1、 本科毕业论文（设计） （题目： 基于 AVR 单片机的智能电表系统硬件设计 ） 姓 名 ： 皖绩小挺 学 号 ： * 专 业 ： 自动化 院 系 ： 电子通信工程学院 指导老师 ： 纪老师 职称学历 ： 讲师 硕士 完成时间 ： 2013 年 5 月 教务处 制安徽新华学 院本科毕业论文（设计）承诺书 本人按照毕业论文（设计）进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成
2、果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。 毕业论文（设计）作者签名： 日期： 安徽新华学院 2013 届本科毕业论文（设计） I 基于 AVR 单片机的智能电表的硬件设计 摘 要 电能表是我国电工仪表行业中产量最大的产品，随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，且已经逐步成为电能表发展的主流。智能电表具有数据的保护，报警功能，断电的显示，负荷的控制，防窃电功能，远程抄表系统等功能，从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而取消了电表上长期使用的机械部件，随着 智能化电表的发展，将最终取代传
3、统电表在用户中的实用。本文 设计的是一款基于 AVR 单片机的智能电表，采用 ATmega16 单片机、 RN8209、 485 通讯等各个模块组成系统硬件电路。 关键词： 智 能电表 ； ATmega16; RS-485 安徽新华学院 2013 届本科毕业论文（设计） II Hardware design of intelligent electric meter based on AVR single-chip computer Abstract The electrical energy meter is in our country electrician measuring appl
4、iance profession the output biggest product, along with the high technology and new technology electronic information technologys fast development,the electronic formula, multi-purpose,the high accuracy, the multi-tariffs,copies product and so on table superiority to underline automatically particul
5、arly, and already gradually became the electrical energy table development the mainstream.The intelligent electric instrument has the data protection,the warning function, the power failure demonstration, the load control, against steals the electric work energy, long-distance copies functions and s
6、o on table system, uses take the integrated circuit from the measurement to the data processing as the core electronic device, thus has cancelled on the electric instrument the long-term use mechanical part,along with the intellectualized electric instruments development,will substitute for traditio
7、nal electric instrument in user practical finally. What design in this passage is a hardware design of intelligent electric meter based on AVR single-chip computer. It adopt various modules such as the ATmega16 monolithic integrated circuit, RN8209 and 485 communications the transmission, and so on,
8、 to make up the system hardware circuit. Key Words： Intellige nce electrometer； ATmega16； RS-485安徽新华学院 2013 届本科毕业论文（设计） 目 录 1 绪论 .1 1.1 电集中抄表系统 . 1 1.2 国内外发展的概括 . 2 1.3 住宅抄表自动化系统应用条件 . 2 1.4 智能电表的主要特点 . 2 2 方案论证与比较 .3 2.1 MCU 部分 . 3 2.1.1 方案 1 . 3 2.1.2 方案 2 . 3 2.2 抄表部分 . 4 2.2.1 方案 1 . 4 2.2.2 方案
9、2 . 4 2.3 数据传输部分 . 4 2.3.1 方案 1 . 4 2.3.2 方案 2 . 4 2.3.3 方案 3 . 4 2.4 系统设计方 案 . 5 3 系统硬件设计 .6 3.1 MCU 部分 . 6 3.1.1 单片机概述 . 6 安徽新华学院 2013 届本科毕业论文（设计） 3.1.2 ATmega16 的介绍 . 6 3.1.2 ATmega16 的介绍 . 6 3.1.3 ATmega16 的引脚功能介绍 . 7 3.2 RN8209 数据采集部分 .10 3.2.1 RN8209 简介 .10 3.2.2 RN8209 引脚功能介绍 .10 3.2.3 RN8209
