電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

I電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著國民經(jīng)濟(jì)和電力事業(yè)的迅速發(fā)展，一戶一表制已基本普及，企業(yè)級(jí)的電力負(fù)荷監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)已在一些地區(qū)投入使用，取得了較好的效果。但低壓電力用戶由于數(shù)量多，地域分布廣，電力公司的抄表工作量相當(dāng)大。因此采用新的技術(shù)手段，利用本地和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)，完成自動(dòng)抄表并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控電能表計(jì)的目的，同時(shí)減少人工上門抄表、數(shù)據(jù)輸入等繁雜又容易出錯(cuò)的勞動(dòng)，提高工作效率，真正做到用電管理自動(dòng)化，遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)就成為電力公司解決抄表問題的一種選擇。

本文旨在提供一種低成本、高可靠地實(shí)現(xiàn)公共事業(yè)收費(fèi)自動(dòng)化和小區(qū)物業(yè)管理智能化的技術(shù)應(yīng)用。本文討論了數(shù)據(jù)集中器的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)其各模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。詳細(xì)地介紹了遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)——集中器硬件設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方案。通過查閱相關(guān)資料和近幾年的研究成果，此系統(tǒng)基本上可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)對(duì)用戶電能表的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、記錄和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。關(guān)鍵詞：硬件；抄表系統(tǒng)；集中器；遠(yuǎn)程抄表；目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 I第一章緒論 11.自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究背景及意義 11.1研究背景 11.2研究意義 12.國內(nèi)外遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 1第二章遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能 22.1遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成 22.2.集中器工作原理 22.2.1集中器原理圖 22.2.2．集中器各部分組成 3第三章集中器硬件電路設(shè)計(jì) 53.1CPU模塊電路設(shè)計(jì) 53.1.1NANDFLASH電路原理圖 53.1.2振蕩電路設(shè)計(jì) 63.1.3復(fù)位電路設(shè)計(jì) 73.2LED觸摸屏模塊電路設(shè)計(jì) 73.2.1觸摸屏控制電路設(shè)計(jì) 83.2.2LED液晶接口電路設(shè)計(jì) 83.3RS232與RS485模塊 93.3.1RS232接口的介紹 93.3.2RS485接口的介紹 93.4電源電路設(shè)計(jì) 10第四章PCB板設(shè)計(jì) 114.1PCB板設(shè)計(jì)步驟 114.1.1PCB板設(shè)計(jì)圖 124.2本章小結(jié) 12第五章硬件調(diào)試及分析 135.1整板電路測(cè)試 135.2STM32F103ZET6芯片測(cè)試 135.2.1復(fù)位管腳、晶振管腳、串口通信管腳測(cè)試 135.2.2I/O口功能測(cè)試程序設(shè)計(jì) 135.3串口電路測(cè)試 14第六章總結(jié)與展望 15參考文獻(xiàn) 16致謝 17威海海洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì)（論文）)第一章緒論1.自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究背景及意義1.1研究背景在如今這個(gè)自然能源嚴(yán)重短缺的社會(huì)，我們必須進(jìn)行合理的電力利用，我們之前的查收電費(fèi)的方式是人工上門查收，由查收員將數(shù)據(jù)收集整理，進(jìn)行收費(fèi)。隨著我國的飛速發(fā)展我國的電力事業(yè)也飛速發(fā)展，又出臺(tái)了分用電方式計(jì)費(fèi)，和分時(shí)間計(jì)費(fèi)，用電規(guī)模日益加大，所以之前的人工抄表的方式所帶來的弊端也越來越嚴(yán)重。這些問題嚴(yán)重困擾電力部門，并成為制約有關(guān)部門的一個(gè)大難題，所以研究遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)也成為一個(gè)切實(shí)可行的方案。1.2研究意義隨著現(xiàn)在實(shí)一個(gè)單獨(dú)的電表一家一戶一個(gè)電表，以及對(duì)農(nóng)村電表的改造，發(fā)展遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)是提高用戶用電的管理水平，也是當(dāng)今計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)必經(jīng)之路，計(jì)算機(jī)具有速度快精度高等的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)可以運(yùn)用到遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，降低抄表人員的工作強(qiáng)度，減少勞動(dòng)力損耗，而且還可以降低容差率，減少漏電，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)從根本上克服了傳統(tǒng)的人工超表的各種弊端，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表具有很多優(yōu)勢(shì)，比如:1.使用電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，不用再打擾居民，可以直接讀取數(shù)據(jù)足不出戶，就可以掌握居民的用電情況，方便用戶，方便管理人員。2.也隨著每戶一個(gè)電表和農(nóng)村電網(wǎng)的改造，電表的數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)迅速增加，如果3.使用遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)可以加強(qiáng)對(duì)用電的管理，也能加強(qiáng)對(duì)不法份子竊電的整治，也能杜絕之前收電費(fèi)難，整治一些釘子戶，也能防止一些政府官員貪污腐敗。2.國內(nèi)外遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀在100多年前，國家為了商業(yè)收費(fèi)就已經(jīng)開始了抄表工作，只不過在早期是有專門的抄表員挨家挨戶進(jìn)行抄表收費(fèi)，來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分段計(jì)費(fèi)解決了家庭用電和工業(yè)用電的差異，并且自動(dòng)抄表系統(tǒng)可以使用手持終端抄表等無線全自動(dòng)抄表，從古至今最常見的抄表方式有這幾種：人工抄表，手持終端人工抄表:手持終端自動(dòng)抄表:自動(dòng)抄表。

