电力远程抄表系统设计
摘
着国民济电力事业迅速发展户表制已基普企业级电力负荷监测控制系统已区投入取较效果低压电力户数量域分布广电力公司抄表工作量相采新技术手段利远程动抄表技术完成动抄表达实时监控电表计目时减少工门抄表数输入等繁杂容易出错劳动提高工作效率真正做电理动化远程电力抄表系统成电力公司解决抄表问题种选择 文旨提供种低成高实现公事业收费动化区物业理智化技术应文讨数集中器硬件设计模块进行设计分析详细介绍远程电力抄表系统——集中器硬件设计具体实现方案通查阅相关资料年研究成果系统基实现远程电力抄表系统户电表远程数采集记录实时监测功
关键词：硬件抄表系统集中器远程抄表
目 录
摘 I
第章 绪 1
1动抄表系统研究背景意义 1
11 研究背景 1
12 研究意义 1
2 国外远程动抄表系统发展现状 1
第二章 远程电力抄表系统构成功 2
21 远程抄表系统构成 2
22 集中器工作原理 2
221 集中器原理图 2
222． 集中器部分组成 3
第三章 集中器硬件电路设计 5
31 CPU模块电路设计 5
311 NAND FLASH电路原理图 5
312 振荡电路设计 6
313 复位电路设计 7
32 LED 触摸屏模块电路设计 7
321 触摸屏控制电路设计 8
322 LED液晶接口电路设计 8
33 RS232RS485模块 9
331 RS232接口介绍 9
332 RS485接口介绍 9
34 电源电路设计 10
第四章 PCB板设计 11
41 PCB板设计步骤 11
411 PCB板设计图 12
42 章结 12
第五章 硬件调试分析 13
51 整板电路测试 13
52 STM32F103ZET6芯片测试 13
521 复位脚晶振脚串口通信脚测试 13
522 IO口功测试程序设计 13
53 串口电路测试 14
第六章 总结展 15
参考文献 16
致谢 17
第章 绪
1动抄表系统研究背景意义
11 研究背景
然源严重短缺社会必须进行合理电力利前查收电费方式工门查收查收员数收集整理进行收费着国飞速发展国电力事业飞速发展出台分电方式计费分时间计费电规模日益加前工抄表方式带弊端越越严重问题严重困扰电力部门成制约关部门难题研究远程动抄表系统成切实行方案
12 研究意义
着现实单独电表家户电表农村电表改造发展远程动抄表技术提高户电理水计算机发展必路计算机具速度快精度高等特点特点运远程抄表系统设计中降低抄表员工作强度减少劳动力损耗降低容差率减少漏电远程动抄表系统根克服传统工超表种弊端远程动抄表具优势
1电力远程抄表系统扰居民直接读取数足出户掌握居民电情况方便户方便理员
2着户电表农村电网改造电表数量短时间迅速增加果
3远程电力抄表系统加强电理加强法份子窃电整治杜绝前收电费难整治钉子户防止政府官员贪污腐败
2 国外远程动抄表系统发展现状
100年前国家商业收费已开始抄表工作早期专门抄表员挨家挨户进行抄表收费进行统计数分段计费解决家庭电工业电差异动抄表系统手持终端抄表等线全动抄表古常见抄表方式种：工抄表手持终端工抄表手持终端动抄表动抄表
第二章 远程电力抄表系统构成功
章节介绍远程动超表系统组成原理集中器工作原理模块功
21 远程抄表系统构成
图21 远程电力抄表系统框图
系统构成框图示户载波表加载载波终端电力载波通信达电量电压功率记录数集中器捆绑台配变器电力线根设计数进行分时记录数时保存计算站计算机通电话网者通信集中期发布指令远程更改设置集中器进行综合抄收数整理集中器意台电表进行断电控制实现动远程抄表目发展加强国家电网控制提高社会济效益程度减少劳动力降低成电力理走现代化水坚实基础
22 集中器工作原理
221 集中器原理图
集中器远程动抄表系统中代表着脑子电脑cpu处核心位整通信抄表系统核心完成中心服务器集中器通讯功串行通讯模块实现集中器采集器通讯功基RS232接口RS485接口两接口电路模块存储采集器传送数Flash存储器LCD键盘集巾器初始化参数设置 工作原理图22示
图22集中器工作原理框图
集中器根已设置抄表方案载波电表实现双数传送具部硬时钟系统进行广播校时实施定时抄表命令存储抄表数通种网络媒介站完成数交换集中器作配变台区载波电表连成网络动抄录数采集终端载波单表数集中存储通抄表器电话线数传输电力局计算机中心
222． 集中器部分组成
数集中器CPU RAM直流电源指示电路接口组成通载波接口RS232接口外面通信单片机系统通
面组成部分
(1) 直流电源利5V直流电压
(2) LCD触摸屏显示电路：利TSC2200IRHB芯片
(3) 控制模块STM32F103ZET6芯片控制
(4) 接口电路具RS232接口RS485接口两接口电路中RS232接口RS485接口通电缆进行抄表器通信计算机通信
（5）NAND FLASH存储模块：NAND FLASH存储器存储采集器传输户数
