虑到本抄表系统的通信控制模块与采集模块距离较远,以及现在的单片机在结构、性能和经济上为实现远程串行通信特别是多机系统提供了很好的条件,所以我们决定采用串行通信总线作为本系统的通信方式串行通行总线标准接口标准异步串行通信接口有以下几类RS232C,RS232ERS449RS422,RS423,RS48520MA电流环所谓标准接口,就是明确定义若干信号线,使接口电路标准化,通用化,借助串行通信标准接口,不同类型的数据通信设备可以很容易的实现它们之间的串行通信连接RS232C是由美国电子工业协会EIA正式公布的,在异步串行通信中应用的最广泛的标准总线它包括了按位串行传输的电器和机械方面的规定。适合于短距离或带调制解调器的通信场合,为了提高数据的传输速度和通信距离,EIA又公布了RS422,RS423,RS485串行总线接口标准。20MA电流环是一种非标准的串行接口电路,但由于它具有简单,对电器噪声不敏感的优点,因而在串行通信领域也得到了广泛使用,但是该总线标准不适用于多站互联,故不选用。为了保证可靠性高的通信要求,在选择接口标准时,必须注意两点1通信速度和通信距离2抗干扰能力。同时出于本系统的需要还要考虑该接口标准是否适合于多站互联下面将简要分析RS232和RS499这两类种总线标准,并从中选出本系统最适合的总线标准RS232C标准接口目前最常用的串行通信总线接口是EIA于1969年推荐的RS232C。RS232C标准接口的全称是使用二进制进行交换的数据终端设备和数据通信设备DEC之间的接口。计算机,外设,显示等都属于数据终端设备,而调制解调器则是数据通信设备常用的连接方式如图21所示。DTERS232DCE电话线DCERS232CDTE25线25线25线图21RS232C接口电路RS232C定义了20根信号线,通常使用25芯的接插件DB25插头和插座来实现RS232C的标准接口的连接RS232C的电气特性由于RS232C是早期1969年为了促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准,其逻辑电平对地是对称的,与TTL、MOS逻辑电平完全不同。逻辑0电平规定为5V15V之间,逻辑1电平为5V15V之间,因此RS232C与TTL电平连接必须经过电平转换RS232C由于发送器和接受器之间有公共信号地,不能使用双端信号,因而共模噪声会耦合到信号系统中,这是迫使RS232C使用较高传输电压的原因即使如此,该标准的信号传输速率也只能达到20KB/S而且最大距离仅15M只有在这种条件下才可能可靠的进行数据传输下表列出RS232C的主要电气性能。表21RS232C主要电气特性不带负载时驱动器输出电平V03V传号MARK或逻辑“1”时驱动器输出电平515V在负载端200MV,RO1,AB02V10002V000输入开路110X高阻可见由MAX487收发器组成的差分平衡系统,抗干扰能力强,接收器可以检测到低达200MV的信号,传输的数据可以在千米外得到恢复,因此特别适用于远距离通信因此选用MAX487组成满足RS485标准的通信网络值得注意的是传输线地选择和阻抗匹配在差分平衡系统中,一般选择双绞线作为信号传输线,因为双绞线在长度,方向上完全对称,因此它们受到外界干扰程度完全相同,干扰信号以共模方式出现在接收机地输出端由于共模干扰受到抑制,所以实现了信号的可靠传送。而由于信号在传输线上传送，若遇到阻抗不连续的情况，会出现反射现象，从而影响信号的远距离传送，尽管MAX487能够减少反射的影响，但是还是要采用匹配的方法来消除反射。因此通常会在传输线的末端接120的电阻，进行阻抗匹配。由于在本设计中主机只用来接收数据，从机只用来发送数据，因此完全可以将主机连接的MAX487芯片的/RE和DE两使能引脚接地，而将与从机相连的MAX487芯片的两使能端接高电平，从而实现两机的串行通讯。电路模型如图33所示。一层楼中的两用户应有8个表头，这里只画出一路，其余的与该路完全相同。