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1、 学 士 学 位 论 文 小区远程抄表系统的设计作 者 姓 名： 吴 煜 昊 学科、专业 ： 电子信息工程 学 号 ： 10424060 指 导 教 师： 蔡 睿 妍 完 成 日 期： 2014.5.30 大连大学Dalian University小区远程抄表系统的设计总计: 毕业论文 54 页表 格 3 表插 图 16 幅 指导教师： 蔡 睿 妍 评 阅 人： 完成日期： 2014.5.30 摘 要这篇文章是针对住宅小区所用的水表、电表及煤气表所作的抄表系统设计。此系统设计综合地运用通信技术、传感器技术和单片机技术，实现了对水、电、煤气的数据采集、处理、存储、传输等任务，这样一来就使得小区中
2、每户居民的水表、电表和煤气表信息能够准确传递到本小区所在物业的中央控制室中。为了能更加精确地对水、电和煤气等数据进行远程采集，此次设计完成了以AT89C51单片机为控制核心，并且详细分析了数据的采集方案以及单片机和上位机的通信系统的硬件设计和软件设计。本文详细介绍了小区远程抄表的工作原理，硬件部分设计以及软件部分设计。硬件部分包括：信号采集以及工作原理、液晶显示、键盘控制和数据的存储等。本系统采用单片机对水、电、煤气等信号的采集、分析、控制、处理、驱动显示进行控制，能够达到远程抄表对水量、电量、煤气量具有较好的动态测量性能，测量结果准确可靠，硬件电路结构较之传统的系统相对简单。通过使用单片机软
3、件编程减少硬件电路设计的复杂性，系统具有较强的数据处理能力以及较好的稳定性和精确性。正因为这个系统设计的有结构简单和成本较低等优点，所以它有很广阔的市场推广价值。关键字：单片机；远程抄表；AT89C51ABSTRACTIn view of the the residential quarters of the water meter, electricity meter and gas meter,this article was used in the design of meter reading system. This system was designed to utilize in
4、tegrated communication technology, sensor technology and microprocessor technology.It realized with water, electricity, gas, tasks such as data acquisition, processing, storage, transmission, thus made every household in the villages information accurately deliver to the villages property in the cen
5、tral control room.In order to achieve the water meter, gas meter data to remote Collecting,this design completed the AT89C51 as control core, and a detailed analysis of the data acquisition scheme and microcontroller and PC communication system hardware design and software design. This paper describ
6、ed the working principle of the residential remote meter reading, the hardware part of the design and the software part of the design. Hardware components include: signal acquisition and working principle, LCD, keyboard control and data storage.The system used a microcontroller for water, electricit
