遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　題 目： 遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)——集中器硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院： 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： 班級/學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)老師/督導(dǎo)老師： </p><p>　　起止時間： 2012年2月21日 至2012年6月17日 </p>

3、;<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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)級的電力負(fù)荷監(jiān)測、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)程自動抄表技術(shù)，完成自動抄表并達(dá)到實(shí)時監(jiān)控電能表計(jì)的目的，同時減少人工上門抄表、數(shù)據(jù)輸入等繁雜又

4、容易出錯的勞動，提高工作效率，真正做到用電管理自動化，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。</p><p>　　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。</p><p>　　通過查閱相關(guān)資料和近幾年的研究

5、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)對用戶電能表的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、記錄和實(shí)時監(jiān)測的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：硬件； 抄表系統(tǒng)； 集中器； 遠(yuǎn)程抄表； </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of the national economy

6、 and power, a table system has basically universal, enterprise-level monitoring of the power load, the control system has been put into use in some areas, and achieved good results. Low-voltage electricity consumers due

7、to the number, geographical distribution of a wide power company's meter reading workload is considerable. Therefore, new techniques, the use of local and remote automatic meter reading technology to complete the aut

8、omatic meter r</p><p>　　This article aims to provide a low-cost, high reliability and public utility charges, automation and residential property management intelligent technology. This paper discusses the h

9、ardware design of the data concentrator, and each module design and analysis. Detailed description of the remote power meter reading system - focus on the hardware design solution to implement.   Access to r

10、elevant information and research for the past few years, this system can be achieved basically remote autom</p><p>　　Keywords: hardware; Collect meter reading system; Collector; Remote meter reading</p>

11、;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要（中文）I</b></p><p>　　Abstract（英文）II</p><p><b>　　第一章概述1</b></p><p>　　1.1遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的研究背景1&l

12、t;/p><p>　　1.2國內(nèi)外遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3遠(yuǎn)程電力抄表統(tǒng)的目的意義1</p><p>　　第二章系統(tǒng)需求分析3</p><p>　　2.1遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)需求介紹3</p><p>　　2.2遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的組成介紹3</p><p

13、>　　2.3遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)4</p><p>　　2.4系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及應(yīng)用工具介紹4</p><p>　　2.4.1系統(tǒng)軟硬件要求4</p><p>　　2.4.2編譯環(huán)境Keil uVision2介紹5</p><p>　　2.4.3畫圖工具Ptotel 99 SE介紹5</p><p

14、>　　第三章 集中器硬件設(shè)計(jì)芯片介紹6</p><p>　　3.1STM32F103ZET6芯片介紹6</p><p>　　3.1.1管腳圖及主要引腳介紹6</p><p>　　3.1.2系統(tǒng)中的作用及接線7</p><p>　　3.2K9F2G08U0M芯片介紹7</p><p>　　3.

15、2.1管腳圖及主要引腳介紹8</p><p>　　3.2.2系統(tǒng)中的作用及接線8</p><p>　　3.3TSC2200IRHB芯片介紹8</p><p>　　3.3.1管腳圖及主要引腳介紹8</p><p>　　3.3.2系統(tǒng)中的作用及接線9</p><p>　　3.4MAX3082芯片介紹

16、9</p><p>　　3.4.1管腳圖及主要引腳介紹10</p><p>　　3.4.2系統(tǒng)中的作用及接線10</p><p>　　第四章 集中器硬件電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.1集中器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.2CPU模塊電路設(shè)計(jì)11</p><p

17、>　　4.2.1NAND FLASH電路原理圖11</p><p>　　4.2.2JTAG電路原理圖12</p><p>　　4.2.3振蕩電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.2.4復(fù)位電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.3LCD&觸摸屏模塊電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.3

18、.1觸摸屏控制電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.3.2LCD液晶接口電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.4通信電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4.1RS232接口與RS485接口的介紹15</p><p>　　4.4.2RS232&RS485通信電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　

19、4.5電源電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.6PCB板設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.6.1PCB板設(shè)計(jì)步驟17</p><p>　　4.6.2PCB板設(shè)計(jì)圖18</p><p>　　第五章 硬件調(diào)試及分析19</p><p>　　5.1整板電路測試19</p><p

20、>　　5.2STM32F103ZET6芯片測試19</p><p>　　5.2.1復(fù)位管腳、晶振管腳、串口通信管腳測試19</p><p>　　5.2.2I/O口功能測試程序設(shè)計(jì)19</p><p>　　5.3串口電路測試20</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望21</p><p><

21、b>　　6.1總結(jié)21</b></p><p><b>　　6.2展望21</b></p><p><b>　　結(jié)束語22</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………………...23</p><p><b

22、>　　概述</b></p><p>　　遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的研究背景</p><p>　　隨著我國電網(wǎng)改造的逐步推進(jìn)。電力設(shè)施得到了迅速發(fā)展提高，隨著我國經(jīng)濟(jì)體制改革的深入。電作為電力部門出售的商品進(jìn)入了市場。由于我國采用的是“一戶一表，管電到戶”的供電方式，這使得用電網(wǎng)絡(luò)十分龐大。目前，電力營銷部門要想知道用戶的用電數(shù)據(jù)，基本上都是采用人工抄表的方式。這種抄表方式工作量大

