基于P89LPC932的紅外抄表系統設計

　　P89LPC932主要特性：(1)指令執行速度快。在同一時鐘頻率下，其速度為標準80C51的6倍。(2)操作電壓范圍為2.4～3.6V，I/O口可承受5V，可上拉或驅動到5.5V。(3)8KB的Flash程序存儲器，具有可擦除扇區，提供ISP和IAP編程功能。(4)256B的RAM數據存儲器，512B的附加片內RAM。(5)512B的E2PROM存儲區，可以存放序列碼及設置參數等。(6)捕獲/比較單元（CCU）提供PWM，輸入捕獲和輸出比較功能。(7)2個模擬比較器，可以選擇輸入和參考源。（8）8個鍵盤中斷。在掉電情況下可以通過鍵盤中斷喚醒CPU。（9）增強型UART。具有波特率發生器、幀錯誤檢測、自動地址識別和通用中斷等功能。(10)具有I²C和SPI二種串行通信接口。(11)提供空閑和掉電模式，典型掉電電流僅為1μA，極大地降低了功耗。(12)所有的口線均有20mA的驅動能力，可以方便地驅動數碼管。
　　在該系統的設計過程中，最大限度地開發了P89LPC932本身的功能，盡量以軟件代替硬件，各種計算和數據處理都在CPU內部完成，故各部分硬件電路都比較簡單，降低了成本和體積。以下是幾個主要模塊電路的實現原理。
2.1 功率因數和用電信號的測量
　　在多功能電度表中，主要的測量參數是功率因數和用電信號。根據這2個參數可計算出有功功率、無功功率、用電量、電費等多項數據。測量這2個參數的硬件電路如圖3所示。

　　當市電的負載不是純電阻性負載時，流過負載的電壓和電流就存在相位差，設二者的的相位差為?漬＝φu－φi，則cosφ就是功率因數。因此只要比較出電壓和電流在相位上的差φ，再由P89LPC932通過查表和插值法計算cosφ，就可以求出功率因數，進而可以求出其他的數據。
　　如圖3所示，經電壓互感器和電流互感器降壓后所得的電壓和電流信號分別輸入到P89LPC932的2個輸入比較引腳，即P0.4/CIN1A和P0.2/CIN2A，而參考電壓（約為1.4V）由5V電源通過2個電阻分壓得到。圖3中：電容C1起到濾除干擾脈沖的作用，保證參考電壓的穩定；二極管起箝位的作用，保護P89LPC932免受外界過壓或過流的影響。
　　功率因數的具體測量原理：設置比較器的控制寄存器CMP1和CMP2，并使能2個比較器，當正向輸入大于參考電壓時，輸出為“1”（必須從寄存器中讀出），其他情況輸出為“0”。這樣2路信號在CPU內部整形成近似方波，通過對不同情況下的輸入進行比較操作，就可以得出2路信號相差的時間間隔t，進而得到?漬、cosφ。
　　用電脈沖可由機械式電表經改裝或采用專用電能計量芯片產生(在此不作討論)，本文只討論用電脈沖的處理問題。將已經產生的用電脈沖直接輸入到CPU的輸入捕獲引腳P2.7/ICA，捕獲事件由CCCRA寄存器的高3位（ICECA2、ICECA1、ICECA0）選擇輸入捕獲邊沿，此時必須設置CPU的P2.7為輸入狀態（高阻）。當管腳產生捕獲事件時，定時器的內容就會傳送到相應的16位輸入捕獲寄存器ICRAL中。CPU通過讀取ICRAL中的內容就可以精確地得到捕獲時間。采用這種方法，不僅可以計算用電脈沖，而且可以計算用電脈沖的占空比，將不符合占空比的干擾脈沖濾除，實現軟件抗干擾措施。

　　電度表的所有數據處理后都存入到P89LPC932內部的E²PROM中，以保證斷電后數據不丟失。當抄表時，將相應的數據傳送給手持抄表終端。
2.2 紅外通信方式的實現
　　紅外無線通信一般采用IrDA(Infrared Data Association)作為其通信技術標準。按IrDA標準設計的紅外通信接口具有通信速度快、通用性好的特點，但傳輸距離較近，一般僅有數米。在紅外抄表系統中，由于傳輸的信息量較少，故對通信速度要求不是很高，但要求傳輸距離盡量遠些。
　　本文提出了一種利用紅外遙控器件實現較遠距離無線通信的低成本、高可靠性的方案。在實際應用中，為了增強抗干擾能力，延長通信距離，一般都要對發射信號進行調制，接收電路對信號進行選頻接收和解調。紅外收發接口電路如圖4所示。紅外發射的數據信號通過Q1輸出，調制載波信號則通過Q2輸出，最后由紅外發射管D1將調制好的信號發射出去；接收模塊由通用的38kHz紅外遙控接收模塊構成，接收模塊對接收到的紅外信號進行選頻接收，并解調輸出。紅外發射的38kHz載波信號由P89LPC932的CCU模塊產生，從P2.6/OCA輸出控制Q1。