1 自动采集终端的设计

1.1 自动采集终端的功能和组成

终端站系统采用以89C51单片机为核心的系统，可实现对1～16块电度表信息的采集、存储、传输及工作状态的显示等功能。其具体功能如下：对脉冲式电度表或经过改造的机械式电度表送来的脉冲进行计数，并把它转换为对应的电能量，实现对有功电能的计量;设置初值(地址号、表常数、电表底度等参数)，保存1年内各用户各月的电能信息，分时计费;以电力载波方式和采集站通信;对各电度表的工作状态进行显示。

整个自动采集终端由脉冲计数模块、通信模块、时钟电路模块、工作状态显示模块和键盘操作模块五部分组成，其系统组成如图1所示。

1.2 采用双CPU共用数据存储器AT24C32和双RS 232通信接口

按照脉冲式电度表标准，电度表的输出脉冲宽度为80 Ms，脉冲周期的最小值为100 Ms。如果CPU在这个时间内对脉冲不进行处理，将会出现脉冲的丢失，从而造成脉冲计数的不准确。采用双CPU共用数据存储器技术可以避免这一现象的发生。脉冲计数模块和通信模块分别采用各自的CPU进行控制，两者之间通过公共数据存储器AT24C32、通信协议和握手线进行信息交换。为了防止两者对存储器操作的阻塞而出现故障，在设计中采用两根握手线进行硬件握手，当一个模块不对存储器操作时，其握手线输出端输出“O”;当需要对存储器进行操作时，其握手线输入端输入“0”，其握手线输出端输出“1”，然后进行操作，否则处于等待状态。

该电能信息自动采集终端设计了两个RS 232通信接口，其中一个为AT89C51-1的RS 232通信口，用于与电度表或设备之间传输数据;另一个是AT89C51-2的RS 232通信口，用于与上位机之间的通信。这样就减轻了主CPU AT89C51-2的负担，且可对于不同数据格式的RS 232电度表灵活修改程序代码。

1.3 脉冲计数模块

脉冲计数模块由电度表、两片控制芯片AT89C51、脉冲处理电路、存储器AT24C32等电路组成，利用单片机编程对采集的数据进行一系列处理，完成对数据的采集、有效存储及传输功能。

各功能的具体实现过程为：首先将电度表输出的脉冲信号经由光电耦合器、施密特触发器等组成的脉冲处理电路进行滤波、整形等处理后，再送入缓冲器进行缓存;然后根据控制电路的命令进行相应的操作。当进行信息存储操作时，AT89C51-1工作，AT89C51-2处于等待状态，AT89C51-1向存储器发送起始信号，AT89C51-1收到存储器的低电平应答信号后，向存储器发送字节地址，AT89C51-1收到存储器的另一个低电平应答信号后，再发送数据到被寻址的存储单元，存储器再次应答，并在AT89C51-1发送停止信号后开始内部数据的擦写，在擦写的过程中，存储器不再相应任何请求。当进行读信息操作时，AT89C51-L处于等待状态，AT89C51-2工作，AT89C51-2向存储器发送起始信号和被寻址的字节地址，存储器产生低电平应答信号并发送相应字节地址的内容，接收完数据后，AT89C51-2发送一个停止信号。

时钟线保持高电平期间，数据线从高到低的跳变被看作为起始信号，对AT24C32的任何操作命令，都必须从启动信号开始，时钟线保持高电平期间，数据线从低到高的跳变被看作为停止信号。外部存储器采用结构简单的二线制E2PROM和具有掉电保护的AT24C32存储信息，掉电后数据可保存十年，远远高于实际要求。为了延长存储器的使用时间，采用循环存储方式，保证了采集数据的准确性和可靠性。

1.4 通信模块

通信模块由控制芯片AT89C51-2、电力线载波芯片ST7538及其外围电路组成。ST7538是采用FSK调制技术的高集成度、功能强大的电力载波芯片，内部采取了多种抗干扰措施，它可以在噪声频带很宽的信道环境下实现可靠的通信。内部集成了发送和接收数据的所有功能，通过串行通信，可以方便地与微处理器相连接。内部具有电压自动控制和电流自动控制，只要通过耦合变压器等少量外围器件即可连接到电力网中。ST7538除了实现电力线载波通信功能外，还具有看门狗、过零检测、运算放大器、时钟输出、超时溢出输出、+5 V电源和+5 V电源输出等功能，大大减少了ST7538应用电路的外围器件数量。该芯片符合欧洲CENELEC(EN50065-1)和美国ECC标准。

1.5 时钟电路模块

时钟电路模块由AT89C51-1和时钟芯片DS12887组成。CPU通过读DS12887的内部时标寄存器即可通过选择二进制码或BCD码初始化芯片的10个时标寄存器得到当前的时间和日历，其内部14 B非易失性静态RAM可供用户使用。对于没有RAM的单片机应用系统，可在主机掉电时保存一些重要数据。DS12887的4个状态寄存器用来控制和指出DS12887模块的当前工作状态，除数据更新外，程序可随时读写这4个寄存器。利用单片机对DS12887进行编程，可方便地实现读数，完成定期抄表等功能。

1.6 工作状态显示模块

工作状态显示模块主要由发光二极管、放大器、AT89C51-2等元件组成。用不同颜色的发光二极管来分别显示电源的通断、链路的连接以及数据的发送等状态。该电路模块具有响应速度快，使用温度范围较大，功耗小，使用寿命长等优点。