自動抄表系統（Automatic Meter Reading System，AMRS）是一種不需要人員到達現場就能完成抄讀用戶用電量的智能化管理系統，近年來，這一技術在國內外應運而生，而發展非常迅速，他的最終目的是自動、集中、定時地抄錄各用戶的用電量，這對于提高電力部門的管理水平和經濟效益有著十分重要的意義。

在自動抄表系統中，除了使用RS485總線、電力線載波或電話線進行數據通訊外，有些時候需要工作人員到現場進行數據采集，便攜式抄表器作為十分便捷的現場抄表工具，是自動抄表系統數據采集手段的一個十分有效的補充，有著十分廣闊的市場前景。

1 智能電表抄表系統簡介

智能電表抄表系統的基本結構如圖1所示，智能電表通過采集器連接到集中器上，集中器每隔一定的時間（具體時間可以設置）對電表采集一次數據，并保存到集中器中的存儲器里，集中器通過電力線載波或者電話線可以直接將采集到的數據上傳給系統主機，便攜式抄表器的主要任務是用自己的指令解釋并運行上位機所編的程序，現場采集集中器或者智能電表的數據，更新數據庫中的內容，通過抄表器上的USB接口可以將數據傳輸給計算機由計算機進行處理、存檔。從而實現電表到計算機的數據自動采集、傳輸、處理、打印等工作，免去了大量的手工勞動，極大地提高了勞動效率。

便攜式抄表器作為現場數據采集的必要工具。他有鍵盤輸入，可以手動查詢、更新數據庫中的數據；大屏幕LCD點陣顯示，良好的人機對話界面；512 kB FLASH RAM，用于存放系統配置文件、程序及數據庫文件；1個RS 232接口，一個USB接口，1個紅外轉發器，實現與智能電表、集中器的有線或紅外通訊。RS 232和紅外接口完成對每個電表的數據采集工作，并可通過該接口對集中器或智能電表進行設置、修改。USB接口完成同計算機的通訊，可以將抄表器中的數據傳送給計算機，也可以接收計算機下傳的程序文件及其他系統配置文件。

2 基于ARM7 LPC2148便攜式抄表器的硬件設計

LPC2148是Philip公司推出的基于ARM7 TDMI內核的精簡指令系統的32位高速處理器。他的工作電壓為3.3 V，內核工作電壓僅為2.5 V，大大降低了芯片的功耗。他主要帶有32 kB+8 kB與USB DMA共用的片內靜態RAM和512 kB的片內FLASHI程序存儲器。128位寬度接口／加速器可實現高達60 MHz工作頻率。可外擴EPROM，SDRAM，FLASH，RAM，USB，LCD；通過片內Boot裝載程序實現在系統編程／在應用編程（ISP／IAP）。單個FLASH扇區或整片擦除時間為400 ms。256字節編程時間為1 ms；6路PWM調制輸出，可用于控制蜂鳴器輸出不同聲音，提示系統各類信息；USB 2.O全速設備控制器具有2 kB終端RAM。此外，LPC2148提供8 kB的片內RAM，可通過DMA訪問USB；14路10位A／D轉換器，可用于系統電池檢測；低功耗實時時鐘（RTC）具有獨立的電源和特定的32 kHz時鐘輸入，可用于紀錄抄表時間；多個串行接口，包括2個UART（16C550）、2個高速I2C總線（400 kb／s）、SPI和具有緩沖作用和數據長度可變功能的SSP；2種低功耗模式：空閑和掉電。根據需要設置不同的工作方式，可以降低系統功耗。

便攜式抄表器以PLC2148控制單元為核心，主要由電源供給電路、紅外通信電路、鍵盤顯示電路、數據存儲電路、RS 232接口電路、USB 2.O計算機接口電路和能源控制電路等部分組成，其硬件結構如圖2所示。

考慮到便攜式抄表器的低功耗、經濟高效、性能穩定、接口電路簡單和自動化程度高等特點，因此，選擇合適的電路芯片至關重要。

2.1 RS 232接口電路

RS 232串口電路，采用MAXIM公司的MAX3111E串行異步收發器，硬件上無需任何其他外圍器件，使用一個芯片即可實現UART接口的微控器與PC進行異步數據傳輸。同時其3.3 V供電性能更是適合低功耗設備的應用。

考慮到抄表工作人員會隨時到現場進行對集中器的數據讀取和參數設置，而集中器一般都帶有RS 232接口，故在抄表器中設計RS232接口電路是必須的，因LPC2148的2個UART口已經被占用，所以考慮采用SPI接口，通用PC機的RS232接口為通用異步接口UART，而SPI則為同步串行協議，所以必須考慮同步與異步之間的數據格式轉換，本系統中采用MAX3111E串行異步收發器來實現，其接口電路如圖3所示。

LPC2148的MOSI1與DIN連接作為發送數據線，MISO1與DOUT連接為接收數據線，MAX3111E的TX與T1IN連接，RX與R1OUT連接，從而利用其片內的轉換器實現UART到RS232電平的轉換，MAX3111E的中斷信號（IRQ）與LPC2148的外部中斷ENT1相連，以便當集中器有數據向系統傳輸時，直接給LPC2148一個中斷信號并執行相應的程序即可，RS232接口一般為9針，選用DB9，除5腳接地外，2、3、7、8分別接MAX3111E的T2OUT，R1IN，R2IN和T1OUT。