第二章遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及功能本章節(jié)主要介紹了遠(yuǎn)程自動(dòng)超表系統(tǒng)的主要組成和原理，和集中器的工作原理和各個(gè)模塊的主要功能。2.1遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成圖2-1遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)框圖如系統(tǒng)構(gòu)成框圖所示，使用用戶載波表加載載波終端，就可以使用電力載波通信的使用以達(dá)到使用電量,電壓和使用功率，用來記錄數(shù)據(jù)，集中器捆綁在同一臺(tái)配變器的電力線上，根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)記錄數(shù)據(jù)，并且及時(shí)保存計(jì)算，主站計(jì)算機(jī)還可以通過電話網(wǎng)或者其他的通信對(duì)集中期發(fā)布指令，還可以遠(yuǎn)程更改設(shè)置，對(duì)集中器進(jìn)行綜合的抄收數(shù)據(jù)和整理，也可以對(duì)集中器下的任意一臺(tái)電表進(jìn)行斷電控制。從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表的目的，這一發(fā)展加強(qiáng)了國家對(duì)電網(wǎng)的控制，提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，很大程度上減少了勞動(dòng)力的使用，降低了成本，為以后電力管理和走向現(xiàn)代化水平打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.2.集中器工作原理2.2.1集中器原理圖集中器在遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)中代表著人的腦子，電腦的cpu處于核心的地位，是整個(gè)通信抄表系統(tǒng)的核心，用來完成中心服務(wù)器與集中器通訊功能的串行通訊模塊，可以實(shí)現(xiàn)集中器與采集器通訊功能的基于RS232接口，RS485接口兩個(gè)接口電路模塊，用來存儲(chǔ)采集器傳送過來的數(shù)據(jù)的Flash存儲(chǔ)器，LCD和鍵盤用來對(duì)集巾器初始化和參數(shù)設(shè)置。工作原理如圖2-2所示。圖2-2集中器工作原理框圖集中器根據(jù)已設(shè)置好的不同的抄表方案對(duì)各載波電表實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳送，具有內(nèi)部硬時(shí)鐘可與系統(tǒng)進(jìn)行廣播校時(shí)，并實(shí)施定時(shí)抄表命令，存儲(chǔ)抄表數(shù)據(jù)，可通過各種網(wǎng)絡(luò)媒介與主站完成數(shù)據(jù)交換。集中器的作用是將配變臺(tái)區(qū)載波電能表連成本地網(wǎng)絡(luò)，能自動(dòng)抄錄數(shù)據(jù)采集終端及載波單表的數(shù)據(jù)，集中并存儲(chǔ)。通過抄表器或電話線將數(shù)據(jù)傳輸給電力局的計(jì)算機(jī)中心。2.2.2．集中器各部分組成數(shù)據(jù)集中器是由CPU,RAM、直流電源、指示電路及接口組成，是通過載波接口及RS232接口與外面通信的單片機(jī)系統(tǒng)通。下面各組成部分:(1)直流電源:利用5V直流電壓。(2)LCD觸摸屏顯示電路：利用TSC2200IRHB芯片。(3)控制模塊:由STM32F103ZET6芯片控制。(4)接口電路:具有RS232接口、RS485接口兩個(gè)接口電路。其中RS232接口和RS485接口是通過電纜進(jìn)行抄表器通信、計(jì)算機(jī)通信。（5）NANDFLASH存儲(chǔ)模塊：NANDFLASH存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)采集器傳輸過來的用戶使用數(shù)據(jù)。(6)仿真器接口:與電腦連接進(jìn)行調(diào)試，利用芯片ARMJTAG。工作原理，CPU與RAM的工作原理與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類似，這里主要介紹接口的工作原理。RS232接口RS232接口有DB25接口和DB9接口兩種我們這用9腳D型插座與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而在TXD和RSD上，“1”=-3v~-15v“0”=+3~+15v，在RTS,CTS,DSR,DTR和DCD等控制線上：信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V~+15V信號(hào)無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V~-15VD型插座上所有腳上的電平信號(hào)都是EIA電平:“1”=-3v~-15v“0”=+3~+15v。EIA電平經(jīng)過上百米導(dǎo)線傳輸在經(jīng)過導(dǎo)線的消耗衰減之后，仍然可以區(qū)分“1”或者“0”所以只要是數(shù)據(jù)集中器傳輸至D型插座的信號(hào)就需要把其他信號(hào)轉(zhuǎn)換成D型信號(hào)，而由D型插座的信號(hào)傳輸?shù)狡渌盘?hào)，需要由EIA電平轉(zhuǎn)換成其他電平，而進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換功能是RS232的第一個(gè)功能，以至于信號(hào)一致，進(jìn)行完美通信。（2）RS485接口RS485所采用的是差分信號(hào)負(fù)邏輯，+2V～+6V表示“1”，-6V～-2V表示“0”。RS485有兩種接線方式，是兩線制和四線制。全雙工通訊方式的是四線制，半雙工通訊方式是兩線制。連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號(hào)地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：(1)共模干擾問題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)方式，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI問題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。