23、、效率低下、漏抄誤抄率高、不能對用電情況進(jìn)行監(jiān)控，不能適應(yīng)電力營銷部門現(xiàn)代化和信息化的要求。為滿足電力營銷部門管理現(xiàn)代化的需求。就需要對傳統(tǒng)的用電抄收方式進(jìn)行改進(jìn)。易于實(shí)現(xiàn)、可靠性高、成本低廉、易于普及的遠(yuǎn)程無線集中抄表技術(shù)將成為電力抄表發(fā)展的必然趨勢。</p><p>　　在能源緊缺而又不可或缺的今天，科學(xué)、及時、有效的能源管理和電力調(diào)度已經(jīng)至關(guān)重要了。我國電力系統(tǒng)長期以來的查收方式是人工抄表，由查表人員入戶查

24、表計(jì)費(fèi)，再由收費(fèi)人員入戶收費(fèi)或?qū)⑹召M(fèi)單送到用戶通過銀行進(jìn)行結(jié)算。隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推進(jìn)，廠網(wǎng)分離、同網(wǎng)同價和分時計(jì)費(fèi)等政策的出臺，用電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模急劇膨脹，使得供電企業(yè)對用電網(wǎng)絡(luò)的管理任務(wù)日益加劇。傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊病越來越突出，主要表現(xiàn)在：</p><p>　　1. 查表收費(fèi)人員工作入戶難，條件差，效率低，勞動強(qiáng)度大；</p><p>　　2. 錯抄、漏抄

25、、估抄的現(xiàn)象嚴(yán)重，影響電供應(yīng)部門的經(jīng)濟(jì)效益和社會形象；</p><p>　　3. 竊電問題嚴(yán)重，尤其是工業(yè)大用戶的竊電問題，由于數(shù)額較大，嚴(yán)重地?fù)p壞了電力企業(yè)的利益，擾亂了供用電秩序。</p><p>　　以上這些問題一直困擾著電力部門，并成為制約電力部門提高效益、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動化的瓶頸。國家如何把龐大且分散的用電量及其它數(shù)據(jù)及時有效并且準(zhǔn)確無誤地收集、統(tǒng)計(jì)及分析，成為供電企業(yè)一個迫切需要解

26、決的問題。</p><p>　　國內(nèi)外遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　目前許多國家和地區(qū)都已廣泛采用遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工抄表，主要集中在煤氣表、電量表和水流量表的自動抄表，特別是煤氣抄表已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史。抄表技術(shù)的快速發(fā)展得益于80年代計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，使得抄表系統(tǒng)在向著智能化、低功耗、低成本和通信標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的過程邁出了堅(jiān)實(shí)

27、的一步，達(dá)到了可以大規(guī)模推廣的實(shí)用性階段。</p><p>　　我國內(nèi)所采用的抄表方式大致可以分為三種：一是傳統(tǒng)的人工抄表方式，抄表人需到用戶處讀取數(shù)據(jù)，返回總局后將數(shù)據(jù)重新輸入電腦進(jìn)行處理；二是預(yù)付費(fèi)方式，抄表人無需到用戶處，用戶通過銀行劃撥收費(fèi)或到儀表管理部門購買磁卡、IC卡等，按購買額提供用量，完成收費(fèi)工作；三是遠(yuǎn)程抄表方式，監(jiān)控中心通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)(例如公用電話網(wǎng)、電力線載波、數(shù)據(jù)網(wǎng)等)自動獲取遠(yuǎn)程儀表數(shù)

28、據(jù)的方式。這也是本設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究的抄表方式。當(dāng)前在我國國內(nèi)大量使用的是預(yù)付費(fèi)方式，部分地區(qū)已經(jīng)開始了遠(yuǎn)程抄表的試點(diǎn)。</p><p>　　遠(yuǎn)程電力抄表統(tǒng)的目的意義</p><p>　　隨著一戶一表的推廣及城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的改造，以及國家打破電力供應(yīng)壟斷局面、引入競爭政策的逐步深入，發(fā)展遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)是提高用電管理水平的需要，也是網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的必然。遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)具有抄收速度快、計(jì)算

29、精度高、抄表實(shí)時性好、可直接與營業(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等突出的優(yōu)點(diǎn)。采用遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)可以緩解抄表人員的勞動強(qiáng)度，降低人為因素造成的抄表誤差，并能迅速地統(tǒng)計(jì)實(shí)時線損等。它從根本上克服了傳統(tǒng)人工抄表模式的弊端，給電能管理的現(xiàn)代化帶來了新的希望。采用遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)有如下優(yōu)勢：</p><p>　　1. 采用遠(yuǎn)程電力抄表，不再需要預(yù)約上門抄表時間，居民用電量自動抄收，收費(fèi)實(shí)現(xiàn)自動劃撥，還能迅速查詢賬單，能更好地方便用戶。&l

30、t;/p><p>　　2. 隨著一戶一表的推廣及城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的改造，電表的數(shù)量迅速增大，抄表的工作量越來越大，所需抄表人員越來越多，人力成本大幅度上升。采用遠(yuǎn)程自動抄表，能節(jié)約人力資源實(shí)現(xiàn)減員增效。</p><p>　　3. 遠(yuǎn)程電力抄表，對加強(qiáng)用電管理，防止竊電，電費(fèi)催收，杜絕貪污腐敗等都有積極的意義。</p><p>　　4. 采用遠(yuǎn)程電力抄表，可提高抄表的準(zhǔn)確性，減

31、少因估計(jì)或抄寫而造成賬單錯誤，使供用電管理部門能及時準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　5. 電力的發(fā)展，需要從用戶處盡快獲取更多的數(shù)據(jù)信息，如電能需量、配電變壓器的監(jiān)測、線損的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)、分時電量和負(fù)荷曲線等，遠(yuǎn)程電力抄表為實(shí)現(xiàn)上述要求提供了切實(shí)可行的技術(shù)手段。</p><p><b>　　系統(tǒng)需求分析</b></p><p>　　遠(yuǎn)程電力