(6)仿真器接口电脑连接进行调试利芯片ARM JTAG
工作原理CPURAM工作原理般计算机系统类似里介绍接口工作原理
RS232接口 RS232接口DB25接口DB9接口两种9脚D型插座外部设备进行数传输TXDRSD13v~15v0+3~+15vRTSCTSDSRDTRDCD等控制线：信号效（接通ON状态正电压）+3V~+15V 信号效（断开OFF状态负电压）3V~15V
D型插座脚电信号EIA电 13v~15v0+3~+15vEIA电百米导线传输导线消耗衰减然区分1者0数集中器传输D型插座信号需信号转换成D型信号D型插座信号传输信号需EIA电转换成电进行电转换功RS232第功信号致进行完美通信
（2）RS485接口
RS485采差分信号负逻辑+2V～+6V表示1 6V～ 2V表示0RS485两种接线方式两线制四线制全双工通讯方式四线制半双工通讯方式两线制
连接RS485通信链路时简单双绞线接口AB端连接起忽略信号连接种连接方法许场合正常工作埋隐患二原：
(1)模干扰问题： RS485接口采差分方式传输信号方式需相某参点检测信号系统需检测两线间电位差忽视收发器定模电压范围RS485收发器模电压范围7～+12V满足述条件整网络正常工作网络线路中模电压超出范围时会影响通信稳定甚损坏接口
(2)EMI问题：发送驱动器输出信号中模部分需返回通路没低阻返回通道（信号）会辐射形式返回源端整总线会巨天线外辐射电磁波
第三章 集中器硬件电路设计
31 CPU模块电路设计
311 NAND FLASH电路原理图
Nandflash存flash存种部采非线性宏单元模式固态容量存实现提供廉价效解决方案Nandflash存储器具容量较改写速度快等优点适量数存储抄表系统产生量数必须存较存储器够存储量数筛选较决定K9F2G08U0MYP芯片章脚作进行详细介绍NAND结构提供极高单元密度达高存储密度写入擦速度快应NAND困难FLASH需特殊系统接口STM32F103ZET6提供标准化接口困难迎刃解图311NAND FLASH电路原理图
图311 NAND FLASH电路原理图
设计ARM JTAG目芯片部测试系统进行仿真调试JTAG技术种嵌入式调试技术芯片部封装专门测试电路TAP（Test Acces sPort测试访问口）通专JTAG测试工具部节点进行测试标准JTAG接口4线：TMSTCKTDITDO分测试模式选择测试时钟测试数输入测试数输出
设计JTAGARM接口时需IEEE 11491标准连接中ARM_TCK脚通TAP提供独立基时钟信号驱动TAPARM_TMS标准中强制求信号控制TAP状态机转换ARM_TDI数输入接口输入特定寄存器数通TDI接口位位串行输入ARM_TDO数输出接口作TDI接口相反ARM_TEST接口TAP Controller进行复位电路原理图图312示
图312 JTAG电路原理图
312 振荡电路设计
STM32F103FZET6采双时钟振荡方式：实时时钟（RTC Clock）系统时钟（SYS Clock）两时钟均采外置晶振设置引脚OSC32_INOSC32_OUT外接32KHz晶体振荡器构成实时时钟具校准功引脚OSC_INOSC_OUT外接8MHz晶体振荡器构成系统时钟图44中电容均稳定振荡频率快速起振作电容值般530pF
图4实时时钟 图5系统时钟
313 复位电路设计
STM32F103ZET6芯片具异步复位脚NRST芯片部电源复位电路充电拉电阻芯片部复位电路基功：系统电时提供复位信号直系统电源稳定撤销复位信号起见电源稳定定延时撤销复位信号防电源开关电源插头分合程中引起抖动影响复位STM32F103ZET6低电复位效防止外部干扰STM32数手册建议外接电容复位键复位脚接收复位信号STM32F103ZET6执行复位指令复位键电路相直接接低电复位效实现STM32F103ZET6电复位复位电路图313示
图313复位电路图
32 LED 触摸屏模块电路设计
触摸屏集中器系统中输入设备输出设备触摸屏通串口集中器联系应芯片：TSC2200IRHB充触摸屏控制器
（1） 触摸屏介绍触摸屏（touch screen）称触控屏触控面板种接收触头等输入讯号感应式液晶显示装置接触屏幕图形钮时屏幕触觉反馈系统根预先编程程式驱动种连结装置取代机械式钮面板液晶显示画面制造出生动影音效果触摸屏作种新电脑输入设备目前简单方便然种机交互方式赋予媒体崭新面貌极富吸引力全新媒体交互设备应公信息查询领导办公工业控制军事指挥电子游戏点歌点菜媒体教学房产预售等
课题设计集中器需显示某电表数位机服务器连状态数传输状态信号传输状态电源开关状态等显示系统需选择屏幕细点阵液晶细点阵液晶提供良波形显示效果
321 触摸屏控制电路设计