7、y, gas and other signal acquisition, analysis, control, processing, display driver control.It could achieve remote meter reading for water, electricity, gas volume measurement,which had better dynamic performance, accurate and reliable measurement results. The hardware circuit the structure is relat
8、ively simple compared to the traditional system.By using single chip microcomputer software to reduce the complexity of hardware circuit design, the system had strong data processing ability and good stability and accuracy. Because the system has simple structure and low cost advantages, it has a ve
9、ry broad market promotional value.Key words：MCU；remote meter reading；AT89C51目录摘 要IABSTRACTII1.绪论11.1远程抄表的研究背景及其意义11.2远程抄表的国内外现状及其发展趋势11.3单片机系统的优点和应用22.远程抄表的总体结构42.1远程抄表的总体功能42.2远程抄表的总体结构43.远程抄表的硬件设计63.1 下位主控机6 3.1.1下位主控机芯片选择6 3.1.2主控机AT89c51最小系统构成63.2 信号采集模块10 3.2.1 电表10 3.2.2 水表、煤气表113.3 显示模块12 3.3
10、.1 功能概述12 3.3.2 引脚功能简介12 3.3.3 显示模块引脚连接133.4 键盘模块143.5 存储模块15 3.5.1 管脚15 3.5.2 存储模块电路163.6 通信模块16 3.6.1 RS-232接口标准17 3.6.2 RS-485接口标准174.远程抄表系统软件设计194.1主程序设计194.2 显示子程序设计204.3 键盘子程序设计224.4 通信子程序设计23结 论24参考文献25附录一 外文译文26附录二 外文原文30附录三 系统硬件电路设计原理图31附录四 系统仿真图32附录五 部分程序代码33致 谢53大连大学学位论文版权使用授权书541.绪论1.1远程
11、抄表的研究背景及其意义随着人民生活水平地逐步提高，资源消费的计量、管理及收费的工作日益复杂，以往耗能表的抄收主要靠工作人员亲自来抄表，这不仅不能保证信息的实时性，也会造成错抄和估抄的现象，最主要是会引起人力、物力和时间的浪费。为了满足居民对用水电和煤气的需求，不断提高企业的服务质量，企业对小区居民实施了一户一表工程。根据目前情况分析，采用远程抄表系统则可缓解抄表人员的工作强度，降低了由于人为因素造成的抄表数据误差，并能迅速统计低压实时线损和降低用电成本，同时这对加强用电管理，防止国家电力资源的流失等方面都具有非常积极的意义。 以单片机为控制核心的小区远程抄表，主要根据单片机对水电和煤气信号进行
12、相应的分析、处理、控制和驱动显示，可实现动态检测，采用软件的方法对信号进行处理，减少了电路设计难度，并使得远程抄表系统在实际生活中得到良好的应用。在本系统设计中，远程抄表对信息的采集和上位机的控制部分是整个系统的关键以及核心。1.2远程抄表的国内外现状及其发展趋势现在社会经济迅速发展，人民的生活水平得到显著提高，使得每个人对其家庭居住环境也提出更加严格的标准和进一步的追求目标，比如：舒适、安全、方便、智能化和人性化等，之前的小区结构规划和管理系统已不能满足人们对现代社会发展需求。目前，各个领域、生活的方方面面的无限的发展空间随着网络信息技术、计算机和微电子技术日新月异地发展也不断扩大，当然，在
13、建筑领域也同样。随着智能大厦和智能化住宅小区先后出现，也逐渐实现了小区网上物业管理、安防联网报警等更现代化的生活，但对于很多问题的解决近几年还处于较低的水平，如查表出户问题及耗能表的计量。此文章对现在住宅小区各类能耗表的存在问题进行了详细地分析和研究。小区的管理系统中三个比较主要的特点分别是安全可靠化、管理系统化和通信及时性。然而，衡量小区管理水平的关键所在正是耗能表数据抄收问题。是否能够有效地解决小区能耗表的抄收问题将直接或间接地影响居民居住的舒适性和便捷性，同时也会影响到当地物业公司的工作。以前对这三个仪表数据的抄手都是采用人工的方式，也就是说公司派工作人员到各住户家中抄取数据，而后回到公
