引言

???? 目前，我國絕大多數城鄉居民用電抄表還采取人工方式。這種落后的方式，消耗大量的人力、物力，而且采集數據的時間跨度大，準確度低。因此，國家有關部門規定以后將逐步用自動抄表系統取代人工抄表。但是這樣以來，傳統的機械電表在性能上就不能適應要求。因此我們采用單片機自動測控技術，設計了一種既能獨立使用又能面向自動抄表系統的集中式智能電表。為了使其長期穩定、安全可靠地運行，必須進行全面的系統抗干擾設計。下面就將有關內容作以介紹：

系統抗干擾設計的必要性

???? 由于集中式智能電表工作于居民住宅區內，很容易受到系統內、外各種電氣和電磁干擾，其中以供電系統干擾為主。在家用電器中，許多為電感性負載，它們的快速切換會對電網產生噪聲干擾，進而可能導致單片機數據混亂或死機，規律如下：

???? （1）干擾脈沖的幅度較小時，對單片機基本無影響；

???? （2）干擾脈沖的幅度較大時，使單片機復位；

???? （3）干擾脈沖的幅度較大，且瞬間有很多脈沖，可能導致單片機數據混亂或死機。

???? 智能電表要求長年連續地掛網運行，運行中出現的任何異常現象（數據混亂、死機等）均要求其能安全恢復，故對抗干擾要求很高。如果不采取有效的抗干擾措施，系統在運行過程中，當遭遇到較強的干擾信號時，其性能的可靠性與運行的安全性均會降低，會給用戶、物業管理或電業部門造成較大的經濟損失，甚至導致經濟糾紛。

???? 抗干擾設計的基本原則是：抑制干擾源、切斷干擾傳播路徑、提高敏感器件的抗干擾性能。由此可見，要確保該智能電表系統運行安全可靠，一個重要的環節就是進行單片機系統的抗干擾設計，主要包括硬件抗干擾和軟件抗干擾兩個方面。

系統抗干擾設計

???? 1．硬件抗干擾設計

???? 電量信號的采集和輸出部分采用光電耦合器，光電耦合器的一次側和二次側是電絕緣的，因此對地電位差干擾有很強的抑制能力，同時也具有很強的抑制電磁干擾的能力。電源在向系統提供電能的同時，也會把干擾噪聲直接由供電端加在控制電路上，而單片機的復位線、中斷線等控制線，最易受到這種外界噪聲的干擾，因此必須采取一定措施來加以抑制、消除這種干擾。具體方法為：加屏蔽罩、隔離變壓器、磁環和π形濾波電路等，但這些只能使干擾脈沖的數量和幅度有所減少，難以從根本上解決。所以，還必須使用單片機專用的電源監控芯片，提高敏感器件的抗干擾能力。

???? 本系統在硬件抗干擾方面的一個突出特點就是選用單片機系統監控芯片MAX691A，設計了CPU安全監控電路。MAX691A具有：復位、數據存儲器寫保護、后備電池切換、看門狗定時器和電源監視器等功能。連接電路如圖1所示。

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???? MAX691A主要引腳及其功能說明：

???? （1） VBATT：備用電源輸入端，可接3.6V鋰電池或充電電路。如果不用，應連接到GND。

???? （2） VOUT： 電源輸出端，當VCC高于復位上限電壓時，VOUT = VCC；當VCC低于復位上限電壓時，VOUT與VBATT相連。VOUT與GND之間需加一個0.1μF的電容。

???? （3） VCC ：工作電源接入端，接+5V。

???? （4） GND：電源接地端，是所有信號的參考點。

???? （5） PFI：電源電壓比較器輸入端。當此端電壓輸入低于1.25V時，PFO（————）將變為低電平。

???? （6） PFO（————）：掉電輸出端，低電平有效。在圖1中，它觸發INT（————）0中斷，中斷服務程序將做系統掉電前的緊急處理。

???? （7） WDI：看門狗喂入端。當其保持高電平或低電平的時間達到1.6 s（典型值）時，內部看門狗定時器溢出，并觸發WDO（——————）信號輸出。

???? （8） CE（————） OUT：片選信號輸出端。只有當CE（————） IN是低電平而且VCC 正常時，CE（————） OUT才輸出低電平，可有效防止對數據存儲器的誤操作。