10、 用电信息采集系统原理图 .12 3.3 RS-485 通讯数据传输部分 .13 3.3.1 性能及特点 .13 3.3.2 引脚功能描述 .13 3.3.3 RS-485 通讯电路连接图 .13 3.4 LCD1602 显示模块 .14 3.4.1 LCD1602 简介 .14 3.4.2 LCD1602 管脚介绍及其电路连接 .15 3.5 时钟模块设计 .16 3.5.1 DS1302 简介 .16 3.5.2 DS1302 芯片功能介绍 .16 3.5.3 DS1302 引脚及其电路连接 .16 3.6 存储模块设计 .17 3.6.1 AT24C08 简介 .17 3.6.2 AT2
11、4C08 引脚功能介绍 .17 安徽新华学院 2013 届本科毕业论文（设计） 3.6.3 AT24C08 电路连接图 .18 3.7 电源电路设计 .18 3.8 PCB 设 计 .19 4 总结 . 21 致谢 . 22 参考文献 . 23 附录 . 24 安徽新华学院 2013 届本科毕业论文（设计） 1 1 绪 论 长年以来城镇居民住宅的水、电、煤气等生活能耗计量收费工作多采用传统的逐月入户查表收费方式，不仅耗费大量人力、物力，而且对居住人的民生活也是一种干扰，有时 还有可能给不法分子入室犯罪以可乘之机。随着改革的深入，伴随着人们的生活水平的不断提高，住宅商品化、智能化的发展，住宅单元
12、个性化和独立性的增强，这种能耗计量收费方式越来越显得与社会发展不相协调。而且国家建设部在居民住宅的有关技术规定中已经明确要求居民住宅中的 3 表（ 水表、电表、气表）必须出户。 鉴于上述情况，建立住宅自动抄表系统成为当前住宅主流的应用技术，尤其是智能型住宅建筑中不可或缺的重要组成部分，具有十分重要的意义。 目前，电子水表、电子煤气表、电子电表的远程抄表系统日趋成熟。 自动抄表系统基本原理是采用计算机技术，通过专用设备对 3 表进行远距离的自动抄录。一般通过数据采集器对表计的脉冲进行记数，然后传输控制器将信号送至计算机中心，由计算机对数据进行处理、显示、存储、打印，再通过与银行联网，实现自动收费
13、。控制中心可显示小区内主要设备的运行状况，并可通过软件控制设备，使 设备运行于最经济合理的模式中。当设备发生故障时，控制中心发生声光报警并通知管理人员处理事故。本文给出了一种基于 ATmega16 的智能电表的设计，它是电集中抄表系统的基础部件，是整个系统的数据来源。 1.1 电集中抄表系统 自动抄表（ Automatic Meter Reading-AMR）是指 的是 用通讯和计算机网络等科学 技术自动读取和处理数据。发展 用电 自动抄表技术是提 升 用电管理水平的需要。在用电管理方面，用自动抄表技术，不仅能 节省 人力资源， 而且 更重要的是可以 提高抄表的准确性，减少出错，使供电管理部门
14、能及时获 取 准确数据信息。电力用户因此不需要与抄表者 预定 上门抄表时间，还能 快速 查询帐单， 所以 这种技术越来越受到用户欢迎 。 安徽新华学院 2013 届本科毕业论文（设计） 2 电能 管理 和 计量 的 需求 以及电子 科学 技术的发展，使电子式电表在 上 世纪70 年代就已出现。随着数字电子技术的 迅猛 进步，电子式电表的功能 越来越多并且系统越趋完善。 1.2 国内外发展的 概况 随着人 民 生活水平 的 提高， 大家 对生活 条件 提出了更高的要求；在政策的 鼓励 下，家 庭 智能化得到了 快速 的发展。 作为智能化产业中的一环 智能抄表系统也得到了蓬勃发展。从 上海 、广州
15、、 杭州、深圳、 北京以及中国西部城市 昆明 、重庆、 成都 等 地 都 不同程度地建设了智能化示范小区。这些智能化住宅小区的建 成 ，提高了住户的生活质量 。 随着城市生活节奏的加快，人们需要越来越多的 智能 设施来满足生活的需要，小区智能化是今后的发展趋势。智能 化 抄表系统是智能小区应具有的最基本的系统，它的发展必将影响到小区智能的发展 。 1.3 住宅抄表自动化系统应用条件 自动抄表系统作为一个实用系统在住宅建筑工程中的应用应具备以下条件： (1) 需要相关供电、供水等主管部门的配合，以及综合物业管理的配套实施。 (2) 系统工程设计应符合国家相应规范、标准。 (3) 系统系列 化、模
16、块化、产品化。 1.4 智能电表的主要特点 (1) 不需要 人工抄表，有利于现代化管理。 (2) 智能 电表具有多种防窃电功能，低功耗，长期运行时稳定性好 ， 准确度高 。 (3) 预购 电量 ，网络 传递数据，实现数据回读 。 (4) 超 负荷报警断电、剩余电量报警，提醒用户及时购电。 安徽新华学院 2013 届本科毕业论文（设计） 3 2 方案论证与比较 2.1 MCU 部分 2.1.1 方案 1 AVR 单片机 ATmega16。这是一款高性能、低功耗的 8 位 AVR 微处理器。有先进的 RISC 结构，精简指令等。支持 IIC、 SPI 通信。 AVR 单片机的优点： (1) 高可靠
17、性、高保密性、 功能强、高速度、低功耗。 (2) 低功耗的 CMOS 技术。 (3) 丰富的片上资源。 (4) 增强性的驱动能力。 (5) 型号种类多选择性。 (6) 性价比高。 (7) 开发语言丰富。 2.1.2 方案 2 51 单片机 STC89C51RC。这 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 STC89C51RC 虽然 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能 。 51 单片机和 AVR 单片机的主要区别： （ 1） 51 单片机是复杂指令集， AVR 单片机是精简指令集。 （ 2） 51 单片机 速度慢，还要内部分频， AVR 快，多数指令就是一个指令周期，而且 1M 晶振就是 106 周期 /秒。 （ 3） 51 单片机 IO 口带负载能力太小， AVR 支持平时 20mA，最大瞬时 40mA的输出电流，而且灌电流拉电流一样大。 （ 4） 51 单片机要加复位，晶振， AVR 不用，并含有多种硬件电路，比 51 多得多。抗干扰能力也是 AVR 比 51 强。