32、抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工抄表的落后方式，實(shí)現(xiàn)不需要人員到達(dá)現(xiàn)場，利用特定的通信方式將用戶處的電能表所記錄的各種數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程主控站的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，并由軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算。為電力部門減少龐大的工作量，節(jié)省大量時間。此外遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)是未來電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個電力管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時、準(zhǔn)確、高效的電力管

33、理系統(tǒng)。可以有效地提高電力抄表效率，因而正在日益受到社會的廣泛重視！</p><p>　　遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)需求介紹</p><p>　　在能源緊缺而又不可或缺的今天，科學(xué)、及時、有效的能源管理和電力調(diào)度已經(jīng)至關(guān)重要了。我國電力系統(tǒng)長期以來的查收方式是人工抄表，由查表人員入戶查表計(jì)費(fèi)，再由收費(fèi)人員入戶收費(fèi)或?qū)⑹召M(fèi)單送到用戶通過銀行進(jìn)行結(jié)算。隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推

34、進(jìn)，廠網(wǎng)分離、同網(wǎng)同價和分時計(jì)費(fèi)等政策的出臺，用電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模急劇膨脹，使得供電企業(yè)對用電網(wǎng)絡(luò)的管理任務(wù)日益加劇。傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊病越來越突出，主要表現(xiàn)在：1. 查表收費(fèi)人員工作入戶難，條件差，效率低，勞動強(qiáng)度大；2. 錯抄、漏抄、估抄的現(xiàn)象嚴(yán)重，影響電供應(yīng)部門的經(jīng)濟(jì)效益和社會形象；3. 竊電問題嚴(yán)重，尤其是工業(yè)大用戶的竊電問題，由于數(shù)額較大，嚴(yán)重地?fù)p壞了電力企業(yè)的利益，擾亂了供用電秩序。國家如何把龐大且分散的用電量及其它數(shù)據(jù)及時有效

35、并且準(zhǔn)確無誤地收集、統(tǒng)計(jì)及分析，成為供電企業(yè)一個迫切需要解決的問題。</p><p>　　從上文可以看出，現(xiàn)在的抄表方式需要一種可以自動完成這些操作的應(yīng)用系統(tǒng)，遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)就是針對這些需求而研發(fā)的，它可以實(shí)現(xiàn)把龐大且分散的用電量及其它數(shù)據(jù)及時有效并且準(zhǔn)確無誤地收集、統(tǒng)計(jì)及分析。</p><p>　　遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的組成介紹</p><p>　　遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)

36、整體由四部分組成：控制中心、集中器、表箱控制器和用戶電表；分為兩層結(jié)構(gòu)，包括集中器與表箱控制器的底層通信和控制中心與集中器的上層通信。系統(tǒng)組成框圖如圖2.2所示。自動抄表系統(tǒng)的通信信道方案包括集中器與表箱控制器的底層通信信道方案和管理中心與集中器的上層通信信道方案。底層數(shù)據(jù)采集采用RS-485總線型通信方式。上層通信系統(tǒng)是以安裝在管理中心的系統(tǒng)工作站為中心點(diǎn)，以發(fā)散的形式分別通過通信信道與分散于各區(qū)域的集中器連接，信道的通信數(shù)據(jù)量大，要

37、求有一定的傳輸速率和帶寬。鑒于GPRS網(wǎng)絡(luò)的成熟度較高、覆蓋面較廣，可很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時性的要求，因而選用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為上層通信方式。但是由于此設(shè)計(jì)尚處于試驗(yàn)階段，還沒有實(shí)現(xiàn)真正的GPRS網(wǎng)絡(luò)通信，僅僅是利用RS-485總線型通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p>　　控制中心服務(wù)器與集中器構(gòu)成上層通信系統(tǒng)。底層通信系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場，包括用戶電表、表箱控制器和集中器。表箱控制器通過RS-4

38、85串行總線把采集到的數(shù)據(jù)傳送給集中器。集中器的主要功能就是數(shù)據(jù)的采集、匯總、顯示和轉(zhuǎn)發(fā)。本系統(tǒng)中集中器主要由控制器和通信模塊構(gòu)成。集中器利用RS-485總線把比較接近的表箱控制器的數(shù)據(jù)匯總過來，對它們進(jìn)行分時存儲，并利用通信模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)（此設(shè)計(jì)用RS-485串行總線）把數(shù)據(jù)傳送給上位供電部門管理中心。集中器又稱為抄表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備，其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)就成為本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，集中器的硬件設(shè)計(jì)也是本文將重點(diǎn)進(jìn)行闡述的部分。下面兩章將對集

39、中器的硬件設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹。系統(tǒng)組成框圖如圖2.1所示：</p><p>　　遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)</p><p>　　遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分為集中器硬件設(shè)計(jì)、集中器上行程序設(shè)計(jì)、表箱控制器硬件設(shè)計(jì)以及集中器下行程序設(shè)計(jì)四大部分，分別由四位同學(xué)共同完成，而本文重點(diǎn)闡述的是集中器硬件設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)自動抄表、表箱控制單元與集中器的下行通信、集中器與控制中心的上行通信，在控制中心

40、能夠顯示抄表數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)狀態(tài)，便于記錄與整合。以此來為電力工作人員帶來抄表以及統(tǒng)計(jì)的方便。</p><p>　　系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及應(yīng)用工具介紹</p><p><b>　　系統(tǒng)軟硬件要求</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是在PC機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的共同作用下完成的，關(guān)于PC機(jī)的要求并不是十分嚴(yán)格，只是一般的配置即可，不過實(shí)驗(yàn)箱的連接需要驅(qū)動USB口，具體