2.2 紅外通訊接口電路

通過紅外通訊進行抄表是便攜式抄表器的主要功能之一，也能真正體現其方便快捷的優勢，紅外通信是利用950nm近紅外波頓的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道，發送端采用脈時調制（PPM）方式，將二進制數字信號調制成某一頻率的脈沖序列，并驅動紅外發射管以光脈沖的形式發送出去，接收端將接收到的光脈轉換成電信號，再經過放大，濾波等處理后送給解調電路進行解調，還原為二進制數字信號后輸出。

紅外發射管選用Vishay公司生產的TSAL6238，用來向外發射950nm的紅外光束，紅外接收電路選用Vishay公司生產的專用紅外接收模塊TSOP173。該接收模塊是一個3端元件，使用單電源+5V單元，具有功耗低、抗干擾能力強、輸入靈敏度高、對其他波長（950nm以外）的紅外光不敏感的特點。

紅外發送器的工作原理為：串行數據由LPC2148的串行輸出端TXD1送出并于P0.21口產生的頻率為38KHz的脈沖序列通過或非門調制成38kHz的載波信號，并利用兩個紅外發射管D1和D2以光脈沖的形式向外發送。數位“1”使T1管截止，紅外發射管D1和D2不發射紅外光。若傳送的波特率設為1 200 b／s，則每個數位“O”對應32個載波脈沖調制信號的時序，如圖4所示。

TSOP1738的工作原理為：首先，通過紅外光敏元件將接收到的載波頻率為38 kHz的脈沖調制紅外光信號轉化為電信號，再由前級放大器和自動增益控制電路進行放大處理；然后，通過帶通濾波器和進行濾波，濾波后的信號由解調電路進行解調；最后，由輸出級電路進行反向放大輸出，由LPC2148的RXD1口接收。

2.3 USB接口電路

USB是一種4線串行總線，支持一個主機同多個外設之間的通信。LPC2148帶有USB設備控制器，該控制器使能與USB主機控制器之間12 Mb／s的數據傳輸。他由寄存器接口、串行接口引擎、端點緩沖存儲器和DMA控制器組成。串行接口引擎對USB數據流進行譯碼，并將數據寫入相應的端點緩沖存儲器。結束后的USB傳輸或錯誤條件的狀態由狀態寄存器來指示，若中斷使能則產生中斷。

便攜式抄表器采用USB 2.O通訊協議，實現其與上位機的通訊，主要包括抄表器向上位機傳輸抄表數據以及上位機對抄表器的升級及管理。接口電路如圖5所示。

2.4 LCD接口電路

LCD顯示電路，采用HS12864—16A，他是內部不帶字符發生器的3 V液晶模塊。顯示屏由128×64點陣組成，共有64行，分為8頁，每頁8行，每行128列。

考慮到GPIO口資源有限，同時還有功耗問題，我們采用了串行變換法來連接驅動LCD模塊。加入/串入并出的移位寄存器74HC595，用LPC2148的GPlO口復用SPI功能或直接用GPIO口模擬SPI功能進行驅動，后者更加方便。下面用這種方式進行說明，同樣為方便，選用了連續的GPIO口P0.0～P0.7，具體設計系統要按實現情況進行配置。HS12864-16A的數據線為8條，所以存在于FLASH中的字模也是按8位存的，可由字模軟件得出，傳輸數據進行顯示的時候要滿足以下時序：首先使D/I為高電平，R/W為低電平，接著將FLASH里的某個8位二進制字模傳送到8個I/O口上，然后使能E模擬下降沿時序，把數據鎖存到液晶顯示器內部的顯示存儲器中即可顯示。LCD與LPC2148的連接如圖6所示。

便攜式抄表器還包括鍵盤輸入、電池檢測等部分。比如鍵盤輸入部分：可以采用鍵盤掃描的方式，通過接入通用I/O口，循環檢測是否有鍵被按下，如有鍵被按下，則去除鍵抖動，判斷鍵號并轉入相應的鍵處理。電池檢測部分只要把來自電池部分的電壓連接到某個A/D口就可以了。如果所用的電池電壓高于LPC2148的工作電壓（3.3 V），通過電阻分壓后再接到A/D口。

3 結語

本文針對當前抄表系統的現狀，提出了集RS 485，RS 232，USB 2.0及紅外通訊為一體的抄表通訊方案。其中RS 485主要用于智能電表和集中器之間的通訊，RS232和紅外用于集中器和便攜式抄表器之間的通訊，而上位機和抄表器之間則是通過USB 2.0進行通訊的。本文重點介紹了基于PLC2148便攜式抄表器的設計。該抄表器具有攜帶方便，通訊便捷，數據存儲量大，可軟件升級等優點，應用前景十分廣闊。隨著智能抄表系統的不斷普及和發展，便攜式抄表器將會有更加廣闊的用武之地。