于基单片机的多功能电表设计--毕业设计.doc

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1、毕业设计（论文）报告题 目 基于单片机的多功能电表设计 系 别 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2013年 4 月无锡科技职业学院毕业设计（论文）基于单片机的多功能电表设计摘要随着物质生活的富裕，很多人搬入城市，电量成为大家生活的1部分。我们以FM3307/8单片机为核心，对8户居民的用电量进行测量，让大家了解什么如何利用单片机来测量电量。8路脉冲输出电能计量芯片AD7755能够把居民的用电量转换为一定数量的脉冲。74HC164串入并出8位移位寄存器和LED显示器能够实时循环显示8户居民的用电量。AT24C16通过I2C总线和单片机连接，单片机将居民的用电量实时写入AT24C16当

2、断电时AT24C16仍能保存数据，再次上电后单片机将其保存的数据读出从而实现掉电保护。电能表通过RS-485总线与抄表集中器相连，接收抄表集中器下达的抄表，或预付费、清零等命令。抄表集中器内有GPRS通信模块，MC5，通过GPRS通信网与中心计算机联系，实现数据的上传或命令的下达。工作时，电压经电阻的分压、电流经电流互感器在取样电阻上取样后，送入专用电能芯片进行处理，并转化为数字信号送到CPU进行计算。由于采用了专用的电能处理芯片，使得电压电流采样分辨率大为提高，且有足够的时间来更加精确的测量电能，从而使电能表的计量准确度有了显著改善。CPU用于分时计费和处理各种输入输出数据，通过串行接口将专

3、用电能芯片的数据读出，并根据预先设定的时段完成分时有功电能计量和最大需量计量功能，根据需要显示各项数据、通过红外或RS485接口进行通讯传输，并完成运行参数的监测，记录存储各种数据。让计算机根据电费不同价格的时间分割点，实现电能表的复费率功能。计算机将用户提前购买的电量写入电能表中，当电量减到0时，控制口P4，动作切断供电。关键词：功率测量、AT89C51单片机、ADE7755、LED显示Electricity automatic controllerAbstract：Along with the material life of the rich, many people move into

4、 the city, as the 1 part of your life. We use FM3307/8 microcontroller as the core of the 8 households electricity consumption measurement, let everyone know what how to use single chip microcomputer to measure the amount of power. 8 pulse output electric energy metering chip AD7755 to the residents

5、 of the electricity into a certain number of pulses. 74HC164 series input and output 8 bit shift register and LED monitor can display real-time circulation of 8 households of electricity. AT24C16 through the I2C bus and the singlechip is connected with the MCU will residents consumption real-time wr

6、ite AT24C16 when power AT24C16 can still save the data once again after power on the MCU will save the data read in order to achieve power-down protection. Electric energy meter through the RS-485 bus and the concentrator is connected to receive the meter reading concentrator reading or prepaid, res

7、et command. Meter reading concentrator has GPRS communication module MC55 to realize data ， the upload or command through GPRS communication network and center computer connection issued.When working, voltage through the resistor divider, a current through the current transformer in the sampling res

8、istance after sampling, into the special power chip for processing, and converted into digital signal is sent to the CPU calculation. Due to the adoption of a special power chip, the voltage and current sampling resolution is improved greatly, and have enough time to more accurate measurement of ele

9、ctric energy metering, so that the electric power meter accuracy has been significantly improved. CPU is used for time-sharing charging and processing a variety of input and output data, the special power chip via the serial interface to read data, and according to the preset time complete the time-

10、sharing active electric energy metering and demand maximum measurement function, according to the need to display the data communication transmission, infrared or RS485 interface, monitoring and operation parameters store all kinds of data, records. Let the computer according to the different price

11、of electricity time division point of the realization of multi-rate function table. Computer users will advance purchase power into electric energy meter when in power to 0 of the control port，P4 action to cut off power supply.Key Words: power measurement、AT89C51 MCU、ADE7755、LED display目录前言1第一章 论述21