通信控制模块的电路连接原理如下图所示图33通信控制模块连接图下面重点介绍串行通讯中主机和从机的工作原理和相关程序。1单片机串行工作方式单片机的串行工作方式有四种，这里我们选用工作方式3。此时串行口为9位异步通讯口，发送和接收一桢信息由11位组成，即1位起始位，8位数据位（低在先），一位可编位（第9位数据位）和一位停止位。发送时可编程位（TB8）根据需要设置为0或1，接收时，可编程位被送入SCON中的RB8。方式3发送在方式3发送时，数据由TXD端输出，附加的第9位数据为SCON中的TB8，CPU执行一条写SBUF的指令后，便立即启动发送器发送，送完一桢信息后，TI被置1。在发送下一桢信息之前，TI必须由软件清零。方式3接收当REN1时，允许串行口接收数据。数据由RXD端输入，接收11位信息。当接收器采样到RXD端的负跳变，并判断起始位有效后，便开始接收一桢信息。当接收器接收到第9位数据后，若同时满足以下两个条件RI0SM20或接收到的第9位数据1则接受数据有效，8位数据装入SBUF，第9位数据装入RB8，并置RI1。若不满足这两个条件，接收的信息将丢失。方式3的波特率定时器T1的溢出率/32（或16），具体由PCON中的SMOD决定。这里选择T1工作在模式2下，所以定时器T1的溢出率FOSC/12（2的8次幂N）式中FOSC位系统的时钟频率；N为时间常数，即TH1的预置值。本设计中采用的晶振频率FOSC111MHZ，TH1NF3，此时的波特率为4800波特。2单片机多机通讯多机通讯原理多机通讯中，要保证主机与从机之间可靠的通讯，必须保证通讯接口具有识别功能，而串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2就是为满足这一要求而设置的。当串行口以方式3工作时，发送和接收的每一桢数据都是11位，其中第9位数据是可编程位，通过对SCON的TB8赋予0或1，以区别发送的是地址桢还是数据桢（规定地址桢的第9位为1，数据桢的第9位为0）。若从机的控制位SM21，则当接收的是地址桢时，数据装入SBUF，并置RI1向CPU发出中断请求；若接收的是数据桢，则不产生中断标志，信息将抛弃。若SM20，则无论是数据桢还是地址桢都产生RI1中断标志。鉴于此，可规定具体的通讯过程如下1使所有从机的SM2位置1，处于只接收地址桢的状态。2主机发送一桢地址信息，其中包含8位地址，第9位为1，以表示发送的是地址。3。从机接收到地址桢后，各自将接收到的地址与其本身的地址相比较。4。被寻址的从机，清除其SM2，未被寻址的从机仍保持SM21不变。5。主机发送数据或控制信息（第9位为0）,对于已被寻址的从机，因SM20，故可以接收主机发来的信息。而对于其他从机，因SM2维持为1，对主机发来的数据将不予理睬，直至发来新的地址桢。6。当主机改为与另外的从机联系时，可再发出地址桢寻址从机。而先前被寻址过的从机在分析出主机是对其它的从机寻址时，恢复其SM21，对随后主机发来的数据不加理睬。多机通讯的软件协议通讯必须符合一定的规范。一般通讯协议都有通用标准，协议较完善，但很复杂。为叙述方便起见，这里只规定几条不完善的协议1系统中允许接有255台从机，其地址分别为00HFEH2地址FFH是对所有从机都起作用的一条控制命令，命令8个从机恢复SM21状态。3主机和从机的联络过程主机首先发送地址桢，被寻址从机返回本机的地址给主机，在判断地址相符后主机给被寻址的从机发送控制命令，被寻址从机根据其命令向主机回送自己的状态，若主机判断状态正常，主机开始发送或接收数据，发送或接收的第一个字节是数据块长度。4假设主机发送的控制命令代码为00要求从机接收数据块01要求从机发送数据块其它非法命令从机状态字格式为D7D6D5D4D3D2D1D0ERR00000TRDYRRDY其中若ERR1，从机接收到非法命令；若TRDY1，从机发送准备就绪；若RRDY1，从机接收准备就绪。在实际的应用中，经常采用主机查询，从机中断的通讯方式，本设计也采用这种方式。主机程序部分以子程序方式给出，要进行串行通讯时，可直接调用；从机部分以串行口中断服务方式给出，其中断入口地址为0023H。