多費(fèi)率電能表中基于單片機(jī)串行口紅外通信的設(shè)計(jì)

摘要:利用單片機(jī)的串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1、紅外發(fā)射管和紅外接收管等簡(jiǎn)單的軟硬件就可靠地實(shí)現(xiàn)了多費(fèi)率電能表的紅外通信功能。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了串行口紅外通信的軟硬件設(shè)計(jì)方法，并給出了具體的電路原理圖、波形圖和51單片機(jī)程序。

關(guān)鍵詞: 紅外通信 串行接口 電能表 SSU7301單片機(jī)

0 引言

    多費(fèi)率電能表是我國(guó)目前節(jié)約用電和計(jì)劃用電政策下不可缺少的電能計(jì)量產(chǎn)品,多費(fèi)率電能表的通信接口一般兼有紅外接口和RS485接口。紅外通信具有直觀、操作簡(jiǎn)便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是電能表中使用最為普遍的一種通信方式，是電能表和掌機(jī)之間實(shí)現(xiàn)抄表、編程、校時(shí)、數(shù)據(jù)管理等功能的有效手段。采用新茂單片機(jī)SSU7301(51系列)、日本光電子公司的紅外發(fā)射管SE303和紅外接收管PIC12043，以及單片機(jī)串行口、2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可以有效地實(shí)現(xiàn)紅外通信功能。

1 紅外通信原理

紅外通信是利用波長(zhǎng)為900nm～1000nm的紅外波作為信息的載體,發(fā)射裝置把二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過高頻調(diào)制后發(fā)送出去，接收裝置把接收的紅外高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)為原來信息的一種通信傳輸方式。其中調(diào)制方式有脈寬調(diào)制（通過改變脈沖寬度調(diào)制信號(hào)PWM）和脈時(shí)調(diào)制（通過改變脈沖串之間時(shí)間間隔調(diào)制信號(hào)PPM）兩種，本文采用PPM脈時(shí)調(diào)制方式。

2 串行口紅外通信硬件設(shè)計(jì)

   多費(fèi)率電能表的紅外發(fā)射和紅外接收電路主要包括新茂單片機(jī)SSU7301、日本光電子公司的紅外發(fā)射管SE303和紅外接收管PIC12043，以及驅(qū)動(dòng)三極管8550、電阻和電容，紅外通信硬件原理圖見圖1。

2.1 紅外發(fā)射硬件設(shè)計(jì)

紅外發(fā)射是利用單片機(jī)SSU7301的串行數(shù)據(jù)發(fā)送口TXD(P3.1)控制驅(qū)動(dòng)三極管BG1進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”和“1”的傳輸(數(shù)據(jù)由串行發(fā)送緩沖器SBUF中送出)，以及利用P3.4口控制驅(qū)動(dòng)三極管BG2進(jìn)行高頻38.4kHz調(diào)制（高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的方式2自動(dòng)重裝模式產(chǎn)生），從而可靠地實(shí)現(xiàn)了紅外發(fā)射管D1在傳輸數(shù)據(jù)“0”時(shí)進(jìn)行高頻紅外發(fā)射和數(shù)據(jù)“1”時(shí)被截止的發(fā)射功能。狀態(tài)關(guān)系見表1，波形見圖2。

2.2 紅外接收硬件設(shè)計(jì)

紅外接收是利用紅接收管PIC12034收到高頻信號(hào)輸出低電平確定為數(shù)據(jù)“0”，而沒收到高頻信號(hào)輸出高電平確定為數(shù)據(jù)“1”的方式經(jīng)過解調(diào)，把數(shù)據(jù)通過單片機(jī)SSU7301的串行數(shù)據(jù)接收口RXD(P3.0)進(jìn)行串行方式接收(接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在串行口緩沖器SBUF中)。

3 紅外通信軟件設(shè)計(jì)

DL/T645-1997《多功能電能表通信》中規(guī)定電能表的紅外載波頻率為38kHz±1kHz；初始速率為1200 bps；通信的字節(jié)格式為8位二進(jìn)制碼D0～D7，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位(0)，一個(gè)偶校驗(yàn)位P和一個(gè)停止位(1),共11位，傳輸時(shí)先傳低位，后傳高位，傳輸序列見圖3。根據(jù)以上要求，本設(shè)計(jì)中紅外載波頻率采用38.4kHz，波特率為1200bps，串行口采用模式3為9位異步通信方式，加1位起始位和1位結(jié)束位，傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)為11位。

3.1 紅外載波和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0設(shè)置

紅外載波頻率f2為38.4kHz，當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時(shí)，SSU7301的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0設(shè)置成模式

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