12、.1课题的背景及应用范围21.2课题的目的2第二章 脉冲输出的电能计量集成电路32.1 论述32.2工作原理42.3 ADE7755单相表计量芯片 4 第三章 多功能电表的核心74HC164与LED数码显示 83.1. 八位串入、并出移位寄存器74HC16483.2 LED数码管9第四章 AT24C16和单片机连接的中转站I2C总线104.1 I2C总线介绍104.2 I2C总线的系统结构与接口104.3 I2C总线的信号与数据传输11第五章 串行E2PROM芯片AT24CXX135.1 AT24CXX系列的基本功能135.2 AT24CXX的工作原理14第六章 电能表与抄表集中器的纽带RS-

13、485总线176.1 RS-485简介176.2 RS-485电平与TTL电平转换驱动电路19第七章 抄表集中器的核心GPRS通讯技术介绍207.1 GPRS工作原理207.2 GPRS模块主要性能简介21谢辞23参考文献24iii前言电能表，是用来测量电能的仪表，又称电度表，火表，千瓦小时表，指测量各种电学量的仪表。电能可以转换成各种能量。如：通过电炉转换成热能，通过电机转换成机械能，通过电灯转换成光能等。在这些转换中所消耗的电能为有功电能。而记录这种电能的电表为有功电能表。伴随着我国工业化进程的前进步伐，工业及居民用电急剧增加，庞大的供电网络给用电管理单位带来了巨大挑战，也给居民、工厂带来

14、了诸多不便。于是我们便出现了1种新型的电表，多功能电表。所谓多功能电能表是指除计量有功（无功）外还具有分时、测量需量等两种以上的功能，并能显示，存储和输出数据的电能表本课题研究的功能电能表能够让居民可以方便的完成电量缴费，用户对用电量更加清晰明了。第一章 本课题的研究背景1.1课题的背景及应用范围作为测量电能的专用仪表电能表,自诞生至今已有100多年的历史。电能表又俗称电度表或千瓦时表。电能表在电能管理仪器仪表中占有很大比例,它的性能直接影响着电能管理的效率和科学化水平。100多年来随着电力系统及其相关产业的发展以及电能管理系统的不断完善电能表的结构和性能也经历了不断更新、优化的发展过程。 伴

15、随着我国工业化进程的前进步伐，工业及居民用电急剧增加，庞大的供电网络给用电管理单位带来了巨大挑战，也给居民、工厂带来了诸多不便。为此我国在“十二五规划”中提出建设“智能电网”的解决方案，实现电网、计算机网、电信网三网融合。传统的机械式电能表及电子式电能表无论是在计量精度还是在信息传递方面都难以满足“智能电网”的需求，在这种情况下多功能电能表应运而生。多功能电能表是指具有多功能、智能化等功能的新式电表，是智能电网的基本设备之一。多功能电能表能够更精确、更快速的完成对电能的计量任务，而且电表可以通过加密防止用户窃电，安全性更高。本课题研究的功能电能表能够让居民可以方便的完成电量缴费，用户对用电量更

16、加清晰明了。1.2课题的目的 本课题的目的就是设计一个限电自动控制器，使其在允许用电功率范围内能正常用电，超过限定功率即自动停电且发出报警声，并能通过数码管显示当前电流，电压，功率值。解决在生活中因违章使用大功率电器，使电路超负荷供电，从而造成电路老化引起火灾事故。真正确保公寓、学校、宿舍、网吧等用电量相对大的场所的用电安全。第二章 脉冲输出的电能计量集成电路2.1 论述AD7755是一种高准确度电能测量集成电路，其技术指标超过了IEC1306规定的准确度要求。有关IEC1306电能表参考设计方案介绍，请参见ADI公司应用笔记AN559。AD7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其它信

17、号处理都使用数字电路，这使AD7755在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。AD7755的引脚F1和F2以较低频率形式输出有功功率平均值，能直接驱动机电式计度器或与微控制器接口。引脚CF以较高频率形式输出有功功率瞬时值，用于校验或与微控制器接口。AD7755内部包含一个对AVDD电源引脚的监控电路，在AVDD上升到4V之前AD7755一直保持在复位状态。当AVDD降到4V一下AD7755也被复位，此时F1，F2和CF都没有输出。内部相位匹配电路使电压和电流通道的相位始终是匹配的，无论通道1内的高通滤波器HPL，是接通的还是断开的。内部的空载阈值特性保证AD7755在空载时没有潜动