41、的實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求具體如下：</p><p>　　操作系統(tǒng)：Windows 2000以上版本；</p><p>　　內(nèi)存：64M及以上；</p><p>　　CPU：512MHZ以上；</p><p>　　USB驅(qū)動口：COM4口；</p><p>　　編譯環(huán)境Keil uVision2介紹</p><

42、p>　　單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件。本次設(shè)計(jì)應(yīng)用的軟件為Keil uVision2，該軟件是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)c語言的語法來開發(fā)。Keil內(nèi)部建立有一個仿真CPU用來模擬執(zhí)行程序，該仿真CPU功能強(qiáng)大，可以在沒有硬件和仿真機(jī)的情況下進(jìn)行程序的調(diào)試工作。如圖2.2所示，就是Keil uVision2工作界面。

43、 </p><p>　　該編譯環(huán)境的特點(diǎn)是全功能的源代碼編輯器，器件</p><p>　　庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置，項(xiàng)目管理器用來創(chuàng)建和維護(hù)用戶的項(xiàng)目，集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用，所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對話框形式的， 圖2.2 Keil uVision2工作界面</p><

44、p>　　真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調(diào)試器，高級GDI接口用來在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信。</p><p>　　在Keil uVision2中，有三種存儲模式，分別是Small、Compact和Large。其中Small模式是指所有缺省值變量參數(shù)均裝入內(nèi)部RAM，優(yōu)點(diǎn)是訪問速度快，缺點(diǎn)是空間有限，只適用于小程序；Compact模式是指所有缺省變量均位于外部RAM區(qū)的一

45、頁（256 Bytes），具體哪一頁由P2口指定，在STARTUP.A51文件中說明，也可用Pdata指定，優(yōu)點(diǎn)是空間較Small寬裕，速度較Small滿慢，較Large要快，是一種中間狀態(tài)；Large模式是指所有缺省變量可放在多達(dá)64KB的外部RAM區(qū)，優(yōu)點(diǎn)是空間大，可存儲變量多，缺點(diǎn)是速度慢。因本設(shè)計(jì)涉及到的程序較多，因此采用Large模式。</p><p>　　畫圖工具Ptotel 99 SE介紹</

46、p><p>　　Protel99SE是應(yīng)用于較高操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個信號層，16個電源--地層和16個機(jī)加工層。如圖2.3 ，即Protel99SE工作界面。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用該軟件

47、的電路原理圖設(shè)計(jì)，電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是繪制、修改和編輯電路原理圖；更新 圖2.3 Protel99SE工作界面</p><p>　　和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報(bào)表。這是一個易于使用的具有大量元件庫的原理圖編輯器，主要用于原理圖的設(shè)計(jì)，它可以為印刷電路板設(shè)計(jì)提

48、供網(wǎng)絡(luò)表，使用戶可以輕松完成所需的設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　第三章 集中器硬件設(shè)計(jì)芯片介紹</p><p>　　本章主要介紹該遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)中集中器硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)用的硬件芯片，分別從芯片基本介紹、芯片工作原理等方面闡述應(yīng)用到的主要芯片。同時每塊芯片在系統(tǒng)中起到的作用，以及該芯片在公交系統(tǒng)中主要使用哪些引腳，這些引腳是怎樣與單片機(jī)連接的等內(nèi)容也將在該章講述。</p>

49、<p>　　STM32F103ZET6芯片介紹</p><p>　　STM32F103ZET6采用ARM公司的高性能Cortex-M3內(nèi)核，該內(nèi)核集高性能、低成本、低功耗、性價比高于一體。同時，Cortex-M3中還集成了大部分存儲器控制器，這樣可直接在MCU外連接Flash，降低了設(shè)計(jì)難度和應(yīng)用障礙。內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器以及帶校準(zhǔn)功能的32kHz RTC振蕩器。除此之外，其運(yùn)算速度可達(dá)

50、1.25DMips/MHz ,集成1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻轉(zhuǎn)速度；7組112個通用I/O口；片上外設(shè)資源包含有溫度傳感、PWM定時器、CAN總線、USB、UART、SPI、無線通信等接口、電壓比較器、看門狗定時器、電源監(jiān)測模塊可編程邏輯陣列(PLA)等。該芯片采用2V-3.6V供電供電， 在72MHz時消耗36mA(所有外設(shè)處于工作狀態(tài))，待機(jī)時下降到2μA。&l

51、t;/p><p>　　管腳圖及主要引腳介紹</p><p>　　圖3.2就是STM32F103ZET6芯片的管腳圖，具體管腳介紹如下： </p><p>　　PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG 7組共112個I/0口：112個多功能雙向的I/O口，所有I/O口可以映像到16個外部中斷；幾乎所有端口均可容忍5V信號。</p><p>　　O

52、SC_IN、PC14-OSC32_IN：振蕩電阻輸入端，與OSC_OUT所接電阻決定振蕩頻率；</p><p>　　OSC_OUT、PC14-OSC32_OUT：振蕩電阻振蕩器輸出端。</p><p>　　PA2/USART2_TX 10個USART接口：同步異步收發(fā)器（USART），它支持同步單向通信和半雙工單線通信。它也支持LIN(局部互連網(wǎng))，智能卡協(xié)議和IrDA(紅外數(shù)據(jù)組織)SI