次设计集中器够显示某电表数位机服务器连状态数传输状态信号传输状态电源开关状态等触摸屏起着键盘作需进行初始化设置设计做五方面设置设置数中心服务器IP端口号设置值传送集中器模块数传输模块便GPRS服务器相连TSC2200IRHB芯片实现设置双端工作模式VREF端引入外部参考电压VREF端VDD端时联1uF左右电容提供电源旁路减少TSC2200IRHB功耗图321触摸屏控制电路图图322触摸屏接口电路图
图321触摸屏控制电路图
图322 触摸屏接口电路图
322 LED液晶接口电路设计
U405点阵型320×240液晶模块 +5V供电液晶数传输方式16位行方式液晶模块8根IO口线分接液晶模块8行接口Backlight亮度驱动控制输入8050三极放作液晶背光
图322LCD液晶接口电路
33 RS232RS485模块
331 RS232接口介绍
（1）特性
RS232现流串行通信接口RS232接口标准出现较早难免足处四点：
1）接口信号电值较高易损坏接口电路芯片TTL电兼容需电转换电路方TTL电路连接
2）传输速率较低异步传输时波特率20Kbps南方老树51CPLD开发板中综合程序波特率采19200原
3）接口根信号线根信号返回线构成传输形式种传输容易产生模干扰抗噪声干扰性弱
4）传输距离限传输距离标准值50英尺实际15米左右
332 RS485接口介绍
（1）特性
1) RS485电气特性：逻辑1两线间电压差+(02~6)V表示逻辑0两线间电压差(02~6)V表示接口信号电RS232C降低易损坏接口电路芯片该电TTL电兼容方便TTL电路连接
2) RS485数高传输速率10Mbps
3) RS485接口采衡驱动器差分接收器组合抗模干扰力增强抗噪声干扰性
4) RS485通信
距离约1219m传输速率10MbS传输速率传输距离成反100KbS传输速率达通信距离果需传输更长距离需加485中继器RS485总线般支持32节点果特制485芯片达128者256节点支持400节点
34 电源电路设计
电源设计远程电力抄表系统——集中器硬件设计中项非常重工作
系统中液晶接口电路需5V供电触摸屏控制电路RS232&RS485通信电路STM32F103ZET6等电路均需33V供电系统需实现5V电压33V电压转换图45外接+5V直流电源AMS1084稳压器稳压输出+33V电压AMS1084特点输出电流(800mA)输出电压精度1具电流限制热保护功稳定性C613C614C615C616均电源滤波电容
图451 电压转换电路
第四章 PCB板设计
PCB板设计集中器硬件设计项工作极重环节没重步骤会生成PCB板设计没法投入生产设计会失实际意义PCB板设计硬件设计中缺重步骤文具体设计PCB板进行详细阐述
41 PCB板设计步骤
设计印刷电路板七步骤完成原理图设计：
1绘制电路原理图：Protel 99SE绘制图表生成网表设计电路图非常简单时需绘制原理图规划电路板网表生成直接执行PCB设计时跳步骤
2规划电路板：绘制印刷电路板前户必须具板初步计划例板物理尺寸层电路板（单面板双面板层）种组件包装安装位置项非常重务
3设置参数：设置参数指设置组件布局参数层数参数接线参数参数默认值
4装入网络表元件封装 ：该步已生成网络表装入时元件封装会动放置印制电路板图电气边界外元件封装叠放起没布局 没生成网络表手工方法放置元件
5元件布局 ：利动布局手工布局两种方式元件封装放置电路板边框适位置适位置包含两意思：元件放置位置整电路板整齐美观二元件放置位置利布线
6 布线：完成元件间电路连接两种方式：动布线手工布线PCB设计系统中装入网络表该步中采动布线方式
7文件保存输出：保存PCB图然根需利种图形输出设备印机绘图仪等输出电路板布线图
411 PCB板设计图
图412终集中器PCB板设计图：
图412集中器PCB板设计图：
42 章结
利单片机STM32F103ZET6等融合CPULCD触摸屏RS232&RS485输入输出四模块组成集中器系统样设计较简单易行STM32F103ZET6系列芯片编程相容易实现文中出详细引脚功详细介绍模块中起着举足轻重芯片特性功
第五章 硬件调试分析
测试电路设计成功否重环节测试位重会引起整系统烧毁轻导致系统工作正常测试时测试电路焊接问题中包括芯片焊接方位否正确否短路虚焊元件正负极性否正确等问题
51 整板电路测试
整电路板测试芯片焊接测试
整电路板焊完首先观察整电路板否短路焊接焊接接万表放置测试二极检查电路否短路焊接测试系统正极负极否短路系统电源系统运行源
52 STM32F103ZET6芯片测试
整板电路测试环节测试STM32F103ZET6芯片否短路虚焊元件焊反等问题检查测试完便重点芯片脚测试IO口功测试
万表测试核心元件STM32F103ZET6检查否相邻脚短路脚PCB线间虚焊短路会引起芯片毁坏虚焊会导致芯片工作正常测试STM32F103ZET6短路虚焊电测试系统电源电压±5VSTM32F103ZET6接电源脚均33V切正常
521 复位脚晶振脚串口通信脚测试
