远程通信智能电表计费计量系统设计与开发

河北理工大学信息学院 摘要 4系统的软件设计4.1软件介绍Keil4是一款由德国Keil公司开发的功能强大的集成开发环境软件，常用于编写和调试51单片机、ARM等多种类型微控制器的汇编和C语言程序。Keil4软件界面简洁实用，集成了智能编译器、代码编辑窗口、仿真调试工具、程序烧录等众多功能模块。它提供了丰富的库函数资源，并支持多种硬件开发平台，操作便捷，深受开发者青睐。本远程通信智能电表计费计量系统的软件程序即是使用Keil4的μVision4集成开发环境编写的，并利用其仿真功能进行了软硬件无关的调试。Keil4的软件界面如4.1图所示：图4.1Keil_4软件界面4.2软件程序的设计4.2.1主程序流程主程序的流程图如图4.2所示，系统上电后，从HLW8032读取电能数据，包括电压、电流、有功功率等，并根据用电时长和设定电价计算累积电费。从DS1302读取当前时钟数据。将检测到的电能数据、时间、计费电量等信息显示在LCD1602屏幕上。扫描本机按键状态，如果有按键操作就进行相应处理（如开关控制、菜单设置等）。通过TSOP1238接收遥控指令，并进行解码处理。通过LoRa模块收发无线数据，包括响应上位机以及执行软件发出的开关控制指令。统一处理电路的通断开关控制。图4.2主逻辑流程图4.2.2按键模块流程按键去抖是在电子设备中常用的技术，用于消除机械按键在按下或释放时可能引起的抖动现象。检测按键信号变化：通过轮询或中断等方式检测按键信号的变化。在检测到按键状态变化后，启动一个计时器开始计时。等待一段时间，通常称为去抖时间窗口，以确保按键信号稳定。在去抖时间窗口结束后，再次检测按键状态。如果按键状态在时间窗口内保持一致，确认为有效的按键操作。流程图如图4.3所示。图4.3按键流程图4.2.3显示模块流程如图4.4所示，在使用LCD1602时，从HLW8032模块读取电压、电流、功率的原始数据。将读取到的原始数据进行单位换算和数据处理，转换为实际的电压（V）、电流（A）、功率（W）的数值。根据用电时长和设定的电价，计算当前的总计费电量（度）。从DS1302读取当前的年月日时分秒时间数据。根据LCD1602的16x2的显示区域，相应地分配和划分各数据的显示位置。对浮点数据如电压、电流、功率等，分别用整数部分和小数部分显示。将转换处理后的电压、电流、功率、用电量、时间等一次性显示在LCD1602模块上。图4.4LCD1602子程序流程图5系统的测试毕业设计PAGE23PAGE235系统的测试5.1软件硬件调试5.1.1硬件调试在单片机电路中进行硬件调试要先检查电路连接，确保所有组件正确连接到单片机引脚。然后，使用示波器或逻辑分析仪来监视信号波形，并确保它们符合预期。接着，逐步验证每个模块的功能，例如检查传感器输出是否正常，执行逻辑操作是否正确。在调试过程中，可能需要修改单片机程序或者调整电路元件的参数，以解决问题。最后，进行整体测试，确保系统在各种条件下都能正常工作。通过持续地观察信号波形和模块功能，不断排查问题并进行调整，最终完成硬件调试工作。5.1.2软件调试在单片机电路中进行软件调试要先编写或下载适当的软件程序到单片机中。然后，通过连接到单片机的调试接口（如串口或仿真器），使用调试工具（如调试器或监视器）来检查程序的执行情况。通过在程序中插入调试语句、断点或观察变量的值等方式，逐步检查程序的运行过程，发现并修复可能存在的问题。最后，通过反复测试和调试，确保程序在实际应用中能够正常运行。5.2实物展示经过上述软硬件的调试工作，我们制作了远程通信智能电表计费计量系统的实物，用于功能和性能测试。该样机集成了STC89C52单片机控制板、LCD1602显示模块、LoRa通信模块、遥控接收头以及模拟电能表底座的电源采样电路，整体设计较为紧凑。如图5.1所示：图5.1系统实物图5.2.1电量监控展示图5.2电量监控展示智能电表通过HLW8032高精度芯片，可以精确检测和计算用电负载的电压、电流、有功功率以及累计用电量等参数。