53、R ENDEC規(guī)范，以及調(diào)制解調(diào)器(CTS/RTS)操作。它還允許多處理器通信。用于多緩沖器配置的DMA方式，可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信。</p><p>　　NRST：異步復(fù)位腳。為低時，選擇該芯片成為當(dāng)前被控制設(shè)備并且開啟SPI接口?？臻e時，需要拉高。</p><p>　　SPI：串行外設(shè)接口?？偩€系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。SPI接

54、口是在CPU和外圍低速器件之間進(jìn)行同步串行數(shù)據(jù)傳輸，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可達(dá)到幾Mbps。</p><p>　　圖3.1 STM32F103ZET6管腳圖 </p><p><b>　　系統(tǒng)中的作用及接線</b></p><p>　　本次畢設(shè)集中器的

55、功能主要通過STM32F103ZET6芯片來實(shí)現(xiàn)的，STM32F103ZET6芯片本身具有高性能Cortex-M3內(nèi)核，豐富的I/0接口。它可以控制電源，液晶，觸摸屏，存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?lt;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)中涉及到STM32F103ZET6的接線有很多引腳，幾乎所有的I/0接口都用上了，除了像PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG 7組I/0口外，主要用到的引腳分別是OSC_IN、PC14-OSC

56、32_IN、NRST 、SPI 以及USART接口，具體的引腳分配將在后文講述。</p><p>　　K9F2G08U0M芯片介紹</p><p>　　K9F2G08U0M-Y,P有2G+64M位的存儲單元。存儲單元組成128k頁(page)×(2k+64)列的存儲陣列。每頁由2k字節(jié)的主存儲區(qū)和64字節(jié)的備用存儲區(qū)組成．64字節(jié)的備用存儲區(qū)可用來存放數(shù)據(jù)，也可以存放校驗(yàn)值。整個

57、芯片包含128k頁，每64頁構(gòu)成一個塊(block)。芯片共包含2k個塊。</p><p>　　除基本數(shù)據(jù)存儲單元外，K9F2G08U0M-Y,P還包含有一個2112字節(jié)的數(shù)據(jù)寄存器和2ll2字節(jié)的高速緩存，它們可在讀寫FLASH的過程中起到I／O接口與存儲單元之間的數(shù)據(jù)緩沖作用。</p><p>　　K9F2G08U0M-Y,P存儲器的地址、命令和數(shù)據(jù)總線均使用同一個8位I／O口，可在片

58、選信號CE和寫信號WE為低時寫人命令、地址和數(shù)據(jù)，并在WE信號的上升沿鎖存。通過命令鎖存信號CLE和地址鎖存信號ALE可指示當(dāng)前I／O口的數(shù)據(jù)是命令還是地址。命令一般占用2個周期。但查詢狀態(tài)READ STATUS1 命令只占用1個周期。K9F2G08U0M-Y,P的讀寫操作都是以頁為單位進(jìn)行的,讀寫命令后需要發(fā)5個地址周期；擦除則是以塊為單位進(jìn)行的,擦除命令只需要3個地址周期發(fā)送塊地址即可。</p><p>　　

59、本設(shè)計(jì)中主要是應(yīng)用到了該芯片龐大的存儲的功能，具體見下文介紹。</p><p>　　管腳圖及主要引腳介紹</p><p>　　圖3.2就是K9F2G08U0M-Y,P芯片的管腳圖，具體管腳介紹如下： </p><p>　　I/O0～I(xiàn)/O7：輸入，輸出。I/O0～I(xiàn)/O7既可作為數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，又可作為命令地址的輸入引腳，命令、地址、數(shù)據(jù)分時復(fù)用，根據(jù)不同的命令

60、區(qū)分地址和數(shù)據(jù)；</p><p>　　CLE：命令鎖存允許。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許。</p><p><b>　　CE：片選。</b></p><p><b>　　WE：寫允許。</b></p><p><b>　　RE：讀允許。</b&g

61、t;</p><p>　　R/B：準(zhǔn)備好／忙。</p><p>　　WP：寫保護(hù)。 圖3.2 K9F2G08U0M-Y,P管腳圖 </p><

62、;p><b>　　系統(tǒng)中的作用及接線</b></p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的目的是為了高速存儲大容量的數(shù)據(jù)，因此，選擇NAND型K9F2G08U0M存儲器。它的存儲容量是2 Gbit，8位位寬，頁大小為2048×8 bit，每塊由64頁組成，共有2048塊。每頁帶有64×8 bit的空閑存儲區(qū)，共有8192 K×8 bit的空閑存儲區(qū)。本次采用的K9F2

63、G08U0M-Y,P NAND FLASH使用3.3V供電，擁有8個256M的儲存顆粒，也就是大約2G的儲存空間。</p><p>　　由于在實(shí)際設(shè)計(jì)中NC引腳不連接，因此K9F2G08U0M的連線連接的管腳為：I/O0～I(xiàn)/O7、CLE、ALE、CE、WE、RE、WP 、R/B。K9F2G08U0M與STM32F103ZET6連接簡單，另STM32F103ZET6的7個FSMC引腳分別與I/O0～I(xiàn)/O7先連，

64、CLE、ALE、CE、WE、RE、WP 、R/B分別與STM32F103ZET6的幾個I/O接口相連。具體的連接將在下文中詳細(xì)闡述。</p><p>　　TSC2200IRHB芯片介紹</p><p>　　TSC2200IRHB 是一個完整的可編程模擬接口電路, 專門控制四線觸摸屏應(yīng)用中的位置、 壓力和plate電阻測量。TSC2200IRHB 采用內(nèi)置處理單元, 不需要微處理器的參與就能

