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篇(1)

論文關鍵詞：ZigBee，通信模塊，無線技術，電能管理系統

 

0 引言

隨著全球范圍內智能電網建設正逐步展開，用戶端是智能電網重要組成部分，用戶端的核心內容包括智能配電與能量管理、智能電器、用電安全、電力計量等多個方面。目前能量管理系統都會考慮采用多種通信技術混合組網的方式，以克服現有技術固有的一些不足，從而達到滿足系統性能和投資回報的要求。目前工業以太網、電力線載波及無線短距離通信被認為是AMR自動抄表系統可用的解決方案。其中無線短距離通信是一個很好的本地通信網絡的解決方案，工業以太網、GPRS及CDMA等遠距離通信可以作為遠程通信網絡，以這樣方式的混合組網被公認為一種很好的解決方案。隨著一種新興的短距離、低速率無線網絡技術ZigBee技術的興起，基于ZigBee技術的本地無線自動抄表系統成為了一個熱點。本文主要介紹了一款基于ZigBee技術無線模塊的設計及其在ZigBee無線自動抄表系統中的應用。

1 ZigBee技術的特點

ZigBee無線技術的特點是低耗電、低成本、低數據速率、短距離、通信可靠性高。它的網絡拓撲主要支持3種自組織無線網絡類型，即星型結構(Star)、網狀結構(Mesh)和樹型結構(Cluster Tree)，特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。這使ZigBee技術在低耗電、低成本、低數據速率、可靠性強的無線抄表系統中發揮巨大的作用。

2 ZigBee無線模塊的設計

本文設計的ZigBee無線模塊采用導軌式安裝的安裝方式，可以方便地安裝在35mm的標準導軌上，這使模塊能靈活的安裝在各類配電箱、配電柜中。其外觀側視圖如圖1所示。ZigBee無線模塊的技術指標如表1所示。

表1 ZigBee無線模塊的技術指標

 

ZIGBEE采集器

ZIGBEE網絡終端

無線

頻率范圍

2.41GHz~2.48GHz

RF信道

16

接收靈敏度

-94dbm

發射功率

-27dbm~25dbm

天 線

外置SMA天線

網絡拓撲

網狀

尋址方式

IEEE802.15.4/ZIGBEE標準地址

網絡容量

最大255個節點

通信接口

通信接口

RS485

工業以太網

波特率

9600bps（默認）、4800bps、2400bps、1200bps可選；

篇(2)

關鍵詞：AMR，CAN，總線，電力集中抄表系統，ARM，LPC2294

 

引言

隨著計算機技術和通信技術的迅速發展，將眾多的計量點數據進行采集、傳輸、處理已經成為現實。自動抄表（the Automatic Meter Reading）技術，簡稱AMR，得益于八十年代的計算機技術，正成為抄表技術的發展趨勢。

1 電力集中抄表系統的構成

本文提出的電力集中抄表系統采用三層體系結構如圖1所示：第一層是主站服務器，其主要作用是負責存儲多功能電表的數據、實現對儀表的遠程監控、遠程控制等功能。服務器安裝在客戶服務中心的抄表主站通過GPRS/GSM來查收各個多功能電表的相關數據和參數。第二層是集中器，集中器通過GPRS/GSM與主站服務器相連，通過CAN總線與第三層的采集終端相連。主要有兩項任務：一是完成與采集器的數據通信工作，向采集器下達電量數據凍結命令，定時循環接收采集器的電量數據，或根據系統要求接收某個電表或某組電表的數據。另外的任務就是根據系統要求完成與主站服務器的通信，將用戶用電數據等主站需要的信息傳送到主站數據庫中。第三層是采集器。在采集器中嵌入了各種標準通信規約，可實現對各種各樣電表的采集。采集器可同時采集、存儲64塊電表的數據，采集器除了完成電表的電量數據采集工作以外，還要根據系統的要求完成與集中器之間的數據通信，將需要傳送的電量數據送到集中器中。系統信道包括GPRS/GSM 無線通信、CAN 總線。主站服務器與集中器之間的GPRS/GSM 無線通信，集中器與采集器之間采用CAN 總線通信。通過GPRS/GSM無線通信，能夠及時、方便地進行系統的遠程信息傳輸，與主站服務器實現信息交換；每臺集中器通過CAN總線，可以管理最多110 個采集器(CAN 節點)。

圖1 基于ARM 的CAN 總線的電力集中抄表系統示意圖

2 CAN 總線通信系統設計

2.1 CAN 總線簡介

CAN(ControllerArea Network)即控制器局域網，CAN總線是國際上應用最廣泛的現場總線之一。它最早是由德國Bosch公司推出的，CAN通信協議是一種用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信協議。作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網絡通訊控制方式，CAN總線已被廣泛應用于各個自動化控制系統中。論文參考網。例如，在汽車電子、自動控制、智能大廈、電子系統、安防監控等各領域中，CAN總線具有不可比擬的優越性。本設計給出CAN總線節點方案。它采用內置多路CAN總線控制器LPC2294作為主控制器，使得該節點體積小、功耗低、抗干擾性好，因而特別適用于汽車、工業控制以及醫療系統和容錯維護總線中。

2.2 CAN節點硬件電路組成

CAN節點硬件電路如圖2所示，由ARM微控制器LPC2294、CAN總線收發器TJA1050T、高速光耦6N137和電源隔離模塊B0505S等組成。

圖2 CAN節點硬件電路原理框圖

(1)控制器特點

本設計選用的LPC2294是PHILIPS公司新推出的一款功能強大的超低功耗的具有ARM7TDMI內核的32位微控制器。論文參考網。論文參考網。144腳封裝、兩個32位定時器、八路10位ADC、四路CAN通道和PWM通道以及多達九個的外部中斷，內部嵌入256K字節高速Flash存儲器和16K字節靜態RAM，包含76（使用了外部存儲器）～112（單片）個GPIO口。如此豐富的片上資源完全可以滿足一般的工業控制的需要，同時還可以減少系統硬件設計的復雜度。另外，LPC2294支持JTAG實時仿真和跟蹤、128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，使32位代碼能夠在高達60MHz的操作頻率下運行。LPC2294內部集成有四路CAN控制器：符合CAN規范CAN2.0B,ISO 11989-1標準：總線數據波特度均可達1Mbps；可訪問32位的寄存器和RAM；全局驗收過濾器可識別幾乎所有總線的11位和29位Rx標識符；驗收過濾器為選擇的標準標識符提供了FullCAN-style自動接收功能。作為本設計的核心部件，LPC2294不僅擔起主控制器的作用，同時還作為CAN網絡的節點控制器，與網絡中的其它節點實現數據傳輸與交換。