第三章集中器硬件電路設(shè)計(jì)3.1CPU模塊電路設(shè)計(jì)3.1.1NANDFLASH電路原理圖Nand-flash內(nèi)存是flash內(nèi)存的一種，其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量?jī)?nèi)存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案。Nand-flash存儲(chǔ)器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。而由于抄表系統(tǒng)將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，必須要有個(gè)內(nèi)存較大的存儲(chǔ)器才能夠存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，經(jīng)過篩選比較最后決定用K9F2G08U0M-Y,P芯片，在上一章對(duì)其的管腳以及作用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于FLASH需要特殊的系統(tǒng)接口，而STM32F103ZET6為其提供了標(biāo)準(zhǔn)化接口使困難迎刃而解。圖3.1.1為NAND

FLASH電路原理圖。圖3.1.1NAND

FLASH電路原理圖。設(shè)計(jì)ARMJTAG的目的是用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真與調(diào)試。JTAG技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測(cè)試電路TAP（TestAccessPort，測(cè)試訪問口），通過專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為測(cè)試模式選擇、測(cè)試時(shí)鐘、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入和測(cè)試數(shù)據(jù)輸出。在設(shè)計(jì)JTAG與ARM的接口時(shí)，需按IEEE

1149.1標(biāo)準(zhǔn)連接，其中ARM_TCK管腳通過為TAP提供了一個(gè)獨(dú)立的、基本的時(shí)鐘信號(hào)來驅(qū)動(dòng)TAP；ARM_TMS在標(biāo)準(zhǔn)中是強(qiáng)制要求的，其信號(hào)用來控制TAP狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換；ARM_TDI為數(shù)據(jù)輸入接口，所有要輸入到特定寄存器的數(shù)據(jù)都是通過TDI接口一位一位串行輸入的；ARM_TDO為數(shù)據(jù)輸出接口，作用與TDI接口相反；ARM_TEST接口可用來對(duì)TAP

