电气自动挂论文范文

导语：如何才能写好一篇电气自动挂论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】以人为本 住宅电气设计 应用

【 abstract 】 the residence is human habitation, life, enjoy the family warm places, the fundamental starting point is the residential electrical design reflect the society, science and technology development, meet the needs of people. The "people-oriented" concept has become a designer to build each link must be followed in principle. Modern residential electrical design for the resident provides more safe, comfortable and convenient environment, how to follow the rapid changes of people's living needs, further reflect these principles in residential electrical design, the description of the subject is electrical designers. This paper discusses on the human-oriented concept in the application of residential electrical design.

【 key words 】 human-centered residential electrical design applications

中图分类号：TM930.2 文献标识码：A

随着近几年我国经济的高速发展，人们对住宅的要求已不仅仅局限于日常居住的层面，而是人们生活现代化、个性化的重要的构成部分，而住宅高水准的电气化又是住宅实现现代化、个性化的重要保证。但住宅的电气化不能盲目地追求华丽、奢华设计，而应在保证满足电气设施功能要求及确保电气设备安全的基础上，更多地按照“以人为本”的设计原则，力争做到设施安全、健康节能、经济合理、方便实用、美观大方、适应性好及易于建筑安装操作，还应具备能根据住宅电气的发展趋势而更新换旧的发展性。

一、以人为本原则的含义

进入2l世纪，我国提倡以人民的利益为根本出发点，坚持以人为本，为人民的根本利益着想。在关于民生的居民住宅电气设计方面，要从居民的角度出发，参考居民的看法，做到居民住宅的实用性与安全性相结合，这对电气设计以及施工单位工作的顺利进行起到了一定的推动作用。

二、“以人为本”原则要求电气设计具备的其他原则

1、现代化原则。住宅电气的设计与建设是人民生活的重要组成部分。目前，我国正朝着现代化的方向迈进，人民的生活水平与质量在不断提高，对住宅电气的要求也在不断提高，这就促使住宅电气不断朝着现代化的方向迈进。

2、因地制宜原则。在对住宅电气进行设计时，要根据不同的气候环境、不同的地形条件以及不同的住房布局，做出有效地规划，因地制宜，以保证住宅电气设计的质量与品质。

三、“以人为本”的理念的运用

1、住宅用电量的确定。按照住宅设计规范的规定，按照小区住宅面积，多将住宅用电负荷标准设计为2.5KW或4KW左右。然而随着人们生活水平及科学技术的进步，家用电器种类不断增加，如微波炉、电磁炉、大容量冰箱、空调等，家用电器的广泛应用，让用户实际用电负荷远远超过了住宅设计规范中规定的标准。在进行住宅电气的实际设计时，在建筑面积低于90以下的住宅，可以将每户容量设计为4KW-8KW，根据实际情况，合理确定住宅用电量。

2、线路。住宅的电源线路一般为电线穿钢管或PVC 塑料管暗敷设。为了安全和防止电气火灾，当电线敷设于墙内、楼板内和吊顶内时要穿管敷设，护套绝缘电线在正常环境下可以直敷，但不能直敷于吊顶、墙壁和顶棚内。现在市场上有做成踢脚板或顶角线外型的塑料布线槽，既美观又安全，适用于住宅装修。

3、系统插座设计与安装。住宅插座设计是住宅电气设计的重要环节，随着家用电器多元化发展，住宅家用电气设计中家电种类也繁多，这便对其中的插座设计与安装提出了更高的要求。电气系统插座的安装需要参照插座高度与线路布局等要素进行住宅电器的安装，其中尤其要注意微波炉、油烟机及冰箱等电器插座的设计与布局。

笔者基于住宅电气设计规范与实践应用，进行了相关电气的插座安装最佳高度标准，其中微波炉插座最佳高度为1．6m左右，油烟机插座最佳高度为1．7m左右，而冰箱插座安装的最佳高度为0．3―0．5m之间，关于挂式的空调插座的最佳高度为2．4m左右，对于其它家用电器的插座中安装高度低于1．8m的插座都要安装相应的具有安全性能的插座。

4、电能表表箱的设置。住宅照明计量表箱不应设在靠近潮湿房间的墙体上，因为配电箱所在墙的另一面，往往是潮湿房间的0、1和2区，潮湿房间的水分是透过墙体而渗入配电箱内，造成电气事故，这一点设计人员比较容易忽略。按照建筑住宅设计习惯，住宅的卫生间往往设计在靠楼梯侧的住宅入口侧，而楼梯间墙体和入户两侧恰好是电气设计人员喜欢布置分户配电箱的地方，此位置至分户配电箱设置在靠卫生间的墙上，留下安全隐患。

5、防雷设计。防雷设计是电气设计保证居民安全的重要设计内容，是“以人为本”设计的安全设计的组成部分。（1）雷击来源。住宅内部的雷击来源主要包括室外天线、高处的金属构件、电话线及低压配电线等。(2)防雷设计。住宅防雷主要包括防直击雷、防高电位入侵及防感应雷等内容。在进行防直击雷设计时，可在屋面等容易遭到雷击的部位设置接闪器，并应使下线与接地设备连接，在安置时应保证以上部件连接稳固可靠；而在进行防高电位入侵及感应雷时设计时，应保证绝缘子的铁脚支架在电缆的进户口处设置稳同地接地，还应选择合理的部位安置如避雷器的过电压保护器式装置。

6、住宅弱电系统设计。在住宅电气设计中，弱电系统的设计十分关键。弱电系统主要包括网线、电话、电视、报案报警等多种系统。在进行住宅电视系统设施设计时，需要根据当地有线电视网实际发展水平及发展速度相协调。在城市住宅中，家庭电视拥有量接近100%，甚至在一些家庭中，拥有两台或两台以上电视。为此，在进行设计时，可以客厅两面墙上及卧室中进行电视终端盒的设置，电视终端盒距离地面0.3m，且与电源插座保持等高，从而满足用户多台电视需求。在很多小区中，均铺设有宽带数据网，并在每栋楼中设有多个信息插座。保安系统的设计，需要结合电子门锁、对讲门铃、报警系统等，实现远程传呼对讲与遥控开门等功能。

7、消防安全系统。现在的大型住宅中，电气设备越来越多，越来越复杂，各种用电器更加容易发生故障，引发生活安全问题。因此，安装必要的消防安全系统是保证住宅安全的必然要求。在安装大型住宅的消防安全系统时，要做到以下几点：(1)采用多种供电电源，一般可以采用常规电源与应急电源。(2)安装紧急照明系统。(3)安装应急手动火警报警系统，同时加强火灾自动报警系统的建设。(4)所有电路的导线要符合国家防火安全规定。

随着科技技术的进步和发展及“以人为本”的思想的深化，住宅电气设计将被赋以更多的内涵，住宅电气设计要以技术先进、实用可靠、经济合理为原则，建设时要留有一定余地，应考虑技术的先进性、网络的开放性、系统的扩展性和可靠性，尽量采用通用标准及设备，同时，住宅电气设计中也应当做到安全、舒适、方便和环保，从而实现社会、经济和环境效益的统一。

参考文献：

[1]翟晓宁.电气设计中节能措施的浅见[期刊论文]-价值工程2010,29(3)

[2]吴泽芳.住宅电气安全的几点建议[期刊论文]-应用能源技术2009(3)

[3]张骋.由一起漏电事故引发的思考[期刊论文]-低压电器2009(18)

篇2

[关键词]变电站 电缆敷设 施工质量

中图分类号：t27m4 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）16-0004-01

一、前言

在变电所的电气安装工程中，电缆敷设是比较重要的环节，其施工质量的优劣直接影响到电流、电压、功率量测量的准确性、保护装置动作的可靠性、计算机监控装置的正常运行，进而影响到系统的安全及稳定性。经过兰东750kv变电所、平凉750kv变电所、和酒泉750kv变电所的电缆敷设工作的总结、摸索、学习和创新，我对电缆敷设工作中的工艺质量要求有了一些新的认识，同时总结了一些新的施工方法并在这几个大工程中改进了电缆敷设的工艺流程，在750kv国家电网的示范性工程中按期保质保量的完成了电缆的敷设工作。

为完成坚巨的电缆敷设任务，我们班队在开工前期和开工后电缆敷设期均按照全面质量管理的要求，事先规划，做足准备工作。

二、开工前期现状调查

1、以往的施工中，主要采用以下施工方法： 在同一配电装置区域内，将一种相同规格的控制电缆先展放，接着展放另一规格的控制电缆，就这样依次将本区域内的所有控缆展放完，最后展放电力电缆和通讯电缆。此方法使用非常普遍，但敷设过程中，施工人员仅使用设计院提供的并经修改后的电缆清册进行展放，电缆的汇总在边施工边统计中完成，往往没有正式的敷设清册，给施工造成了很大的不便，也未能为以后的扩建留下资料。如下图所示：

三、改进措施

1、前期策划及电缆敷设

整个工程的电缆施工控制，前期策划很关键。变电所内的电缆数量多，沟道规格多变且纵横交错，要使电缆敷设得整齐美观，首先要熟悉图纸，了解电气设备的安装位置，对整个工程的电缆埋管、敷设及二次接线工作做到心中有数。而且还要查对土建图纸，认清电缆管预埋位置，以便在土建施工时及时、密切配合进行预埋，以免电缆管漏埋或错埋，造成补埋或临时改动位置，开凿混凝土或开挖土方。

依据作业指导书、安全技术交底，并根据设计给定电缆敷设路径剖面图，敷设电缆时充分做好电缆清册的整理工作，按照电缆支架上排列顺序从下至上依次为：高压电力电缆、低压电力电缆、控制电缆、信号电缆、通信及计算机电缆的布置原则按电压等级自下而上的顺序排列准备放置电缆，这样才能使各层架内的电缆均匀排布。

电缆到达施工现场后，根据敷设需要进行放置，并在盘上进行挂牌标识，标识要正确、清晰，且须注明电缆的规格、型号及数量，除了桂牌标识外还用阿拉伯数字在各电缆盘上进行编号标识，并结合实际施工需要，事先作好统筹安排及记录。

2、设备与电缆管的连接及电缆管的对接

在变电站进行端子箱、机构箱部位的电缆管埋管施工时，合理组织建筑与安装施工间的配合，先进行设备吊装，待机构箱、端子箱位置确定后再进行埋管，让电缆管口正对机构箱、端子箱，避免埋管错位。