(2)收發器特點

收發器TJA1050T是CAN協議控制器和物理總線之間的接口，它與“ISO 11898”標準完全兼容。CANH和CANL理想配合，可使電磁輻射減到更低。除此之外，TJA1050T不上電時，總線呈現無源特性，這使得TJA1050T在性能上大大優于以前的CAN總線收發器。TJA1050T有兩種工作模式：高速模式和靜音模式（它們由引腳“S”來控制）。在高速模式中，總線輸出信號有固定的斜率，并且以盡量快的速度切換。高速模式適用于最大位速度和最大總線長度的情況，而且此時其收發器循環延遲最小。靜音模式時發送器是禁能的。它不管TxD的輸入信號。靜音模式可以防止CAN控制器不受控制時對網絡通訊造成堵塞。

3 CAN 總線通信系統軟件設計

對于LPC2294微處理器來說，CAN控制器完全是基于事件觸發的，即在本身狀態發生改變時，CAN控制器會把狀態變化的結果告訴微處理器。因此中心微處理器可以采用中斷的方式或者輪詢的方式對CAN控制器做出相應的處理。各CAN節點按規定格式和周期發送數據到總線上，同時根據需要各取所需報文。對于接收數據，本系統采用中斷的方式實現，一旦中斷發生，即將接收的數據裝載到相應的報文寄存器中。此時利用屏蔽濾波寄存器對接收報文的標識符和預先在接收緩沖器初始化時設定的標識符進行有選擇地逐位比較，只有標識符匹配的報文才能進入接收緩沖器，那些不符合要求的報文將被屏蔽于接收緩沖器外，從而減輕CPU處理報文的負擔。

3.1 CAN 控制器初始化

初始化CAN控制器的操作包括：硬件使能、軟件復位、設置報警界限、設置總線波特率、設置中斷工作方式、設置驗收濾波器工作方式、設置工作模式并啟動CAN等。初始化程序如下：

HwEnCAN(CanNum)；//硬件使能，CanNum=0～3，指四路CAN控制器

SofiRstCAN(CanNum)；//軟件復位寄存器

CANEWL(CanNum).Bits.EWL_BIT=USE_EWL_CAN[CanNum]；//設錯誤警告界限

CANBTR(CanNum).Word=USE_BTR CAN[CanNum]；//初始化波特率

VICDefVectAddr=(UINT32)CANIntPrg；//初始化中斷為非向量中斷

VICIntEnable |=(1<<19)|(1<<(20+CanNum))|(1<<(26+CanNum))；

CANIER(CanNum)．Word= USE_INT_CAN[CanNum]；

CANAFMR.Bits.AccBP_ BIT=1；//配置驗收濾波器(旁路狀態，即屏蔽驗收濾波器)

CANMOD(CanNum).Bits.TPM_BIT=USE_TPMCAN[CanNum]；//初始化工作模式

CANMOD(CanNum).Bits.LOM_BIT=USE_MOD_CAN[CanNum];

SoftEnCAN(CanNum)；//啟動CAN

3.2 數據發送

將待發送的數據打包成符合CAN協議的幀格式后，便可寫入發送緩沖區，并啟動發送。在寫發送緩沖區前必須查詢其狀態。LPC2294中的每個CAN控制器有三個發送緩沖區，它們的狀態可通過查詢CANSR得知。只有當其中有空閑的發送緩沖區時才可將數據寫入。在發送大量數據時，這一步顯得尤其重要，否則發送可靠性將不能保證。啟動發送成功后，只能通過查詢CANGSR的TCS位或配合發送成功中斷來判斷數據是否發送成功。

3.3 數據接收

接收數據可采用查詢方式或中斷方式。在某一段時間內，CAN總線并不總是在活動，為了提高效率，可采用中斷方式。在初始化程序中必須使能接收中斷。在中斷服務子程序中，讀取CANICR，判斷是否有接收中斷標志，有則讀取接收緩沖區數據。為了防止接收緩沖區數據溢出，可開辟一個循環接收數據隊列來暫時存儲數據，主程序則通過查詢該隊列來獲得總線數據。

4 總結

基于ARM 的CAN 總線的電力集中抄表系統的數據通信具有很強的實時性、可靠性和抗干擾性，該系統的樣機正在進行掛網測試，以期通過研究和改進，進一步提高程序的通信處理、糾錯和容錯能力。

參考文獻

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[3]吳明輝.基于ARM的嵌入式系統開發及應用.北京：人民郵電出版社，2004.

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[5]CAN Specification Version 2.0, Part A and B, Philips Semiconductors,1992.

篇(3)

關鍵詞：藍牙 遠紅外 智能手機 Android 抄表

中圖分類號：TN929.53 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0091-03

1、引言

目前，在我國的電力、燃氣、自來水行業，大部分仍然采用無線遠程集抄和手持抄表機的人工抄表模式，隨著手機設備和通訊技術的不斷發展，近幾年國內出現了手機抄表系統，一般基于WINCE操作系統，這種手機抄表系統實際上是人工抄表、手工錄入到手機中、再通過GPRS上傳到主臺系統，這種方式實現抄表的系統是純軟件的系統，并沒有實現真正意義上的硬件自動抄表。本研究提供一種用于電能表的智能手機藍牙紅外抄表的系統方法，該方法使用現有市面上普通的智能手機實現對電能表的抄讀和設置，消除了必須用專用手抄器設備才能對表計進行抄讀和設置的傳統觀念；同時開發出的手機軟件能夠在各種相同手機操作系統的手機上使用。能為電力企業帶來最直接的效果降低企業的經營成本，而且方便簡潔，不僅從界面美觀上，還從易用性方面都大大高于原有的手持掌機。

2、藍牙通信介紹

藍牙（Bluetooth）是由東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞于1998年5月共同提出的近距離無線數字通信的技術標準。它最初的目標是取有的掌上電腦、移動電話等各種數字設備上的有結電纜連接，實現最高數據傳輸速度1Mb/s（有效傳輸速度為721kb/s）、最大傳輸距離為10米，用戶不必經過申請便可利用2.4GHz的ISM（工業、科學、醫學）頻帶，在其上設立79個帶寬為1MHz的信道，用每秒鐘切換1600次的頻率、滾齒方式的頻譜擴散技術來實現電波的收發。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信。

自從1998年由以上公司共同提出藍牙通信標準以后，各大公司都加大了對藍牙的投資力度，藍牙興趣小組不斷壯大，通過藍牙認證的產品也越來越多，各類測試設備也日趨成熟。從目前的應用來看，藍牙的最大優點是體積小、功率低、無線、低成本和自動化，還可通過其他方式無線纜傳輸數據，包括“紅外線通信”，因此其應用已不局限于計算機外設，幾乎可以被集成到任何數字設備中。

3、紅外線通信介紹

紅外線是波長在750nm至1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合應用在需要短距離無線通訊的場合，進行點對點的直線數據傳輸