复位脚：系统电NRST（25脚）高电RESET键NRST（25脚）变低电判断复位电路工作正常
晶振脚：示波器观察STM32F103ZET6晶振(892324)脚够观察晶体频率（32768KHz）吻合正弦波幅值约1V说明晶振电路工作正常
串口通信脚：KEIL里编写段简单程序某脚输出方波信号编译载STM32F103ZET6示波器该脚观察方波信号说明载电路串口通信脚工作正常
522 IO口功测试程序设计
IO口STM32F103ZET6外部元件交换数通道IO口两种工作模式种总线模式种IO模式系统外围器件众数位控方式IO模式
IO模式三种工作方式：字节输出方式位输出方式字节读方式
（1）测试字节输出方式
STM32F103ZET6七组IO口分PAPBPCPDPEPFPG字节输出方式STM32F103ZET6组IO口输出字节测试时STM32F103ZET6组IO口程序输出字节说明字节输出方式正常分PAPBPCPDPEPFPG口输出字节例PD口输出0x08万表测PD口高低电程序设置相说明PD口输出字节工作方式正常测试端口字节输出方式正常
（2）测试位输出方式 STM32F103ZET6组IO口8位位输出方式组位输出01测试时STM32F103ZET6中组8位程序输出01说明位输出方式正常测试端口位输出方式正常
（3）测试字节读方式 字节读方式STM32F103ZET6组IO口读入字节测试时STM32F103ZET6组IO口程序读入字节说明字节读方式正常分PAPBPCPDPEPFPG口读取字节
53 串口电路测试
串口STM32F103ZET6PC通信重通道系统通讯波特率设置9600 bps数8位停止位1位奇偶校验
初始化STM32F103ZET6时请波特率设置9600 bps数位设置8位位停止1位设置奇偶校验PC串口调试助手接收发送数波特率9600校验位数位8停止位1STM32F103ZET6通串口接收发送数PC串口接收发送数正常串口测试通STM32F103ZET6发送预测数通查询发送接收数预知中断方法
首先初始化串口开串口中断串口接收功放入串口中断功串口调试助手 STM32 F103 ZET6发送 abcdef发送完成您串口调试助手中观察abcdef说明STM32 F103 ZET6串口正常接收发送数
第六章 总结展
智抄表系统现代微机技术数字通信技术计量技术完美结合集耗测量数采集数处理体城市居民源消费信息综合治理相结合体系该系统公事业物业理部门够根减少手动门门抄表繁重工作准确方便收费系统仅节省力减少相关业务部门客户间纠纷仅提高理部门工作效率满足现代户付款新需求该系统技术水高性数准确适应性强功齐全模块尺寸功耗低系统操作界面易理解安装维护方便目前方案远程集中抄表采动控制技术通信技术程序设计数库技术
远程动抄表系统具远程动采集数集中支付理电量统计分析复合监测综合查询等功推进电力行业配电动化实现分时收费计划具重意义该系统减少电力部门劳动量电力公司分级创造卓越方面发挥重作时提高电力系统现代化理水具社会效益济效益体系略扩展燃气表水表动计量工作完成促进智区建设应该清醒认识鉴国集中抄表系统总体发展水必须满足面积推广求系统性数传输质量进步提高相信着项技术断应改进肯定会降低电力系统效率提高劳动生产率保证抄表时性正确性防止盗电加快电费回收提供效技术手段预见该技术着广泛发展前景
参考文献
[1] 胡蓉胡科智抄表系统技术研究进展成电子机械高等专科学校学报2004(3)1317
[2] 刘志中孙丽芳住宅区远程抄表系统实现电脑开发应2002(4)810
[3] 赵兴勇远程动抄表系统研究电力学报200015卷1期
[4] 李治黄璐赵伟利领域成果推动白动抄表进步电测仪表200138(11)59
[5] 杨宏业张跃吕芳动抄表系统中通信方案现状展电测仪表2001年第8期
[6] 李建歧吕动抄表系统中通信技术方案探讨华北电力技术N021999
[7] 马颜德区智抄表软件设计智建筑2003(5)3840
[8] 曹国朗魏柳钦等远程动抄表技术供电2002(5)4547
[9] 郑涛张保会利低压电力线传输数存技术问题策电网技术2004(22)4447
[10] 田秀华低压电力线扩频载波远程抄表系统研究信息技术2003(6)4951
[11] 杨宏业张跃等动抄表系统中通信方案现状展电测仪2001(8)812
[12] 贾磊远程集中抄表系统中国市场应存问题智建筑城市信息2004(6)4547
[13] 钟道昌姜丽华基RS485422总线电话线载波电表远程抄表系统测控技术2001(10)6466
[14] 工昌王席郭军黄龙云基GPRS远程抄表系统集中器设计研究[D]
[15] 刘天旺Protel 99SE 电路设计应教程[M]电子工业出版社200795160
致谢