3、 电缆标志牌制作及盘、柜内电缆排列电缆标志牌采用号牌机激光打印，制作规格为

32mm×64mm，其上的内容包括：电缆编号，电缆规格、型号、起点、终点，其字迹清晰、工整且不易褪色。电缆标志牌的绑扎线采用多对电话线线。在电缆的起讫端及主沟道内转弯处设立标志牌。同一箱、柜内的电缆标志牌摆放整齐，字面朝外，便于直接观察。

4、电缆防火封堵

电缆防火封堵在考虑其防火的实效性和安全性的同时，还需考虑其观感质量。在电缆穿过竖井、墙壁、楼板或进入电气盘、柜的孔洞处，将防火泥用火烘烤使其变软，将洞口密实封堵，如果孔洞过大，需用防火材料板做衬板，再用防火堵料密实封堵。耐火衬板须安装牢固，防火包填实、无缝隙，防火堵料密实，不透光。用于封堵孔、洞的防火泥，根据实际制作成瓷砖状，厚度约20mm，表面用灰刀蘸少许水抹平整、光滑，在很大程度上提高了观感质量。电缆上的防火涂料涂刷均匀一致，电缆涂刷长度一致

四、实施效果

1、电缆敷设做到横看成线、纵看成片，动力电缆、控制电缆、通讯电缆分层敷设，电缆固定牢固，引出方向、弯度、余度、相互间距等都一致，避免交叉重叠，达到整齐美观。在“t型”和“十字型”的电缆沟口，电缆排列美观、整体交叉，犹如“立交桥”般错落有致，视觉感官非常好，有效地解决了以往交叉混乱、排列无序的质量通病。电缆塌腰的质量通病得到了有效的控制。

2、电缆管与设备、管间的连接整齐划一，电缆无外露部分，既有效保护了电缆，又增加了观感质量。电缆管成列安装时排列整齐、管口高度一致、间距均匀、管中心在同一条直线上。

3、标志牌齐全，维修检查方便：电缆标志牌规格统一、字迹清晰且不易脱落、挂装牢固，

3、电缆孔、洞防火封堵严密，外观平整、光滑。

五、结束语

在我近两年施工的750kv平凉变、750kv哈密变、750kv酒泉变等工程，无论是从电缆走向、排列的合理性还是从工艺美观角度，均取得了很大的进步，电缆展放成为工程的一大亮点，反映了全体人员对本职工作的高度热爱，工作中处处以全面质量管理为基本原则，出色的工作得到了建设单位和监理单位的一致好评。提高了企业的信誉和知名度。

参考文献：

[1] 文有翠.变电所工程电缆敷设及二次接线工艺改进，会议论文， 2007.

[2] 陈君新.变电站二次电缆敷设、接线工艺方法的提高改进，大科技·科技天地，2010年（11）期.

[3] 赵智勇.刘勇电气安装新工艺在变电站安装施工的应用-安装2009（z1）.

[4] 谢懿波.计算机软件在电缆安装工程中的应用分析-科学之友2009（21）.

[5] 夏玲.刍议110kv在变电安装工艺施工中的应用-中国新技术新产品2010（11）.

[6] 《国家电网公司输变电工程施工工艺示范手册》（变电工程分册电气部分） 国家电网主编， 中国电力出版社，2006年1月.

[7] 《变电工程质量通病防治手册》， 甘肃送变电工程公司主编， 2010

篇3

【关键词】调控一体 智能 防误系统

随着电网的建设与发展，管理模式的增强。电力事故也随之慢慢增加，为了有效的避免这种事故的产生，缺乏完备的防误措施显然成为重中之重。提高防误设施也成为避免电气设备误操作的一个重要措施。即便断路器隔离开关的保护程度已经很高了，但因为远程操控依然存在着各种问题，人为或者系统故障都是造成这种事故最严重的方式。所以需要进一步的研究和整合，从而减少事故的产生。

1 国内外关于调控一体化运行模式下的智能化防误系统

国外的电力系统中并没有五防的概念，而国内系统随着电力的发展微机五防正在不断地发展当中。而国外是通过闭锁的方式来保证操作的安全正常稳定的运行。

当目前所有的操作方式都应符合《微机型防止电气误操作系统通用技术条件（DL/T 687-2010）》及 《国家电网公司防止电气误操作安全管理规定》中的管理规定，从而适应现在调控一体化的智能防误系统。主要问题是防误操作可靠性不是很强，防误不全面，许多操作设备无合适闭锁方案，无法实现全站闭锁，无法实现远方遥控的顺控操作，无法进行多站集控防误管理，紧急状况运行人员无法处理，从而导致一系列问题的存在，以及电气事故的危害区域越来越大。防误的可靠性不太强，远程干扰的时候会导致设备的误动作，无法实现远方遥控的顺控操作，操作繁琐、维护困难的问题无法进一步的解决，升级维护也相对复杂。为了解决此问题特提出了各种的解决措施，促使防误系统更加优化，因此构建调控一体化运行模式的防误系统，进一步提升了电力系统自动化操作的可靠性。

2 系统结构

此调控一体化的防误图对于系统误操作的管理方案有着相当重要的作用。分别由EMS系统传给调控中心防误服务器，然后从调控中心层到运维所防工作站，运维所层到受控站层，变电站是由子站控制到子站防误系统的。处于结构考虑，节省理念以及闭锁的相关知识，实现功能齐全的最大化。有着三层防误的闭锁框架，原有的防误措施增加了智能防误的闭锁单元，可以对其中的监控系统下实现最大化的智能防误系统，保证了电力系统正常运行，进一步实现了运维防误工作的提升。

顺控常规操作随意切换选择，后台操作顺控装置与五防配合完成，且能自动转换，实现了智能化，且到常规系统闭锁的功能恢复，以防止误操作来执行下面的任务。并且能监控一次设备的保护完整性，进一步的进行信息的交换，可控制任一时间段的开始和停止，且顺控逻辑的功能由五防提出的。

具备多功能操作功能，在同一时间进行多次功能的操作，减少等待所需要的时间，防误设备由于等待而产生的各种事故，进一步保证了安全性和可靠性。

调试、维护的方便进一步体现了此项系统功能的完整性，自动实现系统同步运行，监控数据的同时性，使得工作人员更好的观测以防止事故的发生。维护完成后也可以同步数据，保证电力系统正常运行，以及人员维护工作的顺利进行之后的保护措施和正常运转，保证供电的可靠性。

智能闭锁单元也体现了此项系统智能可靠性，主机通过受控站对智能闭锁单元下达命令。然后智能闭锁单元接受命令，解锁成功之后再对系统进行维护，之后又能恢复命令，让系统保持正常运行，从而恢复供电。

在通常的变电站中，用闭锁遥控器对远处的遥控强行闭锁。只有这边的工作发出命令才能实现远方闭锁，不然不能顺利进行此操作，对电力系统造成极大的危害。而在智能变电站中，智能闭锁单元防误加入嵌入式防误服务器实行远方闭锁功能单元。通过防误服务器的判断，才能实现正常的操作，此过程才算完结。

针对调控一体化的模式，其中按照客户端服务器的结构，最大化的节省资源，并保证安全闭锁的基础上，用图中的调控中心三层闭锁结构，增加智能防误装置以及闭锁单元。在防误操作服务器的维护可以再向上进行，实现变电站遥控操作强行闭锁功能，并可以对受控数据进行统计报告。

调控中心设计原则是防误服务器必须能够实现集中管理的功能，并有着信息交换的功能，遥测遥信遥控三遥系统的闭锁和正常运作功能。还可以综合发电、配电、用电中的信息，防治电网误动作。闭锁采用的是网络拓扑结构，自生逻辑关系，防止误动作，误操作或动态接地线的特点，以及数据自动更新和跳转的功能。

调控中心防误工作站：能够实现对远方遥控操作闭锁功能，集中地县调控一体的运作，与自动化并列发展，可以实现开关刀闸功能。除五防之外，还能接受一些复杂的逻辑，进行判断使得误操作减少。

运维操作队：可以接收命令，可以提前接收操作票，模拟演习，有工作人员去操作，进行现场接票传入电脑操作，实现倒闸功能。并能自油步状态优化，防止工作站与子站状态的不一致导致误操作。

受控站：如今的受控站满足防误闭锁功能，升级旧系统实现层次防误系统功能。将智能变电站划为三层，实现站控防误，间隔层防误，过程层防误。为了减少投资建设的投资，智能变电站防误系统可完成各个内容的防误措施，信息共享，防误闭锁以及监控系统配置，其中不但具有通信软闭锁功能，还具有硬结点闭锁功能，最大化实现调度无误的优点，杜绝了后台无指令的严重后果，并具有总解锁功能。

临时地线：智能接地线解决了变电站接地的随意性。实现智能化管理单元和五防之后，接地线控制集中管理，拆挂报告，使用漏洞可供查询。

方案特点：本方案多了防误服务器，可集中管理数据，实现了实用性，保证对设备操作的误动作，实现了安全性、具有后备保护，实现了可靠性。还可维护调试，灵活配置实现了可维护性，并且适用于各种管理模式。

操作模式

受控站操作。工作人员所接受任务并实现操作票，演示接收遇到误操作，会自动闭锁等下达解锁命令，再进行下一步的操作，回复闭锁，直到操作结束。

受控站程序操作当接受到任务由操作人员对断路器进行模拟，将生产操作传输给主机，进行解锁操作，然后无误后回复闭锁功能，可由人员干预处理。如此的操作有利于实现调控一体化下的电力智能防误系统的更一步运行和发展。

3 结论

通过调控一体化的管理模式的变化，总体上实现了误操作的进一步防误，防止了电网误调度和误操作的事故发生，实现了防误智能化水平的提升，进一步推动了电力系统的发展，使得智能化往更好的方面发展。防误系统采用了基于电网状态的智能拓扑关系接线，使运行顺序自动分析系统操作性，降低了人为操作的各种可能事故的发生，保证了电网运行的正确性，提高了操作可靠性。减少投资成本，实现利益的最大化，并能保证电力系统正常安全可靠地运行，防误操作的必要性显然越来越重要，为了保证其安全稳定性，尤其要使得我国的电力水平推向一个新的高度，智能化电网迫在眉睫，调控一体化模式的智能防误系统在此也就显得尤为重要。

参考文献

[1]王洪，张广辉.调控一体化运行模式下的智能化防误系统研究[J].华北电力技术，2013（10）.

[2]李功新.给予可拓推演方法的调控一体防误操作系统研究与运用[D].武汉：武汉大学，2014.

[3]杨海霞.调控一体化模式下远程微机防误系统设计方案[J].内蒙古电力技术，2013（04）.

[4]张宇鹏.鄂尔多斯电网调控一体化远程视频监控系统设计[D].华北电力大学，2013.