18、。2.2工作原理两个ADC对来自电流和电压传感器的电压信号进行数字化，这两个ADC都是16位二阶模数转换器，过采样速率达900kHz。AD7755的模拟输入结构具有宽动态范围，大大简化了传感器接口可以与传感器直接连接。电流通道中的PGA进一步简化了传感器接口。电流通道中的HPF滤掉电流信号中的直流分量从而消除了由于电压或电流失调所造成的有功功率计算上的误差。2.3ADE7755单相表计量芯片2.3.1 ADE7755单相表计量芯片概述ADE7755是一款适用于单相配电系统的高精度电能计量IC。它可提供基于输电线电压和电流计算的瞬时有功功率和平均有功功率。该器件规范超过IEC61036标准规定的

19、精度要求。ADE7755中使用的唯一模拟电路是ADC和参考电压电路。所有其它信号处理（例如乘法和滤波）都是在数字域实现的。这种信号处理方法可在随环境条件和时间变化的很大范围内提供优异的稳定性和精度。电流通道提供高增益模式,可直接连接低阻值分流电阻器而不损失动态范围。两通道之间的增益校准在器件外部进行调整。ADE7755采用SSOP封装。在各种负载条件下提供低频（F1/F2）和高频（CF）同步输出。ADE7755是一种高准确度电能测量集成电路,其技术指标超过IEC1036 规定的准确度要求。ADE7755只在 ADC 和基准源中使用模拟电路,所有其它信号处（如相乘和滤波）都使用数字电路, 这使A

20、DE7755 在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。ADE7755 引脚 F1 和 F2 以较低频率形式输出有功功率平均值,能直接驱动机电式计度器或与微控制器（MCU）接口。引脚CF 以较高频率形式输出有功功率瞬时值,用于校验或与MCU 接口。ADE7755内部包含一个对 AVDD 电源引脚的监控电路。在 AVDD 上升到 4V 之 前,ADE7755一直保持在复位状态。当AVDD 降到 4V 以下,ADE7755也被复位,此时 F1,F2 和 CF 都没有输出。内部相位匹配电路使电压和电流通道的相位始终是匹配的,无论通道1 内的高通滤波器（HPL）是接通的还是断开的。内部的空载

21、阈值特性保证 ADE7755在空载时没有潜动。 额2.3.2 ADE7755单相表计量原理框图图2-12.3.3AD7755面临的问题及注意事项1，在某些特殊场合的使用过程中,有时会出现AD7755的CF和F1/F2两个输出有不同步现象,这是由于在负载电流小于国际标准IEC1036和国家标GBN7215规定的启动电流时(AD7755的启动电流要小于标准规定的启动电流),AD7755的CF端的工作方式和F1/F2端的工作不完全相同,F1/F2端可能会处于工作和不工作之间,导致两端口输出不完全一致,按标准规定,负载电流小于启动电流,电能表可以不作计量,因此虽然不同步但输出结果都符合国家标准。2，为

22、了使电源的纹波和噪声减小到最低程度,DVDD(数字电源引脚)、AVDD(模拟电源引脚)REFIN/OUT(基准电压输入输出引脚)都应使用10F电容并联100nF瓷介电容进行去耦。3，CF的输出即使在稳定负载条件下仍然随时间变化,这种变化是由于瞬时有功功率信号中的cos2t引起的.CF以高频输出时,对瞬时有功功率进行累加完成频率转换的过程,累加时间较短,减弱了对cos2t的平均作用,部分瞬时功率信号成分通过了数字频率转换器,解决办法是CF的输出频还应该用频率计数器进一步平均,消除纹波。CF用于带微处理器的计量场合,也应平均后再计算功率。4，AD7755是对ESD(静电放电)敏感的器件,在人体和测