若从机未作好接收或发送的准备，就从中断程序返回，在主程序中作好准备。主机应重新和从机联络，使从机再次进入串行口中断。下面分别写出二者的程序清单以及框图。3主机查询方式通讯程序主机程序部分以子程序的方法给出，要和从机通讯时，可以直接调用子程序。主机在接收或发送完一个数据块后可返回主程序，以便完成其它的任务。但在调用这个程序之前，必须在相关的寄存器内预置入口参数，现规定入口参数（R2）被寻址从机地址（R3）主机命令（00H或01H）（R4）数据块长度（R0）主机发送数据首址（R1）主机接收数据首址主机主程序本设计中接收的数据放在60H开始的单元中，每个从机发送的数据应为4组，则在主程序中调用通讯子程序的方法如下ORG0000HLJMPMAIN跳转到主程序ORG0030HMAINMOVR0,60H接收数据首址NTMOVR1,07H第一从机地址MOVR3,01H主机接收数据MOVR0,50H发送数据首址MOVR4,04H数据块长度MOVXR1,A分别给各从机通电LCALLMCOMDECR1JCNT8个没都传送完则继续传下一个HERESJMPHERE等待主程序应完成的功能有1分时的给8个从机供电2为子程序作好准备并调用通讯子程序MCOM3实现和上一级PC机的通讯由于论文只涉及主机和采集模块间的通讯，所以设计的主程序只完成前两个功能。主机串行通讯子程序MCOM下面给出了程序的清单，程序流程图如图34图34主机查询方式程序框图MCOMMOVTMOD,20H初始化T1为定时器方式，模式2MOVTL1,0F3H置计数常数MOVTH1,0F3HSETBTR1启动定时器1MOVPCON,80HSMOD1MOVSCON,0D8H串行口方式3，允许接收，TB81TX_ADDRMOVA,R2发送地址祯MOVSBUF,ALOOP1JNBTI,LOOP1CLRTIRX_REPLYJBCRI,IF_AGREE等待从机应答SJMPRX_REPLYIF_AGREEMOVA,SBUF判断应答地址是否相符XRLA,R2JZTX_COMDCOMEBAKEMOVA,0FFH重新联络SETBTB8MOVSBUF,ALOOP2JNBTI,LOOP2CLRTISJMPTX_ADDRTX_COMDCLRTB8地址符合,给TB8置0,准备送命令MOVA,R3R3中的内容为控制代码MOVSBUF,A送命令LOOP3JNBTI,LOOP3CLRTIRX_STATEJBCRI,IF_RIGHT准备接收从机状态字节SJMPRX_STATEIF_RIGHTMOVA,SBUF判断从机是否接到非法命令JNBACC7,GO_ON若从机正确接收到命令就继续，否则返回重新联络SJMPCOMEBAKEGO_ONCJNER3,00H,RECEIVE要求从机发送就跳转JNBACC0,COMEBAKE从机接收未准备就绪，返回重新联络TX_BYTESMOVA,R4发送数据块长度，R4内容为入口参数MOVSBUF,AWAIT1JBCTI,TX_DATASJMPWAIT1TX_DATAMOVA,R0发送数据块MOVSBUF,AWAIT2JNBTI,WAIT2CLRTIINCR0指针指向下一个要发送的数据DJNZR4,TX_DATA数据未发送完，继续发送RET数据发送完，返回主程序RECEIVEJNBACC1,COMEBAKE从机发送未准备就绪则跳转RX_BYTESJNBRI,RX_BYTES接收数据块长度CLRRIMOVA,SBUFMOVR4,A数据块长度暂时存R4，以作计数MOVR1,A数据块长度保存INCR1指向存储数据地址RX_DATAJNBRI,RX_DATA准备接收数据CLRRIMOVA,SBUFMOVR1,A存放数据INCR1存放指针加1DJNZR4,RX_DATA数据未接收完就继续RET返回主程序4从机中断方式通讯程序从机的串行通讯采用中断启动方式。在串行通讯启动后仍采用查询方式来接收或发送数据块。初始化程序安排在主程序中，中断服务程序选用工作寄存器区1。