篇4

关键词：油田 井下作业 安全防范对策

中图分类号：TE324 文献标识码：A

1、明确井下不安全作业的含义

井下不安全作业主要是指井下作业工作人员在进行修井等井下作业的过程中，在未排除不安全状态、不安全行为等不安全因素的情况下，强行作业的情形。综合分析，不安全状态包括：防护、保险、信号等装置缺乏或有缺陷；设备、设施、工具、附件有缺陷；设备在非正常状态下运行；个人防护用品用具缺少或有缺陷；施工场地环境不良等情形。而不安全行为主要是指：操作错误、忽视安全、忽视警告；使用不安全设备；手代替工具操作；冒险进入危险场所；不穿戴劳保等情形。

2.井下作业现场存在的主要隐患因素分析

根据导致井下作业不安全因素的原因的不同，可以将井下不安全作业划分为：人为因素和非人为因素。人为因素又有因受害人的原因而导致的不安全作业和因井下工作人员的过失而导致的不安全作业。非人为因素一般为作业现场防护措施不齐全而导致的不安全作业等等。但就现实安全事故原因来讲，一般是由多种原因的结合，并非一种原因而导致的。

2.1人为因素之一原因。因受害人的原因而导致的不安全作业是指受害人为了获取某种利益，无视既存的危险，在作业现场实施过激行为，结果造成伤害的情况。这主要体现在部分外来人员在作业现场不顾工作人员的劝阻，私入作业现场所导致的一些人身伤害。

2.2人为因素之二原因。因井下工作人员的过失而导致的不安全作业这是指井下工作人员在井下作业的过程中，无视既存的不安全因素或危险，持侥幸心理，或者麻痹大意，或者自信能够避免损害，结果导致了人身伤害或者其它损害发生的情况。在此种情形中，工作人员的主观心态是：有足够能力意识到危险存在，疏忽大意未意识到或意识到了而基于自信或其它心理，未引起足够重视。

2.3非人为因素。因作业现场防护措施不齐全而导致的不安全作业因作业条件、作业环境、设备配置等因素的影响，在井下作业现场，部分防护措施不齐全甚至缺乏。如警示牌不齐全、不设置围栏等等。

3．井下作业现场存在的主要安全隐患

3.1 中毒、窒息。在修井技术服务作业时，发生井喷事故，井喷时可能出现原油、天然气等有毒物质，若防护不当，可能致使操作人员、检修作业人员中毒。

影响范围主要是井场施工人员，若气体含量达，气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。

3.2井喷失控。井喷失控是作业施工过程中发生频率较高的事故之一，引起井喷失控事故的危险因素有：1 ）井口不安装防喷器；2）不按规定速度起下大尺寸工具；3）停工未关闭防喷器、旋塞；4）防喷器未及时校验存在缺陷；5）放喷形成地层压力激动。

井喷失控造成的危害有：1)浪费和毁坏油气资源。2)毁坏油井井身结构。3)吞噬井口设备。4)引起火灾事故。5)造成人员伤亡。6)污染环境。影响范围主要是井场的施工人员以及施工设备，严重可致机毁人亡。

3.3物体打击。物体打击是作业施工过程中发生频率较高的事故之一，引起物体打击事故的危险因素有： 1）高空物品坠落或空中运移； 2）进行修井技术服务、设备等拆装作业时，用力过猛，致使部件或工具失控； 3）张紧的钢丝绳、绷绳等断裂抽出； 4）起重、高处作业时高处对象未固定牢靠而坠落；5）设施倒塌；6）设施、设备存在缺陷；7）工作场所狭小，缺乏躲避空间或操作人员违反操作规程。 影响范围主要是井场的施工人员以及施工设备，严重可致机毁人亡。

3.4高处坠落。在高处进行操作时，若不按规定系挂安全带、安全带存在质量隐患等容易造成人员高空坠落事故。影响范围主要是井场的施工人员，严重可致人员伤亡。

3.5触电危险。电气设备保护设施失灵，绝缘失效的情况下，人员接触会造成触电伤害，特别是野外作业环境比较潮湿，工作环境恶劣，若现场架线高度不够，架线绝缘瓷瓶损坏未及时更换，造成漏电现象，设备损坏产生漏电，供电电缆、线路出现破口，绝缘层失效造成漏电现象，违反电气设备运行、操作、检修等规程、带电作业，配电盘等设备隔离距离不足等，人体直接或间接触及带电体，都会导致触电事故发生。 进行起重吊装作业时，若作业场地附近有高压线，吊物、钢丝绳等与高压线搭接，可能发生触电；运输过程中，与沿途的架空线路搭接，也会发生触电。 野外露天设置的电气开关，经风吹日晒，易造成线路老化、设施锈蚀，造成接触不良。夏季雨水较多，各电气开关易吸潮造成短路，引发触电事故。因此，野外施工作业要特别加强电气设备的维修及使用管理，电气维修一定要切断电源，严格执行挂牌制度，防止意外触电事故的发生，手持电动工具一定要安装漏电保护器，设备电源线沿地面铺设经过道路时，应有保护设施。

3.6交通事故伤害。作业施工流动性大，人员和设备的搬迁全部依靠运输车辆完成。石油企业的交通运输，往往车多路窄、各种特种车辆车体大而笨重，经常在路面状况不良的道路上行驶，受人员、车辆、路况、天气等原因容易发生各种交通事故。 作业施工现场内的施工车辆或机械在施工现场内移动（摆车）时，由于机械故障、视野不良、人员操作失误或违章等，可能造成施工现场内的人员碰伤、碾压、撞击等车辆伤害事故。

3.7火灾与爆炸。作业施工现场属防火、防爆的重点区域，必须严加控制。在作业过程中形成火灾的原因总的来说可以分为：物体打击引起火灾、人为的失火、自然现象造成的失火、设备故障引起的失火、摩擦过热失火和过热物质引起的失火等几类。易燃、易爆介质在失控的状态下，遇引火源，可能发生火灾；处于爆炸浓度极限内的混合物，遇火源，可能发生爆炸。 可能引发火灾爆炸的另一类危险因素是火源。在作业施工现场可能出现的火源主要有：吸烟明火、施工机械和施工车辆的排气管火花、电焊火花或其他燃烧设备的燃烧火焰、电气火花或电气运行高温、静电打火、机械火花、雷电，以及在施工现场周围进行烧荒等明火。若作业人员进入施工现场，违规带入烟火；使用的工具粘上油污，私自动火烘烤；管线泄漏，腐蚀开焊，未经批准动火；未穿戴防静电劳动保护用品；使用非防爆电器，铁制工具撞击火花，电火花；废油和废弃物未排放在指定位置、使用不当；生活用野营房的安置地点不符合安全距离要求等都可能酿成火灾。 4．提高井下安全生产管理水平宜采取的科学措施

4.1提高员工安全意识，规范员工安全行为。在井下作业过程中，要严格按照操作规程的要求进行，不满足安全要求的井场坚决不进行生产作业。因为员工是生产作业的主体，要从关爱员工生命及保护生产力的角度出发，严格选择和任用生产从业人员。规范他们的安全行为，加强安全教育及操作技能的培训，使其能够按规程、标准上岗操作，减少人为操作失误，降低因不安全行为引起的事故。同时，要消除工作环境中的有害因素，创造适合人的工作环境，从而减少人失误的可能性。积极组织员工学习岗位责任制，使员工明确工作职责。扎实宣贯《安全生产禁令》、《员工守则》，及时阻止、纠正违反《禁令》和《守则》的行为，规范员工工作行为标准。为落实好安全生产责任制，我公司结合自己的生产实际，制定了年度安全生产工作要点和工作计划。公司与各队签订了《安全生产目标责任书》，把安全生产监控目标进行层层分解；明确各级领导对要害生产部位的安全承包职责；按照 “一岗双责”的要求，使安全生产责任制落实横向到边、纵向到底，一级抓一级，一级对一级负责，人人有目标，人人有责任。在日常的安全管理工作中，公司安全生产领导小组每天召开生产运行会和每周召开质询会，针对不同时期的安全工作重点，安排布置具体的安全工作、落实有效的安全防范措施，对重大的安全事宜及时向上级汇报，使安全工作有计划、有安排、有措施、有落实，保持了安全监督管理工作的连续性和监督职能的有效发挥。

4.2加强控制设备设施的不安全因素，注重研究安全生产新技术。毫无疑问，设备和技术两方面的改善，对井下安全生产和产能提高都有着非常现实的意义。根据施工具体情况确定生产设施和专业设备的选型，抓好设备的运行检查、定期校验、日常维护保养、维修改造、报废处理等环节的管理，杜绝设备带病运行，是确保井下作业安全的重要途径。另外，改善施工工艺也是提高安全的重要方面，不但能提高安全性，更能提高企业的生产产能，当前各种信息关键技术纷纷运用于井下安全生产管理。另外，我们在先进设备管理中注重做到以下几点：一是在日常设备检查中突出一个“勤”字，对设备勤看、勤摸、勤检查，从源头上消除脏、松、漏、缺、锈等现象，杜绝带病工作，保证正常安全运行。二是建立健全设备台帐，认真填写运转记录，定期进行校验标定，保证所有上井设备全部在有效期内。三是加大了设备巡检。通过抓日常检查、设备维修技术培训和公司设备巡检，确保了设备出勤率。坚持开工验收制度，单井检查覆盖率为100%，并组织每月两次的安全大检查。在日常的安全监督工作中，以“岗位无违章、现场无隐患、单位无事故”为标准，结合季节特点和生产的要求，有针对性地组织开展多种形式的安全检查活动，及时消除不安全因素。

4.3加大对安全环保工作的投入。始终继续坚持“省什么钱，在安全上也决不省钱”的理念，加大安全上的资金投入，主要用于以下七个方面：完善、改造和维护安全防护设施设备支出，应急演练支出，安全生产检查、评价及整改支出，员工工伤医疗及其它国家规定所需缴纳的保险，配备和更新现场作业人员安全防护用品支出，安全生产宣传、教育、培训支出，安全设施及特种设备检测检验支出，其他与安全生产直接相关的支出。

4.4抓好安全管理和应急救援工作。各个相关单位要依据国家有关安全生产的各项法律、法规和标准，结合单位的生产经营实际，制定单位安全生产管理的各项规章制度，要及时修订或完善，并组织员工对新制度进行学习培训。事故应急救援能有效降低事故发生后的人员伤亡和财产损失。作业单位应建立并不断完善应急救援预案，强化应急演练，提高处理事故的应急技术，储备充足的应急物资和装备设施。同时，应建立可靠的通信联络与警报系统，加强与兄弟应急救援机构的信息沟通和交流，确保在应急状况下，及时得到救助，避免大的人员伤亡和财产损失。