23、试设备上的静电荷很容易累计高达4000V,并在没有察觉的情况下被放电,虽然有ESD保护电路,但高能量的放电仍能造成器件的永久性损坏,因此应该采取静电放电预防措。2.3.4 数据处理部分此部分由8253、单片机和LCD显示电路组成.芯片8253内部有3个独立16位计数器,计数频率达2MHz,而AD7755在输入满度交流信号的情况下,CF的最高输出频率为5.57kHz,完全可满足AD7755的计数要求,可通过单片机的控制实现多路测量.内部定时器设定积分时间内对CF输出的脉冲计数,平均功率正比于平均频率:平均功率=脉冲个数/积分时间.一个周期内消耗的电能为:电能=平均功率积分时间=脉冲个数.本文重点

24、分析三相交流电的测量.2三相交流电有三相三线制和三相四线制,三相三线制一般iA+iB+ic=0,其三相有功功率为P=uANiA+uBNiB+uCNiC=uANiA+uBNiB-uCN(iA+iB)=uACiA+uBCiB (4)三相四线制其三相有功功率之和为P=uANiA+uBNiB+uCNiC (5)由式(4),式(5)可知,三相三线制功率输入信号为线电压和相电流,三相四线制为相电压和相电流,我们可在测量原理图的基础上用图4对三相有功功率进行测三线四线制时,直接取3个相电压和3个相电流分送3个AD7755,AD7755输出脉冲送8253,由它的3个独立计数器计量功率脉冲.三相三线制只需接2个

25、AD7755,另一个AD7755没有脉冲输出,对应计数器值为零。图2-2：三相有功功率测量原理示意图2.3.5 AD7755有关电路核心芯片，分流器，分压电路，基本电压源，保护电路，光电耦合器输出电路。图2-3：原理示意图第三章 多功能电表核心74HC164与LED数码显示74HC164是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端，A或B，之一串行输入，任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平

26、，一定不要悬空。时钟 (CLK) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0，Q0 是两个数据输入端，A和B，的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 ( MR_) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。 3.1 特性 门控串行数据输入，异步中央复位，符合 JEDEC 标准 no. 7A，静电放电 (ESD) 保护, HBM EIA/JESD22-A114-B 超过 2000 V,MM EIA/JESD22-A115-A 超过 200 V 。多种封装形式，额定从 -40 C 至 +85 C 和 -40 C 至+12 5

27、C 。3.1.3中央处理器（CPU）。是单片机的核心单元，通常由算术逻辑运算部件ALU和控制部件构成。CPU就象人的大脑一样，决定了单片机的运算能力和处理速度。并行输入/输出（I/O）口:通常为独立的双向口，任何口既可以用作输入方式，又可以作输出方式，通过软件编程来设定。现代的单片机的I/O口也有不同的功能 ，有的内部具有上拉或下拉电阻，有的是漏极开路输出，有的能提供足够的电流可以直接驱动外部设备。I/O是单片机的重要资源，也是衡量单片机功能的重要指针之一。串口输入/输出口:用于单片机和串行设备或其它单片机的通信。串行通信有同步和异步之分，这可以用硬件或通用串行收发器件来实现。不同的单片机可能

28、提供不同标准的串行通信接口，如UART、SPI、Micro Wire等。3.2 LED数码管led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原

29、理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。第四章AT24C16和单片机连接的中转站I2C总线4.1 I2C总线介绍I2C 总线支持任何IC生产过程(NMOS CMOS、双极性）。两线串行数据（SDA）和串行时钟 （SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器MCU、LCD驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。很明显，LCD 驱动器只是一个接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。除了发送

30、器和接收器外器件在执行数 据传输时也可以被看作是主机或从机（见表1）。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。此时，任何被寻址的器件都被认为是从机。4.2 I2C总线的系统结构与接口在数据的传输过程中，必须确定数据传送的其实和结束。在i2c总线技术规范中，有严格的时序表示起始信号和结束信号，或起始信号和停止信号。在传输数据开始前，主控器件应发送起始位，通知从器件做好接收准备，在传输数据结束时，主控器件应发送停止位，通知从器件停止接收。起始位时序，当SCL位为高位时，SDA线由高到低的转换。启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。启动信号是由主控器主动建立的，在建立