Controller進(jìn)行復(fù)位。其電路原理圖如圖3.1.2所示。圖3.1.2JTAG電路原理圖3.1.2振蕩電路設(shè)計(jì)STM32F103FZET6采用雙時(shí)鐘振蕩方式：實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC

Clock）以及系統(tǒng)時(shí)鐘（SYS

Clock）。兩時(shí)鐘均采用外置晶振設(shè)置，在引腳OSC32_IN、OSC32_OUT外接32KHz晶體振蕩器構(gòu)成實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其具有校準(zhǔn)功能；在引腳OSC_IN、OSC_OUT外接8MHz晶體振蕩器構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)鐘。圖4.4中的電容均為穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。圖4實(shí)時(shí)時(shí)鐘圖5系統(tǒng)時(shí)鐘3.1.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)STM32F103ZET6芯片具有異步復(fù)位腳NRST，芯片內(nèi)部電源為復(fù)位電路充電，上拉電阻亦在芯片內(nèi)部。復(fù)位電路的基本功能：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。STM32F103ZET6為低電平復(fù)位有效。為了防止外部干擾，STM32數(shù)據(jù)手冊(cè)上建議外接一個(gè)對(duì)地電容。當(dāng)按下復(fù)位鍵后，復(fù)位管腳接收復(fù)位信號(hào)，STM32F103ZET6執(zhí)行復(fù)位指令，由于按下復(fù)位鍵后電路相當(dāng)于直接接地，按照低電平復(fù)位有效，即可實(shí)現(xiàn)STM32F103ZET6的上電復(fù)位。復(fù)位電路如圖3.1.3所示圖3.1.3復(fù)位電路圖3.2LED觸摸屏模塊電路設(shè)計(jì)觸摸屏在集中器系統(tǒng)中既是輸入設(shè)備也是輸出設(shè)備。觸摸屏是通過串口與集中器聯(lián)系的，其主要應(yīng)用的芯片是：TSC2200IRHB，充當(dāng)觸摸屏控制器。

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觸摸屏介紹觸摸屏（touch

screen）又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動(dòng)各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動(dòng)的影音效果。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。主要應(yīng)用于公共信息的查詢、領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等。本課題設(shè)計(jì)的集中器需要顯示某個(gè)電表的數(shù)據(jù)，與上位機(jī)服務(wù)器連狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，信號(hào)傳輸狀態(tài)，電源開關(guān)狀態(tài)等。所以顯示系統(tǒng)需要選擇大屏幕細(xì)點(diǎn)陣液晶，細(xì)點(diǎn)陣液晶可以提供良好的波形顯示效果。3.2.1觸摸屏控制電路設(shè)計(jì)由于本次設(shè)計(jì)要是集中器能夠顯示某個(gè)電表的數(shù)據(jù)，與上位機(jī)服務(wù)器連狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，信號(hào)傳輸狀態(tài)，電源開關(guān)狀態(tài)等，觸摸屏起著鍵盤的作用，需要進(jìn)行初始化設(shè)置，此設(shè)計(jì)主要做五個(gè)方面的設(shè)置，可以設(shè)置數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的IP和端口號(hào)，并把設(shè)置值傳送給集中器模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，以便GPRS與服務(wù)器相連。TSC2200IRHB芯片能實(shí)現(xiàn)這些設(shè)置。在雙端工作模式下,由于由VREF端引入外部參考電壓,所以要在VREF端和VDD端同時(shí)并聯(lián)1uF左右的電容來提供電源的旁路,以減少TSC2200IRHB的功耗。圖3.2.1為觸摸屏控制電路圖，圖3.2.2為觸摸屏接口電路圖。圖3.2.1觸摸屏控制電路圖圖3.2.2觸摸屏接口電路圖3.2.2LED液晶接口電路設(shè)計(jì)U405為點(diǎn)陣型為320×240的液晶模塊,+5V供電；液晶數(shù)據(jù)傳輸方式為16位并行方式,液晶模塊的8根I/O口線分別接液晶模塊的8個(gè)并行接口。Backlight為亮度驅(qū)動(dòng)控制輸入,經(jīng)8050三極管放大后作為液晶背光。圖3.2.2LCD液晶接口電路。 3.3RS232與RS485模塊3.3.1RS232接口的介紹（1）主要特性RS-232是現(xiàn)在主流的串行通信接口之一。由于RS232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps；因此在“南方的老樹51CPLD開發(fā)板”中，綜合程序波特率只能采用19200，也是這個(gè)原因。3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在15米左右。3.3.2RS485接口的介紹（1）主要特性1)RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(0.2~6)V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(0.2~6)V表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。2)RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。3)RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。4)RS-485最大的通信。距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。3.4電源電路設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)——集中器硬件設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)非常重要的工作。

