目前大量使用的電能表手工抄表方法在實時性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用性等方面都有諸多不足，遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化管理的需要。該系統(tǒng)由具有紅外通信功能的多費率電能表、手持紅外抄表器和主機(jī)3部分組成。紅外自動抄收系統(tǒng)具有操作簡單、傳輸可靠、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點，是用于電能表的一種可靠的抄表方式。手持紅外抄表器通過遙控方式完成電能表校時、設(shè)置表底參數(shù)和用電量抄收等項工作。利用單片機(jī)的串行口、內(nèi)部定時器／計數(shù)器、紅外發(fā)射管和紅外接收管等簡單的軟、硬件可以方便地構(gòu)成抄表系統(tǒng)的紅外通信接口，可靠地實現(xiàn)多費率電能表的紅外收發(fā)功能。

2.紅外遙控原理

  紅外遙控通信是利用波長為950nm的近紅外線作為信道，實現(xiàn)兩點問近距離無線數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送端將遙控信號(基帶二進(jìn)制數(shù)字信號)調(diào)制成某一頻率的脈沖串行碼，經(jīng)緩沖放大后驅(qū)動紅外發(fā)射管輸出紅外光脈沖。接收端將接收到的紅外光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、整形、解調(diào)處理后，還原為二進(jìn)制信號輸出。遙控脈沖編碼方式有多種，其中最常用的有PWM碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和PPM碼(脈沖位置調(diào)制碼)兩種，本設(shè)計采用PPM碼。為抑制信號干擾，基帶二進(jìn)制脈沖須調(diào)制在頻率為30～40kHz的載波上再發(fā)送出去。本設(shè)計的載波頻率為38．4kHz，遙控信號的調(diào)制波形如圖1所示。

對于發(fā)射端來說，當(dāng)無紅外脈沖發(fā)射時，發(fā)送的是二進(jìn)制數(shù)“1”；有紅外脈沖發(fā)射時，發(fā)送的是“0”。而對于接收端來說，沒有接收到紅外信號，認(rèn)為是“1”；接收到紅外信號，認(rèn)為是“0”。

3.紅外通信接口的硬件設(shè)計

紅外通信口由發(fā)射和接收兩部分組成，手持抄表器為發(fā)射部分，具有紅外通信功能的多費率電能表為接收部分。

3.1 紅外發(fā)射電路設(shè)計

發(fā)射部分硬件電路如圖2所示。

發(fā)射電路包括單片機(jī)、驅(qū)動三極管Q1和Q2、紅外二極管D1等部件。其中單片機(jī)定時器／計數(shù)器TO工作在方式2，通過TO端(P3．4引腳)輸出38．4kHz的脈沖序列作為高頻載波信號，紅外發(fā)射管Dl用來發(fā)射950nm的紅外光束。發(fā)射電路的工作原理是：由單片機(jī)串行輸出端TxD(P3．1引腳)送出基帶二進(jìn)制信號，當(dāng)串口TxD端輸出數(shù)位“0”時Q2管導(dǎo)通，通過Q1管調(diào)制成38．4kHz的載波信號，驅(qū)動D1管以光脈沖形式向外發(fā)送。當(dāng)TxD端輸出數(shù)位“1”時Q2截止，D1管上沒有紅外光脈沖發(fā)出。由于本設(shè)計選用串口波特率為200bps，因此，每一個數(shù)位“0”對應(yīng)有32個載波脈沖。

3.2 紅外接收電路設(shè)計

接收部分電路如圖3所示。

 
  VCC紅外接收電路包括單片機(jī)、一體化紅外接收頭D2等部件。接收頭D2為三端元件，使用單+5V電源，接收頻率范圍(38士1)kHZ，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、輸入靈敏度高、對其他波長的紅外光不敏感等特點。紅外接收器的工作原理為：D2將接收到的38．4kHz的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再對該電信號進(jìn)行放大、濾波、解調(diào)處理后還原成二進(jìn)制脈沖信號，通過OUT引腳輸出。解調(diào)后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)送單片機(jī)串行接收端RxD(P3．0引腳)。當(dāng)D2接收到38．4kHz光信號時，OUT引腳輸出低電平，否則輸出高電平。

  通過本文在多費率電能表抄表系統(tǒng)中的實用表明，該系統(tǒng)與人工抄表相比具有速度快、抄表準(zhǔn)確、操作簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點，并杜絕了估抄和誤抄的問題，大大提高了抄表工作的效率。這種紅外通信方案對于其他遙控、遙測的應(yīng)用場合也具有很好的參考價值。利用單片機(jī)內(nèi)部的定時器／計數(shù)器產(chǎn)生高頻載波信號，省略了脈沖振蕩器電路，具有硬件電路簡單、成本低廉、編程方便、通信可靠等特點。