本程序中利用标志位为PSW1作为发送准备就绪标志，PSW5作为接收准备就绪标志，由主程序置位。程序中发送数据放置在片内RAM内，首地址为50H，第一个数据为发送数据块长度；接收数据存放在片内RAM中，首地址为60H，接收的第一个数据为数据块长度。1从机主程序ORG0000HLJMPSTARTORG0023HLJMPSERVE串行口中断服务程序入口ORG0030HSTARTMOVTMOD,20H定时器T1初始化,方式2MOVTL1,0F3HMOVTH1,0F3HSETBTR1启动定时器MOVPCON,80HSMOD1MOVSCON,0FH串行口工作方式3,允许接收,SM21MOVR0,50H发送数据首址MOVR1,60H接收数据首址SETBEA开中断SETBES允许串行口中断LJMPMAIN转主程序,等待串行口中断MAINCLRP04供电检验SETBPSW1发送准备就绪标志置位SETBPSW5接收准备就绪标志置位MOV50H，04H应有4组数据MOV51H，P1数据的百分位和十分位写入50HMOV52H，P2数据的各位和十位写入51HMOV53H，P0数据百位写入52HANL53H，0FHHERESJMPHERE主程序应完成的功能有1串行口初始化及标志位的置位2从机对采集数据的存储3检查主机是否可以对从机供电2从机中断服务程序下面列出了中断服务程序清单，程序框图如图35图35多机通讯从机中断方式程序框图SERVECLRRIPUSHACC保护现场PUSHPSWCLRRS0选工作寄存器区1SETBRS1MOVA,SBUFXRLA,MYADDRMYADDR为本从机地址JZIS_ME地址相符,跳转RETURNPOPPSW恢复现场POPACCRETI中断返回IS_MECLRSM2地址符合,继续与主机通讯MOVSBUF,MYADDR从机地址返回主机LOOP1JNBTI,LOOP1CLRTIRX_COMDJNBRI,RX_COMD接收主机命令CLRRIIF_RESETJNBRB8,DO_WHAT是命令祯跳转SETBSM2RB81是复位信号,置SM21,向主机返回本机状态LJMPRETURNDO_WHATMOVA,SBUF命令分析SUBBA,02HJCNEXTA02H,是控制命令，跳转MOVA,80H非法命令，置ERR1，向主机返回本机状态MOVSBUF,ALOOP2JNBTI,LOOP2CLRTISETBSM2LJMPRETURN返回NEXTJZREADY_RXA00H,是接收命令,跳转READY_TXJBPSW1,TX_TRDYPSW11,发送准备就绪,跳转MOVA,00HPSW10,未准备好,置TRDY0回送给主机MOVSBUF,ALOOP3JNBTI,LOOP3CLRTISETBSM2LJMPRETURNTX_TRDYMOVA,02H向主机返回发送准备就绪标志MOVSBUF,ACLRPSW1WHAT1JNBTI,WHAT1CLRTIMOVA,R0数据块长度送R4MOVR4,AINCR4数据块长度加1TX_DATAMOVSBUF,R0发送数据块,发送的第一个字节是数据块长度WHAT2JNBTI,WHAT2CLRTIINCR0DJNZR4,TX_DATASETBSM2发送完毕,置SM21返回LJMPRETURNREADY_RXJBPSW5,TX_RRDYPSW51,接收准备就绪,跳转MOVA,00HPSW50,未作好接收准备MOVSBUF,ALOOP4JNBTI,LOOP4CLRTISETBSM2LJMPRETURNTX_RRDYMOVSBUF,01H向主机报告接收准备就绪CLRPSW5RX_BYTESJNBRI,RX_BYTES接收数据块长度CLRRIMOVA,SBUFMOVR1,A保存数据块长度INCRIMOVR4,A数据块长度送R4RX_DATAJNBRI,RX_DATA接收数据块CLRRIMOVR1,SBUFINCR1DJNZR4,RX_DATA数据未接收完,继续SETBSM2数据接收完毕,恢复SM21,使从机处于接收地址祯状态LJMPRETURN32数据采集模块数据采集模块由通信控制模块逐一选通供电。