4.5完善企业安全生产管理体系。安全生产管理体系对企业的重要性不言而喻，相关部门应督促所有企业建立或者完善自身的安全生产管理体系，将体系设置的要求上纲上线，并制定规范，严格检查。对安全设施不齐全的单位应加重惩处。另一方面，要明确安全生产责任人，让相关领导明确自己的责任，将安全生产踏踏实实的落实下去。同时要加强安全检查，杜绝应付检查的现象发生。最后，需要建立一套实用的安全考核体系，一定要将企业的业绩与安全生产成果挂钩，把安全生产放在企业评优的首位。针对安全生产工作，每年都会根据生产形势，制定安全生产工作要点和工作计划。同时，各队结合生产特点，对安全监控指标进行了分解与细化，制订了本单位相应的安全监控指标，层层签订、落实了安全生产承包合同，交纳风险抵押金，把安全生产目标分解到基层班组，安全责任落实到人。在事故管理上，按照“四不放过”的原则进行处理，即使是小小的刮擦轻微伤，事故安全管理小组也必须深入现场勘察，及时上报处理，做到了事故原因查不清不放过，预防措施不落实不放过、全员不汲取教训不放过，责任人不处理不放过。认真总结和分析事故原因，深入查找事故根源，有效地杜绝了安全事故的发生。

结语：综上，本论文通过认真分析油田井下作业安全隐患，并对原因进行了探讨，最后，对如何提高井下作业安全生产管理水平宜采取的科学措施进行了深入的研究，对于提高井下作业安全生产管理水平有积极的意义。

参考文献：

［1］董志强油田井下作业安全防范及对策浅析《中国高新技术企业》2013年第16期

篇5

1.1课题的研究意义1

1.2智能电度表的发展情况2

1.2.1机电结合的电度表2

1.2.2全电子式电度表3

1.2.3无线抄表5

1.3本设计电度表的主要特点5

2.智能电度表的硬件设计7

2.1工作原理7

2.2硬件电路设计8

2.2.1本设计核心芯片89C20519

2.2.2A/D转换器TLC54915

2.2.3看门狗监控器的选择X2504515

2.2.4通讯总线的选择RS-485总线19

2.3本设计电度表的误差分析27

2.3.1机械表芯测量误差28

2.3.2电子检测误差28

3.软件设计30

3.1软件设计的思想和方法30

3.2软件流程图31

4.结论33

致谢36

参考文献：3

1.绪论

1.1课题的研究意义

随着国民经济的不断发展,电力已经成为国家的最重要能源。近年来，我国电力系统有了很大的发展，特别是作为基础自动化的变电站综合自动化更是方兴未艾，其中电度量对电力部门来说是一个非常重要的参数。就民用电力来说,由于人民物质生活的极大丰富,生活质量迅速提高,对电力的需求也越来越大。但是,当前居民用电的管理过于落后,居民用电管理收费多年来一直采用先用电、后抄表、再付费的传统作业方式。

在社会走向信息化,网络化,电力系统大踏步现代化的今天,手工抄表更是与无人值班等高度的自动化形成了鲜明对比,成为制约供电系统现代化管理的一大障碍。就系统的完整性而言,电力系统从发电,配电,传输一直到区域变电所已基本实现网络化管理,而唯独用户终端没有和网络连接上,造成了系统的不完整,直接或间接的影响了系统潜能的发挥。

居民用电绝大多数实行“分表制”,即若干集中居住的家庭(一个居住单元或若干居住单元的集合)使用一个总的电表,每户装一个分电表,电力部门抄表员抄收总电表的电量,作为居民交付电费的依据。居委会或物业管理部门还需去抄取各家电表的读数,按比例收取电费。

这种用电管理模式,给居民带来诸多不便,而且增加了管理人员的工作。1998年开始在全国范围内实行电力城网、农网改造，使得电度表数量迅速增大，抄表的工作量就会越来越大，因此在电网改造过程中实现自动抄表是非常必要的，同时也是电能管理进步的要求。据统计,仅电力部

门的抄表队伍人数就数以万计,且人为方式弊端多,工作效率低,给管理部门造成了人力、物力、时间上的极大浪费。

为了适应社会的需要,保证用户安全、合理、方便地用电,对传统的电表和用电的管理模式进行改造,使之符合社会发展的需要就显得很有必要。要实现电表集中自动抄表,其前提是电表需首先实现智能化,这样才能实现数据出户,以达到集中抄表的目的。要实现自动抄表，就要使电度表具有远传功能，而常用的电度表多为感应式机械电度表，这种表具有运行可靠、结构简单、价格便宜的优点，但不具有远传功能。

正是由于以上背景,智能电度表应运而生。所谓智能电度表,就是应用计算机技术,通讯技术等,形成以智能芯片(如CPU)为核心,具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。

1.2智能电度表的发展情况

1.2.1机电结合的电度表

第一类机电结合的电度表,是在原有的机械表的基础上,加装电子式计数装置和相应的控制、通讯电路,或加上IC卡读写接口以实现自动计量计费和控制;其基本结构是在原有机械电度表的转盘上打孔或涂(贴)上能吸收光线的材料,通过光电转换,将机械转盘的转动变换成电脉冲信号,再进行相应的计数处理。这类电度表由于其计量原理没有改动,其计量精度和特性与机械表完全一样,而成本相对较高,其优势在于能充分利用现已安装使用中的大量的机械电度表,且其计量原理为大众所熟悉而容易接受。

另一类机电结合的电度表则是采用电子式计量电路在获得数字式脉冲信号后,通过微型电机驱动字码转轮得到电能计数值,这种结构是最简洁可行的电子式电度表的方案,但遗憾的是其对计量电路的要求较高,即要求所有的表都按一个固定的比例将电能值转换为对应数量的数字脉冲,才能按正确的速度驱动微电机以转动字轮。这个比例就是所谓的电表常数(mp/kwH),由于电路中所用的决定脉冲速度的定时元件大都是参数离散性较大的阻容元件,为了保证电度表的计量精度和产品的一致性,就必须在生产过程中加强对元件的筛选和对半成品的调校,也就是说要增加相应的人力物力的投入并要延长生产周期,从而使电度表的生产费用和成本有所增加。另外这种结构的电度表在数据收集和用户缴费方式上与老式的机械表没什么区别,应属淘汰产品。

1.2.2全电子式电度表

全电子式电度表则是当今国内最先进的一类电度表,其采用先进的单片机技术和专门设计的电能测量集成电路,具有计量精度高、可防止窃电、自身损耗低和可靠性高等特点。其中的一些型号还具有复式计费功能。由于此类电度表的用电量数据已经数字化,可以很方便地与各种数据收集传送电路配合组成自动计量计费的系统,是现行家用电度表的换代产品,该类产品的大量使用将节省供电部门大量的抄表计算工作,并能及时回收电费(先付费后用电),具有巨大的经济效益和社会效益。

关于抄表方案,国内近几年流行以下几种模式:

1）总线制集中抄表:电表部分采用智能电表,各户智能电表信号线并接在一根总线上,总线连接到楼下转接器,各楼转接器与小区的集中器相连,由集中器集中供电。

2）电力载波抄表:电力载波集中抄表系统是直接利用现有低压输电线路进行数据传输的集中抄表系统,省去了铺线工程,优势明显。该系统集微电子技术、通讯技术和计算机技术于一体的高新产品,具有高可靠且安装简单等显著特点,广泛适用于城市及农村的电表、气表抄收、计费和监控。但由于电力线是给用电设备传送电能的,而不是用来传送数据的,所以电力线对数据传输有许多限制:(1)配电变压器对力载波信号有阻隔作用,所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送;(2)不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同;(3)电力线存在本身固有的脉冲干扰。另外电力线上的高削减、高噪声、高变形,使电力线成为一个不理想的通信媒介,但由于现代通信技术的发展,使电力线载波通信成为可能,其中数据信号的信噪比决定传输距离的远近。电力线载波通信的关键就是选用一个功能强大的电力线载波专用Modem芯片。

系统组成:

(1)远传表。具有脉冲输出的水表、电表、气表、热表等计量表为远传表,其计量方式与传统表一样,不同的是在原基表上增加了脉冲输出功能,每个脉冲代表一定的计量值。采集器通过远传表脉冲输出端口采集脉冲。

(2)采集器。我公司研制的采集器能同时采集水表、电表、气表、热表等输出的脉冲信息,并将这些脉冲信息转换成计量认可的物理量,存储在各采集器的存储器中,通过管理微机,可以查询系统中任意一户的耗能信息,并在管理微机的抄表等命令下将用户信息上传。

(3)转换器。转换器的主要任务为:完成与采集器的数据通信工作,向采集器下达电量数据冻结命令,定时循环接收采集器的电量数据或根据系统要求接收某个电表或某组电表的数据。根据系统要求完成与主站的通讯,将用户用电数据等主站需要的信息传送到主站数据库中。下行通道指的是转换器与采集器之间的通信线路,主要有总线抄表系统、载波抄表系统和红外抄表系统等三种方式。通信信道上行通道指的是转换器与主站之间的通信线路,可以采用电话、无线、专线等通信介质。

(4)系统管理软件功能。系统管理软件以通讯为基础,以数据库为核心,提供数据处理、查询、统计、报表、备份等功能;采用面向对象和模块化相结合的方法,灵活支持不同客户的要求,如特殊格式报表,权限控制等;持客户原有的管理系统,可与其它管理软件接口,提供数据接口和通讯接口,具有网络通讯功能;可同时管理多个小区,对各小区设置通讯参数;电表管理,设置电表的原始参数、地址、及其状态;费率管理,可任意设置多种费率,设置能源的单价;用户管理,管理和控制每户的用量,管理用户的结算式;实时抄表功能,系统可抄取各能源表的实时数据;费用自动计算,实现将公共能源损耗平均分摊或按比例分摊到每户并根据查表数据和单价,自动计算每产应交费用,以便向用户收费;打印功能,打印各用户费用清单;查询功能,可随时查询任一户、任一单元全部住户及整个小区内所有住户的耗能信息。

1.2.3无线抄表

无线抄表是利用空间的无线信道实现数据传送的,这样的抄表方式毋须置疑是最为简单、方便的抄表模式,甚至在最近建设部某通讯规约的讨论稿中也初定了三表无线抄表使用的无线电频点,但无线数据传输存在着在建筑物对无线电信号的反射、吸收等作用下,信号传输不稳定的问题,另外表具安装位置、空间抗扰等也对其稳定工作有较大影响,同时无