历时两月时间终篇文写完文写作程中遇数困难障碍学老师帮助度尤强烈感谢文指导老师—李帅帅老师首先感谢李帅帅老师文李老师悉心指导完成李老师渊博专业知识严谨治学态度精益求精工作作风诲倦高尚师德严律宽崇高风范朴实华易格魅力影响深远李老师指引文写作方架构文初稿进行逐字批阅指正出中误谬处思考方循循善诱教导拘格思路予启迪严谨细致丝苟作风直工作学中榜样外校图书馆查找资料时候图书馆老师提供方面支持帮助帮助指导位老师表示中心感谢
感谢篇文涉位学者文引数位学者研究文献果没位学者研究成果帮助启发难完成篇文写作
感谢学朋友写文程中予问素材文撰写排版灯程中提供热情帮助
学术水限写文难免足处恳请位老师学友批评指正
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摘
着国民济电力事业迅速发展户表制已基普企业级电力负荷监测控制系统已区投入取较效果低压电力户数量域分布广电力公司抄表工作量相采新技术手段利远程动抄表技术完成动抄表达实时监控电表计目时减少工门抄表数输入等繁杂容易出错劳动提高工作效率真正做电理动化远程电力抄表系统成电力公司解决抄表问题种选择 文旨提供种低成高实现公事业收费动化区物业理智化技术应文讨数集中器硬件设计模块进行设计分析详细介绍远程电力抄表系统——集中器硬件设计具体实现方案通查阅相关资料年研究成果系统基实现远程电力抄表系统户电表远程数采集记录实时监测功
关键词：硬件抄表系统集中器远程抄表
目 录
摘 I
第章 绪 1
1动抄表系统研究背景意义 1
11 研究背景 1
12 研究意义 1
2 国外远程动抄表系统发展现状 1
第二章 远程电力抄表系统构成功 2
21 远程抄表系统构成 2
22 集中器工作原理 2
221 集中器原理图 2
222． 集中器部分组成 3
第三章 集中器硬件电路设计 5
31 CPU模块电路设计 5
311 NAND FLASH电路原理图 5
312 振荡电路设计 6
313 复位电路设计 7
32 LED 触摸屏模块电路设计 7
321 触摸屏控制电路设计 8
322 LED液晶接口电路设计 8
33 RS232RS485模块 9
331 RS232接口介绍 9
332 RS485接口介绍 9
34 电源电路设计 10
第四章 PCB板设计 11
41 PCB板设计步骤 11
411 PCB板设计图 12
42 章结 12
第五章 硬件调试分析 13
51 整板电路测试 13
52 STM32F103ZET6芯片测试 13
521 复位脚晶振脚串口通信脚测试 13
522 IO口功测试程序设计 13
53 串口电路测试 14
第六章 总结展 15
参考文献 16
致谢 17
第章 绪
1动抄表系统研究背景意义
11 研究背景
然源严重短缺社会必须进行合理电力利前查收电费方式工门查收查收员数收集整理进行收费着国飞速发展国电力事业飞速发展出台分电方式计费分时间计费电规模日益加前工抄表方式带弊端越越严重问题严重困扰电力部门成制约关部门难题研究远程动抄表系统成切实行方案
12 研究意义
着现实单独电表家户电表农村电表改造发展远程动抄表技术提高户电理水计算机发展必路计算机具速度快精度高等特点特点运远程抄表系统设计中降低抄表员工作强度减少劳动力损耗降低容差率减少漏电远程动抄表系统根克服传统工超表种弊端远程动抄表具优势
1电力远程抄表系统扰居民直接读取数足出户掌握居民电情况方便户方便理员
2着户电表农村电网改造电表数量短时间迅速增加果
3远程电力抄表系统加强电理加强法份子窃电整治杜绝前收电费难整治钉子户防止政府官员贪污腐败
2 国外远程动抄表系统发展现状
100年前国家商业收费已开始抄表工作早期专门抄表员挨家挨户进行抄表收费进行统计数分段计费解决家庭电工业电差异动抄表系统手持终端抄表等线全动抄表古常见抄表方式种：工抄表手持终端工抄表手持终端动抄表动抄表
第二章 远程电力抄表系统构成功
章节介绍远程动超表系统组成原理集中器工作原理模块功
21 远程抄表系统构成
图21 远程电力抄表系统框图
系统构成框图示户载波表加载载波终端电力载波通信达电量电压功率记录数集中器捆绑台配变器电力线根设计数进行分时记录数时保存计算站计算机通电话网者通信集中期发布指令远程更改设置集中器进行综合抄收数整理集中器意台电表进行断电控制实现动远程抄表目发展加强国家电网控制提高社会济效益程度减少劳动力降低成电力理走现代化水坚实基础
22 集中器工作原理
221 集中器原理图
集中器远程动抄表系统中代表着脑子电脑cpu处核心位整通信抄表系统核心完成中心服务器集中器通讯功串行通讯模块实现集中器采集器通讯功基RS232接口RS485接口两接口电路模块存储采集器传送数Flash存储器LCD键盘集巾器初始化参数设置 工作原理图22示
图22集中器工作原理框图
集中器根已设置抄表方案载波电表实现双数传送具部硬时钟系统进行广播校时实施定时抄表命令存储抄表数通种网络媒介站完成数交换集中器作配变台区载波电表连成网络动抄录数采集终端载波单表数集中存储通抄表器电话线数传输电力局计算机中心