???? （9） CE（————） IN：片選信號輸入端。

???? （10） WDO（——————）：看門狗輸出端，低電平有效。如果WDI懸空，WDO（——————）保持高電平。

???? （11） RESET（——————————）：低電平有效復位端，當VCC低于4.65V時，RESET（——————————）變為低電平。復位信號典型值為200ms 。

???? （12） RESET：高電平有效復位端，集電極開路輸出。

???? 另外，MAX691A還具有振蕩頻率選擇（7、8引腳）等功能，可以調節復位和看門狗定時器的時間。在圖1中，增加了微分電路和反相器，使WDO（——————）直接引發系統復位，大大簡化了軟件的抗干擾設計。

???? 2．軟件抗干擾設計

???? 本系統采取的軟件抗干擾措施如下所述：

???? （1）對輸入信號采用電平檢測而非邊沿檢測，以減少的各種隨機干擾脈沖的影響。

???? （2）對重要的狀態寄存單元備份，當系統狀態受干擾破壞后，能及時查詢備份寄存單元的信息，進行狀態糾正。

???? （3）電量數據存放之前，對其進行校驗，以保證數據的正確性。

???? （4）電量數據在6264和2465中都采取多址存放，互為備份，以確保萬無一失。

???? （5）設置自檢程序，在某些內存單元設置狀態標志，在開機運行后，對其進行監測，保證信息存儲、傳輸、運算的高可靠性。

???? （6）插入空操作指令：在比較條件轉移指令、絕對轉移指令、中斷、堆棧指令前，以及數據表格后，插入空指令，提高系統的穩定性。

???? （7）當程序運行失常，發生諸如：程序“跑飛”、數據區和工作寄存器中的數據遭到破壞,采取措施如下：

???? （a） 設置監視跟蹤定時器

???? 因本系統設計有CPU安全監控電路，所以可通過使用MAX691A的定時中斷即看門狗（Watchdog）來監視程序的運行。只要程序正常運行，定時器就不會出現定時中斷。而當程序運行失常，因“跑飛”等原因不能對WDI進行及時刷新時，看門狗定時器就會引發崩潰復位。

???? （b） 設置軟件陷井

???? 在程序存儲器的空白處，填滿空操作指令和長轉移指令（LJMP ERR），來截獲跑飛的程序，最后通過軟件強制復位，使程序返回到初始狀態。在MCS-51單片機的軟件復位過程中，必須連續執行兩次中斷返回指令RETI才能確保清除中斷標志，使系統恢復正常。出錯處理程序如下：

???? ERR:?? CLR EA ;?? 正確的軟件復位入口，關中斷

???? MOV 66H,#0AAH ; 重建上電標志

???? MOV 67H,#55H

???? MOV DPTR,#ERR1 ;準備第一次返回地址

???? PUSH DPL

???? PUSH DPH

???? RETI ;??? 清除高級中斷激活標志

???? ERR1: CLR A

???? PUSH ACC

???? PUSH ACC

???? RETI ;?? 清除低級中斷激活標志

結論

???? 本集中式智能電表系統進行了全面有效的系統軟、硬件抗干擾設計，特別是充分利用了MAX691A芯片的強大監控功能，實現了本系統三狀況（上電、掉電、崩潰）復位、數據存儲器寫保護、后備電池切換、看門狗定時和電源監視等功能。從而極大的提高了系統的抗強干擾能力，確保了系統運行的安全性與可靠性，為該智能電表實際的應用與推廣提供了可靠的技術保障。

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