31、该信号之前I2C总线必须处于空闲状态，总线在起始条件后被认为处于忙的状态如图所示。图4-1：起始信号停止位时序，当SCL位为高位时，SDA线由低到高的转换。停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号，停止信号也是由主控器主动建立的建立该信号之后，I2C总线将返回空闲状态，在停止条件的某段时间后，总线被认为再次处于空闲状态，并等待下一次数据传输的开始。如果产生重复起始条件而不产生停止条件，总线就会一直处于忙的状态。如图所示：图4-2：停止信号连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。对于不具备I2C总线硬件接口的有些单片机来说为了检测起始和终止

32、信号，必须保证在每个时钟周期内对数据线SDA采样两次。4.3 I2C总线的信号与数据传输与起始信号和结束信号不同，i2c总线在传输数据过程中，对传输的每一位SDA信号线上的数据在时钟信号SCL处于高电平时期必须保持稳定，SDA的高低电平状态即此时传送的数据位，只有在SCL信号线处于低电平时，SDA信号线上的电平状态才能改变，如图4-3：图4-3 ；SDA和SCL的时序关系第五章 串行E2PROM芯片AT24CXX5.1 AT24CXX系列的基本功能 AT24CXX的主要特点 AT24C01/02/04/08/16/32/64是 采 用CMOS工 艺 制 成 的128/256/512/1K/2K

33、/4K/8K，8的串行E2PROM，典型的写周期为几个ms有字节写和页写两种写入方式，页寄存器大小分为8/8/8/16/16/32/32，擦除/写入的寿命一般达10万次以上。数据保存寿命达100年以上。电源等级根据用户需要有1.8、2.5、2.7、5.0V等四种，低功耗工作电流1mA，备用状态不到10uA，较常见的有8脚DIP封装、8脚SOIC封装。AT24CXX的引脚说明 AT24CXX的典型封装引脚如图5.1所示。 图 5-1 ：AT24CXX的典型封装 SCL，串行时钟输入端。在上升沿时写入E2PROM数据，在下降沿时 输出E2PROM数据。 SDA，串行数据输入|输出端。 WP，写保护

34、引脚。WP=0时，芯片正常写入操作。WP=1时，只能读存储器。 A0A1A2，地址输入引脚。 VCC，电源端。 GND，接地端。 5.2 AT24CXX的工作原理 器件地址，对于挂接在I2C总线上的多个I2C器件，CPU访问其中的某个器件时，首先是匹配器件地址，在器件地址中还包含了访问该器件的读写方向。 AT24CXX的器件地址的数据格式如表5.1所示 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0分别对应 1 0 1 0 A2 A1 A0 R/W 表5.1 AT24CXX的器件地址的数据格式，对于AT24C01/02/04/08/16/32/64系列芯片，存储器单元数量分别为128/256/

35、512/1K/2K/4K/8K个字节，其地址范围的上限分别为 7FH,FFH,1FFH,3FFH,7FFH,FFFH,1FFFH,存储单元的地址寻址范围为A0A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12。 在访问I2C器件时，紧跟在器件地址后要访问存储器单元地址，对于AT24C01/02，单个字节的存储器地址已经足够表示想要访问的任何一个存储器空间。此时器件地址中的A2、A1、A0的值必须与引脚上的A2、A1、A0逻辑完全一致，才能称为其间匹配。因此2根I2C总线上最多可以挂接8个AT24C01/02器件。在访问某个器件时，CPU发出的器件地址中A2、A1、A0值与该器件引脚A2、A1、A0