65、執(zhí)行所有觸摸屏處理任務(wù), 如觸摸檢測、可編程觸摸屏( X/Y)驅(qū)動器和轉(zhuǎn)換控制、數(shù)據(jù)平均過濾和存儲、以及觸摸面板穩(wěn)定等。這種協(xié)處理解決方案減少了微處理器中斷服務(wù)程序( ISR) 的負(fù)擔(dān), 為微處理器節(jié)省了大量MIPS計(jì)算能力,從而提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和精度。該芯片由選擇器、觸摸屏接口、鍵盤接口、直接電源管理、輔助輸入、溫度控制、電流輸出D/A 轉(zhuǎn)換器等部分組成。TSC2200 支持4 線電阻模式, 除了能用X 和Y 來給觸摸點(diǎn)定位以外,

66、 還能直接測量觸摸壓力。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的電力抄表系統(tǒng)提供液晶顯示中文菜單操作界面以及數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示，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，所以本設(shè)計(jì)中的點(diǎn)陣顯示屏為320*240。</p><p>　　管腳圖及主要引腳介紹</p><p>　　圖3.3就是TSC2200IRHB芯片的管腳圖，主要管腳介紹如下：

67、 </p><p>　　X+：位置輸入端；Y+：位置輸入端；X-：位置輸入端；Y-：位置輸入端；</p><p>　　VBAT1：電源管理輸入1；VBAT2：電源管理輸入2；VREF：參考電壓源；KBIRQ：鍵盤中斷( 低電平有效) ；</p><p>　　R1~ R4：鍵盤第一行至第四行輸入；</p><p>　　C1~ C4 ：鍵盤第一列

68、至第四列輸入；</p><p>　　SLCK：串行時鐘輸入；SS：片選輸入；</p><p>　　MOSI：串行數(shù)據(jù)輸入；DAV ：數(shù)據(jù)有效端；</p><p>　　MISO：串行數(shù)據(jù)輸出；PENIRQ：筆中斷；</p><p>　　ARNG：模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出范圍設(shè)置；AUX2：輔助數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入2；DAV：數(shù)據(jù)有效端；</p>

69、<p>　　AUX1：輔助數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入1。 </p><p>　　圖3.3 TSC2200IRHB管腳圖</p><p><b>　　系統(tǒng)中的作用及接線</b></p><p>　　TSC2200 通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI

70、總線跟處理器相連接。串行時鐘的空閑狀態(tài)是0 電平。當(dāng)串行時鐘出現(xiàn)第一個高電平時, 處理器才開始對MOSI 發(fā)送數(shù)據(jù)。同時, TSC2200 也通過MISO 返回處理器數(shù)據(jù)。在傳輸字節(jié)之間, 片選輸入端SS應(yīng)保持高電平。</p><p>　　系統(tǒng)中涉及到的TSC2200IRHB接線主要是MISO、MOSI 、DAV、SS、SLCK及KBIRQ，要實(shí)現(xiàn)觸摸屏控制功能要將他們與單片機(jī)的I/O接口相連。</p>

71、;<p>　　MAX3082芯片介紹</p><p>　　RS-485是一種基于差分信號傳送的串行通信鏈路層協(xié)議。它解決了RS-232協(xié)議傳輸距離太近（15m）的缺陷，是工業(yè)上廣泛采用的較長距離數(shù)據(jù)通信鏈路層協(xié)議。</p><p>　　RS-485收發(fā)器市場上的種類很多，MAX3082是其中最經(jīng)常用到的一種。MAX3082只適用于半雙工通信，即同一時刻線路上只能進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收

72、或發(fā)送 它允許將主系統(tǒng)的RS-232接口的通信電纜長度延長至RS-485總線的 1200米的長度，并可以同時在總線上掛接若干個子系統(tǒng)，從而能夠構(gòu)成一個上位機(jī)可以同時控制若干個下位機(jī)的分布式控制系統(tǒng)。</p><p>　　MAX3082是具有給來自通信總線上的信號故障提供自動保護(hù)的RS-485收發(fā)器。它有1個帶3態(tài)輸出的差分驅(qū)動器和1個帶3態(tài)輸入的差分接收器。1/8單位負(fù)載的接收器輸入阻抗，允許多達(dá)256個收發(fā)器接

73、入總線。在5V供電電源下數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)115Kb/s。當(dāng)接收器輸入為短路、開路或空閑時，真正的失效保護(hù)使接收器輸出邏輯為高電平。采用8引腳的SO型和DIP型封裝并具有工業(yè)級產(chǎn)品的工作溫度范圍。</p><p>　　管腳圖及主要引腳介紹</p><p>　　MAX3082共有8個管腳 其管腳排列如圖3.4所示各管腳功能如下：</p><p>　　RO：接收數(shù)據(jù)的TT

74、L電平輸出端； </p><p>　　RE：接收允許端低電平有效；</p><p>　　DE：發(fā)送允許端高電平有效；</p><p>　　DI：發(fā)送數(shù)據(jù)的TTL電平輸入端；</p><p>　　A：485差分信號的正向端；</p><p>　　B：485差分信號的反向端；<

75、;/p><p><b>　　VCC：電源端；</b></p><p>　　GND：接地端。 圖3.4 MAX3082管腳圖</p><p><b>　　系統(tǒng)中的作用及接線</b></p><p>　　由于RS-485總線使用一對雙絞線