线电表产品自身也存在功耗等问题,因此该模式概念上虽然都很好,但真正大面积推广应用还有相当的历程。

旧的事物消亡,新的事物产生,是辩证唯物主义发展观中事物发展规律必然趋势,同样智能电表的发展是也是随着科学技术的不断进步而必然前进的,市场的需求也进一步推动了该产业的进步,因此,无论各地的用电管理部门还是智能电表生产厂家,都迫切需要有一个规范化的标准,以使目前的电表行业早日步入规范化、标准化的发展道路。

1.3本设计电度表的主要特点

本设计电度表是在机械式电度表的基础上加入了微处理单元电子电路，实现了自动抄表，同机械式电度表相比，主要有以下几个特点：

1）电度表的窗口值完全复制

微处理单元能将电度表的窗口值完全复制，即内存单元中的读数值与该表计数器窗口显示值无差。该特点优于任何一种以脉冲式电度表。因为脉冲累计式的产品不可避免地丢漏脉冲而产生误差。

2）无需设置初值

任何一类脉冲表，开始工作时都不可避免要设置初使值，每当抢修、停电（计算机系统）、核表等都如此，而本产品不需要。因而大大地方便了电度表的安装与使用。

3）可靠的计量性能

因不改变原基表测量电路及元件，仅对其机械计数器进行光电编码，复制计数器窗口值，这样就保证了原基表的测量精度。

4）方便的召唤读出方式

当上位机下发读表指令时，微处理单元校核指令正确后读表，通过RS-485上发窗口值，这样即取即读，节约了通道资源，同时保证了数据传输的可靠性。

5）功耗少

因采用了召唤读出方式，且处理单元所用芯片为低功耗CMOS电路，所以未召唤读表时，编码器不加电，耗能极低。

2.智能电度表的硬件设计

2.1工作原理

此智能电度表的技术核心部分是对感应式机械电度表的机械计数器直读并远传，它由以光电器件为核心的偏码器和以单片机为核心的处理器两部分组成。

编码器就是对原有的机械计数器进行改造，加装光电编码装置，它由底板和垂直插板构成，计数器的字鼓上开有两个不同型状的透光孔，在立板的电路上焊有对称分布放置的发射及接收微封装光电耦合对管。这样

当计数器的字鼓置于两个立片之间时，就能根据发射接收对管和字鼓上透光孔相对位置的变化编制出不同的二进制码。

处理器以单片机为核心的电路构成。CPU通过串行接口收到的远端上位机下发的读表命令后，它逐位读取各位计数器字鼓对应的接收管的电压（每个字鼓有五对发射接收对管），据电压的不同按照特定的编码原则，把每个字鼓上的窗口值转换成相应的BCD码。并通过RS-485送出读数值。

由于选用了具有内置程序存贮器和串行通讯口的89C2051单片机，使得电路得到很大的简化，体积也相对地减小，可以在不改动电度表内部结构的基础上把微处理单元安装于电度表内，达到计量不出表。从而提高了计量的准确性和可靠性。另外，还可用程序追踪判定读数正误，更提高了计数器的数值读数的准确度。当CPU通过RS-485收到上位机发出的读表命令时，把命令中的地址码与从X25045中读出的本表地址码比较，当其一致时开始读表；首先把CPU的P1.7置低电平，选通TLC549，使放大的电流加到电度表计数器中的发射管；通过P1.0、P1.1、P1.2和P1.3分时选通每片CD4051，而通过P1.4、P1.5和P1.6实现CD4051的八选一，这样就可以把30路接收管的电压分时加至TLC549的模入端，CPU从TLC549读入对应的数字量；然后再置P1.7为高电平，停止读表。把采集到的值经过特定的编码方式进行编码、查表，可确定电度表计数器的示值。通过RS-485把本次的读表示值上传给上位机，完成本次的读表操作。

2.2硬件电路设计

在本设计智能电度表的硬件电路设计部分中，CPU采用了单片机AT89C2051。单片机89C2051是20脚双列直插且具有2K字节的FlashMemory作为程序存储器，128字节的内部RAM，P3口是双功能端口。

4片CD4051组成输入信号选择电路，接收来自30只接收管的电压信号。

30路信号选通进入A/D转换器TLC549，TLC549是8脚双列直插的八位串行A/D转换器，转换时间是17us，I/O时钟频率可达1.1MHz。

SN75LBC184是具有瞬变电压抑制的RS-485收发器,能防雷电和抗静电作用,具有热关断保护；总线上可挂64个收发器,传送数据速率在100kbit/S时通信距离可达1200m。

X25045是可编程看门狗监控E2PROM，它把可编程看门狗定时器、电压监控和E2PROM组合在单一封装之内；外部I/O采用串行操作，512X8位串行E2PROM，本机用于存放本表的地址号；看门狗定时器有1.4S、60mS、200mS可选。电压监控在电源电压低至1V时，复位信号有效。

硬件结构框图如图2.1

图2.1微处理单元硬件结构

2.2.1本设计核心芯片89C2051

ATMEL89系列单片机是ATMEL公司的8位Flash单片机系列。这个系列单片机的最大特点就是在片内含有Flash存储器，因此，有着十分广泛的用途，特别是在便携式、省电和特殊信息保存的仪器和系统中显得尤为适用。

在小型控制系统中，活跃着89C2051单片机这类简单适用的微处理器。它不仅包括了运算器和控制器，还有小规模的存储器以及输入输出接口。可以独立地完成数据的采集、处理，与仪表或PC机进行串行通讯或接受仪表发送的数据。

89系列单片机是以8031技术为核心构成的器件。所以，它和8051系列单片机是完全兼容的系列产品。这个系列对于以8051为核心的系统来说，是十分容易进行取代和构造的。因此，用89系列单片机取代8051的系统设计是轻而易举的事。采用89C2051芯片作为中央处理芯片，由于该单片机采用静态时钟方式，所以节省电能，这对于降低产品的功耗十分有用。

对于一般的OTP产品，一旦错误编程就成了废品。而89C2051芯片内部采用了Flash存储器：89C2051芯片是一个带有2kBFlash可编程、可擦除只读存储器（EEPROM）的低压、高性能8位CMOS微型计算机。

因而，在89C2051芯片的使用过程中，错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止，故不存在废品。可以反复进行系统试验。每次试验可以编入不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优。而且随着用户的需要和产品的更新换代，还可以不断地进行修改，使系统能够不断追随用户的最新要求，与时俱进。在一般情况下，可以重新使用1000次左右。

它采用了ATMEL的高密非易失存储技术制造，并且和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL和Flash存储器，使89C2051成为一款强劲的微型计算机。它为许多嵌入式控制应用提供了高度灵活和成本低的解决办法。

1)89C2051芯片

89C2051芯片除提供以下标准功能：2kBFlash存储器；128字节RAM；它还具有15条1/0引线；2个16位定时器/计数器；1个5向量2级中断结构；1个全双工串行口；1个精密模拟比较器以及片内振荡器和时钟电路。此外，89C2051是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的，并支持两种可选的软件节电工作方式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一个硬件复位。

主要性能参数：

·MCS-51产品指令系统完全兼容

·2K字节可重擦写闪速存储器

·1000次擦写周期

·2.7—6V的工作电压范围

·全静态操作：0HZ—24MHZ

·两极加密程序存储器

·128×8字节内部RAM

·15个可编程I/O口线

·两个16位定时器/计数器

·6个中断源

·可编程串行UART通道

·可直接驱动LED的输出端口

·内置一个模拟比较器

·低功耗空闲和掉电模式

AT89C2051的引脚结构如图2.2

图2.289C2051引脚结构

引脚功能:

·VCC电源电压

·GND地

·P1口：P1口是一组8位双相I/O口，P1.2—P1.7提供内部上拉电阻主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端（AINO）和反相输入端（AIN1），如果需要应在外部接上拉电阻。Pl口输出缓冲器可吸收20M电流并可直接驱动LED。当P1口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚Pl.2-Pl.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。

·P3口接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

·RST:复位输入。RST引脚一旦变成两个机器周期以上高电平，所有的I/O口都将复制到“1"(高电平)状态，当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。

·XTALl:振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

·XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。

振荡器特征：

XTAL1,XTAL2为片内振荡器的反相放大器的输入和输出端，如下图所示。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器，如需从外部输入时钟驱动AT89C2051，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但它必须符合电平的最大值和最小值及时序规范。

2)AT89C2051指令的约束条件：

AT89C2051是经济型低价位的微控制器，它含有2k字节的Flash闪速程序存储器，指令系统与MCS-51完全兼容，可使用MCS-51指令系统对其进行编程。但是在使用某些有关指令进行编程时，须注意一些事项和跳转或分支有关的指令有一定的空间约束，使目的地址能安全落在AT89C2051的2k字节的物理程序存储器空间内。对于2k字节存储器的AT89C2051来说，LJMP7EOH是一条有效指令，而LJMP900H则为无效指令。

(1)分支指令

对于LCALL,LJMP,ACALL,AJMP,SJMP,JMP@A+DPTR等指令，只要记住这些分支指令的目的地址在程序存储器大小的物理范围(AT89C2051程序地址空间为:OOOH-7FFH单元)，这些无条件分支指令就会正确执行，超出物理空间的限制会出现不可预知的程序出错。

CJNE[……],DJNZ[……],JB,JNB,JC,JNC,JBC,JZ,JNZ等这些条件转移指令的使用与上述原则一样，同样，超出物理空间的限制也会引起不可预知的程序出错。至于中断的使用，80C51系列硬件结构中已保留标准中断服务子程序的地址。

(2）与MOVX相关的指令，数据存储器

AT89C2051包含128字节内部数据存储器，这样，AT89C2051的堆栈深度局限于内部RAM的128字节范围内，它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的执行，因此程序中不应有MOVX[……指令。一般的80C51汇编器即使在违反上述指令约束而写入指令时仍对指令进行汇编，用户应了解正在使用的AT89C2051微控制器的存储器物理空间和约束范围，适当地调整所使用的指令寻址范围以适应AT89C2051。

AT89C2051可使用对芯片上的两个加密位进行编程(P)或不编程(U)来得到，功能如表2.3所示

表2.3

空闲模式:

在空闲模式下，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。P1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为“0",或者在使用上拉电阻的情况下设置为“1"

应注意的是:在用硬件复位终止空闲模式时，AT89C2051通常从程序停止一直到内部复位获得控制之前的两个机器周期处恢复程序执行。在这种情况下片内硬件禁止对内部RAM的读写，但允许对端口的访问，要消除硬件复位终止空闲模式对端口意外写入的可能，原则上进入空闲模式指令的下一条指令不应对端口引脚或外部存储器进行访问。