系統(tǒng)中除了液晶接口電路需要5V供電，觸摸屏控制電路、RS232&RS485通信電路、STM32F103ZET6等電路均需要3.3V供電。所以系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)5V電壓到3.3V電壓的轉(zhuǎn)換。如圖4.5外接+5V直流電源經(jīng)AMS1084穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后,輸出+3.3V電壓。AMS1084的特點(diǎn)是輸出電流大(800mA),輸出電壓精度在1%以內(nèi),具有電流限制和熱保護(hù)功能,穩(wěn)定性好。C613、C614、C615、C616均為電源濾波電容。圖4.51電壓轉(zhuǎn)換電路。

第四章PCB板設(shè)計(jì)PCB板設(shè)計(jì)是集中器硬件設(shè)計(jì)的最后一項(xiàng)工作，也是極其重要的環(huán)節(jié)，沒有這個(gè)重要步驟就不會(huì)生成PCB板，這個(gè)設(shè)計(jì)也就沒法投入生產(chǎn)，這個(gè)設(shè)計(jì)將會(huì)失去實(shí)際意義，所以PCB板設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)中不可或缺的重要步驟。下文將對(duì)具體怎么設(shè)計(jì)PCB板進(jìn)行詳細(xì)的闡述。4.1PCB板設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)印刷電路板可以按照以下七個(gè)步驟完成原理圖的設(shè)計(jì)：1、繪制電路原理圖：Protel99SE繪制圖表來生成網(wǎng)表。當(dāng)設(shè)計(jì)的電路圖非常簡(jiǎn)單時(shí)，不需要繪制原理圖并規(guī)劃電路板網(wǎng)表的生成，并且直接執(zhí)行PCB設(shè)計(jì)，即有時(shí)可以跳過此步驟。2、規(guī)劃電路板：在繪制印刷電路板之前，用戶還必須具有板的初步計(jì)劃，例如板的物理尺寸有多大，使用多層電路板（單面板，雙面板或多層），每種組件的包裝及其安裝位置。這是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。3、設(shè)置參數(shù)：設(shè)置參數(shù)主要是指設(shè)置組件布局參數(shù)，層數(shù)參數(shù)和接線參數(shù)。有些參數(shù)用其默認(rèn)值即可。4、裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝

：該步是將已生成的網(wǎng)絡(luò)表裝入，此時(shí)元件的封裝會(huì)自動(dòng)放置在印制電路板圖的電氣邊界之外，但這些元件封裝是疊放在一起沒有布局的。

若沒有生成網(wǎng)絡(luò)表，則可以用手工的方法放置元件。5、元件的布局

：可以利用自動(dòng)布局和手工布局兩種方式，將元件封裝放置在電路板邊框內(nèi)的適當(dāng)位置，適當(dāng)位置包含兩個(gè)意思：一是元件所放置的位置能使整個(gè)電路板看上去整齊美觀，二是元件所放置的位置有利于布線。6、

