隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們對電力的需求愈來愈大，對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來越高。另外，在工業(yè)系統(tǒng)中，對電子設(shè)備運(yùn)行過程中的電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與控制的要求也十分迫切。在這種趨勢下，供電單位要向用戶提供安全、優(yōu)質(zhì)的電力，但依靠傳統(tǒng)的技術(shù)和管理手段已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)。針對這些問題，根據(jù)社會(huì)發(fā)展的需要，依據(jù)電力工業(yè)部南京自動(dòng)化研究所提出的要求，從實(shí)用化的角度出發(fā)，研制了一種電能信息自動(dòng)采集終端。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易維護(hù)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，并可通過低壓載波和采集站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了電能信息的自動(dòng)采集。因此電能信息自動(dòng)采集終端對用電管理、配電管理實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化和科學(xué)化具有非常重要的意義，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將起到不可估量的推動(dòng)作用。

　　1 自動(dòng)采集終端的設(shè)計(jì)

　　1.1 自動(dòng)采集終端的功能和組成

　　終端站系統(tǒng)采用以89C51單片機(jī)為核心的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對1～16塊電度表信息的采集、存儲(chǔ)、傳輸及工作狀態(tài)的顯示等功能。其具體功能如下：對脈沖式電度表或經(jīng)過改造的機(jī)械式電度表送來的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把它轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電能量，實(shí)現(xiàn)對有功電能的計(jì)量;設(shè)置初值(地址號、表常數(shù)、電表底度等參數(shù))，保存1年內(nèi)各用戶各月的電能信息，分時(shí)計(jì)費(fèi);以電力載波方式和采集站通信;對各電度表的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。

　　整個(gè)自動(dòng)采集終端由脈沖計(jì)數(shù)模塊、通信模塊、時(shí)鐘電路模塊、工作狀態(tài)顯示模塊和鍵盤操作模塊五部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　1.2 采用雙CPU共用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C32和雙RS 232通信接口

　　按照脈沖式電度表標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)時(shí)間內(nèi)對脈沖不進(jìn)行處理，將會(huì)出現(xiàn)脈沖的丟失，從而造成脈沖計(jì)數(shù)的不準(zhǔn)確。采用雙CPU共用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器技術(shù)可以避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。脈沖計(jì)數(shù)模塊和通信模塊分別采用各自的CPU進(jìn)行控制，兩者之間通過公共數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C32、通信協(xié)議和握手線進(jìn)行信息交換。為了防止兩者對存儲(chǔ)器操作的阻塞而出現(xiàn)故障，在設(shè)計(jì)中采用兩根握手線進(jìn)行硬件握手，當(dāng)一個(gè)模塊不對存儲(chǔ)器操作時(shí)，其握手線輸出端輸出“O”;當(dāng)需要對存儲(chǔ)器進(jìn)行操作時(shí)，其握手線輸入端輸入“0”，其握手線輸出端輸出“1”，然后進(jìn)行操作，否則處于等待狀態(tài)。

　　該電能信息自動(dòng)采集終端設(shè)計(jì)了兩個(gè)RS 232通信接口，其中一個(gè)為AT89C51-1的RS 232通信口，用于與電度表或設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù);另一個(gè)是AT89C51-2的RS 232通信口，用于與上位機(jī)之間的通信。這樣就減輕了主CPU AT89C51-2的負(fù)擔(dān)，且可對于不同數(shù)據(jù)格式的RS 232電度表靈活修改程序代碼。

　　1.3 脈沖計(jì)數(shù)模塊

　　脈沖計(jì)數(shù)模塊由電度表、兩片控制芯片AT89C51、脈沖處理電路、存儲(chǔ)器AT24C32等電路組成，利用單片機(jī)編程對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，完成對數(shù)據(jù)的采集、有效存儲(chǔ)及傳輸功能。

　　各功能的具體實(shí)現(xiàn)過程為：首先將電度表輸出的脈沖信號經(jīng)由光電耦合器、施密特觸發(fā)器等組成的脈沖處理電路進(jìn)行濾波、整形等處理后，再送入緩沖器進(jìn)行緩存;然后根據(jù)控制電路的命令進(jìn)行相應(yīng)的操作。當(dāng)進(jìn)行信息存儲(chǔ)操作時(shí)，AT89C51-1工作，AT89C51-2處于等待狀態(tài)，AT89C51-1向存儲(chǔ)器發(fā)送起始信號，AT89C51-1收到存儲(chǔ)器的低電平應(yīng)答信號后，向存儲(chǔ)器發(fā)送字節(jié)地址，AT89C51-1收到存儲(chǔ)器的另一個(gè)低電平應(yīng)答信號后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)器再次應(yīng)答，并在AT89C51-1發(fā)送停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫，在擦寫的過程中，存儲(chǔ)器不再相應(yīng)任何請求。當(dāng)進(jìn)行讀信息操作時(shí)，AT89C51-l處于等待狀態(tài)，AT89C51-2工作，AT89C51-2向存儲(chǔ)器發(fā)送起始信號和被尋址的字節(jié)地址，存儲(chǔ)器產(chǎn)生低電平應(yīng)答信號并發(fā)送相應(yīng)字節(jié)地址的內(nèi)容，接收完數(shù)據(jù)后，AT89C51-2發(fā)送一個(gè)停止信號。

　　時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)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(dòng)信號開始，時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線從低到高的跳變被看作為停止信號。外部存儲(chǔ)器采用結(jié)構(gòu)簡單的二線制E2PROM和具有掉電保護(hù)的AT24C32存儲(chǔ)信息，掉電后數(shù)據(jù)可保存十年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際要求。為了延長存儲(chǔ)器的使用時(shí)間，采用循環(huán)存儲(chǔ)方式，保證了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。