而作为数据采集模块的核心芯片89C51的I/O口P1，P2和P00P03与前端的新型水、电、气表的A/D转换的输出引脚相连，可以通过读引脚的方法依次读入用户使用量的BCD码，从而由相应的软件完成数据处理。具体实现如图35所示。另外，通过图中P04引脚所接的电路可以对通电控制模块是否可以正常给数据采集模块供电进行检验。其具体原理是在数据采集模块的单片机中写入一程序，当单片机工作后，令P04引脚置“0”，因该引脚经反向驱动器后接到发光二极管上，所以若此时二极管发光则说明单片机已经开始工作了，反之则说明不能正常供电。若数据采集模块采集的数据放置在单片机内部RAM区的50H5FH中（50H中存数据块长度），则数据存储以及供电检验的程序如下CLRP04；供电检验MOV50H，04H；应有4组数据MOV51H，P1；数据的百分位和十分位写入50HMOV52H，P2；数据的各位和十位写入51HMOV53H，P0；数据百位写入52HANL53H，0FH图35数据采集模块33供电控制模块该模块的主要作用是接收通信控制模块发出的片选信号,根据片选信号的要求向相应的数据采集模块供电,从而使通信控制模块实现与数据采集器的点对点的串行通信,避免使用复杂的主从机通信方式,使相应的通信程序设计简单化。其电路原理图如下图36供电控制模块如上图所示,74LS138为三八线译码器,能把输入的二进制代码状态翻译成对应的输出信号,即译码器输出表示输入变量的状态。它的引脚图和功能表如下VCC0Y123Y456Y16151413121110974LS13812345678ABCGNDAG2B1Y图3774LS138引脚图G2AG2B2在图37所示的电路中，将G1接高电平，/G2A和/G2B均接地，使得SN74LS138译码器工作。另外，主机的P00P02分别接SN74LS138译码器的A，B，C输入端。如此，就可以使得译码器逐一的从Y0Y7输出选通信号来选中不同的采集器（从机），从而达到给采集器上电的目的。这里对继电器的驱动电路作一简要介绍。继电器的内部的电路原理图如下。输入使能选择输出G1G2CBA0Y123Y456Y7X01111111110000000100100011010001010110011111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110图38继电器内部电路图继电器内部由励磁线圈及一对常开、长闭触点组成。引脚1和引脚3之间是一个励磁电感K，引脚1和引脚2接5V电压，引脚3与三极管的入射集相接，引脚4作为数据采集模块的电源输入端。引脚5接地。当通信控制模块通过P00P07发出选通信号后，经过译码器的译码后选通输出为Y0Y7八路中的一路。因为74LS138译码器的输出是低电平有效，所以经过一个反相器，转化为TTL高电平信号，使与继电器引脚3所连接的三极管导通。这样5V的电源产生的电流流过励磁线圈K，使继电器内的触点与常开触点相触合接通。从而5V电压通过常开触点及与常开触点相接的引脚4向数据采集模块供电。而当通信控制模块发出的选通信号经过译码后的输出是向另一个数据采集模块供电时，原来选通输出的端回输出高电平，经过反相器反相后作用在NY三极管的基极，使三极管处于截止态，这样没有电流流过励磁线圈K，这时触点与常闭触点触合，由于和常闭触点相连的引脚5接地，这样继电器将断开供电电路，就能实现停止对非选通数据采集模块供电。与励磁线圈相连的二极管可以控制反向电动势，从而在继电器断路时，使励磁线圈产生的感应电动势能够流过闭合回路，对继电器起到保护作用。图39串行通信主机电原理图图310串行通讯从机工作电原理图第4章结论本文首先介绍了自动抄表系统的发展情况，接着对本自动抄表系统进行了简要的描述。然后阐述了数据采集模块和通信控制模块的通信方式及使用的通信介质。最后重点介绍了数据采集模块和通信控制模块的硬件构成和软件设计。本论文详细讲述了三表数据远程传输系统通信及控制模块,一起构成了自动抄表系统的数据采集单元设计的主要内容为完成系统的设计,完整的系统框图,数据采集器的电路原理图,用汇编语言编写实现系统功能所需的全部程序。