表計紅外是以傳統紅外通信的原理制作的，利用波長為900nm～1000nm的紅外波作為信息的載體,發射裝置把二進制信號經過38.4KHZ高頻調制后發送出去，接收裝置把接收的紅外高頻信號進行解調為原來信息的一種通信傳輸方式。其中調制方式是為脈時調制（通過改變脈沖串之間時間間隔調制信號PPM）。

4、智能手機Android操作系統

目前，智能手機主要有五大操作系統，分別為：諾基亞的Symbian平臺、微軟的Windows Mobile平臺、Linux平臺、谷歌的Android平臺，以及蘋果iPhone的Mac平臺。2008年6月諾基亞收購了Symbian之后，手機廠商、芯片廠商、運營商都將目標鎖定在開源操作系統，手機操作平臺之間的競爭也愈演愈烈。

Symbian不開放核心代碼，Linux由計算機的Linux操作系統演變而來，開放源代碼，但有一些先天不足，iPhone應用程序要經過蘋果的批準才可以在應用商店中銷售，微軟的Windows Mobile操作系統要收取手機廠商8-15美元的軟件使用費，而且還有一個致命的缺陷，就是運行速度和人性化操作都不理想。

谷歌的Android手機操作系統是基于Linux的開源手機平臺，由操作系統、中間件、用戶界面、應用軟件組成，是第一個完全定制、免費、開放的手機平臺，使用Java語言開發且支持多種硬件設備。Android 平臺在系統框架上采用獨到設計，在整體規劃上考量了相當廣的層面，系統開發建構,個人/第三方開發軟件，從系統平臺到實際應用都開放。在第三方軟件開發方面，Android 計劃除了制定系統架構外，還針對這個平臺提供了完善的軟件開發工具與環境，在IDE上采用了開放式開發平臺Eclipse，在該IDE上建構了Android專屬的plugin。另外還以自由軟件QEMU為基礎提供了Android平臺專屬的Emulator，讓個人/第三方軟件商迅速開發軟件，無需依靠實際硬件開發軟件。

5、方案詳述

本論文提供一種用于電能表的智能手機藍牙紅外抄表的系統方法，該方法使用現有市面上普通的Android智能手機實現對電能表的抄讀和設置。

本方案提供的這種用于電能表的智能手機藍牙紅外抄表方法，包括藍牙轉紅外模塊、智能手機抄表單元兩個部分。其中藍牙轉紅外模塊由藍牙轉串口、然后串口轉紅外組成，波特率可根據電能表情況進行調節；智能手機抄表單元采用手機智能操作系統，與藍牙轉紅外模塊間采用藍牙進行通訊，共同完成對電能表的抄讀和設置。本發明能替代原有的手持抄表單元。

5.1 智能手機抄表單元完成對電能表的抄讀和設置過程

(1)由智能手機抄表單元根據抄讀或設置內容組織數據幀；(2)智能手機抄表單元將組織好的數據幀通過藍牙通道發送給藍牙轉紅外模塊；(3)藍牙轉紅外模塊將接收過來的數據按照電能表的波特率以紅外方式發送給電能表；(4)電能表接收到藍牙轉紅外模塊傳過來的數據，進行處理后返回數據幀通過紅外發送給藍牙轉紅外模塊；(5)藍牙轉紅外模塊將電能表返回的數據幀通過藍牙轉發給智能手機抄表單元進行處理。

5.2 技術方案圖

5.3 藍牙轉紅外模塊

藍牙轉紅外模塊是電能表與智能手機之間的通信橋梁，能夠將智能手機傳過來的藍牙信號轉換為電能表識別的紅外信號，同時也能將電能表傳過來的紅外信號轉換為智能手機能識別的藍牙信號。

該模塊采用藍牙轉串口，再由串口轉紅外的方法，其串口波特率可以根據電能表的需求情況通過AT命令進行修改。該模塊為手機抄讀和設置電能表的關鍵設備。

藍牙轉紅外模塊，包括弱電主供電回路、藍牙模塊電路、紅外接收電路、紅外發送電路。

模塊功能圖如下：

紅外發送電路和紅外接收電路完成與電能表之間的信息交互，通過紅外信號對電能表進行645等多種協議操作。

藍牙模塊電路為本模塊的核心，它提供對外的藍牙連接通道，支持藍牙串行協議(Bluetooth Serial Port Profile)服務，完成將藍牙信息轉換為串口信息。該模塊可以通過AT命令實現對串口參數（波特率、校驗位、停止位）、藍牙主被方式、連接密碼等進行設置。

藍牙模塊電路采用BTM0704C2P藍牙內嵌模塊，有效距離為10米，實現協議包括LM、LC、L2cap、SDP、RFCOMM，支持藍牙串行協議(Bluetooth Serial Port Profile)服務，兼容藍牙 2.1+EDR 規范。該模塊可以通過AT命令實現對串口參數（波特率、校驗位、停止位）、藍牙主被方式、連接密碼等進行設置。

弱電主供電回路提供給藍牙模塊電路、紅外接收電路和紅外發送電路所需要的弱電供電，弱電主供電回路中的電源管理芯片采用的是超低功耗DC-DC芯片S-812C33BMC，使之產生3.3V電壓給系統供電。紅外發送調制時鐘采用74HC00和電阻電容組成的38KHz振蕩電路。紅外接收頭采用HM338/IRM38BL接收管，紅外發送管采用AT203。

5.4 手機抄表軟件說明

手機抄表單元就是安裝了手機抄表軟件程序的智能手機，手機抄表軟件采用Android系統進行研發，軟件包括三個大的功能：建立通信通道、表計抄讀和設置、數據后期處理。

目前智能手機基本上都帶有藍牙功能，手機抄表軟件首先開啟藍牙、使用手機自帶的藍牙功能與藍牙轉串口模塊完成藍牙配對，這樣就建立了與藍牙轉串口模塊的通訊通道，然后根據表計的協議生成不同的指令流、將指令流下發到藍牙轉串口模塊并接收返回的數據流，最后軟件還可以對抄讀和設置日志數據進行查詢統計或者上傳到服務器等。

5.4.1 手機抄表軟件功能圖如下：

5.4.2 手機抄表軟件使用說明

(1)連接藍牙。選擇連接藍牙圖標，在彈出窗口中掃描藍牙設備，并進行連接。

(2)抄讀。首先選擇抄讀方案，手工輸入表地址或者自動識別表地址，點擊方案中的一項或按方案自動抄讀。

(3)查詢。點擊抄讀查詢或設置查詢可以查詢設置的內容或查詢的內容。

(4)數據上傳。點擊數據上傳圖標上傳抄讀和設置數據。

6、結語

由于采取通用的智能手機平臺，不依賴硬件設備，不需要定制產品，只要是采用相同的手機操作系統程序代碼就可以通用；

只需要額外加一個藍牙轉串口模塊就可以實現對電能表的抄讀和設置，而且該模塊不依賴手機產品，也是一個很通用化的產品；

智能手機平臺在編程工具方面都具有很好的擴展性，故本發明在功能上擴展性強；智能手機平臺在通信通道上有較強的延伸性，故能夠依靠本特點搭建很好的解決方案，如和主臺系統進行數據通信等。

參考文獻

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[4]宋俊德，藍牙核心技術.機械工業出版社，2001.9.