222． 集中器部分组成
数集中器CPU RAM直流电源指示电路接口组成通载波接口RS232接口外面通信单片机系统通
面组成部分
(1) 直流电源利5V直流电压
(2) LCD触摸屏显示电路：利TSC2200IRHB芯片
(3) 控制模块STM32F103ZET6芯片控制
(4) 接口电路具RS232接口RS485接口两接口电路中RS232接口RS485接口通电缆进行抄表器通信计算机通信
（5）NAND FLASH存储模块：NAND FLASH存储器存储采集器传输户数
(6)仿真器接口电脑连接进行调试利芯片ARM JTAG
工作原理CPURAM工作原理般计算机系统类似里介绍接口工作原理
RS232接口 RS232接口DB25接口DB9接口两种9脚D型插座外部设备进行数传输TXDRSD13v~15v0+3~+15vRTSCTSDSRDTRDCD等控制线：信号效（接通ON状态正电压）+3V~+15V 信号效（断开OFF状态负电压）3V~15V
D型插座脚电信号EIA电 13v~15v0+3~+15vEIA电百米导线传输导线消耗衰减然区分1者0数集中器传输D型插座信号需信号转换成D型信号D型插座信号传输信号需EIA电转换成电进行电转换功RS232第功信号致进行完美通信
（2）RS485接口
RS485采差分信号负逻辑+2V～+6V表示1 6V～ 2V表示0RS485两种接线方式两线制四线制全双工通讯方式四线制半双工通讯方式两线制
连接RS485通信链路时简单双绞线接口AB端连接起忽略信号连接种连接方法许场合正常工作埋隐患二原：
(1)模干扰问题： RS485接口采差分方式传输信号方式需相某参点检测信号系统需检测两线间电位差忽视收发器定模电压范围RS485收发器模电压范围7～+12V满足述条件整网络正常工作网络线路中模电压超出范围时会影响通信稳定甚损坏接口
(2)EMI问题：发送驱动器输出信号中模部分需返回通路没低阻返回通道（信号）会辐射形式返回源端整总线会巨天线外辐射电磁波
第三章 集中器硬件电路设计
31 CPU模块电路设计
311 NAND FLASH电路原理图
Nandflash存flash存种部采非线性宏单元模式固态容量存实现提供廉价效解决方案Nandflash存储器具容量较改写速度快等优点适量数存储抄表系统产生量数必须存较存储器够存储量数筛选较决定K9F2G08U0MYP芯片章脚作进行详细介绍NAND结构提供极高单元密度达高存储密度写入擦速度快应NAND困难FLASH需特殊系统接口STM32F103ZET6提供标准化接口困难迎刃解图311NAND FLASH电路原理图
图311 NAND FLASH电路原理图
设计ARM JTAG目芯片部测试系统进行仿真调试JTAG技术种嵌入式调试技术芯片部封装专门测试电路TAP（Test Acces sPort测试访问口）通专JTAG测试工具部节点进行测试标准JTAG接口4线：TMSTCKTDITDO分测试模式选择测试时钟测试数输入测试数输出
设计JTAGARM接口时需IEEE 11491标准连接中ARM_TCK脚通TAP提供独立基时钟信号驱动TAPARM_TMS标准中强制求信号控制TAP状态机转换ARM_TDI数输入接口输入特定寄存器数通TDI接口位位串行输入ARM_TDO数输出接口作TDI接口相反ARM_TEST接口TAP Controller进行复位电路原理图图312示
图312 JTAG电路原理图
312 振荡电路设计
STM32F103FZET6采双时钟振荡方式：实时时钟（RTC Clock）系统时钟（SYS Clock）两时钟均采外置晶振设置引脚OSC32_INOSC32_OUT外接32KHz晶体振荡器构成实时时钟具校准功引脚OSC_INOSC_OUT外接8MHz晶体振荡器构成系统时钟图44中电容均稳定振荡频率快速起振作电容值般530pF
图4实时时钟 图5系统时钟
313 复位电路设计
STM32F103ZET6芯片具异步复位脚NRST芯片部电源复位电路充电拉电阻芯片部复位电路基功：系统电时提供复位信号直系统电源稳定撤销复位信号起见电源稳定定延时撤销复位信号防电源开关电源插头分合程中引起抖动影响复位STM32F103ZET6低电复位效防止外部干扰STM32数手册建议外接电容复位键复位脚接收复位信号STM32F103ZET6执行复位指令复位键电路相直接接低电复位效实现STM32F103ZET6电复位复位电路图313示
图313复位电路图
32 LED 触摸屏模块电路设计
触摸屏集中器系统中输入设备输出设备触摸屏通串口集中器联系应芯片：TSC2200IRHB充触摸屏控制器
（1） 触摸屏介绍触摸屏（touch screen）称触控屏触控面板种接收触头等输入讯号感应式液晶显示装置接触屏幕图形钮时屏幕触觉反馈系统根预先编程程式驱动种连结装置取代机械式钮面板液晶显示画面制造出生动影音效果触摸屏作种新电脑输入设备目前简单方便然种机交互方式赋予媒体崭新面貌极富吸引力全新媒体交互设备应公信息查询领导办公工业控制军事指挥电子游戏点歌点菜媒体教学房产预售等
课题设计集中器需显示某电表数位机服务器连状态数传输状态信号传输状态电源开关状态等显示系统需选择屏幕细点阵液晶细点阵液晶提供良波形显示效果
321 触摸屏控制电路设计
次设计集中器够显示某电表数位机服务器连状态数传输状态信号传输状态电源开关状态等触摸屏起着键盘作需进行初始化设置设计做五方面设置设置数中心服务器IP端口号设置值传送集中器模块数传输模块便GPRS服务器相连TSC2200IRHB芯片实现设置双端工作模式VREF端引入外部参考电压VREF端VDD端时联1uF左右电容提供电源旁路减少TSC2200IRHB功耗图321触摸屏控制电路图图322触摸屏接口电路图
图321触摸屏控制电路图
图322 触摸屏接口电路图
322 LED液晶接口电路设计
U405点阵型320×240液晶模块 +5V供电液晶数传输方式16位行方式液晶模块8根IO口线分接液晶模块8行接口Backlight亮度驱动控制输入8050三极放作液晶背光
图322LCD液晶接口电路
33 RS232RS485模块
331 RS232接口介绍
（1）特性
RS232现流串行通信接口RS232接口标准出现较早难免足处四点：
1）接口信号电值较高易损坏接口电路芯片TTL电兼容需电转换电路方TTL电路连接
2）传输速率较低异步传输时波特率20Kbps南方老树51CPLD开发板中综合程序波特率采19200原
3）接口根信号线根信号返回线构成传输形式种传输容易产生模干扰抗噪声干扰性弱
4）传输距离限传输距离标准值50英尺实际15米左右
332 RS485接口介绍
（1）特性
1) RS485电气特性：逻辑1两线间电压差+(02~6)V表示逻辑0两线间电压差(02~6)V表示接口信号电RS232C降低易损坏接口电路芯片该电TTL电兼容方便TTL电路连接
2) RS485数高传输速率10Mbps
3) RS485接口采衡驱动器差分接收器组合抗模干扰力增强抗噪声干扰性
4) RS485通信
距离约1219m传输速率10MbS传输速率传输距离成反100KbS传输速率达通信距离果需传输更长距离需加485中继器RS485总线般支持32节点果特制485芯片达128者256节点支持400节点
34 电源电路设计
电源设计远程电力抄表系统——集中器硬件设计中项非常重工作
系统中液晶接口电路需5V供电触摸屏控制电路RS232&RS485通信电路STM32F103ZET6等电路均需33V供电系统需实现5V电压33V电压转换图45外接+5V直流电源AMS1084稳压器稳压输出+33V电压AMS1084特点输出电流(800mA)输出电压精度1具电流限制热保护功稳定性C613C614C615C616均电源滤波电容
图451 电压转换电路
第四章 PCB板设计
PCB板设计集中器硬件设计项工作极重环节没重步骤会生成PCB板设计没法投入生产设计会失实际意义PCB板设计硬件设计中缺重步骤文具体设计PCB板进行详细阐述
41 PCB板设计步骤
设计印刷电路板七步骤完成原理图设计：
1绘制电路原理图：Protel 99SE绘制图表生成网表设计电路图非常简单时需绘制原理图规划电路板网表生成直接执行PCB设计时跳步骤
2规划电路板：绘制印刷电路板前户必须具板初步计划例板物理尺寸层电路板（单面板双面板层）种组件包装安装位置项非常重务
3设置参数：设置参数指设置组件布局参数层数参数接线参数参数默认值
4装入网络表元件封装 ：该步已生成网络表装入时元件封装会动放置印制电路板图电气边界外元件封装叠放起没布局 没生成网络表手工方法放置元件
5元件布局 ：利动布局手工布局两种方式元件封装放置电路板边框适位置适位置包含两意思：元件放置位置整电路板整齐美观二元件放置位置利布线
6 布线：完成元件间电路连接两种方式：动布线手工布线PCB设计系统中装入网络表该步中采动布线方式
7文件保存输出：保存PCB图然根需利种图形输出设备印机绘图仪等输出电路板布线图
411 PCB板设计图
图412终集中器PCB板设计图：
图412集中器PCB板设计图：
42 章结
利单片机STM32F103ZET6等融合CPULCD触摸屏RS232&RS485输入输出四模块组成集中器系统样设计较简单易行STM32F103ZET6系列芯片编程相容易实现文中出详细引脚功详细介绍模块中起着举足轻重芯片特性功
第五章 硬件调试分析
测试电路设计成功否重环节测试位重会引起整系统烧毁轻导致系统工作正常测试时测试电路焊接问题中包括芯片焊接方位否正确否短路虚焊元件正负极性否正确等问题
51 整板电路测试