76、傳送差分信號，屬半雙工通信，所以應(yīng)用時需要進(jìn)行接收和發(fā)送狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。在用MAX3082進(jìn)行RS-485電路設(shè)計(jì)中，通常將RE和DE短接，用1根信號線來控制，這樣可以保證收發(fā)的正常切換。</p><p>　　MAX3082通常處于接收狀態(tài)。當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時，由程序控制DE變?yōu)楦唠娖?，然后UART單元發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，程序再控制DE變?yōu)榈碗娖?，使MAX3082轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。發(fā)送完畢的標(biāo)志一般由UART的特

77、定寄存器提供狀態(tài)指示，程序需要去查詢。</p><p>　　第四章 集中器硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本章要講述的內(nèi)容是集中器硬件設(shè)計(jì)，首先從整體連線圖講解該系統(tǒng)的硬件連接，然后再分模塊詳細(xì)講解各個模塊中的硬件地電路設(shè)計(jì)，具體見下文。</p><p><b>　　集中器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　

78、集中器在整個遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是整個通信系統(tǒng)的橋梁。決定著系統(tǒng)的整體性能。整個集中器功能結(jié)構(gòu)中是以MCU微控制器STM32F103ZET6為核心的。其中包括用來完成電力中心服務(wù)器與集中器通訊功能的基于RS485接口的串行通訊模塊，用來實(shí)現(xiàn)集中器與采集器通訊功能的基于RS485接口的電路模塊，用來存儲采集器傳送過來的數(shù)據(jù)的Flash存儲器，LCD和觸摸屏用來顯示數(shù)據(jù)以及對集中器進(jìn)行初始化和參數(shù)設(shè)置。集中器整體方案設(shè)計(jì)如

79、圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1集中器整體方案設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　CPU模塊電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　NAND FLASH電路原理圖</p><p>　　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)大容量內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價有效的解決方案。N

80、and-flash存儲器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲。而由于抄表系統(tǒng)將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，必須要有個內(nèi)存較大的存儲器才能夠存儲大量的數(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

81、使困難迎刃而解。圖4.2為NAND FLASH電路原理圖。</p><p>　　圖 4.2 NAND FLASH電路原理圖</p><p><b>　　JTAG電路原理圖</b></p><p>　　設(shè)計(jì)ARM JTAG的目的是用于芯片內(nèi)部測試及對系統(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)部封裝了專門的測試電路TAP（T

82、est Access Port ，測試訪問口），通過專用的 JTAG 測試工具對內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線： TMS 、 TCK 、 TDI 、 TDO ，分別為測試模式選擇、測試時鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。</p><p>　　在設(shè)計(jì)JTAG與ARM的接口時，需按IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)連接，其中ARM_TCK管腳通過為TAP提供了一個獨(dú)立的、基本的時鐘信號來驅(qū)動TAP；ARM_

83、TMS在標(biāo)準(zhǔn)中是強(qiáng)制要求的，其信號用來控制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TAP Controller進(jìn)行復(fù)位。其電路原理圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 JTAG電路原理圖</p><p><b>　

84、　振蕩電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　STM32F103FZET6采用雙時鐘振蕩方式：實(shí)時時鐘（RTC Clock）以及系統(tǒng)時鐘（SYS Clock）。</p><p>　　兩時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)時時鐘，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)時鐘。圖4.4

85、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。</p><p>　　圖4.4，圖4.5 給出振蕩電路連接圖：</p><p>　　圖4.4實(shí)時時鐘 圖4.5系統(tǒng)時鐘</p><p><b>　　復(fù)位電路設(shè)計(jì)</b></p><

86、;p>　　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。</p><p>　　復(fù)位電路的基本功能：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(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)手冊上建議

87、外接一個對地電容。</p><p>　　當(dāng)按下復(fù)位鍵后，復(fù)位管腳接收復(fù)位信號，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4.6所示。 圖4.6 復(fù)位電路圖</p><p>　　LCD&觸摸屏模

88、塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的集中器需要顯示某個電表的數(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。根據(jù)需要本文選用了320×240的觸摸屏，利用插接接口與PCB板進(jìn)行連接，應(yīng)用芯片TSC2200IRHB設(shè)計(jì)觸摸控制電路，此顯示系統(tǒng)有較強(qiáng)功能的I/O緩沖器，指令功能豐富，8位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，

89、顯示速度快，支持圖形和文本方式混合顯示。</p><p>　　液晶屏為320×240點(diǎn)陣型，能清晰地以反射方式顯示黑白圖像。STM32F103ZET6通過功能復(fù)用引腳控制液晶控制器，具體的電路圖設(shè)計(jì)見下文。</p><p><b>　　觸摸屏控制電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)要是集中器能夠顯示某個電表的數(shù)據(jù)，與上位

90、機(jī)服務(wù)器連狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，信號傳輸狀態(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，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端同時并聯(lián)1uF左右的電容來提供電源的旁路,以減少TSC2200IRHB 的功耗

91、。圖4.7為觸摸屏控制電路圖，圖4.8為觸摸屏接口電路圖。</p><p>　　圖4.7 觸摸屏控制電路圖 </p><p>　　圖4.8 觸摸屏接口電路圖</p><p>　　LCD液晶接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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

92、根I/O口線分別接液晶模塊的8個并行接口。Backlight為亮度驅(qū)動控制輸入, 經(jīng)8050三極管放大后作為液晶背光。圖4.9為LCD液晶接口電路。</p><p>　　圖4.9 LCD液晶接口電路</p><p><b>　　通信電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)中集中器硬件設(shè)計(jì)中的通信方式有JTAG，RS232以及RS485