36、电平相一致，才能访问到该器件。对于AT24C04，由于存储器单元寻址时存在高位地址A8位，此时A8将借用器件地址的A0位，由于A0位悬空处理，因此，2根I2C总线上最多可以挂接4个AT24C04。相同的原理对于AT24C08，存储器单元存储器单元高位地址A8、A9将分别借用器件地址大的A0、A1位，对于AT24C16，存储器单元高地址A8、A9、A10将分别将用器件地址的A0A1、A2位。显然2跟I2C总线上最多可以挂接2个AT24C08或1个AT24C16。对于容量更大的AT24C32/64，显然再借用A2、A1、A0是不够的因此紧跟在器件地址后的存储器单元地址采用2个字节，高位地址在前低位

37、地址在后访问某个器件地址时CPU发出的2、1、0值必须与该器件上的2、1、0逻辑相匹配。接口工作时序 有关AT24C的启动条件、停止条件、应答信号、非应答信号、数据的传输、数据的接收等时序由于AT24C是标准的器件详见部分。 AT24C的写包括字节写和页写，其页写的机制存在页内地址自动增量、页面回卷等现象但各个AT24C器件的页寄存器大小有所不同。 字节写 字节写的过程包括启动条件、写入器件地址、存储器单元地址、写入数据以及停止条件。由于存储器容量大的器件AT24C32、AT24C64的存储器单元地址为2个字节因此字节写的格式根据不同的器件会有所不同，字节写的帧格式如图所示。在发出停止条件后，

38、对于这类非易失性的存储器，都要经历一个写周期后才能再次对该芯片进行操作。图5-2：AT24C01/02/04/08/16：页写 页写操作能对存储器地址连续的单元进行小批量的数据存储。这里同样存在单字节和双字节存储器单元地址的问题。 AT24的读写操作包括当前地址读、指定地址读和系列读三种情况。对于读操作不存在写周期需延时等待的问题,即在发生一次读操作后可以马上再进行读写操作。当前地址读当前地址读是指读出上次操作读或写的最后被访问单元的下一个地址的数据只要器件没有断电上次操作的那个单元地址将一直被保存着因此不再需要提供下一个单元的地址。其操作格式只需提供读命令后数据即被读出。 指定地址读,指定地

39、址读是指读出指定单元的数据。该操作首先要通过1个写入读出数据的地址操作,习惯上称为伪启动,在得到操作的当前地址后,再进行与当前地址读一样的操作。因此指定当前地址读的数据帧格式中出现2次启动信号 系列读 系列读是指在当前地址读或指定地址读的基础上,如果主动器件不断提供同步脉冲SCL信号,而且不发出非应答信号,下一个地址单元的数据将通过SDA线被串行送出,直至主动器件发出非应答信号为止。 无论是当前地址读还是指定地址读后的系列读,都不存在连续读数的个数受页寄存器大小的限制即不存在页内回卷的问题。当读出的数据单元到达最大一个单元时,下一个被读出的单元地址将为最小的地址单元,如读到AT24C04的最大

40、地址单元为1FFH时下一个读数单元为000H。第六章 电能表与抄表集中器的纽带RS-485总线6.1 RS-485简介 RS-485是1983年电子工业协会(EIA)为了扩展RS-422的应用范围在其基础上制定的标准，RS-485 接口在总线上是容许连接多达32 个收发器，可以扩展到128或256个。RS-485最大传输速率为10Mbps，最大传输距离为1219米。因为RS485接口组成的半双工网络,一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏蔽平衡双绞线传输。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在l00Kbps速率下才能使用规定最长的电缆长度,只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。因此,RS

41、-485更适合短距离的数据传输。在实际应用中,RS-485总线的传输速率常选择在9600bps及以下。RS-485是一个电气接口规范,它规定了平衡驱动器和接收器的电器特性而没有规定插件传输电缆和通信协议。RS-485接口采用差分方式传输信号,并不需要相对某个参考点来检测信号系统,只需检测两线之间的电位差即可。但必须注意,收发器只有在共模电压不超过一定范围:-712V,的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围时,就会影响通信的可靠性甚至损坏接口。逻辑“1”以两线间的电压差为+(26)V表示,逻辑“0”以两线间的电压差为-(26)V表示。 6.2、RS-485电平与TTL电平转换驱动电路,RS-