整电路板测试芯片焊接测试
整电路板焊完首先观察整电路板否短路焊接焊接接万表放置测试二极检查电路否短路焊接测试系统正极负极否短路系统电源系统运行源
52 STM32F103ZET6芯片测试
整板电路测试环节测试STM32F103ZET6芯片否短路虚焊元件焊反等问题检查测试完便重点芯片脚测试IO口功测试
万表测试核心元件STM32F103ZET6检查否相邻脚短路脚PCB线间虚焊短路会引起芯片毁坏虚焊会导致芯片工作正常测试STM32F103ZET6短路虚焊电测试系统电源电压±5VSTM32F103ZET6接电源脚均33V切正常
521 复位脚晶振脚串口通信脚测试
复位脚：系统电NRST（25脚）高电RESET键NRST（25脚）变低电判断复位电路工作正常
晶振脚：示波器观察STM32F103ZET6晶振(892324)脚够观察晶体频率（32768KHz）吻合正弦波幅值约1V说明晶振电路工作正常
串口通信脚：KEIL里编写段简单程序某脚输出方波信号编译载STM32F103ZET6示波器该脚观察方波信号说明载电路串口通信脚工作正常
522 IO口功测试程序设计
IO口STM32F103ZET6外部元件交换数通道IO口两种工作模式种总线模式种IO模式系统外围器件众数位控方式IO模式
IO模式三种工作方式：字节输出方式位输出方式字节读方式
（1）测试字节输出方式
STM32F103ZET6七组IO口分PAPBPCPDPEPFPG字节输出方式STM32F103ZET6组IO口输出字节测试时STM32F103ZET6组IO口程序输出字节说明字节输出方式正常分PAPBPCPDPEPFPG口输出字节例PD口输出0x08万表测PD口高低电程序设置相说明PD口输出字节工作方式正常测试端口字节输出方式正常
（2）测试位输出方式 STM32F103ZET6组IO口8位位输出方式组位输出01测试时STM32F103ZET6中组8位程序输出01说明位输出方式正常测试端口位输出方式正常
（3）测试字节读方式 字节读方式STM32F103ZET6组IO口读入字节测试时STM32F103ZET6组IO口程序读入字节说明字节读方式正常分PAPBPCPDPEPFPG口读取字节
53 串口电路测试
串口STM32F103ZET6PC通信重通道系统通讯波特率设置9600 bps数8位停止位1位奇偶校验
初始化STM32F103ZET6时请波特率设置9600 bps数位设置8位位停止1位设置奇偶校验PC串口调试助手接收发送数波特率9600校验位数位8停止位1STM32F103ZET6通串口接收发送数PC串口接收发送数正常串口测试通STM32F103ZET6发送预测数通查询发送接收数预知中断方法
首先初始化串口开串口中断串口接收功放入串口中断功串口调试助手 STM32 F103 ZET6发送 abcdef发送完成您串口调试助手中观察abcdef说明STM32 F103 ZET6串口正常接收发送数
第六章 总结展
智抄表系统现代微机技术数字通信技术计量技术完美结合集耗测量数采集数处理体城市居民源消费信息综合治理相结合体系该系统公事业物业理部门够根减少手动门门抄表繁重工作准确方便收费系统仅节省力减少相关业务部门客户间纠纷仅提高理部门工作效率满足现代户付款新需求该系统技术水高性数准确适应性强功齐全模块尺寸功耗低系统操作界面易理解安装维护方便目前方案远程集中抄表采动控制技术通信技术程序设计数库技术
远程动抄表系统具远程动采集数集中支付理电量统计分析复合监测综合查询等功推进电力行业配电动化实现分时收费计划具重意义该系统减少电力部门劳动量电力公司分级创造卓越方面发挥重作时提高电力系统现代化理水具社会效益济效益体系略扩展燃气表水表动计量工作完成促进智区建设应该清醒认识鉴国集中抄表系统总体发展水必须满足面积推广求系统性数传输质量进步提高相信着项技术断应改进肯定会降低电力系统效率提高劳动生产率保证抄表时性正确性防止盗电加快电费回收提供效技术手段预见该技术着广泛发展前景
参考文献
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[15] 刘天旺Protel 99SE 电路设计应教程[M]电子工业出版社200795160
致谢
历时两月时间终篇文写完文写作程中遇数困难障碍学老师帮助度尤强烈感谢文指导老师—李帅帅老师首先感谢李帅帅老师文李老师悉心指导完成李老师渊博专业知识严谨治学态度精益求精工作作风诲倦高尚师德严律宽崇高风范朴实华易格魅力影响深远李老师指引文写作方架构文初稿进行逐字批阅指正出中误谬处思考方循循善诱教导拘格思路予启迪严谨细致丝苟作风直工作学中榜样外校图书馆查找资料时候图书馆老师提供方面支持帮助帮助指导位老师表示中心感谢
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