本论文着重讲述了传输系统的概述以及对系统的设计。在系统的概述中重点讲解了传输线路和中心控制平台。在系统设计方面重点讲述了通信与模块控制，数据采集模块，供电控制模块。参考文献1李朝青编著PC机及单片机数据通信技术北京航空航天大学出版社20002驹珩雷晓平等著单片计算机及其应用电子科技大学出版社19973徐惠民，安德宁编著单片微型计算机原理、接口及应用北京邮电大学出版社20004孙廷才王杰孙中健等著工业控制计算机组成原理清华大学出版社20015何立民著单片机应用系统设计北京航空航天大学出版19906单片机与嵌入式系统应用2001年第6期7程大章住宅智能化动向,建筑电气1996年第一期8美JANAXELSON著精英科技译串行端口大全中国电力出版社20019徐超汉著住宅小区智能化系统电子工业出版社2002致谢首先，我要衷心感谢我的指导老师魏宏老师对我的关心、指导和教诲。本文是在魏宏老师的热情关心和指导下完成的，他渊博的知识和严谨的治学作风使我受益匪浅，对顺利完成本课题起到了极大的作用。在此向他表示我最衷心的感谢感谢魏宏老师在课题研究初期给予的帮助，在他的帮助下课题才得以很好的展开，有了一个很好的开端感谢杨云明同学给予的帮助，因为他的协助，才得以顺利完成本次课题在论文完成过程中，本人还得到了其他老师和许多同学的热心帮助，本人向他们表示深深的谢意最后向在百忙之中评审本文的各位专家、老师表示衷心的感谢外文原文资料WATER,ELECTRICITY,GASTHREETABLEFARBIOGRAPHYELECTRICCIRCUITANDCONNECTIONTECHNOLOGYTHEHOUSINGCOMMUNITY'SINTELLECTUALIZATION,THENETWORKHAVEBECOMETHERESIDENCECONSTRUCTTHEDEVELOPMENTDIRECTION,INWHICHCOPIEDFARASTHESUBSYSTEMTHREETABLESWASALSOMENTIONEDAMOREPROMINENTSTATUS,ANDTOOKTHELEADTOOBTAINTHEDEVELOPMENTINTHISDEVELOPINGPROCESS,BECAUSETHEPEOPLETOOTAKETHEMICROCOMPUTERSYSTEMTHESOPHISTICATION,HASNEGLECTEDTHESENSORANDTHECONNECTIONELECTRICCIRCUITRELIABILITY,ALTHOUGHCAUSESMANYSYSTEMSTHEMICROCOMPUTERSYSTEMMOVEMENTTOBENORMAL,HASACTUALLYLOSTTHEACCURATEGATHERINGDATAFUNCTIONTHISARTICLEAUTHORHASEARNESTLYSTUDIEDMANYTHREETABLESYSTEMAPPLICATIONSCENE,INCLUDINGSOMEDEFEATSCENE,SUMMARIZESMANYKINDSOFSENSORSANDTHECONNECTIONELECTRICCIRCUIT,INTHISINTRODUCEDGIVESEVERYBODY,HOPEDTAKESTHEREFERENCEWATER,ELECTRICITY,GASFARBIOGRAPHYTHREETABLESENSINGTYPESTHEWATER,THEELECTRICITY,THEGASPHYSICALQUANTITYTRANSFORMSTHEELECTRICALSIGNAL,BUTISAKEYTHECOMPLEXPROCESS,THEPRACTICEPROVED,COPIESINFARTHEOVERALLSYSTEMINTHREETABLES,ITDIDNOTLOOKLIKEMICROCOMPUTERSYSTEMSUCHONLYTODECIDETHESYSTEMSCALEANDTHELEVEL,BUTWASDECIDINGTHEOVERALLSYSTEMSUCCESSORFAILURE,THEEXPERIENCEDSYSTEMTECHNICALPERSONNELBELIEVEDINFIRMLYREGARDINGTHISTHEREFORE,ITISNECESSARYSPECIALLYTOCONDUCTTHEANALYSISRESEARCHTOTHEFARBIOGRAPHYTHREETABLES,OBTAINSTHEBETTERAPPLICATIONEFFECTATPRESENT,THEFARBIOGRAPHYTHREETABLESBASICALLYAREINSTALLTHESENSINGCIRCUITINTHEORIGINALMECHANICALBASETABLETOFORMTHISMENTALITYLOOKSLIKEASIFISINASSEMBLES,BUTINFACTISONEKINDOFEXTREMELYSCIENTIFICDESIGNMENTALITY1THESETHREEKINDOFBASETABLEHADACHIEVEDINTHEENTIREINTERNATIONALAPPLICATIONCOURSETHEEXTREMELYMATUREDEGREE,ISPRECISE,ISRELIABLE,UNEQUALLED2CANINNOTAFFECTCONVENIENTLYBASEDONINTHEPERFORMANCESITUATIONINSTALLSTHEFARBIOGRAPHYELECTRICCIRCUIT3AFTERINSTALLEDTHEFARBIOGRAPHYELECTRICCIRCUITNAMELYTOHAVEMECHANICALANDTHEFARBIOGRAPHYTWOSETSOFDEMONSTRATIONS,ALSOTHEDEMONSTRATIONMETTHEUNIFORMREQUIREMENTTHISEXTREMELYIMPORTANTBELOWCARRIESONTOSEVERALKINDOFFARBIOGRAPHYELECTRICCIRCUITSELABORATEDTHAT,1THEPHOTOELECTRICITYTRANSFORMSTHISKINDOFSENSINGFORMISGENERALLYINSTALLSINONTHEBASETABLEREVOLVINGPARTREFLECTSTHEMIRRORSURFACEATTHESAMETIME,ININSTALLSANELECTROOPTICALSENSORFIXEDLYWITHTHEREFLECTORAPPEARANCECORRESPONDENCESPOT,WHENONTHEREVOLVINGPARTTHEMIRRORSURFACETRANSFERSTOTHESENSINGSTATION,THESENSORPRODUCESTHELIGHTTOINDUCE,SENDSOUTAPULSESIGNALTHISKINDOFSENSINGFORMHASTHREESHORTCOMINGS1SENSORITSELFMUSTCONSUMETHEELECTRICITY,DOESNOTFAVORTHERESERVEBATTERYMICROTOCONSUMETHEPOWERSUPPLY2AFTERTHEREFLECTINGSURFACEPOLLUTIONFADESREFLECTSTHEMALFUNCTION3SHIVERSINTHEREFLECTINGSURFACEEDGEPRODUCESBELIEVESMISTAKENLYTHENUMBER4ATLEAST4LEADWIRESIFDOESNOTHAVETHEGOODMETHODSIMULTANEOUSLYCOMPLETELYTOSOLVEABOVEFOURPROBLEMS,THISKINDOFWAYHOPEDFIRMDONOTHAVEAGAINTOUSE2HALLSENSINGINSTALLSTHEINDUCTIONMAGNETSTEELONTHEBASETABLEREVOLVINGPART,INTHEPOSITIONWHICHCORRESPONDSWITHTHEINDUCTIONMAGNETSTEELINSTALLSAHALLPARTFIXEDLY3DOESTHEREEDPIPESSENSINGISATPRESENTAPPLIESMOSTONEFORMS,ITSBIGGESTMERITLIESINDOESNOTNEEDTOCONSUMETHEELECTRICITYBUTSTILLEXISTEDINDUCESTHETREMORMISSIGNALANDOUTSIDEMAGNETISMJAMMINGQUESTION,SURANTIMAGNETICREPORTEDTOTHEPOLICEDOESTHEREEDPIPESALSONOTTOBEABLETOSOLVEDOESNOTSENDALETTERTHENUMBERQUESTION,ALSOINITIATEDWASFREQUENTLYTHESYSTEMISUNRELIABLEREPORTSTOTHEPOLICEBYMISTAKE,MAGNETISMDISTURBANCESTOLETHEWATERDISPUTEALTHOUGHTHISKINDOFSENSORAPPLIESMANYINATPRESENT,BUTLOOKEDFROMTHEFIELDUSESITUATION,ALSOHASPROBLEMSMANY4FROMMAINTAINSTHESWITCHHASA,THEBTWOINDUCTIONHEADS,IFAINDUCTIONCAUSEDTHESWITCHTOOPEN,THESWITCHCONTINUOUSLYWASOPENINGTRANSFERSTHESWITCHAFTERBONLYTHENTOCLOSE,AGAINTRANSFERSTOAOPENSAGAIN,STARTSONCEAGAINBYTHISTHISFORMSUCCEEDSTHEVICTORYTREMOR,MAGNETISMDISTURBANCE,HASCONSUMEDTHEELECTRICITY,LEADWIREMANYALLSHORTCOMINGS,ONLYUSESTWOLINESTOBEPOSSIBLETOREALIZETHESIGNALTOOPEN,THESIGNALPASS,THEBROKENLINE,THESHORTLINEFOURCONDITIONEXAMINATIONS,ISTHEPRESENTMOSTIDEALFARBIOGRAPHYSENSINGWAY译文水、电、气三表远传电路及接口技术住宅社区的智能化、网络化已成为住宅建设的发展方向，其中作为子系统的三表远抄又被提到了较为突出的地位，并率先得到了发展。在这个发展过程中，由于人们过于重视微机系统的先进性，忽视了传感器及其接口电路的可靠性，导致许多系统虽微机系统运行正常，却失去了准确采集数据的作用。本文作者认真研究了许多三表系统的应用现场，包括一些失败的现场，从中总结出多种传感器及其接口电路，在此介绍给大家，希望作为参考。一水、电、气远传三表的传感类型将水、电、气的物理量转换成电信号，是一个关键而复杂的过程，实践证明，在三表远抄整个系统中，它不像微机系统那样只决定了系统的档次和水平，而是决定着整个系统的成败，有经验的系统技术人员对此深信不疑。因此，有必要专门对远传三表进行分析研究，以取得更好的应用效果。目前，远传三表基本上是在原有机械基表上加装传感电路形成的。这一思路看起来似乎是在“凑合”，但实际上是一种非常科学的设计思路。1、这三种基表在整个国际应用历程中已达到了非常成熟的程度，精密、可靠，无与伦比。2、能够方便地在不影响基于性能的情况下加装远传电路。3、加装远传电路后即具备了机械与远传两套显示，且显示具备一致性的条件（这点非常重要）。下面对几种远传电路进行阐述1光电转换型这种传感形式一般是在基表的旋转部件上加装一面反射镜面，在与反射镜面相对应的部位固定安装一只光电传感器，当旋转部件上镜面转至传感器位置时，传感器就产