掉电模式:

在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在Vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。P1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为“0",或者在使用外部上拉电阻时应设为“1"。

2.2.2A/D转换器TLC549

TLC549是以8位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础而构造的CMOSA/D转换器。它设计成能通过3态数据输出与微处理器或设备串行接口。TLC549仅用输入/输出时钟和芯片选择输入作数据控制。TLC549的I/OCLOCK输入频率最高可达1.1MHz。

TLC549的使用与较复杂的TLC540和TLC541非常相似；不过，TLC549提供了片内系统时钟，它通常工作在4MHz且不需要外部元件。片内系统时钟使内部器件的操作独立于串行输入/输出端的时序并允许TLC549象许多软件和硬件所要求的那样工作。I/OCLOCK和内部系统时钟一起可以实现高速数据传送，对于TLC549为每秒40,000次的转换速度。TLC549的其他特点包括通用控制逻辑，可自动工作或在微处理器控制下工作的片内采样-保持电路，具有差分高阻抗基准电压输入端，易于实现比率转换（ratiometricconversion）、定标（scaling）以及与逻辑和电源噪声隔离的电路。整个开关电容逐次逼近转换器电路的设计允许在小于17μs的时间内以最0±0.5最低有效位（LSB）的精度实现转换。

2.2.3看门狗监控器的选择X25045

看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，

而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”，如计数型的看门狗电路通常由555多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。

1)X25045芯片

X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机芯片。

X25045引脚如图2-4所示。

图2.4X25045引脚结构

其引脚功能如下

CS：片选择输入；SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出；SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入X25045；SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出；WP：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止；Vss：地；Vcc：电源电压；RESET：复位输出。

X25045在读写操作之前，需要先向它发出指令，指令名及指令格式如表2.5所示。

表2.5X25045指令及其含义

指令名指令格式操作

WREN00000110设置写使能锁存器（允许写操作）

WRDI00000100复位写使能锁存器（禁止写操作）

RDSR00000101读状态寄存器

WRSR00000001写状态寄存器

READ0000A8011把开始于所选地址的存储器中的数据读出

WRITE0000A8010把数据写入开始于所选地址的存储器

2)X25045看门狗电路设计

X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。图2电路中，CPU的复位信号共有3个：上电复位(C1、R2)，人工复位(S、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后加到RESET端。C2、R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。

看门狗定时器的预置时间是通过X25045的状态寄存器的相应位来设定的。X25045状态寄存器共有6位有含义，其中WD1、WD0和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的工作设置有关。如表2.6所示。

表2.6X25045状态寄存器

D7

D6D5D4D3D2D1D0

X

XWD1WD0BL1BL0WELWIP

WD1＝0，WD0=0，预置时间为1.4s。WD1＝0，WD0=1，预置时间为0.6s。WD1＝1，WD0=0，预置时间为0.2s。WD1＝1，WD0=1，禁止看门狗工作。

看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。X25045的看门狗电路使用十分方便。X25045内部还集成了512BEEPROM和电压运行监视系统，只需这样一块芯片，外加晶振和复位电路就可以组成单片机的应用系统，非常适合于便携式仪器和嵌入式系统的设计。

3)软件看门狗技术

我们知道看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位如果出现死循环，或者说PC指针不能回来。那么定时时间到后就会使单片机复位。

软件看门狗技术的原理和这差不多，只不过是用软件的方法实现，我们还是以51系列来讲，我们知道在51单片机中有两个定时器，我们就可以用这两个定时器来对主程序的运行进行监控。我们可以对T0设定一定的定时时间，当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值，而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值，在这里我们要设定的定时值要小于主程序的运行时间，这样在主程序的尾部对变量的值进行判断，如果值发生了预期的变化，就说明T0中断正常，如果没有发生变化则使程序复位。对于T1我们用来监控主程序的运行，我们给T1设定一定的定时时间，在主程序中对其进行复位，如果不能在一定的时间里对其进行复位，T1的定时中断就会使单片机复位。在这里T1的定时时间要设的大于主程序的运行时间，给主程序留有一定的的裕量。而T1的中断正常与否我们再由T0定时中断子程序来监视。这样就够成了一个循环，T0监视T1，T1监视

主程序，主程序又来监视T0，从而保证系统的稳定运行。

2.2.4通讯总线的选择RS-485总线

1)RS-485通讯标准

RS-485是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准。它采用差分信号进行传输，最大传输距离可以达到1.2km，最大可连接32个驱动器和收发器，接收器最小灵敏度可达士200mV。由此可见，RS-485通讯协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。

RS-485通讯标准允许在电路中可以有多个发送器。它允许一个发送器驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器组合单元。RS-485在一对平衡传输的两端都配置终端匹配电阻，其发送器、接收器、组合收发器可以挂在平衡传输线的任何位置，实现在数据传输中多个驱动器和接收器共用同一传输线的应用。

在自动化领域，随着分布式控制系统的发展，迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。在RS-422标准的基础上，EIA研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的RS-485总线标准。RS-485标准采有用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，具体规格要求：

（1）接收器的输入电阻RIN≥12kΩ

（2）驱动器能输出±7V的共模电压

（3）输入端的电容≤50pF

（4）输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）

（5）接收器的输入灵敏度为200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信号“0”（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信号“1”）

因为RS-485的远距离、多节点（32个）以及传输线成本低的特性，使得EIARS-485成为工业应用中数据传输的首选标准。

2)异步串行通信接口标准与RS—485标准总线

集控器与分机间数据通信必然要使用异步串行通信接口，标准的异步串行通信接口主要有(l)RS—232C、RS—232E；(2)RS—449(RS—422、RS—423、RS—485)；(3)20毫安电流环(4)USB通用接口。

其中RS—449和20毫安电流环可用于中长距离通信。为保证可靠数据通信，在选用通信接口标准时，须注意两点；一是通信速度和通信距离，二是抗干扰能力。通常的串行通信接口的电气特性，都有满足可靠传输时的最大传输速率和最大传输距离指标，这两个指标之间具有相关性，适当地降低传输速率可提高传输距离，反之亦然。串行通信接口在保证不超过其使用范围时都有一定的抗干扰能力，但在某些环境中，干扰往往十分恶劣，因此在选择通信介质、接口标准时要注意其抗干扰能力，并采取必要的抗干扰措施。

例如，在中远程传输时，使用RS—422能有效抑制共模信号干扰；使用加毫安电流环技术，可大大降低对噪声的敏感程度。提高有线基带传输距离的有效技术有:

(l)降低波特率。

信号的衰减与信号频率有很大关系，降低波特率可减小衰减，使通信距离增大，但却同时降低了系统控制的反应速度。

(2)加粗通信线直径。

选用线径粗的传输线可以有效地减小传输衰减，但势必增加成本。

(3)增大发送端驱动电压和电流。

选用输出电压和电流较大的驱动器芯片，可明显增大通信距离。

(4)提高接收端灵敏度。

(5)采用中继方式。

对于第一种异步串行通信接口，RS—232C使用广泛，但缺陷明显。采用RS—232C标准时，其所用的驱动器和接收器芯片采用的是单端电路，易引入附加电平：一是来自于干扰，二是由于两端地电平不同而导致接收器产生错误的数据输出。

RS—232C规定最大负载电容为2500PF，这个电容限制了传输距离和传输速率，且TTL/RS—232C转换电路属非平衡电压型线电路，不具有抗共模干扰特性，如果TTL电平信号直接进行有线传输，由于受信号反射波噪声、信号阶跃失真、信号幅度衰减等多种不利因素的影响，其有效传输距离非常有限，通常最大不过十几米。故在一般情况下，RS—232C只用于短距通信(15米内)。若要远距通信，需加MODEM。可以看出，要实现中长距离数据传输，可采用RS—449和20毫安电流环。20毫安电流环是将电压信号通过光耦隔离转换成电流信号，广泛应用于点对点的通讯中，但是用电流环实现总线式点对多点的通信却比较困难，这是因为电流环是靠电流传送信号的，输入阻抗低，线路的损耗也较大，这样，很难保证最远端的节点正确接收到信息。当然，在一定的条件下用电流环实现点对多点

的通信也是可以的，但距离只能限制在2.5公里以内，更重要的是若用电流环来实现总线网，网络容量非常有限，例如在一个有32个分机节点的总线网内，集控器向所有分机发送信号时，其信号电流大小至少为32*0.02=0.64安，产生这样大的电流对系统来说要求过高。

鉴于RS—232C的缺陷，制定了RS—449标准。RS—449标准与RS—232C兼容，但增加了许多内容，可支持较高的数据传送速率、较远的数据传送距离，提供平衡电路改进接口的电气特性等等。RS—423/422标准是RS—449的子集，RS—422A是“平衡电压数字接口电路的电气特性”标准，采用双绞线传送信号，通过传输线驱动器，把逻辑电平变换成电位差，完成始端的信息传送；通过传输线接收器，把电位差变换成逻辑电平，完成终端的信息接收。

而RS—485是RS—422A的变型，同样使用专用的接收、发送芯片，这种类型的芯片一般是差分平衡式的，即采用差分式接收和发送数据，提高了抗共模干扰的能力，因此传输距离可达1200米左右，非常适合于本系统。RS—485是一种多发送器的标准，它扩展了RS—422A的性能，允许双绞线上一个发送器驱动32个负载设备。负载设备可以是接收器或收发器。RS—485每个通道要用两条信号线，如果其中一条是逻辑“1”状态，另一条就是逻辑“0”状态。RS—485电路由发送器、平衡连结电缆、电缆终端负载、接收器几部分组成。驱动器输出为±2~12V，接收器可检测到的输入信号电平可低到200mV。

平衡驱动器的两个输出端分别为+Vl和—Vl，故差分接收器的输入信号电压V2=+VI—(—VI)=2VI，两者间不共地，这样既可削弱干扰的影响，又可获得更长的传输距离及允许更大的信号衰减。可用于RS—485总线网差分平衡收发的芯片有MC3486/MC3487、MAX48X/49X系列、MAX148OA/1480B等，本系统采用差分平衡收发芯片MAX489完成集控器与分机间数据通信。MAX48X/49X是MAXIM公司生产的适用于RS—422/RS—485标准的差分平衡收发芯片系列，其中MAX488~491可用于全双工通信，其余仅能用于半双工通信。使用MAX489组成的全双工总线通信网，网络上最大可挂32个收发站。

在差分平衡系统中，一般采用双绞线做为信号传输线。由于双绞线在长度、方向上完全对称，因此它们受到的外界干扰程度完全相同，干扰信号以共模形式出现。在接收器的输入端共模干扰受到抑制，所以可实现信号的可靠传送。

