基于AVR—AT90S8515的多通道智能大厦自动抄表系统.pdf

一 文章编号 ： 1 0 0 1 9 9 4 4 ( 2 0 0 2 ) 0 6 0 0 6 1 0 3 基于 A VRA T 9 0 5 8 5 1 5的多通道智能大厦 自动抄表 系统 龚辂洲， 彭楚武 ， 段太钢， 胡在华 ( 湖 南大学 电气与信息工程学院， 湖南 长沙 4 1 0 0 8 2 ) 摘要：介绍了一种智能大厦住宅的水、电、气表的 自动抄表系统。以新型单片机 A V R A T 9 0 S 8 5 1 5为中央 处理单元 ， 实现 了采集器的多通道数据 采集、 数据存储和数 字化的通信 功能， 系统运行稳定， 具有精度高、 可靠性好和实时性好等特性。对该嵌入式采集器的硬件 和软件作 了较为详尽 的阐述 。 关键词 ： 自动检测 ； 智能 大厦 ； A V R单片机 ； 嵌入式系统； 在线抄表 中图分类号 ： T P 2 7 4 5 文献标志码 ： B 1 引言 随着人们生活水平的不断提高，智能大厦应运 而生 ，以计算机为基础的 自动抄表系统是其重要组 成。最近研制的多通道智能大厦 自动抄表系统采用 了 A t m e l 公司的 A V RA T 9 0 S 8 5 1 5 单片机 ，多通道 实时采集用户水、 电和煤气表的脉冲， 并将脉冲数上 传至集中器和上位管理机。 程控 电话网 P C监控服务 中心 C0Ml COM2 COM3 COM4 且 R S一 4 8 5 接 口电路 4 舅 I I 訾 翁 I l 翁 l 2 24 l 2 2 4 抄表 系统的拓扑结构 银 行 2 抄表系统的拓扑结构 根据用户的需求 ，从系统的可靠性和实用性出 发 ， 系统设计成 3层 ， 分别为 P C监控层 、 集中器层 和采集器层， 结构示意图如图 1 所示。 P C监控服务 中心主要对系统进行实时监控并 对用户信息进行管理 ： 设定通信波特率 ； 设定集中器 向采集器定时采集时间； 设定采集器当前时间 ； 获取 采集数据和报警 ； 设置采集器通道类型； 读取采集器 数据 ； 开户和销户。通过程控电话 网与 自来水公司 、 电力公司、煤气公司和银行组成网络 ，完成 网上结 算 、 报表等功能。集中器起着上传下达的作用 ， 具有 掉电保护数据和报警功能。采集器主要任务是准确 实时采集所对应 的 2 4个水 、电和煤气表的脉冲数， 并存储在 自己的 MP U内，定时或按需上报给集中 器 ，然后传到监控服务 中心。它也具有掉电保护数 据和报警功能。 由于监控服务中心和集 中器的距离较短 ( 小于 5 0 m) ， 通过 P C机的 C O M 口与集中器进行通信， 采 用 R S 一 2 3 2 全双工通信方式。 一台监控服务中心可 带 4台集中器。 集中器与采集器的距离较长 ， 采用可 靠性较高的差分式 R S一4 8 5半双工通信方式 ( 两者 距离最长为 1 2 0 0 m) 。每台采集器还特别设计了一 个中继器 ，由两片背靠背的 MA X1 4 8 7 E组成 ，其接 收 发送方式由 P D 5 控制 ，它起着增强信号和加长 通信距离的作用 ( 可延至 2 4 0 0 m) 。 一台集 中器最多 可带 1 2 8台采集器。 收稿 日期 ：2 0 0 2 0 41 0 ：修订 日期 ：2 0 0 2 0 9 2 9 作者简介：龚辂洲( 1 9 7 7 一) ，男，硕士研究生，研究方向为机电一体化及 C I MS系统、智能大厦监控系统等；彭楚武， 男 ，教授，研究方向为机电一体化及 C I MS系统、智能大厦监控系统、微机实时控制系统研究与开发等。 胄 动 与 蓑 2 0 0 2 (6 ) 囫 卜 - 图 。 维普资讯 一 3 嵌入式 采集器硬件设计 A T 9 0 S 8 5 1 5内置上 电复位和看 门狗定时器 电 路 ， 采集器硬件结构简单 ， 其原理图如图 2所示。 PB 0T0 V c PBl Tl PO PDl 1 D L E PD3I NTl P C7 xT【 2 P C2 图 2 采集器硬件原 理图 采集器部分主要涉及 MP U， 通信接 口电路、 用户 表及其滤波电路等。 