篇(4)

PLC接入設備分局段設備和用戶端PLC調制解調器。局段負責與內部PLC調制解調器的通信和與外部網絡連接。在通信時來自用戶的數據進入調制解調器后，通過用戶配電線路傳輸到局端設備，局端設備將信號解調出來，再轉到外部的Internet。該技術不需要重新布線，在現有低壓配電線路上實現數據、語音、和視頻業務的承載。終端用戶只需插上電源插座即可實現因特網接入，電視接收、打電話等。同樣電力線通信技術也可應用于其他相關領域，對于重要場所的監控和保護，一直需要投入大量的人力和財力，現在只需利用電源線，用極低的代價更新原有監控設備即可實現實時遠程監控。目前電力系統抄表,基本上主要依靠人工抄表完成。人工抄表的準確性、同步性難以保證。同時由于抄表地點分散，表記數量眾多，所以抄表的工作量巨大。基于電力線路載波(PLC)通信方式的自動抄表裝置，由于不需要重鋪設通信信道，節省了施工及線路費用,成為現代電力通訊的首選方式，使得抄表的工作量大大減少。近年來居民小區及大樓朝智能化發展，現在的智能化建筑已經實現了5A。但是這些不同的系統自動化需要不同的網絡支持；給建設和維護網絡系統帶來了巨大的壓力。借助電力線通信技術，無論是監控、消防、樓宇還是辦公或者通信自動化都可以利用電力線實現，便于管理和擴展。

電力線通信主要優勢：

電力線通信有無可比擬的網絡覆蓋優勢，我國擁有全世界排名第二的電力輸電線路，擁有用電用戶超過10億，居民家里誰都離不開電力線；顯然連接這10億用戶的既存電力線是提供上網服務的巨大物質基礎。在廣闊的農村地區，特別是那些電話網絡不太發達的地區，PLC更有用武之地，畢竟電力網規模之大是任何網都不可比擬的。雖然這些地區上網短期需求量并不大，市場發展成熟較慢，但會存在電力線上網先入為主的局面，對PLC的長遠發展和擴展非常有利。

電力線通信可充分利用現有低壓配電網絡基礎設施，不需要任何新的線路鋪設，隨意接入，簡單方便的安裝設備及使用方式，節約了資源和費用，無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物和公共設施的破壞，同時也節省了人力，共享互聯網絡連接，高通訊速率可達141Mbps（將未通過升級設備可達200Mbps）。PLC調制解調器放置在用戶家中，局端設備放置在樓宇配電室內，隨著上游芯片廠商14M產品技術相對成熟。PLC設備整體投入不斷下降，據調查當前14M的PLCModem產品其成本已降到普通的ADSL接入貓相仿的水平，而局端設備則更便宜。由于一般一個局端拖帶PLC調制解調器的規模為20-30臺，因此隨著用戶的增長，局端設備可以隨時動態增加，這一點對于運營商來說，不必在設備采購初期投入巨大的資金。因此也有寬帶網絡接入最后一公里最具競爭力的解決方案之稱。

電力線通信的缺點

傳輸帶寬的問題。PLC與電話線上網從本質上講并沒有區別，都是利用銅線作為傳輸媒質，銅線上網的最大問題是不能解決傳輸帶寬問題。雖然14M的產品已經成熟，但電力線上網是共享帶寬，若同一地區多個用戶同時上網則數據傳輸速度將會相應降低，如何保證用戶能夠獲得足夠帶寬成為挑戰噪聲安全性問題。由于電力網使用的大多是非屏蔽線，用它來傳輸數據不可避免的會形成電磁輻射，從而會對其它無線通信，如公安部門或軍事部門的通信造成干擾；再次電力線上網存在不穩定的問題，家用電器產生的電磁波對通信產生干擾，時常會發生一些不可預知的錯誤。與信號潔凈特性恒定的Ethernet電纜相比，電力線上接入了很多電器，這些電器任何時候都可以插入或拆開，并機或關閉電源。因而導致電力線的特性不斷變化，影響網速。

衰減問題。與以太網接入或者ADSL接入不同，盡管PLC接入可以選擇家庭內任意電力插座聯接到Internet，但是就目前而言，由于衰減因素仍然存在，不同接入點的帶寬是不一樣的，如果家庭比較大，那么在最遠處接入，帶寬衰減將非常明顯。其次大部分情況下，PLC數據需要通過電表傳輸，帶寬往往在這里產生非常大的衰減，這成為PLC的技術瓶頸之一，有專家表示主要問題在于電表的設計，而不是PLC自身的技術因素，但由于電表是既有產品，不可能對其大規模換用，所以只能通過PLC產品自身技術來克服PLC衰減問題。

目前我國在沈陽及北京多個小區開通了多個PLC接入試驗網絡，主要以2M和14M帶寬接入為主。由于法律、服務、技術指標等影響，還沒有大規模的商用PLC系統投入使用。隨著科技的進一步發展，相關技術將逐步得到有效解決。最近國電科技推出的200Mb/sPLC接入方案具有布線簡單，電磁輻射低，價格便宜等優點，在接入帶寬及穩定性方面有了重大突破，具有強大的市場競爭力和廣泛的市場前景。電力線通信技術畢將得到廣泛應用發展。

篇(5)

關鍵詞：智能電表;抄核收效率;用電信息采集 

中圖分類號：TM933     文獻標識碼：A      文章編號：1006-8937（2015）36-0077-02 

1  智能電表介紹及主要用途 

 智能電表是在原電子式電表的基礎上開發面世的新產品，它主要由電子元器件構成，其工作原理是先通過對用電客戶供電電流和電壓的實時采樣，采用專用電能表集成電路，對采樣電流和電壓信號進行處理，并轉換為與電能成正比的脈沖輸出，最后再通過計算機軟件進行處理和控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。 

 由于智能電表采用了電子表技術，可以通過相關通信協議與計算機進行聯網，通過編程軟件實現對其硬件的控制管理。因此智能電表不僅有外觀體積小的特點，還具有遠傳控制（遠程斷送電、遠程抄表）、復費率、預付費用電、識別惡性負載、反竊電等功能，并且可通過對控制軟件中不同參數的修改，來滿足對控制功能的不同要求，而這些功能對于過去傳統的感應式電表來說，都是很難或不可能實現的。 