另外，信号在传输线上传送，若遇到阻抗不连续的情况，会出现反射现象，从而影响信号的远距离传送，因此必须采用电阻匹配的方法来消除反射。双绞线的特性阻抗一般为110~130Ω。通常在传输线末端接120Ω的电阻，进行阻抗匹配。

3)影响RS-485总线通讯速度和通信可靠性的三个因素

(1)在通信电缆中的信号反射

在通信过程中，有两种信号因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射，如图1所示。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。

从理论上分析，在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就再也不会出现信号反射现象。但是，在实现应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通讯波特率等应用环境有关。特性阻抗不可能与终端电阻完全相等，因此或多或少的信号反射还会存在。

引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。信号反射对数据传输的影响，归根结底是因为反射信号触发了接收器输入端的比较器，使接收器收到了错误的信号，导致CRC校验错误或整个数据帧错误。

在信号分析，衡量反射信号强度的参数是RAF（RefectionAttenuationFactor反射衰减因子）。

它的计算公式如式（2-1）

RAF=20lg(Vref/Vinc)（2-1）

式中：Vref—反射信号的电压大小；Vinc—在电缆与收发器或终端电阻连接点的入射信号的电压大小。具体的测量方法如图3所示。例如，由实验测得2.5MHz的入射信号正弦波的峰-峰值为+5V，反射信号的峰-峰值为+0.297V，则该通讯电缆在2.5MHz的通讯速率时，它的反射衰减因子为：

RAF=20lg(0.297/2.5)=-24.52dB（2-2）

要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法。在通讯线路中，如何通过加偏置电阻提高通讯可靠性的原理，后面将做详细介绍。

（2）在通讯电缆中的信号衰减

第二个影响信号传输的因素是信号在电缆的传输过程中衰减。一条传输电缆可以把它看出由分布电容、分布电感和电阻联合组成的等效电路。电缆的分布电容C主要是由双绞线的两条平行导线产生。导线的电阻在这里对信号的影响很小，可以忽略不计。信号的损失主要是由于电缆的分布电容和分布电感组成的LC低通滤波器。

PROFIBUS用的LAN标准型二芯电感（西门子为DP总线选用的标准电缆），在不同波特率时的衰减系数如表2-7所示。

表2-7电缆的衰减系数

通讯波特率16MHz4MHz38.4kHz9.6kHz

衰减体系数（1km)≤42dB≤22dB≤4dB≤2.5dB

（3）在通讯电缆中的纯阻负载

影响通讯性能的第三个因素是纯阻性负载（也叫直流负载）的大小。这里指的纯阻性负载主要由终端电阻、偏置电阻和RS-485收发器三者构成。

在叙述EIARS-485规范时曾提到过RS-485驱动器在带了32个节点，配置了150Ω终端电阻的情况下，至少能输出1.5V的差分电压。一个接收器的输入电阻为12kΩ。按这样计算，RS-485驱动器的负载能力为：RL=32个输入电阻并联||2个终端电阻=（（12000/32）×（150/2））/（12000/32）+（150/2））≈51.7Ω

现在比较常用的RS-485驱动器有MAX485、DS3695、MAX1488/1489以及和利时公司使用的SN75176A/D等，其中有的RS-485驱动器负载能力可以达到20Ω。在不考虑其它诸多因素的情况下，按照驱动能力和负载的关系计算，一个驱动器可带节点的最大数量将远远大于32个。

在通讯波特率比较高的时候，在线路上偏置电阻是很有必要的。它的作用是在线路进入空闲状态后，把总线上没有数据时（空闲方式）的电平拉离0电平。这样一来，即使线路中出现了比较小的反射信号或干扰，挂接在总线上的数据接收器也不会由于这些信号的到来而产生误动作。通过下面的例子，可以计算出偏置电阻的大小：终端电阻Rt1=Rr2=120Ω；假设反射信号最大的峰-峰值Vref≤0.3Vp-p，则负半周的电压Vref≤0.15V;终端的电阻上由反射信号引起的反射电流Iref≤0.15/(120||120)=2.5mA。

一般RS-485收发器（包括SN75176）的滞后电压值为50mV，即：（Ibias-Iref）×（Rt1||Rt2）≥50mV；于是可以计算出偏置电阻产生的偏置电流Ibias≥3.33mA+5V=Ibias(R上拉+R下拉+（Rt1||Rt2）)

通过式2可以计算出R上拉=R下拉=720Ω在实际应用中，RS-485总线加偏置电阻有两种方法：

（1）把偏置电阻平衡分配给总线上的每一个收发器。这种方法给挂接在RS-485总线上的每一个收发器加了偏置电阻，给每一个收发器都加了一个偏置电压。/

（2）在一段总线上只用一对偏置电阻。这种方法对总线上存在大的反射信号或干扰信号比较有效。值得注意的是偏置电阻的加入，增加了总线的负载。

4)RS-485总线的负载能力和通讯电缆长度之间的关系

在设计RS-485总线组成的网络配置（总线长度和带负载个数）时，应该考虑到三个参数：纯阻性负载、信号衰减和噪声容限。纯阻性负载、信号衰减这两个参数，在前面已经讨论过，现在要讨论的是噪声容限（NoiseMargin）。RS-485总线接收器的噪声容限至少应该大于200mV。前面的论述者是在假设噪声容限为0的情况下进行的。在实际应用中，为了提高总线的抗干扰能力，总希望系统的噪声容限比EIARS-485标准中规定的好一些。从下面的公式能看出总线带负载的多少和通讯电缆长度之间的关系：

Vend=0.8(Vdriver-Vloss-Vnoise-Vbias)(2-3)

其中：Vend为总线末端的信号电压，在标准测定时规定为0.2V；Vdriver为驱动器的输出电压（与负载数有关。负载数在5～35个之间，Vdriver=2.4V；当负载数小于5，Vdriver=2.5V；当负载数大于35，Vdriver≤2.3V）；Vloss为信号在总线中的传输过程中的损耗（与通讯电缆的规格和长度有关），由表2-7提供的标准电缆的衰减系数，根据公式衰减系数b=20lg(Vout/Vin)可以计算出Vloss=Vin-Vout=0.6V(注：通讯波特率为9.6kbps，电缆长度1km，如果特率增加，Vloss会相应增大)；Vnoise为噪声容限，在标准测定时规定为0.1V；Vbias是由偏置电阻提供的偏置电压（典型值为0.4V）。

式（2-3）中乘以0.8是为了使通信电缆不进入满载状态。从式（2-3）可以看出，Vdriver的大小和总线上带负载数的多少成反比，Vloss的大小和总线长度成反比，其他几个参数只和用的驱动器类型有关。因此，在选定了驱动器的RS-495总线上，在通信波特率一定的情况下，带负载数的多少，与信号能传输的最大距离是直接相关的。具体关系是：在总线允许的范围内，带负载数越多，信号能传输的距离就越小；带负载数据少，信号能传输的距离就发越远。

5)分布电容对RS-485总线传输性能的影响

电缆的分布电容主是由双绞线的两条平行导线产生。另外，导线和地之间也存在分布电容，虽然很小，但在分析时也不能忽视。分布电容对总

线传输性能的影响，主要是因为总线上传输的是基波信号，信号的表达方式只有“1”和“0”。在特殊的字节中，例如0x01，信号“0”使得分布电容有足够的充电时间，而信号“1”到来时，由于分布电容中的电荷来不及放电，(Vin+)—(Vin-)-还大于200mV，结果使接爱误认为是“0”，而最终导致CRC校验错误，整个数据帧传输错误。

由于总线上分布影响，导致数据传输错误，从而使整个网络性能降低。解决这个有两个办法：

（1）降低数据传输的波特率。

（2）使用分布电容小的电缆，提高传输线的质量。

RS-485通讯标准的特点是抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远。在采用双绞线，不用MODEM的情况下，在100kbps的传输速率时，可传送1200m，若速率9600bps，则传送距离可达1500m。它允许的最大传输速率为1OMbps传输距离为15m时)。RS485通讯标准允许平衡电缆上连接32个发送器/接收器对，目前已在许多方面得到应用，尤其是在多点通信系统中，是一个很有发展前途的串行通信接口标准。

2.3本设计电度表的误差分析

自九十年代起,智能电度表逐渐进入市场。目前已在电能计量仪表中占有一定的份量,国内外的生产厂家数目日益增多。由于电度表是计费的依据,关系到供电单位和用电者的权益,所以双方对于计量误差都很重视。

电度表的误差和任何测量工具一样是在所难免的。在工程设计方面,自然是必须力求其降至最低,但极需配合市场的接受能力划出一个界限,不能漫无限制地改进。在选用智能电度表时,应注意性能和价格的关系,必要时可以参考前面的表格。对太廉价的产品,应进一步查询考证其测量准确度的可靠程度。

目前智能电度表依其对电量的检测方式,可分为全电子式和机电一体式两类。因此对电度表而言,无论是全电子式、机械式或机电一体式都是在可能的价格范围内对电压u(t)及电流i(t)作最精密的测量,然后以最精密的时间积分而得到最准确的电量。

全电子式电度表最大的弱点在于当电子线路受到损害之后,所有的资料将完全损失,很容易造成争议。所以有厂家采用步进电机和CPU控制的脉冲发生机构相连,以机械方式辅助记录。但这种做法一方面增加成本,另一方面由于步进电机经常发生遗漏脉冲的现象,常常使得机械记录和电子记忆有明显的差异。这种误差由于其是动态发生的,所以无从估计。

机电一体式电度表的测量误差来源有两方面,一是机械表芯对电量测量的误差,另一是电子部份检测机械表芯时的误差。

2.3.1机械表芯测量误差

机械表芯是将被测电量转换成铝盘的旋转圈数,然后以机械计数器显

示。这种测量方式已使用了数十年之久,所有误差都有规范可循,成为一种完全成熟的技术。最重要的是这种计量方法已得到售电和用电双方广泛的支持与接受,采用这种单元作为计费基础完全能被市场认可。由于计数器不会因为电路的冲击而变动,所以当发生异常现象而使电表损毁时，机械表芯仍能维持损毁前的最后记录,可供参考。