14、司，对数据进行录入，计算出消费费用，并打出收费凭证，然后又派人去上门收费，这样一来对数据的抄收就没有了实时性，而且会造成很多人力以及时间上的浪费，同时也会有漏抄、估抄、错抄的现象1，给住户和收费人员带来很大的困扰，甚至有造成很多不必要的民事纠纷。不仅如此，耗能表的抄收也会给国家带来一定的社会保障问题，生活中许多案件正是因为不法分子冒充收费工作人员进入住户家中进行抢劫才发生的，造成居民家居生活安全的威胁2，由于现在水表、电表和煤气表的人工抄收既造成时间不及时，工作效率低，又有很多安全隐患，所以传统仪表读数显然已经不能够满足日后住宅的发展需求及人们的生活需求，并逐渐丧失生命力，而现在远程抄表可以替
15、换它，即技术人员利用传感控制技术等各种技术手段将小区中每家用户中仪表信息传送到小区管理系统，再由各企业公司进行集中计费，通过这种方法不仅可以节省人力、财力和物力，而且能够确保实时性，住户的安全性也能够得到保障。因此，远程抄表方式即满足客观要求，又能提高能源管理的先进性化水平和现代化水平，是促使小区远程抄表方式向数字化和自动化方向发展的方式3。在近几年来，远程抄表技术在国内外逐渐发展起来，国内外的很多国家都在开发智能化抄表系统的研制工作。在国外，如以色列的尤尼克（Unique）技术公司已开发远程集中抄表系统，它利用如今已有的电表，用电力线作为信息的传递媒介，建立了数据采集的通信系统，通过线载波技
16、术将信息进行远距离传送。同时，在配电管理领域，美国等国已普遍应用了智能化的抄表系统。然而杭州沃制电力有限公司也设计出IC系列电表，其可根据用户的实际需要，利用RS-485串口，零电压脉冲输出或4-20MA线性地进行远程监测。德国的DTech公司则专门开发了一种SMI专用模块，可以用于采集电子式电能表的数据，它以400脉冲/度或800脉冲/度向外输出数据，对于我国而言，虽然对远程抄表的相关技术研究起步相对比较晚，但是其发展是很快的。现在，国内生产远程抄表的企业也已超过150家，受理专利的数量超过165项。经仪表检测中心检测的厂家及电力工业部电力设备接近100家。根据不完全统计显示，安装智能抄表的
17、用户超过了250万户抄表技术多样化：总线、红外、载波、超窄带和工频4，抄表方式的多样化：单表和多表。系统功能正在逐步完善，除了抄表之外，还具有远程控制、线损统计、自动收费、用电考核并和银行联网等。1.3单片机系统的优点和应用单片机在工业控制领域得到广泛应用，它是一种集成的电路芯片，它是使用极大规模的一种集成电路技术把具有中央处理器即CPU、只读存储器ROM、随机存储器RAM、多种I/O接口和定时器/计时器、中断系统等功能（也可能还包括脉宽调制电路、显示驱动电路、A/D转换器、模拟多路转换器等电路）集成到一片硅片上，从而构成一个小并完善的微型计算机系统。从上个世纪80年代开始，单片机从当时的4位
18、和8位发展到目前的32位高速单片机。从原理结构上看，它与微型计算机几乎没有很大的差别，都由硬件系统和软件系统两部分构成。单片机系统是以软件控制、运算及分析作为特点的具有人工智能的一种新型系统。主机电路是其核心部件,同时也是主要控制部件,它通过对过程和程序进行一系列运算和处理，从而使整个系统体系可以达到顺利运行。单片机系统由单片机和扩展电路两个部分组成。单片机是应用系统中的主控部件,它直接能够影响整个系统性能的好坏。通过对具体系统的各项指标和参数来确定选择单片机机型:被测量的类型、程序的容量、工作速度、数量、输终端(比如记录和显示等)的速度、范围、分辨率以及方式、系统要求的准确度、分辨率和方式等
19、方面来确定单片机的容量和位数,之后再根据各控制参数的要求来确定采用专用型还是普通型单片机5。单片机从表面上看，很简单，但它也是由运算器、存储器、控制器、输入设备及输出设备五部分组成，所以功能很强大。单片机应用在控制和检测领域主要具有以下特点：小巧灵活、易于产品化、成本低、适应温度范围宽、易扩展、可靠性好，处理功能强、速度快、环境适应能力强等。单片机如今已经渗透到我们生活的很多领域，几乎找不到哪个领域没有单片机的踪迹。飞机上各种仪表的控制，导弹的导航装置，计算机的网络通讯和数据传输，工业自动化过程的数据处理和实时控制，以及广泛使用的智能IC卡，民用豪华汽车的安全保障系统设计，摄像机、录像机、全自