2  國網池州供電公司智能電表的安裝使用現狀 

 目前，根據智能電網建設的要求，全國范圍內正大力推廣智能電表的應用，國網池州供電公司自2010年開始推廣并安裝普及智能電表，投入了大量的人力、物力、資金。 

截至2014年，智能電表安裝應用率100%，用電信息采集覆蓋率85.93%，用電信息周期采集成功率98.34%。 

目前，已實現的智能電表的用途包括：遠程抄表、遠程費控、用電異常、計量異常在線監測、反竊電。 

3  智能電表應用成效 

3.1  抄核收效率大幅提升 

 據統計，截至2014年，公司直供客戶約18.4萬戶，較2011年新增4.4萬戶，抄核收效率由1 871戶/人提升至2 486戶/人，遠程自動抄核算用戶比例由56.84%提升至99.41%。 

所轄貴池、青陽、東至、石臺四個縣公司自安裝智能電表以來，在抄核收人員減少60余人的情況下，抄核收效率大幅提升，最高的東至公司達到了1555戶/人，遠程自動抄核算用戶比例平均為99.41%。 

3.2  違約用電、反竊電查處成效明顯 

  相對于傳統的感應式電表外形設計，目前的智能電表均采用了接線端子內置的設置方法，即把接線端子封閉在整個表殼內，并對外殼結構進行了加強，使電表難以被打開，或打開表后有明顯痕跡，并留有永久性記錄。 

同時，新電表采用了屏蔽和抗干擾性強的電子元件，具備異常接線檢測能力。因此目前智能電表除具備了傳統電能表基本用電量的計量功能外，還具備反反向竊電、強磁場竊電、火線短路竊電等多種反竊電功能，在一定程度上杜絕了漏電、偷電的現象。 

 按照國網安徽省電力公司《反竊電專項行動實施方案》和開展采集系統異常數據專項清理工作的通知要求，國網池州供電公司利用計量異常在線監測系統對計量異常、用電異常等情況進行周管控，每日實時對發現的異常數據進行判斷、現場檢查和處理反饋，截至2014年底，共處理表需量超變壓器容量、負荷超變壓器容量、電壓斷缺相、電流失流、高供高計B相異常、電能表開蓋、反向有功示值大于0、電能表倒走類Ⅰ級異常數據就達2 500余條。 

3.3  用電信息采集系統應用不斷深化 

  隨著用電管理水平的不斷提高，改變以往陳舊的人工抄表方式，從根本上解決抄表誤抄、估抄、漏抄、不到位等現象以及抄表數據不同時、不準時、不準確、報表周期長、統計數據慢等缺點，建成可覆蓋全部用戶、支持全面電費控制、實現全部用戶信息采集的用電信息采集系統更顯迫在眉睫。 

國網池州供電公司按照統一領導、統一規劃、統一標準、統一組織實施的原則，制定了市縣公司用電信息采集系統建設方案并實施，不斷加快用電采集系統建設力度，進一步拓展用電采集系統應用范圍，安裝采集裝置用戶總數、主站成功采集用戶總數、用電信息采集覆蓋率、用電信息周期采集成功率和日均采集成功率均持續提升。 

3.4  營銷各項管理指標穩步提升 

 隨著智能電表的大量普及和用電信息采集系統的深化應用，抄表收費等越來越多的工作將由電腦代替，抄表人員逐漸不需到現場進行抄表，有效減少了人員、車輛等方面的投資，也減少了人員誤抄、估抄、漏抄等不良習慣的發生，電能表實抄率、抄表準時率、自動化抄表結算率等營銷服務指標逐年提升。 

 同時，國網池州供電公司將抄表人員的工作重心逐步轉移到催費上，深化應用居民無停電催費的特有工作模式，強化柔性催費，保證公司電費的顆粒歸倉。制定了《低壓客戶停送電管理制度》，實行欠費停電申請批準制度，利用遠程停復電功能對欠費停電客戶進行流程跟蹤和管控，保證客戶在繳清電費后規定時限內最快速度恢復供電，減少客戶不良情緒和投訴的發生。 

4  智能電表推廣使用中遇到的問題　4.1  部分用戶的擔憂或過激行為 

 部分用戶對智能電表的用途和計量準確性存在擔憂或過激行為。智能電表是為實現國家智能電網而推出的一種新計量設備，具有電價實時查詢、智能扣費、電量記憶、高精度計量、信息遠程傳送、余額報警、凍結抄表時間等功能特性，不僅能最大限度避免人為錯誤，而且可有效防止竊電行為。理論上說，智能電表確實能降低用戶的電力開支，使電力消費更趨于合理，但由于電表偶爾出現技術缺陷，加上大多數情況下用戶缺少智能電表使用常識，導致智能電表目前并不能主動幫助節省家庭用電量，讓人們產生了一種“電費漲了”的假象，使部分用戶對智能電表的推廣滋生了誤解和阻撓。 

4.2  設備質量參差不齊 

目前使用的智能電表及相關采集配套設備是由多家廠家供應，產品質量參差不齊，一定程度上，間接影響了智能電表準確計量的可信度。因此，智能電網或高級量測體系的發展對智能電能表提出了更高的要求，這符合當今時展的趨勢，也對智能電能表的智能效應產生深遠影響。那么既然是智能電能表，其細節也應該同步展現智能化，而現有的處理數據、檢測方式、設計模塊、接口類型均不足以滿足對未來智能電能表的推廣需求。這就要求未來的智能電能表，無論從外觀設計，還是使用，或者是功能上均應具備智能化、信息化等特征，以便為智能電能表的推廣普及提供更加便捷的途徑。 

4.3  采集設備頻點不一 

縣公司采集設備存在多個頻點，頻點的不統一對縣公司用電信息采集系統的集中管理和運行維護帶來很大不便，同時也帶來設備之間的互不兼容，一旦發生故障或緊急情況，難以快速有效地處理。 

4.4  智能電表的部分功能未充分發揮作用 

由于智能表本身及通道、集中器、主站等技術原因和地域特征的局限性，使采集計算獲得的線損數據不夠準確，起不到分析監測臺區線損的作用。受經濟結構調整影響，部分行業產能過剩嚴重，一些高耗能、高污染以及工藝落后企業整頓力度較大，隨時有可能關停，使預購電的推廣存在較大阻力。 

5  應對措施 

5.1  繼續加強對智能電表應用及用電信息采集系統的宣      傳力度 

 智能電表并不是一安裝上去就能見效的節能工具，在目前階段，它發揮的作用是幫助用戶改變以往生活用電習慣，優化用電方式，應該說它更像是用一種精確的方式來提醒消費者隨時注意電能消耗。 