布線：完成元件之間的電路連接.有兩種方式：自動(dòng)布線和手工布線。若在PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)中裝入了網(wǎng)絡(luò)表，則在該步中就可以采用自動(dòng)布線方式。7、文件保存及輸出：保存PCB圖，然后根據(jù)需要利用各種圖形輸出設(shè)備，如打印機(jī)、繪圖儀等輸出電路板的布線圖。4.1.1PCB板設(shè)計(jì)圖圖4.12為最終的集中器PCB板設(shè)計(jì)圖：圖4.12集中器PCB板設(shè)計(jì)圖：4.2本章小結(jié)利用單片機(jī)STM32F103ZET6等，融合CPU、LCD與觸摸屏、RS232&RS485以及輸入與輸出四個(gè)模塊，組成集中器系統(tǒng)，這樣的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單易行，STM32F103ZET6系列的芯片編程相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，論文中給出了詳細(xì)的引腳功能。也詳細(xì)的介紹了各個(gè)模塊中起著舉足輕重的各個(gè)芯片的特性與功能。第五章硬件調(diào)試及分析測(cè)試是電路設(shè)計(jì)成功與否的重要環(huán)節(jié)，測(cè)試不到位重則會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)燒毀，輕則導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。測(cè)試時(shí)，主要測(cè)試電路的焊接問題，其中包括芯片焊接方位是否正確，是否有短路、虛焊，元件正負(fù)極性是否正確等問題。5.1整板電路測(cè)試整個(gè)電路板測(cè)試主要是芯片焊接測(cè)試。整個(gè)電路板焊完后，首先觀察整個(gè)電路板是否短路，焊接或焊接。接下來，將萬用表放置在測(cè)試二極管上，檢查電路是否短路或焊接。測(cè)試系統(tǒng)正極和負(fù)極是否短路。系統(tǒng)電源是系統(tǒng)運(yùn)行的能源。5.2STM32F103ZET6芯片測(cè)試經(jīng)過上一整板電路測(cè)試環(huán)節(jié)的測(cè)試STM32F103ZET6芯片是否有短路、虛焊，元件焊反等問題，檢查測(cè)試完后，便要重點(diǎn)對(duì)芯片各個(gè)管腳的測(cè)試以及I/O口功能測(cè)試。用萬用表測(cè)試核心元件STM32F103ZET6，檢查是否有相鄰管腳短路或管腳與PCB線之間虛焊。若有短路將會(huì)引起芯片毀壞，有虛焊會(huì)導(dǎo)致芯片工作不正常。經(jīng)過測(cè)試，STM32F103ZET6無短路和虛焊。上電測(cè)試系統(tǒng)電源電壓為±5V，STM32F103ZET6所有接電源的管腳均為3.3V，一切正常。5.2.1復(fù)位管腳、晶振管腳、串口通信管腳測(cè)試復(fù)位管腳：系統(tǒng)上電后，NRST（25管腳）為高電平，按下RESET鍵后，NRST（25管腳）變?yōu)榈碗娖?，由此判斷，?fù)位電路工作正常。晶振管腳：用示波器觀察STM32F103ZET6的晶振(8、9及23、24)管腳，能夠觀察到與晶體頻率（32.768KHz）吻合的正弦波，幅值大約1V，說明晶振電路工作正常。串口通信管腳：在KEIL里編寫一段簡(jiǎn)單的程序，讓某一管腳輸出方波信號(hào)，編譯、下載到STM32F103ZET6，用示波器能在該管腳觀察到方波信號(hào)，說明下載電路和串口通信管腳工作正常。5.2.2I/O口功能測(cè)試程序設(shè)計(jì)I/O口是STM32F103ZET6與外部元件交換數(shù)據(jù)的通道，I/O口有兩種工作模式，一種是總線模式，一種是I/O模式。由于系統(tǒng)外圍器件眾多，且多數(shù)以位控方式為主，因此使用I/O模式。

I/O模式有三種工作方式：字節(jié)輸出方式、位輸出方式、字節(jié)讀方式。

（1）測(cè)試字節(jié)輸出方式

STM32F103ZET6有七組I/O口，分別為PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG。字節(jié)輸出方式是使STM32F103ZET6的一組I/O口輸出一個(gè)字節(jié)，測(cè)試時(shí)只要能使STM32F103ZET6的任一組I/O口按照程序輸出一個(gè)字節(jié)就說明字節(jié)輸出方式正常。分別在PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG口輸出一個(gè)字節(jié)，例如在PD口輸出0x08，用萬用表測(cè)得PD口的高低電平與程序的設(shè)置相同，說明PD口輸出字節(jié)工作方式正常。經(jīng)過測(cè)試，所有端口的字節(jié)輸出方式正常。（2）測(cè)試位輸出方式