20、动洗衣机的控制，及电子宠物、程控玩具等等，这些都离不开单片机6。那更不用说自动控制领域的智能仪表、机器人、医疗器械及各种智能机械了。近几年，单片机的应用领域主要包括：单片机在日常生活及家用电器领域的应用；在实时过程控制中的应用；办公自动化设备；单片机在机电一体化中的应用；在计算机网络和通信领域中的应用；商业营销设备；单片机在医用设备领域中的应用；汽车电子产品；在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器和仪表智能化，提高测试的自动化程度及精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比7；航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域，单片机的应用更是不言而喻。单片机具有功耗低、体积小、扩展灵活、控制功能强、微型
21、化及使用方便等优点，它广泛应用于各种仪器仪表中，可结合不同类型的传感器，实现诸如频率、湿度、温度、电压、功率、厚度、角度、流量、速度、长度、硬度、压力、元素等物理量的测量。采用单片机控制可以使仪器仪表数字化、微型化、智能化，并且功能相比采用数字或电子电路会更加强大。单片机的运用，可提高皮带传送机计量仪系统的可靠性和精确性，使系统控制更灵活，所以单片机十分适合作为本系统设计的控制核心。2.远程抄表的总体结构2.1远程抄表的总体功能本次设计的总体功能：小区远程抄表根据住户所用的水、电、煤气等计量表输出相应的电脉冲信号，利用传感、网络等技术将每个用户的耗能表数据进行采集，再将数据传送到下位主控机中实
22、现存储和显示功能，然后通过RS-485总线把下位机的数据传送到上位PC机中，进行分析、计量，最后能源供给公司可以根据上位机所计算出来的每个用户的消费进行收费，系统具有比较强的数据处理能力和比较好的稳定性。2.2远程抄表的总体结构 众所周知，作为系统功能实现的物质基础，任何系统功能的实现都离不开硬件的支持，我们要根据功能的要求和系统的工作原理来进行硬件的设计。本文所设计的远程集中抄表系统主要由上位PC机管理系统、下位主控机系统二级网络构成。根据建立本设计的结构模型和选择通信方式，课题所设计的系统总体结构如图2.1如下： 图2.1 远程抄表系统的具体结构原理图硬件电路主要包括上位机模块、通信模块、
23、下位主控机模块三大模块。其中下位主控机有采集模块、显示模块、键盘模块、存储模块。系统各部分模块主要功能如下：上位机模块：上位机即PC机，它根据系统设定的时间, 查询各脉冲采集模块中的数据，对数据进行自动计算、数据报表、数据监测、远程控制等操作，统计用户的用水量、用电量、用煤气量并随时抄送, 当遇到某个特殊的情况时,则需要对某一用户单独进行复查等。通信模块：上位机系统和下位主控机系统的通信桥梁。向下通过串行总线采集并存储各个用户的用水、电、煤气信息，向上则也是通过串行总线传输给上位PC机。下位主控机模块：采集的用户的水量信号、电量信号、煤气量信号，并把数据储存，通过键盘模块控制结果在显示模块显示
24、。采集模块：对每户用户所使用的三表进行脉冲采集。显示模块：完成系统显示功能，可以显示用户水量、电量和煤气量。键盘模块：完成系统输入功能，通过键盘输入一些信息来控制下位主控机工作，例如完成复位等功能。存储模块：对采集模块采集到的每个数据进行保存，防止意外情况造成数据丢失。3.远程抄表的硬件设计3.1 下位主控机 3.1.1下位主控机芯片选择单片机的典型代表是Intel公司研制出来的MCS-51系列的单片机。MCS-51系列的单片机在我国迅速得到广泛应用，并变成电子系统领域普遍的应用器件之一，并在家用电器、工业控制、交通运输、仪器仪表等领域获得许多成果。51系列单片机最早有Intel公司推出，主要
25、有8031系列，8051系列8，后来Atmel公司以8051的内核为基础推出了AT89系列单片机，其中AT89S51、AT89S52、AT89C51、AT89C52、AT89S8252等单片机兼容8051系列单片机，即全部的指令功能都是相同的的，不同点在于在功能上做一定的扩展，比如说AT89S系列都支持ISP功能，AT89S52和AT89S8252增加了内部WDT功能。后来，Atmel推出了与8051指令相一致的AT89C2051、AT89C4051等单片机，这些单片机可以看成精简型的8051单片机。和80C51单片机相比，SST、PHILIPS和ATMEL等公司所生产的和80C51兼容的高性
26、能且低功耗89C51单片机具有更丰富的硬件资源，尤其是其内部增加的存储器Flash ROM给单片机的应用及开发带来了很多便利条件。同时由于其价格很低廉，所以，目前在很大的领域得到应用。相比较而言，AT89C51价格便宜，操作简单，性价比很高，因此本设计选择AT89C51作为系统的主控机芯片。要集成一个微型计算机的各个组成部分在一片芯片上，也就是说89C51单片机芯片包含：一个8位的89C51微处理器（CPU）；两个16位的每个都可以设置成记数方式的定时器/计数器，这样可以对外部事件进行记数，为了实现计算机控制就可以根据定时或记数的结果，当然，也可以设置成定时器；片内4KB程序存储器Flash