42、485的驱动接口部分通常由Maxim公司生产的差分平分器首发芯片MAX481/483/485/487/489等,每种型号的芯片内部均集成了一个驱动器和一个接收器。MAX481/483/485/487为8引脚封装,其引脚分布与典型工作电路如图所示,引脚功能说明如下。RO接收器输出端。若A比B大200mV,RO为,反之为低电平。RE接收器输出使能端。RE为低时,RO有效,为高时,RO呈高阻状态。DE,驱动器输出使能端。若DE：1驱动器输出A和B有效,若DE：0则它们呈高阻态。若驱动器输出有效,器件作为线驱动器用,反之作为线接收器用。DI驱动器输入端。当DI：0有A：0，B：1。当DI：1，则A：1

43、，B：0。 GND接地。A同相接收器输入和同相驱动器输出。B反相接收器输入和反相驱动器输出。 VCC,电源端,一般接+5V。图6-1： MAX485图6-2： MAX485的收发功能6.2、RS-485电平与TTL电平转换驱动电路 RS-485的驱动接口部分通常由Maxim公司生产的差分平分器首发芯片MAX481/483/485/487/489等,每种型号的芯片内部均集成了一个驱动器和一个接收器。MAX481/483/485/487为8引脚封装,其引脚分布与典型工作电路如图所示引脚功能说明如下。RO，接收器输出端。若A比B大200mV,RO为高,反之为低电平。 RE接收器输出使能端。RE为低时

44、，RO有效，为高时，RO呈高阻状态。DE驱动器输出使能端。若DE：1，驱动器输出A和B有效，若DE： 0，则它们呈高阻态。若驱动器输出有效,器件作为线驱动器用,反之作为线接收器用。DI驱动器输入端。当DI：0，有A：0，B：1，当DI：1则A：1，B：0。GND，接地。A同相接收器输入和同相驱动器输出。 B,反相接收器输入和反相驱动器输出。VCC电源端,一般接+5V。第七章 抄表集中器的核心GPRS通讯技术介绍7.1 GPRS工作原理通信是自动抄表技术中的关键,也占据了投资的大部分。数据通信的设计要综合考虑地理环境、用户用能行为、技术水平、管理体制和投资成本等因素。在国外己有许多发展成熟的自动

45、抄表系统,他们采用的信息传输方式有:电视电缆、电力线载波、无线电波和公用电话网等。GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称,构建在GSM网络基础之上,对原有的GSM网络子系统和无线系统的设备及功能进行了升级和增强,被称为2.5G系统。GPRS采用了与GSM同样的无线调制标准、同样的带宽、同样的跳频规则和同样的TDMA帧结构 因此现有的GSM网络可以很容易地提供GPRS业务。它支持TCP/IP协议,是一个分组型数据网,无需经过PSTN等网络的转接,就可直接将数据以数据包的形式与Internet互传。因此GPRS业务在无线上网、环境监测、交通监控

46、、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。7.2 ，GPRS的网络结构，如图7.1所示GPRS网络是对GSM的平滑升级,通过在GSM系统的无线侧新增PCUPacket Control Unit)作为分组接入和控制单元，在网络侧新增SGSN(Serving GPRS Support Node)和GGSN(Gateway GPRS Support Node)实施用户管理和分组支撑，将电路交换系统和数据交换系统合二为一,从而实现系统资源的有效利用，拓展系统功能。 GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络,并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完

47、成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备,也可以与GSM中的MSC集成在一起。GPRS服务支持节点SGSN(Serving GPRS Support Node)。的主要功能是对移动终端进行鉴权和移动性管理,建立移动终端到GGSN的传输通道，接收从BSS传送来的移动终端分组数据,通过GPRS骨干网传送给GGSN。图7-1：GPRS网络SGSN还可以集成计费网关、边缘网关(负责实现GPRS网络之间的互连)和防火墙的功能。GPRS网关支持节点GGSN(Gateway GPRS Support Node) 。GGSN主要是起网关作用,它可以和多种不同的数据网络连接,如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中,把GGSN称为GPRS路由器,负责