MP U A T 9 0 S 8 5 1 5地址 ( 采集器 地址电路由单向总线驱动器的 7 4 L S 2 4 4等构成) 通过 P D 7片选读人 P A口( 初始化时完成 ) 。 通信接口电路 主要由 MA X 1 4 8 7 E组成， 由P D 6控制采集器的接收 发送方式 ， 使 系统实现差分式 R S 一4 8 5半双工通信 。 I O口 A， B ， c通过光 电耦合器及 隔离 电路接用户 水 、 电或煤气表 ( 每通道 1 块表 ， 共 2 4 块表 ) ， 采集器 实时采集各表 的脉冲。 通信波特率有 9 6 0 0与 4 8 0 0 两种 ， 通过 P D 4选择 。 此脚为复用管脚 ， 上 电读取配 置为输入， 运行为通信指示灯输出。 设计 了 3个电压检测器 ： 2 2 0 V电压检测 当检测 2 2 0 V电压整流低于 8 2 V，认为 2 2 0 V断 电； 低电压检测当检测 c 4 8 V， 认为电压过 低 ， 需将 R A M 内容写入 E P R O M； 复位电压检测 当 Kc 4 2 V， 单片机复位。 系统设计了一个 6 V掉 电保护电池 ， 用以保证数据可靠写入 E P R O M。 R A M 数据每天写入 E P R O M一次。考虑高峰与平常用 电 分时计费 ， 采集器还设计了时钟 ， 由 P C监控机每天 对时一次。 4 采集器软件设计 采集器主要是完成对 2 4个通道的用户脉 冲表 的实时采集 ， 通信时只是从机 ， 即只有 当收到集中器 的命令后，采集器才响应。接收和发送通信均采用 中断方式 ， 这样就不会影响采样 ， 从而保证了数据 的 准确性。为区分高峰和平常数据 ， 设计 了实时时钟 ， 采样就在 1 0 m s 时钟定时中断内完成 ( 各表的脉冲 周期 为 5 01 0 0 H z ) 。 采集器的主程序流程图如图 3 囵 所示。 图 3 采集器的主程序流程 图 软件采用 A N S I C语言编制源程序 ，在 I c c A V R 6 2 3 环境下编译，在 S T U D I O 3 5 2环境下仿真调 试。在程序设计和调试过程中应注意以下几方面 ： ( 1 )初始化 I O端 口 先 赋 值 端 口数 据 方 向 寄 存 器 D D R X n ( 若 D D R X n设为 1 时， P X n 被配置为输出引脚 ， 反之P X n 被 配置为输 入引脚 ) ，然后赋值 端 口数据 寄存器 维普资讯 P O R T X， 而 P I N X为相应端 口的输入引脚地址。 若希 望得到相应引脚的逻辑电平值 ， 一定要读 P I N X。 ( 2 ) 中断系统 A T 9 0 S 8 5 1 5中断系统 中主要有 G I MS K( 通用 中 断屏蔽寄存器) 和 T I M S K ( 定时 计数屏蔽寄存器) ， 共有 1 3 个 中断源。触发中断方式有低电平触发 、 高 电平触发 、 下降沿触发和上升沿触等四种方式( 从寄 存器 MC U C R中设置 I S C X 1和 I S C X 0 ) 。 这里应着重 注意 中断的声明和开通 ： 声明中断 # p r a g m a i n t e r r u p t _ h a n d l e r ： 开通 中断设置相应的控制寄存器及总 中断 I= 1 ( 3 )U A R T的使用 A T 9 0 S 8 5 1 5带有一个全双工的通用串行异步收 发器 U A R T ，其相关 的寄存器有接收和发送数据寄 存器 U D R( 由两个物理上分开的寄存器共享一个地 址 ， 写入数据时是写到发送寄存器 ， 读 出时是读取接 收寄存器) 、 状态寄存器 U S R 、 控制寄存器 U C R和波 特率寄存器 U B R R ( 串行通信时波特率发生器不占 用定时器) 。 