無線抄表檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引言
    目前我國主要是依靠人工抄表收費(fèi)，但存在入戶難、企業(yè)管理費(fèi)用開支高、效率低等諸多問題，已不能適應(yīng)社會發(fā)展要求．智能化網(wǎng)絡(luò)自動抄表系統(tǒng)成為必然趨勢。而自動抄表技術(shù)的關(guān)鍵是改造傳統(tǒng)的電表電量計(jì)量，即傳統(tǒng)電表的電量檢測與控制是實(shí)現(xiàn)自動抄表的核心。實(shí)現(xiàn)方法眾多，如數(shù)字電表、基于IC卡電表等，但我國許多用戶還是采用傳統(tǒng)的磁電式電表。因此改造該電表是首要問題。傳統(tǒng)的磁電式電表檢測是利用紅外檢測、光電檢測等方法，然后利用無線或紅外發(fā)送方式傳送到計(jì)算機(jī)或掌上機(jī)，以實(shí)現(xiàn)自動抄表。這里提出的無線抄表檢測系統(tǒng)是基于掌上無線近距離抄表系統(tǒng)，檢測電能表的轉(zhuǎn)數(shù)，通過串行通訊口傳送數(shù)據(jù)到掌上抄表器．從而控制斷／送電。

2 無線抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
    無線抄表檢測系統(tǒng)由電表檢測單元、掌上抄表器、管理計(jì)算機(jī)等3部分組成，如圖1所示。

2．1 電表檢測單元
    使用光電頭改造傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表，以檢測每個用戶電能表的轉(zhuǎn)數(shù)。每片單片機(jī)控制8個用戶的電表信息。每個電能表經(jīng)一路繼電器控制斷，送電功能，采用X24C45型EEPROM兼看門狗電路來保存每個電能表內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)，并利用PTR2000型無線收發(fā)器收發(fā)信息。
2．2 掌上抄表器
    掌上抄表器使用功耗低、工作可靠的AT24C512型串行EEPROM存儲器；通過并行輸出的128×64點(diǎn)陣LCD顯示器作為人機(jī)界面，顯示抄表提示等信息；通過DS1302器件獲得抄表時間等信息；選用MAX813型電壓檢測器檢測電池供電電壓，同時該器件還具有看門狗的功能；利用PTR2000型無線收發(fā)器實(shí)現(xiàn)掌上抄表器與電表檢測單元的通訊；并利用MAX232將掌上抄表器的用戶抄表信息傳送到管理計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)用戶信息的計(jì)算機(jī)管理。
2．3 管理計(jì)算機(jī)
    管理計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)管理級，采用通用的微型計(jì)算，操作系統(tǒng)Win98以上。開發(fā)環(huán)境VB6．0和SQL2000，標(biāo)準(zhǔn)的Win-dows操作界面，使用方便。具有與掌上抄表器通訊、存儲數(shù)據(jù)、查詢打印電量電費(fèi)、營業(yè)繳費(fèi)等功能。

3 電表檢測模塊硬件電路設(shè)計(jì)
    光電采集的電信號通過微控制器單片機(jī)處理、存儲數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到掌上機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)命令時，通過無線收發(fā)模塊PTR2000將數(shù)據(jù)發(fā)送到掌上機(jī)，單片機(jī)的P2端口連接繼電器向用戶斷／送電，當(dāng)用戶欠／補(bǔ)交電費(fèi)時，通過掌上機(jī)的斷／送按鈕發(fā)出命令，使單片機(jī)接收到繼電器動作命令，從而控制用戶斷／送電。而電表端檢測部分硬件電路包括：光電檢測、非易失性存儲器X24C45、無線收發(fā)等模塊。
3．1 光電檢測模塊
    光電檢測模塊是準(zhǔn)確測量用戶電表表盤轉(zhuǎn)數(shù)。常用檢測方法：紅外線對射式和反射式。而采用紅外線對射式方法實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，需將用戶電表的表盤打孔。但采用紅外線反射式方法較簡單。只需在用戶的表盤上做明顯標(biāo)記。因此該系統(tǒng)檢測選用RPR220型反射式紅外線識別傳感器。在用戶的電表表盤的某處用暗色油漆做標(biāo)記，采用RPR220識別無、有標(biāo)記處，通過電壓比較器比較輸出高低電平信號，當(dāng)檢測到有標(biāo)記時，比較器輸出高電平，發(fā)光二極管不發(fā)光；當(dāng)檢測到無標(biāo)記時，比較器輸出低電平，發(fā)光二極管發(fā)光。圖2為光電檢測部分電路原理。