與傳統電表相比，智能電表更加敏感，任何細微的電流都會被記錄，更精確分辨出消費者用電的時間區間，在實行階梯電價的今天，高峰時段用電跟閑暇時段用電其價格相差一倍多。由于智能電表可隨時顯示消費者用電情況，消費者可利用用電“峰谷”時段，在用電高峰期減少家庭用電量，并將一些大功率電氣設備的使用時間安排在“谷底”時段。 

因此，讓更多的人“智能”的用電才是智能電表的功能所在，實現用電客戶明白消費、誠信消費，做到用相同的電花最少的錢。 

5.2  加快推進用電信息采集系統的建設與應用 

 “全覆蓋、全采集、全費控”是用電信息采集系統的建設目標，此系統的建設是借助現代化技術手段，更好的為營銷業務提供數據支持， 同時為電網安全運行提供必要的保障。加強在線監控、反竊電查處、負荷控制、遠程費控、預付費、臺區線損統計等功能應用，加大縣公司自動抄表結算比重，加強采集數據質量管控，開展縣公司建設運行指標常態評價。 

5.3  利用智能電表降低電費回收風險 

 繼續深化“抄表自動化、核算智能化、回收費控化、交費多元化、賬務實時化、服務互動化”的營銷抄核收新模式。認真分析產業結構調整、經濟政策變化等因素對電費回收的影響，加大電費收費過程管控，繼續推行居民無停電催費模式，推動預購電在商業用戶及縣公  本文由wWw.DyLw.NeT提供，第一論 文 網專業教育教學論文和以及服務，歡迎光臨dYlw.nET司的應用，全面實現高壓客戶和低壓客戶人工抄表方式向遠程自動抄表轉變。推行低壓商業用戶遠程費控業務應用，確?；厥诊L險可控，全力推廣交費電子化，實現新裝用戶批量代扣，努力提高社會化繳費率。 

 

參考文獻： 

[1] 孫邈.淺析智能電表的概念及應用[J].中國科技縱橫，2013，（21）. 

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關鍵詞 微功率無線 智能抄表 無線自組網

中圖分類號：f626文獻標識碼： A

0、引言

智能電網的核心在于，構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種功能統一入網和分布式管理的智能化網絡系統，采用最經濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現對電能的最優配置與利用，提高電網運營的可靠性和能源利用效率。與以往AMR系統相比，AMI系統的發展對AMI系統的組網和通信能力提出了更高的要求。為了實現上述目標，一個能滿足上述要求的本地通信網絡是關鍵。

1、本地通信網絡技術方案

綜合評估現在市場上現有的本地通信網絡的技術方案如下：

類型 支持速率 路由深度 工程難度 擴展狀態 成本估算

無線 10kbps 8 安裝簡易 雙向實時，支持互動 適中

窄帶載波

寬帶載波 200Mbps 無 無法覆蓋散點 隨用電負載變化，可支持實時互動 較高

RS485 9600bps 無 穿線困難 雙向實時，支持互動 高

我們可以從用戶需求以及整體方案等方面做進一步分析，并做出載波與無線兩大類本地通信網絡技術的對比，顯示微功率無線通信的技術優勢所在：

（1）能全面覆蓋、全面實施預付費等增值功能。低壓PLC通信網絡的可靠性僅能勉強滿足周期性抄表的要求，但完成實時性要求高的增值服務卻很困難，而微功率無線通信網絡的通信更可靠而且速率更快，因此單次抄表成功率更高，實時性更好。

（2）大規模實施能源信息采集系統時，應用環境非常復雜。對于低壓PLC而言，電網的信號衰減、阻抗的時變性、干擾源多且強，會嚴重影響電力線載波通信的性能。而微功率無線通信能采用無線自組網的方式來保證通信環境的自適應能力。

（3）未來若干年的通信可靠性是AMI實施風險重點考慮的方面。對于低壓PLC而言，當設備安裝完畢，其所采用的載波技術就固化了，但電網的污染會向前發展，而過分規管和治理低壓電力線上干擾數據通信的因素可能會不合理和不經濟。對于微功率無線網絡而言，現場運行的同頻段的各種無線信號的傳播范圍較小，再加上調頻等頻率自適應機制，能避免單頻點工作，從目前使用的效果來看，微功率無線網絡作為下一代無線抄表技術已得到確認。

2、微功率無線抄表

與其他通信技術比較而言，微功率無線抄表的成功應用需要注意三個核心問題：一是低成本問題，由于無線自動抄表系統涉及到千家萬戶，其本身的成本直接影響用戶的接受程度；其次是低功耗問題，絕大部分用戶側表計都需要以節能為優先，從而影響到網絡通信技術和協議設計；最后是自組網問題，為了保證表計計量數據和控制中心命令及時準確的傳輸，可靠性和自愈能力也是無線自動抄表網絡的重要要求。

在無線通信理論中，簡單的點對點通信很難達到很好的區域覆蓋，自組織MESH網絡是網絡節點能夠根據環境的特征構建自組織成一個關聯的網絡，該網絡能夠實現在覆蓋范圍內電波的非視距的曲線傳播，從而達到一定區域范圍內的通信覆蓋。綜合而言，無線自組網MESH協議才是目前國內微功率無線發展的關鍵領域，該問題也是國內微功率無線設備在標準和應用上進行產業化大規模推廣的主要突破口。

3、無線自組網

洪泛算法是最早、最簡單的無線自組網路由協議。節點以廣播的形式發送消息，接收到消息的節點再以廣播形式轉發數據包給所有的鄰節點，這個過程重復執行，直到數據包到達目的地或者達到預先設定的最大跳數。層次型自組織算法是為無線傳感器網絡設計的低功耗自適應聚類路由算法，主要通過隨機選擇聚類首領、平均分攤中繼通信業務來實現。以數據為中心的自組織算法的主要思想是，通過高層的描述方式―元數據來命名傳感數據。在發送真實的數據之前，傳感器節點廣播采集數據的描述信息元數據，當有相應的請求時，才有目的地發送數據信息。以上算法均在無線傳感器網絡的自組織算法上取得不少進展，但均有不同程度的局限性，這說明無線自組網路由協議方面還有待進一步改進和完善。