例 1 4 M H z 晶振下以9 6 0 0 波特率中断接收 集中器的命令， 设置如下： # p r a g m a i n t e r r u p t _ h a n d l e r r e c e i v e _ c o m ma n d ： 1 0 s t a t e m e n t r e c e i v e i n t e r r u p t u n s i g n e d c h a r t e mp ；d e fi n e g l o b a l v a t v o i d m a i n ( v o i d ) U B R R ： 2 5 ； B a u d r a t e i s 9 6 0 0 b i t s D D RD= O X F E ； ffR X D i n p u t U C R=0 X 9 0 ； o p e n r e c e i v e i n t e r r u p t &e n a b l e S REG I= 0 X8 0 ； l r e s p o n d r e c e i v e i n t e r r u p t v o i d rec e i v e _c o m ma n d ( v o i d )r e c e i v e i n t e r r u p t s e r v e f u n c t i o n t e m p U D R ； rec e i v e d a t a l 例 2 4 MH z 晶振下以 9 6 0 0波特率对集 中器 中断发送 ， 设置为： # p r a g ma i n t e r r u p t _ h and l e r s e n d _ c o mp l e t e ： 1 2 s tat e m e n t s e n d c o mp l e t e i n t e r r u p t u n s i gne d c h a r d a t a I ， d a ta 2 ： d e fi n e g l o b al v a r v o i d ma i n ( v o i d ) 胄动 与仪蓑 2 0 0 2【 6 ) U B R R ： 2 5 ； B a u d r a t e i s 9 6 0 0 b i t s D D R D I =0 X0 2 ； #T X D o u t p u t U D R ： d a t a I s e n d d a t a l UCR= 0 X48 ； o p e n sen d i n t e r r u p t & e n abl e S R E G I =0 X 8 0 ； o p e n I l f f res p o n d sen d i n t e r r u p t v o i d s e n d _d a ta( v o i d ) sen d i n t e r r u p t ser v e f u n c t i o n U D R = d a t a 2 s e n d d a t a 2 l ( 4 )看门狗定时器的使用 A T 9 0 S 8 5 1 5内置看 门狗电路 ， 由寄存器 WD T C R 控制。WD T C R的结构 ： WD T O E为看 门狗关闭使能。 只有在该位被置 1 后的 4个时钟周期 内将 WD E清零才能关闭看门狗 电路 ， 否则看门狗电路不会被关闭。WD T O E在被置 1 后 ， 在 4个周期后由硬件 自动清零 。 WD E置 1 时 ， 使能看 门狗电路 ； 清零时关闭看 门狗电路。 注意关闭看 门狗电路应在对 WD T O E置 1 后 4个时钟周期内进行。 A V R中的 WD R指令 ， 用以清除看 门狗定时器， 在 c语言中对应为 WD R ( ) 或 WD R ( ) 函数。 还 应 注 意 ， 在 引 用 头 文 件#i n c l u d e 或初始化堆栈指针或使用片外 S R A M 时， 应对 MC U C R初始化 ； 位运算时应使用 A N S I 的 位运算功能进行处理等幢 一1 。 5 结束语