实时显示模块中，我们可以清晰看到当前的电压值、电流值、功率值以及经过换算后的电量值（单位为度）。该电量读数会随着用电时长的增加而持续递增累计。5.2.2上位机控制展示图5.3手机远程控制展示智能电表系统集成了LoRa无线通信模块，可通过上位机远程监控和控制。PC软件界面上可以实时查看电表采集的电能数据，并可发出指令控制电表的开关状态。这一无线控制功能不仅便于用户管理用电，而且也为电力公司的远程抄表和负荷控制提供了条件。5.2.3遥控器控制图5.4遥控远程控制展示本智能电表系统还具备红外遥控远程控制功能。我们可以通过系统自带的小型遥控器，在一定距离范围内对电表进行开关操作，具有一定的方便性。该遥控功能也可用作现场维护和紧急控制等用途。总的来说，本远程通信智能电表计费计量系统实现了传统电表的基本计量功能，同时具备了实时监控、远程控制等智能化优势，有望在家庭、工地、工厂等场合得到应用推广。结论结论本文设计并开发了一种基于STC89C52单片机的远程通信智能电表计费计量系统。该系统集成了LCD1602显示模块、HLW8032电能检测模块、DS1302时钟芯片、LoRa无线通信模块等多种功能硬件，并经过精心的软件设计，实现了对用电情况的实时检测、显示、计费计量，以及本地按键控制、遥控器远程控制、上位机控制等多种操作模式。系统的核心是采用经济实用的STC89C52单片机作为控制运算中心，完成各模块的初始化、数据读取、显示控制、按键扫描及通信控制等重要功能。高精度的HLW8032芯片检测电流、电压、功率，并由单片机对用电量进行累计；DS1302时钟芯片提供时间基准；LCD1602模块实时显示电能数据和时间；LoRa模块实现与手机的远程无线通信。通过对系统的全面软硬件测试，最终制作出了实物样机并进行了功能展示。该智能电表不仅具备了传统电表的基本计量功能，还支持了实时数据监控、远程状态查看与开关控制等诸多智能化功能，可广泛应用于家庭、工厂、工地等多种用电场合，具有一定的实用价值。在整个设计过程中，我们对多种硬件模块和技术方案都进行了分析比较，选择了性价比较高、适合该系统需求的模块和方案。同时，软件设计上也遵循了模块化的编程原则，保证了整体程序的可靠性和可维护性。尽管本系统目前的功能和性能尚有进一步提升的空间，但该设计思路和技术路线对于其他智能电表或物联网设备的开发也具有一定的借鉴意义。毕业设计参考文献参考文献[1]马扬.基于物联网技术的智能电表系统方案设计[J].大众用电,2021.[2]张威振,刘勇.基于物联网技术的智能电表监控系统设计[J].信息系统工程,2019(8):1.DOI:CNKI:SUN:XXXT.0.2019-08-091.[3]龙世渚,涂来.基于智能家居的家庭用电监测系统设计[J].物联网技术,2022,12(4):5.[4]钱亮,张赢,左勇.基于云平台的数据保护功能智能电能表设计[J].物联网技术,2023,13(9):131-134.[5]刘利彬.基于物联网技术的智能抄表系统的研究[D].东北电力大学[2024-03-04].DOI:CNKI:CDMD:2.1014.176990.[6]李燕,路文梅,李文才,等.基于物联网技术的远程抄表监控系统的设计与实现方式研究[J].河北水利电力学院学报,2018(1):5.DOI:CNKI:SUN:JGZX.0.2018-01-006.[7]陈杰.一种基于物联网技术的耗电控制系统:CN201810502112.5[P].CN110531711A[2024-03-04].[8]周克良,聂丛楠,邢素林.基于物联网Android平台的智能多用户电表系统设计[J].现代电子技术,2018,41(4):4.DOI:10.16652/j.issn.1004-373x.2018.04.029.[9]祝云,李俊杰,陈骥,等.基于物联网技术的配电设备状态监测系统及实现方法:CN201811306964.3[P].CN109547538A[2024-03-04].[10]贾颖,樊胜强,李静,等.