電度表信息自動采集終端的設計及防干擾措施

　　1 自動采集終端的設計

　　1.1 自動采集終端的功能和組成

　　終端站系統采用以89C51單片機為核心的系統，可實現對1～16塊電度表信息的采集、存儲、傳輸及工作狀態的顯示等功能。其具體功能如下：對脈沖式電度表或經過改造的機械式電度表送來的脈沖進行計數，并把它轉換為對應的電能量，實現對有功電能的計量;設置初值(地址號、表常數、電表底度等參數)，保存1年內各用戶各月的電能信息，分時計費;以電力載波方式和采集站通信;對各電度表的工作狀態進行顯示。

　　整個自動采集終端由脈沖計數模塊、通信模塊、時鐘電路模塊、工作狀態顯示模塊和鍵盤操作模塊五部分組成，其系統組成如圖1所示。

　　1.2 采用雙CPU共用數據存儲器AT24C32和雙RS 232通信接口

　　按照脈沖式電度表標準，電度表的輸出脈沖寬度為80 Ms，脈沖周期的最小值為100 Ms。如果CPU在這個時間內對脈沖不進行處理，將會出現脈沖的丟失，從而造成脈沖計數的不準確。采用雙CPU共用數據存儲器技術可以避免這一現象的發生。脈沖計數模塊和通信模塊分別采用各自的CPU進行控制，兩者之間通過公共數據存儲器AT24C32、通信協議和握手線進行信息交換。為了防止兩者對存儲器操作的阻塞而出現故障，在設計中采用兩根握手線進行硬件握手，當一個模塊不對存儲器操作時，其握手線輸出端輸出“O”;當需要對存儲器進行操作時，其握手線輸入端輸入“0”，其握手線輸出端輸出“1”，然后進行操作，否則處于等待狀態。

　　該電能信息自動采集終端設計了兩個RS 232通信接口，其中一個為AT89C51-1的RS 232通信口，用于與電度表或設備之間傳輸數據;另一個是AT89C51-2的RS 232通信口，用于與上位機之間的通信。這樣就減輕了主CPU AT89C51-2的負擔，且可對于不同數據格式的RS 232電度表靈活修改程序代碼。

　　1.3 脈沖計數模塊

　　脈沖計數模塊由電度表、兩片控制芯片AT89C51、脈沖處理電路、存儲器AT24C32等電路組成，利用單片機編程對采集的數據進行一系列處理，完成對數據的采集、有效存儲及傳輸功能。

　　各功能的具體實現過程為：首先將電度表輸出的脈沖信號經由光電耦合器、施密特觸發器等組成的脈沖處理電路進行濾波、整形等處理后，再送入緩沖器進行緩存;然后根據控制電路的命令進行相應的操作。當進行信息存儲操作時，AT89C51-1工作，AT89C51-2處于等待狀態，AT89C51-1向存儲器發送起始信號，AT89C51-1收到存儲器的低電平應答信號后，向存儲器發送字節地址，AT89C51-1收到存儲器的另一個低電平應答信號后，再發送數據到被尋址的存儲單元，存儲器再次應答，并在AT89C51-1發送停止信號后開始內部數據的擦寫，在擦寫的過程中，存儲器不再相應任何請求。當進行讀信息操作時，AT89C51-L處于等待狀態，AT89C51-2工作，AT89C51-2向存儲器發送起始信號和被尋址的字節地址，存儲器產生低電平應答信號并發送相應字節地址的內容，接收完數據后，AT89C51-2發送一個停止信號。

　　時鐘線保持高電平期間，數據線從高到低的跳變被看作為起始信號，對AT24C32的任何操作命令，都必須從啟動信號開始，時鐘線保持高電平期間，數據線從低到高的跳變被看作為停止信號。外部存儲器采用結構簡單的二線制E2PROM和具有掉電保護的AT24C32存儲信息，掉電后數據可保存十年，遠遠高于實際要求。為了延長存儲器的使用時間，采用循環存儲方式，保證了采集數據的準確性和可靠性。

　　1.4 通信模塊

　　通信模塊由控制芯片AT89C51-2、電力線載波芯片ST7538及其外圍電路組成。ST7538是采用FSK調制技術的高集成度、功能強大的電力載波芯片，內部采取了多種抗干擾措施，它可以在噪聲頻帶很寬的信道環境下實現可靠的通信。內部集成了發送和接收數據的所有功能，通過串行通信，可以方便地與微處理器相連接。內部具有電壓自動控制和電流自動控制，只要通過耦合變壓器等少量外圍器件即可連接到電力網中。ST7538除了實現電力線載波通信功能外，還具有看門狗、過零檢測、運算放大器、時鐘輸出、超時溢出輸出、+5 V電源和+5 V電源輸出等功能，大大減少了ST7538應用電路的外圍器件數量。該芯片符合歐洲CENELEC(EN50065-1)和美國ECC標準。

　　1.5 時鐘電路模塊

　　時鐘電路模塊由AT89C51-1和時鐘芯片DS12887組成。CPU通過讀DS12887的內部時標寄存器即可通過選擇二進制碼或BCD碼初始化芯片的10個時標寄存器得到當前的時間和日歷，其內部14 B非易失性靜態RAM可供用戶使用。對于沒有RAM的單片機應用系統，可在主機掉電時保存一些重要數據。DS12887的4個狀態寄存器用來控制和指出DS12887模塊的當前工作狀態，除數據更新外，程序可隨時讀寫這4個寄存器。利用單片機對DS12887進行編程，可方便地實現讀數，完成定期抄表等功能。

　　1.6 工作狀態顯示模塊

　　工作狀態顯示模塊主要由發光二極管、放大器、AT89C51-2等元件組成。用不同顏色的發光二極管來分別顯示電源的通斷、鏈路的連接以及數據的發送等狀態。該電路模塊具有響應速度快，使用溫度范圍較大，功耗小，使用壽命長等優點。