27、ROM，用以存放表格、一些原始数据、程序；片内256字节数据存储器RAM，它存放比如想要显示的数据和运算的中间结果等可以读/写的数据；时钟产生电路和片内振荡器，可微调电容和石英晶体则需外接也有最高允许的振荡频率要求；一个全双工通用异步接收发送器的串行I/O口，有了接口就可以实现单片机与单片机之间、单片机与PC机之间的通信；4个8位并行I/O端口P0-P3，每个端口不仅可以用作输入，而且可以用来输出；具有两个中断优先级、5个中断源的中断控制系统;与80C51相比，89C51单片机有一种掉电方式或者空闲方式可以达到节电的目的。3.1.2主控机AT89c51最小系统构成AT89c51单片机的最小系统
28、由单片机电源电路、复位电路和时钟电路构成。使单片机的片内电路初始化的是复位电路，这样就可以让单片机从一种确定的初态开始运行。用来给单片机提供片内各种操作的时间基准的是单片机的时钟信号。单片机最小系统各部分模块主要功能如下：时钟模块：为下位主控机提供时钟脉冲信号。复位电路：完成系统复位调零等功能。电源模块：为下位主控机提供合适的直流稳压电源。(1) 主控机AT89c51引脚连接单片机AT89C51有4个与外部交换信息的8位并行输入/输出接口，即P0-P3。它们都是准双向端口，每个端口各有8条I/O线，均可输入/输出。P0-P3口4个锁存器同RAM统一编址，可以把I/O口当作一般特殊功能寄存器（S
29、FR）来寻址。本系统中，选用P1口作为数据口，用来传输信号， P0口作为LED显示。AT89C51最小系统如图3.1所示。 图3.1 AT89C51最小系统(2) 主控机AT89C51时钟电路时钟电路主要作用是产生其工作时所需要的时钟控制信号。以单片机的时钟控制信号为基准，使单片机各功能部件都可以按照一定的顺序一步一步地工作和运行。所以，时钟电路的质量直接影响着单片机系统的稳定性，时钟频率也将直接影响单片机的速度。内部振荡方式和外部振荡方式是单片机的时钟信号获得的常用的两种电路形式。构成内部振荡方式的方法是在引脚XTAL1和XTAL2外接陶瓷振荡器或晶体谐振器。因为单片机内部本身有高增益反相放
30、大器，所以外接晶振时，便组成自激振荡器，它还产生振荡脉冲。本设计主控机AT89C51晶振电路如图3.2所示。图3.2晶振电路单片机常选择振荡频率6MHz或12MHz的石英晶体。本系统采用频率为6MHz的晶振为单片机提供时钟脉冲。其中c1、c2选择为30pF左右。（3）主控机AT89c51复位电路所有微机系统执行的第一步就是系统复位，它可以让全部芯片返回之前硬件的默认值。由RESET引脚来控制51单片机的复位，当RESET引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机就会进入芯片内部复位状态，并且一直在该状态等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行
31、芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序9，当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机便会执行复位操作。若RST持续为高电平，单片机就会一直在循环复位状态。一般来看，通常的复位操作有两种基本形式：上电或开关复位和上电复位。上电或开关复位要求电源接通后，单片机可以自动复位，同时在其运行期间，也可用开关操作使单片机复位。而上电复位则要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。综上所述，复位操作可以使单片机处于初始化状态，这其中包括使程序计数器PC0000H，也就是说此时程序从0000H地址单元开始执行。本设计中采用上电且开关复位，复位电路如图3.3所示。图3.
32、3复位电路本系统复位电路主要实现采集水量电量前的系统调零操作。其中c取22，R取1。（4）主控机AT89c51电源模块根据设计需要，本系统中需要一个电源模块。考虑本次设计的实际要求，要把交流电压220V变换为单片机所需的+5V电压，使系统稳定工作，提高产品的性价比，决定电源电路的设计采用方案如图3.4所示。 图3.4 电源模块图由于51单片机所需的是5V电压供电，而220V交流电不能直接给单片机供电，所以需要一个整流电路使交流电变换成直流电。根据二极管的单向导电作用便可实现这个目的，所以构成整流电路的关键元件就是二极管。本此设计采用桥式整流。由于负载、电网电压及温度的变化都会是输出电压产生波动