93、遠(yuǎn)程通信，在CPU模塊中已經(jīng)介紹了JTAG通信方式，本章主要介紹的是RS232以及RS485無線通信方式。集中器在整個自動抄表系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，它既要與下行的表箱控制器通信接收數(shù)據(jù)，又要與控制中心通信傳送數(shù)據(jù)，這兩個過程按理論來講都應(yīng)該用，由于此設(shè)計(jì)尚在試驗(yàn)階段，還不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的GPRS無線通信，遂利用兩對RS232&RS485通信方式，其中起到通信作用的主要是RS485，而RS232為以后實(shí)現(xiàn)GPRS無線通信提供

94、串口。下文將對這種通信方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。</p><p>　　RS232接口與RS485接口的介紹</p><p>　　RS232接口的介紹</p><p>　　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)： </p><p>　　1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又

95、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。 </p><p>　　2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，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，也是這個原因。 </p><p>　　3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(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。 </p>

96、<p>　　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。</p><p>　　RS485接口的介紹</p><p>　　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

97、便與TTL 電路連接。 </p><p>　　2) RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps 。 </p><p>　　3) RS-485接口是采用平衡驅(qū)動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。 </p><p>　　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

98、速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個或者256個節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　RS232&RS485通信電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在設(shè)計(jì)中集中器與表箱控制器以及與控制中心的通信都是通過RS-485實(shí)現(xiàn)的，之所以每對通信中都加一個R

99、S232是因?yàn)闉榱艘院髮?shí)現(xiàn)GPRS無線通信提供串口，這樣就為了以后的實(shí)際應(yīng)用提供了方便。圖4.10為RS232&RS485通信電路。</p><p>　　圖4.10 RS232&RS485通信電路設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　電源電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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

100、重要的工作。 </p><p>　　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

101、能, 穩(wěn)定性好。C613、C614、C615、C616 均為電源濾波電容。圖4.11為電壓轉(zhuǎn)換電路。</p><p>　　圖4.11 電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　PCB板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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)，沒有這個重要步驟就不會生成PCB板，這個設(shè)計(jì)也就沒法投入生

102、產(chǎn)，這個設(shè)計(jì)將會失去實(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。下文將對具體怎么設(shè)計(jì)PCB板進(jìn)行詳細(xì)的闡述。</p><p><b>　　PCB板設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　設(shè)計(jì)印制電路板可以按照如下的七個步驟完成原理圖的設(shè)計(jì)工作：</p><p>　　1、繪制電路原理圖：protel 99SE繪制電路原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表。

103、</p><p>　　當(dāng)所設(shè)計(jì)的電路圖非常簡單時，可以不必進(jìn)行原理圖的繪制和網(wǎng)絡(luò)表的生成，而直接進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)，即有時可跳過這一步。 </p><p>　　2、規(guī)劃電路板：在繪制印制電路板之前，用戶還要對電路板有一個初步的規(guī)劃，比如電路板采用多大的物理尺寸、采用幾層電路板（單面板、雙面板還是多層）、各元件采用何種封裝形式及其安裝位置等。這是一項(xiàng)極其重要的工作，它是確定電路板設(shè)計(jì)的框架。&

104、lt;/p><p>　　3、設(shè)置參數(shù)：設(shè)置參數(shù)主要是指設(shè)置元件的布置參數(shù)、層數(shù)參數(shù)、布線參數(shù)等。有些參數(shù)用其默認(rèn)值即可。</p><p>　　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，此時元件的封裝會自動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。</p><p>　　若沒有生成網(wǎng)絡(luò)表，則可以用手工的方法放置元件。</p&

105、gt;<p>　　5、元件的布局 ：可以利用自動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。</p><p>　　適當(dāng)位置包含兩個意思：一是元件所放置的位置能使整個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。</p><p>　　6、 布線：完成元件之間的電路連接.有兩種方式：自動布線和手工布線。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

106、采用自動布線方式。</p><p>　　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。</p><p><b>　　PCB板設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　圖4.12為最終的集中器PCB板設(shè)計(jì)圖：</p><p>　　圖4.12 PCB板設(shè)計(jì)圖</p

107、><p>　　第五章 硬件調(diào)試及分析</p><p>　　測試是電路設(shè)計(jì)成功與否的重要環(huán)節(jié)，測試不到位重則會引起整個系統(tǒng)燒毀，輕則導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。測試時，主要測試電路的焊接問題，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。</p><p><b>　　整板電路測試</b></p><p&g

108、t;　　整板電路測試主要是進(jìn)行芯片焊接測試。</p><p>　　整個電路板焊接完畢后，首先，觀察整個電路板是否有短路、虛焊，元件焊反等問題，其次，將萬用表打到測試二極管檔，檢查電路是否有短路或虛焊。測試系統(tǒng)電源正負(fù)極是否短路。系統(tǒng)電源是系統(tǒng)工作的能量來源，系統(tǒng)電源若短路將會引起外部電源毀壞，發(fā)生火災(zāi)等危險(xiǎn)。</p><p>　　STM32F103ZET6芯片測試</p>&

109、lt;p>　　經(jīng)過上一整板電路測試環(huán)節(jié)的測試STM32F103ZET6芯片是否有短路、虛焊，元件焊反等問題，檢查測試完后，便要重點(diǎn)對芯片各個管腳的測試以及I/O口功能測試。</p><p>　　用萬用表測試核心元件STM32F103ZET6，檢查是否有相鄰管腳短路或管腳與PCB線之間虛焊。若有短路將會引起芯片毀壞，有虛焊會導(dǎo)致芯片工作不正常。經(jīng)過測試，STM32F103ZET6無短路和虛焊。上電測試系統(tǒng)電源