STM32F103ZET6的每組I/O口有8位，位輸出方式是使每組的任一位輸出0或1。測(cè)試時(shí)只要能使STM32F103ZET6其中每一組的8位都能按照程序輸出0或1就說明位輸出方式正常。經(jīng)過測(cè)試，所有端口的所有位輸出方式正常。

（3）測(cè)試字節(jié)讀方式

字節(jié)讀方式是從STM32F103ZET6的一組I/O口讀入一個(gè)字節(jié)，測(cè)試時(shí)只要能使STM32F103ZET6的任一組I/O口按照程序讀入一個(gè)字節(jié)就說明字節(jié)讀方式正常。分別在PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG口讀取一個(gè)字節(jié)。5.3串口電路測(cè)試串口是STM32F103ZET6與PC通信的重要通道。系統(tǒng)將通訊波特率設(shè)置為9600bps，數(shù)據(jù)8位，停止位1位和無奇偶校驗(yàn)。初始化STM32F103ZET6時(shí)，請(qǐng)將波特率設(shè)置為9600bps，將數(shù)據(jù)位設(shè)置為8位，將位停止為1位，并且不設(shè)置奇偶校驗(yàn)。PC使用串口調(diào)試助手來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。波特率為9600，無校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位8，停止位1。STM32F103ZET6通過串口接收或發(fā)送數(shù)據(jù)到PC，所以串口接收或發(fā)送數(shù)據(jù)正常，串口測(cè)試通過。由于STM32F103ZET6發(fā)送可預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，因此它通過查詢發(fā)送;接收數(shù)據(jù)是不可預(yù)知的，因此使用中斷方法。首先初始化串口，開串口中斷。將串口接收功能放入串口中斷功能，用串口調(diào)試助手向STM32F103ZET6發(fā)送“abcdef”，發(fā)送完成后，您可以在串口調(diào)試助手中觀察abcdef。說明STM32F103ZET6串口正常接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

第六章總結(jié)與展望智能抄表系統(tǒng)是現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)，數(shù)字通信技術(shù)和計(jì)量技術(shù)的完美結(jié)合，集能耗測(cè)量，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理于一體。將城市居民能源消費(fèi)信息與綜合治理相結(jié)合的體系。該系統(tǒng)使公用事業(yè)和物業(yè)管理部門能夠從根本上減少手動(dòng)門到門抄表的繁重工作。準(zhǔn)確方便的收費(fèi)系統(tǒng)不僅可以節(jié)省人力，還可以減少相關(guān)業(yè)務(wù)部門與客戶之間的糾紛。它不僅可以提高管理部門的工作效率，還可以滿足現(xiàn)代用戶付款的新需求。該系統(tǒng)技術(shù)水平高，可靠性好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，適應(yīng)性強(qiáng)，功能齊全，模塊尺寸小，功耗低，系統(tǒng)操作界面易于理解，安裝維護(hù)方便。對(duì)于目前的方案，遠(yuǎn)程集中抄表采用自動(dòng)控制技術(shù)，通信技術(shù)，程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)。遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程自動(dòng)采集，數(shù)據(jù)集中，支付管理，電量統(tǒng)計(jì)分析，復(fù)合監(jiān)測(cè)和綜合查詢等功能。推進(jìn)電力行業(yè)配電自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)分時(shí)收費(fèi)計(jì)劃具有重要意義。該系統(tǒng)的使用將大大減少電力部門的勞動(dòng)量，并將在電力公司的分級(jí)和創(chuàng)造卓越方面發(fā)揮重要作用。同時(shí)，提高了電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并且體系略有擴(kuò)展。燃?xì)獗砗退淼淖詣?dòng)計(jì)量工作可以完成，促進(jìn)了智能小區(qū)的建設(shè)。但是，我們也應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，鑒于我國集中抄表系統(tǒng)的總體發(fā)展水平，必須滿足大面積推廣和使用的要求。系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量還有待進(jìn)一步提高。我們相信隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷應(yīng)用和改進(jìn)，我們肯定會(huì)降低電力系統(tǒng)的效率，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證抄表的及時(shí)性和正確性。它為防止盜電和加快電費(fèi)回收提供了有效的技術(shù)手段?？梢灶A(yù)見該技術(shù)有著廣泛的發(fā)展前景。

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