33、，为避免这一现象，需要在电源电路中接入稳压电路。为了滤去整流输出电压中的纹波会有滤波电路，它通常由电抗元件组成，如与负载串联电感L，或在负载电阻两端并联电容器C，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。综上所述，要构成一个小功率稳压电源首先经过变压器，将220V电压变为所需要的电压值，再经过桥式电路的整流，低压交流电源就会转变成直流电源。再通过滤波电路进行滤波而得到平滑的直流电压，再经过LM7805的稳压作用，在输出端会产生5V的稳压直流电，AT89C51平时正常工作时的电压就由此电路供给。3.2 信号采集模块 由于普通电表、水表和煤气表采集信号的方式不同，在下文中将分别介绍信号的采集方法
34、。对于电表，输出信号是脉冲，可直接连接单片机进行信号处理；对于水表和煤气表，需要在普通表上安装传感器，将水量和煤气量转换为干簧管的吸合或断开的开关量，再根据电阻分压原理转换为脉冲信号，这样才能与单片机进行信号传输。3.2.1 电表单相电子式复费率电能表可以精确地计量最大需量、有功电能等信息。此表可以分时计费，功能强大，表中有10个时段、4种费率；还兼有掌上电脑红外抄表、RS485通信接口有线抄表和遥控器红外编程功能，是电力部门进行现代化电能测量的理想计量仪表。(1)工作原理电压、电流采样电路是将外部220V交流电压及流过线路的大电流转变为合适的小电压、小电流信号，经电能专用集成电路转换成随功率
35、变化的脉冲信号10，单片机接收到功率脉冲信号后将数据存入存储器、进行电能累计，并读取时钟信号，遵循先前设制的时段分时计量，同时在显示屏上显示所需数据，最重要的是它可以及时接收串口的通讯信息。(2)主要功能特点4种费率、10个时段；最大需量计算采用滑差式，滑差时间为l、3、5、15min；当前一分钟平均功率的显示；5V80ms有源或无源光电隔离电能脉冲输出；停电时间累计；具有红外遥控编程、RS485通信接口；可用12V外接电源掌上电脑红外抄表；可设固定显示和循环显示方式；可记录3个月（本月、上月、上上月）的有功总电能、各费率电能、最大需量及需量发生的时间等信息；遥控器可全面显示所有功能项，并可方
36、便编程。3.2.2 水表、煤气表水表、煤气表工作原理利用的是机械传动的原理来记录数据是普通的水表和煤气表的依据，它们都是靠齿轮间的啮合关系来完成。本系统将普通的水表和煤气表进行改进，在其上安装传感器，这样一来，就可以将普通仪表的机械运动转换为电信号，从而可以直接与单片机进行连接。传感器实质上是一种基于磁电转换技术，依靠传感器技术可把普通的机械运动的结果转变为电信号，它是光电转换技术的脉冲电路单元。目前，传感器技术有很多种。其中，由于体积小，转换方便，成本低，重量轻等优点，干簧管传感器在智能仪表的开发领域占有一席之地。本系统设计选用的是WB2014型号的干簧管传感器，干簧管传感器技术利用的是电磁
37、转换原理来工作的，如图3.5所示。干簧管参数由表3.1所示。磁钢 干黄管输出信号图3.5 传感器结构图表3.1 干簧管参数表触点负载5W最大开关电压最大开关电流接触电阻 ( 初始值 )动作时间释放时间耐高压触点电容绝缘电阻谐振频率工作温度范围最高湿度最高工作频率电气寿命100 VDC / VAC0.5A100 mOhms1.0 mSec.(Max.)0.4 mSec.(Max.)220VDC(AT25)0.7 pF1010 Ohms4 kHz-60 +155 98% (Max.)100 Hz108(5V ,10mA) 105(24V, 400mA)续在机械表的指针上安装磁钢，磁钢是一种永磁铁，
38、具有很强的磁力，当煤气表或机械水表的指针因受到冲击而产生旋转后，附着在上面的磁钢也会跟着旋转，当磁钢旋转到干簧管两簧片对应位置时，簧片由于受到磁钢的磁力作用而吸合，由其转换电路产生一个输出脉冲11，指针每转一圈，磁钢便会跟着旋转，同时干簧管也吸合一次，于是就把指针旋转一圈所代表的煤气量和水量让干簧管的一次吸合取代。本设计需要进行电信号与开关量之间的转换，那是由于干簧管的断开和吸合是一个开关量，而采集系统识别的是电信号。那么，设计传感器电路应用电阻的分压作用在输出端就会产生对应电压，从而完成电信号和开关量之间的转换。经过上述分析可以知道由传感器电路就产生所需采集器记录的脉冲信号，并且输出的脉冲数
39、和通过水表的水量、煤气表的煤气量成正比。3.3 显示模块数据显示是远程抄表的一项重要功能，是人机交换的主要组成部分，它可以将采集到的数据经过单片机处理后直观的显示出来。本设计数据显示部分采用LCD液晶屏显示。液晶显示器在低功耗应用系统和袖珍式仪表中得到很普遍的应用正是因为它显示内容丰富、微功耗、体积小、超薄轻巧等许多优点。随着科技的发展，液晶显示模块的应用前景必将更加广阔。3.3.1 功能概述本次设计中采用12864字符型LCD。LCD12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864，内置8192