基于IR46新一代物联网智能电能表检定系统的设计与应用[J].电力设备管理,2023(13):241-243.[11]甄文波,冀永芳,张博,等.基于物联网技术的智能反窃电系统设计[J].电子设计工程,2020,28(14):5.DOI:10.14022/j.issn1674-6236.2020.14.005.[12]翁敏.基于物联网技术的智能电力计量系统[J].通信电源技术,2023,40(3):45-47.[13]陈太平.基于物联网的智能电表数据采集器设计[J].数码设计．CGWORLD,2019,008(020):P.49-49.[14]张俊刚.基于物联网通信技术的智能燃气表系统设计与实现[D].山东大学,2018.DOI:CNKI:CDMD:2.1019.013127.[15]高阳,李天豪,王宁,等.基于物联网架构的智能变电站数据管理系统设计[J].物联网技术,2020,10(8):3.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2020.08.019.[16]杨树旗.基于物联网技术的电能表通信系统设计与实现[J].通信电源技术,2023,40(16):28-30.[17]张银建,田亚南.基于NB-IoT以及ADE9078的智能数字远传三相电表设计[J].自动化仪表,2019,40(7):4.DOI:10.16086/ki.issn1000-0380.2019030327.[18]郭雷岗,卢珊,张慧丽,等.基于NB-IoT技术无线电表计费系统的设计[J].电子测试,2022(007):000.[19]付思瑶.基于物联网的智能电能表全寿命周期管理系统分析[J].电子技术,2023(10):244-245.[20]靳松,徐众.基于LoRa技术的智能电表通讯方案的设计[J].自动化应用,2023,64(6):123-124.附录A谢辞谢辞本设计工作所取得的成绩，首先要感谢指导教师对我的悉心指导和关注，他不仅在理论知识上给予了我们充分的学习和培养，更在实践设计方面提出了许多宝贵意见和建议。同时，我们也要感谢实验室的老师和同学们，在硬件焊接调试和软件编程等环节给予了大力协助和支持。正是大家的通力合作，才最终使这个系统设计成功完成。此外，我们也要感谢网络上众多的技术文章和资料的作者，他们分享的知识和经验为我们攻克了不少技术难题。在此，我由衷地向所有曾给予过帮助的师长、同学、前辈们表示最诚挚的谢意!附录B附录A原理图：毕业设计附录B部分源程序：#include"sys.h"#include"delay.h"#include"usart1.h"#include"usart3.h"#include"key.h"#include"LCD1602.h"#include"CRC.h"#include"timer.h"#include"ds18b20.h"#include<string.h>#include"stdio.h"#defineSTM32_RX1_BUFUsart1RecBuf#defineSTM32_Rx1CounterRxCounter#defineSTM32_RX1BUFF_SIZEUSART1_RXBUFF_SIZE#defineSTM32_RX3_BUFUsart3RecBuf#defineSTM32_Rx3CounterRx3Counter#defineSTM32_RX3BUFF_SIZEUSART3_RXBUFF_SIZEu8Information_bits[6]={0xF8，0x04，0x00，0x00，0x00，0x05}；//信息位unsignedshortCRC16_VAL=0；//CRC值u8Send_Cmd[8]={0}；//发送缓存unsignedintVoltage=0；//电压unsignedlongCurrent=0；//电流unsignedlongPower=0；//功率sh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