远程抄表系统设计 - 图文

12作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。其芯片引脚如图3.5所示： D123456789101112131415161718192032P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0(RXD)P3.1(TXD)P3.2(INT0)P3.3(INT1)P3.4(T0)P3.5(T1)P3.6(WR)P3.7(RD)XTAL2XTAL1GNDAT89C51VCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/VPPALE/(PROG)PSENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)4039383736353433323130292827262524232221 43图3.5AT89C51芯片引脚图 C时钟振荡器： AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图3.6 外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF±l0pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF±10F。 也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图3.7所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTALl端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。 C1XTAL230PFY111.0592MHZC2XTAL1NCText外部时钟信号TextB30PFGNDText 图3.6自激振荡电路 图3.7 外部时钟电路 51单片机内部的基本功能模块如图3.8所示，它可以划分为CPU、存储器(RAM和ROM)、并行口、串行口、定时器/计数器和中断系统等部分。 2时钟电路ROM34RAM定时器/计数器CPU并行I/O口串行接口中断系统P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1 图3.8 51单片机的内部基本功能模块 2.3.2 微控制器外围电路的设计 通信接口电路由两部分组成，一个通过MAX485和有RS-485总线标准的采集器相连接，负责采集采集器的数据，并根据相关协议，发出相应的命令，使采集器上传相应的数据。另外一个通过MAX232和留有RS232标准接口的GPRS模块相连接，从而实现对GPRS模块的控制，并把采集所得的数据通过GPRS模块传送到Internet网络，实现与用电管理中心的通信。下面对两部分电路进行具体的介绍。 RS-485接口部分示意图如3.9所示： VCCR320KU18765R2120VCCBAGNDMAX485ROREDEDI1234RXDP1.0TXD接智能电表BAR120KC10.01uF 图3.9 RS-485接口电路图 本接口部分通过RS-485总线实现控制器（终端）和采集器的连接，每一个主控制器通过RS-485总线可以最多挂接多达128个采集器，可以实现一片控制器对多个点数据量的测量与传输。在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，保证正常传输信号干净、无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当(120欧)。网络接口均采用MAXIM公司的半双工485总线收发器MAX485。其控制十分简单，RE为接收控制端，DE为发送控制端。用AT89C51的一个串行口与两个控制端相连，平时置P1.0为低，使控制器串口处于侦听状态，当要发送数据时使P1.0为高。 GPRS控制接口电路为RS-232标准接口，如图3.10所示。 C9VCC1uFU512C71uF34C81uFC1+V+C1-C2+VCCGNDT1outR1inR1outC2-T1inV-T2outR2outT2inMAX232R2in16151413121178RXDTXDC101uF接GPRS模块56P3.0P3.1910 图3.10 RS-232接口电路 通过标准RS-232接口可以把相应的设置命令，以及需要传递的标准数据发送给GPRS模块，从而使GPRS模块完成相应的动作。网络接口采用了Maxim公司的MAX232总线接口芯片，该芯片可以把一侧的TTL电平转换为另一侧的RS-232电平，也可以把RS-232电平信号转换为TTL电平的信号，从而实现GPRS模块和单片控制器的通信。 2.4 终端通信模块硬件设计 2.4.1 通信模块的比较选择 通信控制单元是数据采集、传输子系统的核心部分，它通过AT指令实现对短信收发模块的控制，把电能数据以短消息的形式送至管理端，并通过接收到的控制字符采取相应的控制动作。 目前，用于工业系统的GPRS数据传输模块比较多，主要有西门子公司的MC系列、摩托罗拉的G18和G20、Wavecom公司的产品以及SIMCOM公司的SIM系列等。下面对这些产品进行一下对比： 表3.1 各通信模块的优缺点比较 MC35i G20 Q2406 SIM100 优点 体积小，使用广泛 采用三频，适用性高，有多种配置可选 使用广泛，价格适中 集成TCP/IP协议，价格便宜，功能完善 缺点 不集成TCP/IP协议 体积略大、价格高 不集成TCP/IP协议 使用不是很广泛，但由于是国内生产，所以有较好的技术支持 鉴于普通的GPRS模块在使用时有很大的局限性，另外考虑到价格方面的原因，我们选择了SIMCOM公司的SIM100模块作为本设计的GPRS模块。 342.4.2 SIM100简介 SIM100芯片具有以下特点[6]： 1. 单面高集成度精巧结构设计( 53mm×33mm×3.0mm )； 2. GPRS Class10多时隙功能，ClassB操作模式； 3. 支持GSM900D/CS1800双频； 4. 电路交换数据传输(最高14.400kbps)，电路交换传真(最高9600kbps)； 5. 短消息业务，电路交换语音( EFR/FR/HR )； 16. GSM07.07，GSM07.05和增强型AT命令集； 7. 电源电压范围：3.3V到4.6V直流，待机电流：4mA； 8. 外部SIM卡，外部天线； 9. 60针外部系统连接器； 10. 工作温度：-35℃～+75℃。 SIM100管脚封装如图3.11所示。 D1357911131517192123252729313335373941434547495153555759PWRPWRPWRPWRGNDGNDGNDGND/VRTC*VDD_EXT/VEXT*SIM_VDDSIM_I/OSIM_CLKSIM_RSTKBC0/GPO2KBC1/GPO3KBC2/GPO4KBC3/GPO5KBC4/GPO6KBR0/GPI7KBR1/GPI8KBR2/GPI9KBR3/GPI10KBR4/GPI11DBGRXDBGTXAGNDMIC1PMIC1NMIC2PMIC2NSIM100PWRPWRPWRPWRGNDGNDGNDGND/VANA*SPI_DATA SPI_CLKSPI_CSSPI_D/CSPI_RSTDCD/GPIO0LED/GPIO1Buzzer/GPIO12ON/OFFRESETDTRRXDTXDRTSCTSRIAGNDADC0SPK1PSPK1NSPK2PSPK2N246810121416182022242628303234363840424446485052545658602C 图3.11 SIM100引脚图 SIM100模块共有60个引脚，这60个引脚分为5类，即电源、数据输入和输出、音频接口、控制接口。第1-17脚为电源部分，其中1-8脚均为电源电压输入端，9-14脚接地，16脚VANA为模拟电压输出，17脚为数字电压输出。19-25脚为SIM卡引脚，27-46脚中奇数脚为键盘输入引脚，偶数脚为接RS-232输入输出引脚，53-60脚为音频接口，即麦克风和受话器输入脚，20脚为SPI时钟。34脚为模块启动开关，36脚为模块复位信号。 2.4.3 GPRS模块SIM100与外围电路设计 1. 电源电路： SIM100工作时共有三组电源，一是SIM100模块使用电源PWR，其范围3.3V-4.6V，电源应该具有至少2A的峰值电流输出能力；二是用于保证模块与外部数字接口的电平匹配的电压VDD_EXT，其范围2.7V-3.5V，该电源具有50mA的输出能力；三是用于给音频电路提供电源VANA，其电压为2.5V，且该电源具有50mA的输出能力。显然对于我们只传输数字信号的系统，用于模拟信号系统的VANA电压是不再需要的。本设计根据相关资料提供的参考电路设计了如图3.12所示的电源变换电路。 B