圖1 無線網絡

4、微功率無線與國內電網應用的融合

國內對微功率無線通信技術在電網抄表業務上已經應用較多，比較典型的“持卡購電，遠程下發購電信息”的業務模式對本地通信網絡的應用需求可以概括如下：

（1）售電信息交互時效性：具備較高的售電信息交互成功率和及時性，提升客戶享受購電服務的便捷性和可靠性，降低運行維護工作量。

（2）數據采集時效性：具備較高的通信穩定性和成功率，支撐各項業務的正常開展。

（3）安裝調試的可操作性：安裝調試盡量簡單，提升施工可操作性，確保工程質量和進度。

（4）運行過程的易維護性：具備較高的可維護性，減少外界因素的影響，現場排查和故障處理工作技術簡單易操作，降低技術門檻，確保今后運行維護工作的可實施性。

（5）各類環境的普遍適用性：具備對各類低壓臺區，各類建筑結構的普遍適用性。

（6）對臺區線損管理的支撐能力：簡化臺區線損管理，輔助排查臺區電源關系，及時跟蹤臺區電源關系的調整變化。

（7）對終端設備自動管理的支撐能力：支持報警信息、異動信息的主動上報，并能夠輔助系統主站實現對基礎信息的自動化管理。

由上能明確看到，微功率無線通信技術的優勢可以有力支撐業務需求，但也要認識到，該技術在對各類環境的普遍適應等方面還有較多改進的地方，需要對微功率無線設備的頻率自調整和自適應能力進行增強，并開展互聯互通技術研究，提升對電力自動化的技術支持能力。

5、微功率無線的互聯互通

目前國內的微功率無線應用在用電信息采集規模相對較小，現有無線設備運行效果均能基本滿足電力相關業務的需求，而且其應用效果對硬件設備沒有過多依賴，各個廠家產品的組網技術各具特色，具有相互融合統一的條件。從國內供電企業的角度來看，實現互聯互通不僅能保證用電信息采集系統長期運行的可靠性和穩定性，也利于統一安裝調試標準，提升現場工作標準化水平，提高工作效率。在電力資產管理方面，更可以減輕備品壓力，降低庫存，節約維護投入，提升微功率無線設備的利用水平。

為了有效的推進微功率無線設備的互聯互通工作，需要嚴格執行國家無線電管理有關規定，依據國家電網公司用電信息采集和智能電能表技術標準，統一機械性能和電氣性能等技術指標，統一空中幀格式，遵照OSI協議架構，規范物理層、MAC層、網絡層和應用層的功能，實現表端模塊對集中器功能的全兼容，實現頻點自調整和頻率自適應，并建立對應的檢驗測試體系，開展驗證比對。

圖2 微功率無線協議棧分層結構

6、結論

隨著電力事業的發展，科學新技術已不斷的滲透到我們工作的每一個環節，提高了我們的工作效率，增加了公司的效益水平。微功率無線通信在電力集抄方面的應用，支撐了供電企業相應的營業模式，優化了電力系統的營銷流程，節省了勞動力、提高了工作效率，降低了低壓線損率，實現了經濟效益的最大化。但它目前總體上還是一種處于推廣應用的新技術，需要更多的應用實踐，因此加強管理、改進技術、不斷完善是保證微功率無線通信技術繼續向前發展的基礎。

參考文獻：

[1]陳博、徐建政、劉宵、基于Si4432的新型微功率無線抄表系統的設計、中國高等學校電力系統及其自動化專業第二十六屆學術年會暨中國電機工程學會電力系統專業委員會2010年年會，2010。

[2]趙成、楊鳳海、微功率無線抄表技術的研究與應用、第一屆智能化先進測量系統學術研討會議論文集，2010。

篇(7)

關鍵詞：單片機 遠程自動抄表系統 485總線 232總線

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0021-02

1 系統功能描述

遠程抄表系統主要由主站端數據采集計算機、客戶端基于單片機的抄表模塊、具有串行數據通信接口的電能計量儀表三部分組成。客戶端的自動抄表模塊與數據采集計算機通過RS-485串行通信接口相連接，實現數據傳輸。

遠程抄表系統的工作原理是：用戶終端的智能電表通過RS-232協議將數據傳送給抄表終端模塊，抄表終端在收到命令后把存儲的數據信息發送給上級數據采集計算機，這樣就完成了一次數據交換。本次畢業設計主要是研究客戶端基于單片機的電能表遠程抄表系統終端的實現方案和硬件設計。

綜合考慮各種因素之后，將該終端單片機抄表模塊所需實現的主要功能定義如下。

第一，正常情況下采用市電（220 V交流電）供電的方式，即采用交流電源即能維持終端模塊的正常工作；系統具有備用電池供電功能以保證在斷電情況下的供電。

第二，具有數據掉電保護功能，能保存用戶用電電量等信息。

第三，抄表終端與智能電表、遠方數據采集計算機分別通過RS-232和RS-485協議進行通信。

第四，終端模塊具有實時時鐘功能，便于實時測量用戶用電電量。

2 系統分析

應用于遠程自動抄表系統的電能表有脈沖電能表和智能電能表兩類。

脈沖電能表：能夠輸出與轉盤數成正比的脈沖串[1]。

智能電能表：可以通過串行口以編碼方式進行通信，按照智能表的輸出接口通信方式劃分，智能電能表可分為串行通行接口型和低壓配電線載波接口型兩大類[1]。

電能表的兩種輸出接口比較：輸出脈沖方式技術簡單但在傳輸過程中容易發生丟失脈沖或產生多脈沖現象，而且不能重新發送；而具有串行接口輸出方式的智能電表則可以通過相關協議將采集的多項數據進行可靠的遠程傳輸[1]。因而本文中采用的電能表為具有串行通信接口的智能電表。

3 系統硬件電路設計

3.1 系統供電方式設計

由于本模塊的使用現場環境相對特殊，故對于電源的設計必須充分考慮到系統供電的穩定性和可靠性。長期以來單片機系統中使用的集成電路器件絕大多數在5 V或3 V的典型電壓下工作。為了避免采用多電源供電方案帶來的供電模塊設計過于復雜等問題，在設計本單片機系統時所采用的集成器件的典型工作電壓均為5 V。

在本系統中，220 V的單相交流電作為電源輸入，輸出為穩定的+5 V電壓。供電模塊用來實現220～5 V的電壓轉換。設計方案如下：首先220 V的交流電通過防雷抗干擾電路，接著利用220/18 V變壓器降壓，再經過橋式整流電路得到18 V左右直流電壓，再接著通過一系列的隔離濾波進入直流轉換穩壓器件LM2575最終得到系統正常工作所需要的5 V電壓。另外，考慮到現場存在停電的可能性，還應該設計系統的備用電源。備用電源可以采用比較常見的鎳氫電池，當系統正常供電時，電池處于充電狀態，對于充電的管理可以選用比較常用的電源充電管理芯片MAX713來管理備用電池的充電過程。當現場停電時，自動轉為備用電池給抄表終端系統供電[7]。

3.1.1 正常條件下供電電路

系統在正常運行時采用單相交流電源供電方式，提供給單片機穩定的+5 V電源?？梢圆捎玫湫偷膯蜗鄻蚴秸麟娐返玫?8 V直流電壓，后通過直流轉換穩壓器件LM2575轉換得到系統正常工作所需的+5 V電壓。