40、个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。它可以显示84行1616点阵的汉字，在本次设计中主要用其直观显示出某用户家里所使用水表、电表和煤气表的读数。3.3.2 引脚功能简介LCD12864通常有20条引脚线，其中的2条线是背光电源线。其引脚功能如表3.2所示。 表3.2 LCD12864引脚功能管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=
41、“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源负端3.3.3 显示模块引脚连接显示模块引脚连接如图3.6所示。 图3.6 显示模块引脚连接图3.4 键盘模块根据设计需
42、要，本系统设定键盘按键与主控机进行信息交换。由于远程抄表系统涉及小区的每个用户的电表、水表、煤气表数据的采集，所以如果每家每户都采用键盘控制的话，按键数量相对较多。但考虑本次设计的实际因素，本系统设定将4个键盘按键，只模拟采集3个用户的电表、水表和煤气表的数据信息。这4个按键分别为：清零按键、显示1号用户的数据按键、显示2号用户的数据按键、显示3号用户的数据按键。键盘模块的电路图如图3.7所示： 图3.7 键盘模块的电路图由于目前使用的开关都是机械弹性开关，开关触点的合、断操作就对应一个电压信号，但是通常因为机械开关触点的弹性作用，当键盘闭合时，不会马上很稳定地接通，而按键断开时，也不会马上断
43、开，这样就出现了“抖动”现象（时间一般为510ms）。所以，在设计键盘模块时，怎样消除抖动时设计中必须考虑的问题。针对抖动这个问题可从硬件、软件两方面予以考虑。硬件去抖通常采用基本RS触发器来实现。软件去抖即，在检测到有按键按下时，执行一个10ms以上（延时子程序的延时时间应大于按键的抖动时间）的延时子程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态12 ；同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。由于软件去抖可以节省硬件，处理灵活，所以本系统设计采用软件去抖。键盘处理程序的任务主要是：确定是否有键被按下；如果有，判断
44、是哪个键；依据键的功能，转相应的处理程序；形成键编码。3.5 存储模块在单片机实现的家用电器、仪器仪表、工业控制等诸多系统中，不仅要求能够在线修改某些状态参数，而且断电后能保持该参数，这样在上电后就可方便恢复系统状态。本设计为了确保系统断电后数据不丢失，选用I2C总线进行E2PROM串行扩展，I2C总线只需要两根线，即串行时钟线SCL和串行数据线SDA，便可以实现器件之间的全双工数据传送。它还采用器件地址的硬件设置方法，这样就避免了通过软件寻址器件片选线的方法。由于E2PROMAT24CXX有单电源供电，工作电压范围宽等特点，符合本次设计的要求，所以本系统存储芯片选用24C02芯片。3.5.1
45、 管脚管脚图如图3.8所示。管脚描述如表3.3所示。图3.8 24C02芯片管脚图表3.3 24C02芯片管脚功能管脚名称功能A0 、A1、 A2器件地址选择SDA串行数据/地址SCL串行时钟WP写保护Vcc+1.8V- 6.0V 工作电压Vss地3.5.2 存储模块电路存储模块电路如图3.9所示。图3.9 存储模块电路图3.6 通信模块并行通信和串行通信是计算机CPU与外部进行交换信息的两种方式。将所有的数据同时传递就是并行通信，它的优点就是效率高，传送速度快，可要传送多少位数据就需多少根传输线，所以成本非常高。并行传递的距离通常小于30m。并行的数据传送应用在集成电路芯片的内部、同一机箱内各个插件板之间、同一插件板上各个部件之间等。串行通信是数据按顺序传输，所以它的特点是只需一对传输线即可，速度慢、成本低、效率低，可是传输距离可以从几米甚至到几千公里。在计算机测控系统中，由于测控对象与控制中心之间距离一般较远，因此，一般都采用串行方式13，根据对数据流的分界，定时及同步的方法不同，串行通信又可分为同步串行方式和异步串行通信方式。异步串行方式即一个字符一个字符地传送，是以字符为信息单位传送的，一帧信息只包含一个字符，所以每次传送的信息量少，而同步串行通信是以数据块为信息单位传送，每帧信息包含成百上千字符，每次传送的位信息量大14，所以异步串行通信通常用于数据传输率要