3．2 存儲器模塊
    由于該系統(tǒng)檢測模塊需要儲存大量數(shù)據(jù)，并具有掉電自動保存數(shù)據(jù)功能，X24C45是按16x16方式組織的SRAM和EEPROM位對位構(gòu)成的串行256位NOVRAM(非易失性SRAM)，另外，X24C45具有上電時自動調(diào)出，掉電時自動存儲(Autostore)數(shù)據(jù)的功能，所以這里采用X24C45實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲功能。上電后，SRAM和EEPROM的數(shù)據(jù)互相傳送。對SRAM操作，讀寫次數(shù)無任何限制。一旦電源電壓降至4．3 V以下，數(shù)據(jù)便自動從SRAM保存到EEPROM中。為保證數(shù)據(jù)能夠可靠存入EEPROM，電源電壓不能下降太快，其典型時間為5 ms，帶有電容的系統(tǒng)中一般都能夠滿足。EEPROM具有1 000 000次的存儲壽命，數(shù)據(jù)可保存100年以上。
    X24C45的讀寫操作都是針對SRAM的，因而其讀寫次數(shù)無限制。X24C45內(nèi)部有8位指令寄存器，單片機(jī)通過SK和DI進(jìn)行訪問。在整個數(shù)據(jù)操作期間，CE必須保持高電平。圖3為X24C45與AT89C51單片機(jī)的接口電路。

3．3 無線收發(fā)模塊
    該系統(tǒng)選用PTR2000作為無線收發(fā)模塊。該器件是基于nRF401器件的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，利用串口傳輸數(shù)據(jù)。無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊是單片機(jī)測控系統(tǒng)的一個特殊執(zhí)行模塊。單片機(jī)間的無線數(shù)據(jù)傳輸過程：單片機(jī)處理需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，利用串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線數(shù)據(jù)傳輸模塊的發(fā)送端，串行信號經(jīng)調(diào)制后發(fā)送到接收端，單片機(jī)利用串口讀取接收端數(shù)據(jù)，完成無線數(shù)據(jù)的傳輸。
3．4 看門狗模塊
    看門狗電路是對用電系統(tǒng)突然掉電或欠電壓保護(hù)的裝置。該系統(tǒng)選用基于PC817C和LM7805的用電系統(tǒng)的掉電保護(hù)裝置，保存每個電能表的轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)。該裝置在用電系統(tǒng)出現(xiàn)低電壓尺寸，是由于LM7805穩(wěn)壓范圍較小，不可能繼續(xù)穩(wěn)定在5 V，所以此時CPU不能接收用電系統(tǒng)欠電壓的低信號，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。而MAX813的掉電保護(hù)裝置不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，采用LM2576代替LM7805將得到更寬泛的工作電壓范圍，同時也能輸出更穩(wěn)定的電壓，使MCU有足夠時間保存數(shù)據(jù)，這樣可避免MCU因接收不到電壓偏低信號而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

4 電表檢測模塊軟件設(shè)計(jì)
    電表端檢測部分所設(shè)計(jì)包括：主程序、數(shù)據(jù)信號采集、無線收發(fā)(中斷方式)，數(shù)據(jù)存儲等部分，因此需統(tǒng)籌設(shè)計(jì)無線收發(fā)電路(中斷方式)、存儲器電路。數(shù)據(jù)信號采集部分軟件設(shè)計(jì)將采集的信號通過單片機(jī)處理將數(shù)據(jù)保存到存儲器X24C45中，通過無線收發(fā)模塊PTR2000接收掌上機(jī)發(fā)送的命令，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)操作，將存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送給掌上機(jī)系統(tǒng)或控制用戶的斷／送電。同時啟動看門狗電路，防止突然掉電使數(shù)據(jù)丟失。圖4為電表檢測模塊的主程序流程。

5 結(jié)束語
    無線掌上抄表系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制器，以其高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)應(yīng)用于該系統(tǒng)。解決了目前傳統(tǒng)抄表中的入戶難、企業(yè)管理費(fèi)用開支高、查表收費(fèi)人員工作條件差、效率低、勞動強(qiáng)度大等問題。自動抄表系統(tǒng)是我國抄表行業(yè)的必然發(fā)展趨勢。