2.3.2电子检测误差

在机电一体式结构中,电子电路必须从机械表芯旋转元件(铝盘)读取转动量作为计量资料。常用的读取方式可分为电磁式和光电式两大类。

(1)电磁式读头误差

电磁式读头是基于霍尔效应的原理,在表芯转轴上加装一永磁转子,和在表芯支架上安置一电磁检测芯片而成。每当转子通过检测芯片附近时,将使检测芯片产生一感应脉冲。计算此脉冲量可测得转动量。由于磁场本身并无明显的界限,所以脉冲产生的门槛就没有清晰的界限。在快速旋转时,这种现象造成的影响不大。但由于铝盘的旋转速度会随着负载的不同而有很大的差异,可能快至每秒1圈以上,也可能慢到每5分钟1圈或更低,所以当此模糊界限通过霍尔集成块时,不论是由于机械振动或电路振荡,都可能造成多重脉冲而引起误差。加滤波电路的办法又因转速覆盖的范围太广,使得适当的时间常数非常难以决定。此外,由于额外的磁元件引入到表芯之中,或多或少会干扰电磁测量部件而使测量误差进一步增加。

(2)光电式读头误差

光电式读头有遮断式和反射式两种,它们都是由一个红外线发光二极管及一个光敏三极管组成。如果用遮断式,就必须在表芯内增加一个与铝盘同步同轴转动的扇形盘,来间断性地遮断红外线的通过,在光敏三极管上造成脉冲。反射式则以铝盘做反射面,只要将适当的扇形区域涂黑阻止反射,即可产生所需的脉冲。不管是遮断式还是反射式,其扇形区的界限都不可能非常的光洁,再加上铝盘转动速度的范围极广,因此与电磁式一样,在超低速时如何避免误读是一个极具挑战性的技术难题。

3.软件设计

3.1软件设计的思想和方法

工业用智能电度表，主要用于电力部门的发电厂、变配电站进行电能的收费、计划、统计电量等。其次用于工业大用户，进行电能量的计量，收费和工业自动化等方面。因此电能的采集一般由集中器或RTU下表发命令完成。电度表本身收到的命令有两类：即设置表号（表地址）命令和读表命令。

软件主要完成的功能有主程序、串口中断子程序两部分。其中主程序完成I/O电平、X25045的设置；看门狗定时常数设为1.4S，并且在主程序中循环复位定时常数。

串口中断子程序完成设置表号、读表和上传计数值。上位机向电度表发送的命令格式为：“EB90EB90表地址码命令码校验码”，“EB90EB90”为同步字节，命令码为“00”并且表地址编码的最高位为“1”时，表示设置表号，而“01”表示读表。电度表向上位机发送格式为：“EB90EB90表地址码表计数值（六位BCD码）校验码”。

3.2软件流程图

图3-1主程序流程图

图3-2串口中断子程序框图

4.结论

本论文主要研究了智能电度表的硬件设计，在硬件的研制过程中考虑到了可靠性及实用性。但是由于研究时间和条件上的限制，本设计还有许多需要改进的地方。比如，在软件的设计中，只是笼统的给出了软件流程图，没有具体的程序，由于时间上的限制，没有全部完成非常遗憾。希望可以在以后的时间加以完善。智能电度表在我国具有巨大的发展潜力，虽然起步较晚，但势头非常迅猛。在鉴于我国幅员辽阔，各地、乃至同一城市不同区域的电网结构、电网布局以及负荷情况都不相同的实际情况下，本着降低成本、提高可靠性的原则，因地制宜地开发出各种适宜的智能电度表。这样，一个城市或电业局可以真正实现电能自动监测、调度管理系统，使我国的电能自动化管理水平向前迈进一大步。

在一些城市住宅建设发展较快的城市，已经有多个智能化小区安装了智能电度表。对于电力行业管理者来说，对各类不同用户的不同用电负荷可以进行准确地记录，是智能电度表最吸引他们的地方。业内人士预言，随着各种智能电度表产品的问世，“人工抄表”退出历史舞台，智能抄表系统“一统天下”的日子不远了。

①社会效益分析

(1)智能电度表为“一户一表”工程的实施提供了有力支持。

(2)智能电度表能够使抄表人员从抄抄写写中解放出来，投身到“优质服务”中去。

(3)智能电度表能够避免抄、核、收环节中人为造成的人情电、关系电和抄表差错等一系列因素，减轻了居民负担。

②管理效益分析

(l)智能电度表能够提高抄表质量，避免估抄、漏抄和错抄。

(2)缩短抄表周期，避免因工作量大而导致的“双月抄表”现象。

(3)智能电度表可实现“同步抄表”。即总表和分表同时抄录，有利于线损计算。

(4)智能电度表可实现对用户异常用电的实时监控，遏止窃电现象。

③经济效益分析

(l)节省人力的效益：智能电度表可节省几十名至几百名工作人员，假如

每个抄表员每月抄表1000户，每人年薪1.5万元。智能电度表可直接经

济效益达几十至几百万元。

(2)降损效益：智能电度表系统能够挽回线损损失。它带来的利益不仅仅

只局限于直接经济效益。实际上，其所带来的隐含的、间接的经济效益则

远高于直接带来的经济效益。

智能电度表的新技术展望主要是电能表和智能抄表技术的新技术展望。各种智能电度表都有其特点，有其相适应的应用环境和存在条件，我们在现有技术的基础上，结合各种系统的优势和长处，使其扬长避短发挥出更大的优势。

（1）、网络化电度表

电能计量信息网络是一个由电能计量与智能抄表系统集成的新概念，其中电度表本身应带有上网接口并具备通讯能力。设计好网络的硬件编码、技术指标与功能、通信规约、软件平台与数据格式统一，要做到原有各系统接口统一与兼容。实现实时抄表、实时计量与分析实时管理。

（2）、多用户智能化电子式电度表

这种模式是多个用电户共取一个公共电压，而每个用电户的电源进线处只需装一个CT即可，这些采集到的电流、电压信号就地由微处理器处理。所有用电户的用电信息都交由设在异地的一台微机来处理、记录和存储，见不到传统意义上电度表的踪影了。

1）基于移动无线网络(GSM)的抄表系统

GSM智能抄表是一种基于智能小区完善的硬件环境发展起来的自动抄表技术。这种完善的硬件环境主要是指完善的居民住宅小区智能化管理系统，主要包括住户信息管理、安防(防盗防入侵系统；电视监控；门禁系统)和通讯(闭路电视；电话程控交换机；无线基站)等功能模块。其智能抄表的基本思路是：所有用户的数据通过蜂窝移动无线网GSM以短信息(SMS)的模式上传到GSM网的SMS中心；SMS中心将接收到的数据通过专线传递给用电管理部门等的数据处理服务器。由于现在GSM网的覆盖面已几乎遍及全国，故构建这种智能抄表系统时，完全可以利用现成的GSM无线网而不需再新建基站，而且，这样的智能抄表系统一旦开发成功，可直接向有需求的地方推广，不需因地域的不同而进行改造。

2）INTERNET抄表

现代居民住宅小区智能化管理系统的一个最新发展动态是“一切都上网”，宽带网线路建设及网络花费一天天降低，使这一切变得越来越现实，有线电视、IP电话、远程医疗、网上购物等全方位服务，可视电话以及电表，水表和防盗/防灾探测报警器等都联到网上，由居民区的物业管理部门完成对本小区所有居民用户的生活和消费的网络化管理。在这样的网络化管理模式下，智能抄表只是该系统所具有众多功能中的一种，随着这种管理系统的不断完善和健全，智能抄表在其中所占的成本消耗将会不断下降。

3）蓝牙技术

蓝牙技术(1998年出现，是一种采用2.4GHzIMS[Industrial，scientificandMedical]频谱的短程无线技术，主要用来打破现时一般以红外线或电缆线联系不同产品时受到的限制，能够在约几十米的距离内无需连接电缆线或红外接口就可进行数据交换。蓝牙技术的迅速扩展给我们以新的启发：能否将蓝牙技术用于自动抄表?有人说，蓝牙技术离能真正实用还需

一、两年的时间；还有人认为，蓝牙技术不会往自动抄表方向“伸腿”，因为相对于现在的蓝牙芯片来讲，有些已有抄表技术的成本比较低；但有人想到，对那些利用现有自动抄表技术很难抄到的所谓“死角”处的电度表，利用蓝牙技术可能再好不过了。蓝牙技术到底能否在智能抄表方面获得应用无需争论，但作为从事微机化测量技术与仪器仪表研发的工程技术人员，应该在每一项新的计算机、网络、通讯和微电子技术诞生之后就立即着手考虑，它能否给自己所从事的科研带来革新性的发展和变化。

致谢

经过几个月的努力，我终于完成了智能电度表的硬件设计，可以说是如释重负，倍感轻松，在此对老师们的指导和教育表示由衷地感谢。

在此，首先我要向我的指导老师张伟，致以衷心的感谢。他工作认真负责，一丝不苟，及时的询问我们做课程设计的进度。对同学的帮助不是简单告诉，而是让我们用自己掌握的知识进行探索，最后，在一起经过激烈的讨论，得出结果，使我们能够形成自己的学习方法。并且督促我们养成良好的学习习惯和严谨的科学作风。最重要的是，张老师反复强调对待困难不要轻易放弃，要坚持不懈。这不仅使我顺利的完成课题，更培养了自己乐观向上的科研精神，这种精神也会无形的鞭策我在以后的工作学习中做事认真，精益求精。

另外，我还要感谢在这四年中所有教过我的老师们，正是他们的辛勤工作，使我在这四年之内学到了丰富的知识，培养我自学自立的学习风格，在不断的学习中完善自我，充实自我。在此我再次表达我对所有教导过我的老师们的诚挚谢意！

最后，要感谢我身边的同学们，在遇到许多自己不懂的问题时，他们给我不小的帮助，是他们不断的支持我做完最后的工作。在这里对他们表示真心的感谢！

参考文献：

[l]赵洪山等低成本多用户智能电度表的设计华北电力大学2000

[2]卢章发智能电度表的研究广东工学院1996

[3]焦阳智能电度表系统的研制河北轻化工学院1997

[4]姚存治等智能电表及远程集中抄表的现状和发展趋势

河南职业技术师范学院2004

[5]赵海兰等智能电度表的设计与研究沙洲职业工学院2005

[6]朱彤等智能多用户电能表的开发与应用重庆邮电学院2001

[7]薛建生智能电度表的误差分析与修正辽宁大学1996

[8]王子章智能电度表军械工程学院1996

[9]罗崇熙等智能电度表计量误差分析《电机电器技术》2001

[10]林聪仁等多功能电度表的关键技术厦门大学1997

[11]胡汉才单片机原理及其接口技术清华大学出版社2002

[12]徐惠民等单片微型机原理接口及应用北京邮电大学2000

[13]张毅刚等MCS-51单片机应用设计哈尔滨工业大学1997

[14]张振容等MCS-51单片机原理及实用技术人民邮电出版社2000