3.1.2 備用電池充電電路

系統在由外部電源正常供電的同時對備用鎳氫電池進行充電。備用電池充電電路的功能主要由電源充電管理芯片MAX713來完成。MAX713系列是Maxim公司生產的快速充電管理芯片，適合1～16節鎳氫電池或鎳鎘電池的充電。它可以通過簡單的管腳電壓配置進行編程來實現對充電電池數量和最大充電時間的控制。當系統失去外部市電供電電壓以后自動切換為由備用電池供電。

3.2 系統基本電路設計

由抄表系統結構原理圖可知，抄表終端要使用兩個串口分別對上層和下層通信，一個串口用作RS-232，用來和電表進行通信；一個串口用作RS-485，用來和數據采集計算機通信。由于一般的51單片機只有一個串口驅動器，因此主控制器可以直接選用華邦公司的具有兩個串口驅動器的W77E58單片機或者采用一般單串口單片機外加串口擴展芯片例如16C550來擴展出第二個串口[5]。

下面對這兩種方案做簡單的對比。

方案1：采用具有兩個串口驅動器的增強型單片機W77E58。

由于串口驅動器在單片機內部，所以不用外部再增加硬件設備就可以實現雙串口功能，同時這種方案的穩定性好也比較可靠，而且相對于采用單串口單片機外加串口擴展芯片16C550成本要低一些。

方案2：采用具有一個串口驅動器的單片機外加串口擴展芯片16C550。

這種方案是對單片機擴展了一組外部寄存器，硬件投入比方案1多，系統穩定性沒有方案1好。

3.2.1 控制核心W77E58單片機

根據上文所述對單片機功能的要求以及方案的對比，本設計采用華邦公司的雙串口單片機W77E58。W77E58單片機內含2個增強型串口和32 kB大容量Flash存儲器，指令集與51系列單片機完全兼容，非常適合在智能化監控系統中使用[6]。

時鐘振蕩電路是CPU所需要的各種定時控制信號的必備單元，它為單片機提供時鐘脈沖序列。復位電路由22uF的電容和1 k的電阻及IN4148二極管組成。在滿足單片機可靠復位的前提下，該復位電路的優點在于降低復位引腳的對地阻抗，可以顯著增強單片機復位電路的抗干擾能力；二極管可以實現快速釋放電容電量的功能，滿足短時間復位的要求。

3.2.2 W77E58單片機核心電路

單片機的核心電路包括單片機W77E58、單片機系統中常用的地址鎖存器芯片74LS373和存儲器SRAM6264。

由于單片機的I/O引腳有限，實際應用中常采用地址鎖存器進行單片機系統總線的擴展。本設計中地址鎖存器74LS373用來擴展單片機的系統總線，以連接單片機和存儲容量為8kB的片外隨機存儲器SRAM6264。SRAM6264采用+5 V的單電源，所有的輸入端和輸出端都與TTL電路兼容。WE為寫信號，CS為片選信號，OE為輸出允許信號，D0～D7為8位數據線，A0～A12為13根地址線[3，7，8]。

3.3 掉電數據保護功能的實現

在單片機控制系統中，通常要保證一些重要的數據在系統掉電后不丟失，當系統再次上電后能夠正確地讀取這些數據。本設計中就需要實現一些通信數據的掉電保護功能。實現掉電數據保護功能的方法有很多，常用的有系統擴展易失性存儲器（RAM）外加電池的方法和系統擴展非易失性存儲器（ROM）的方法。其中系統擴展非易失性存儲器的方法中常使用EEPROM和FLASH作為存儲介質。EEPROM也稱為可擦除可編程ROM（Electrically Erasable PROM），隨著技術的發展，EEPROM的擦寫速度將不斷加快，容量將不斷提高，將可作為非易失性的RAM使用。由于所設計的系統中需要實現掉電數據保護功能的數據不多，所以選用支持IIC總線數據傳輸協議的串行EEPROM AT24C04作為系統的掉電數據保護介質，它擁有512×8bit的存儲容量，具有結構緊湊、存儲容量大等特點。它的IIC接口簡單、操作方便，特別適合存儲單片機控制系統中一些重要參數[7，11]。

3.3.1 IIC總線簡介

IIC（Inter-Integrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開發的由數據線SDA和時鐘線SCL構成的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其設備。

IIC總線最主要的有點是簡單性和有效性。由于接口直接接在組件之上，因此IIC總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互聯成本。但要注意IIC總線的接口一般為開漏或開集電極輸出，所以在實際電路連接時需要加上拉電阻[5]。

3.3.2 掉電數據保護電路設計

由于所選用的W77E58單片機沒有IIC總線接口，所以我們要用單片機的I/O口模擬IIC總線的時序來實現芯片的讀寫功能。用單片機的普通I/O口模擬IIC總線的硬件連接非常簡單，只需要使用W77E58單片機的P1.0口連接SCL，P1.1口連接SDA即可。

3.4 基于RS-232、RS-485串行通信接口電路設計

在實際應用中，單片機很多時候不是作為一個獨立的控制單元而存在，它還要與其他單元進行通信。串行接口是單片機應用系統常用的通信接口。在實際應用中，單片機系統使用的是TTL電平，單片機中的串口輸出的信號也是如此，但是串行通信中一般使用的是RS-232通信協議，二者的電平并不相同，需要外接接口進行電平匹配。實現這種電平變換可以使用分立元件，也可以采用集成電路芯片，目前較為廣泛的是使用集成電路轉換芯片[7，8]。

由于抄表終端與數據采集計算機的距離較遠，采用RS-232標準進行通信，帶負載能力差、通信范圍小，傳送距離不超過15 m，難以滿足遠距離的數據傳輸和控制。長距離通信通常采用RS-485方式。在單片機系統中加入RS-485方式的串行通信，就可以完成抄表終端與遠程上位數據采集計算機的數據傳送。RS-485總線采用差分信號傳輸，抗干擾能力強，傳輸距離遠。采用雙絞線在100 kbit/s的速率時可以傳送的距離為1.2 km，若速率降到9600 bit/s則傳送距離可達15 km。RS-485可以實現多個負載的功能。用一對線便可連接多達32個不同設備[13]。

RS-232既是電氣標準也是物理標準，而RS-485只是電氣標準，沒有規定現實其電氣特性所必需的物理環境，故可采用RS-232的物理標準。這就為在單片機系統中實現RS-485通信提供了方便。應用時仍使用單片機的串口，但是信號傳遞過程中使用RS-485協議，以達到較長的傳輸距離。本系統中需要使用兩個串行通信接口，一個用來和數據采集計算機通信，一個用來和電表通信，分別采用RS-485和RS-232標準。

參考文獻

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