1 引言

　　电能表作为体现电力部门经济效益的唯一计量器具，需要其能正确反映供电与用电的情况。目前，一般的家用全电子式的电能表[1,2]，大多数采用专用计量芯片设计电量计量采集电路，只具有电能计量功能，难于实现分时计量、预付费、定时供电控制[3,4]等功能。在一些用电集中的场所，给施工、抄表、控制等带来困难。该文设计一种单相远程多用户多功能智能化电能表，采用一块微处理器、RS485总线，不仅能实现对多个用户的电能计量，而且还具有分时计量、远程集中抄表、预付费、定时供电控制等功能。

2 带有RS-485 总线接口的单相电能表设计

　　电能表主要由电能计量单元、单片机系统和输出部分组成。电能计量单元主要由电流、电压采样和专用电能表芯片（ADE7755）构成，它的任务是完成电量累积、储存，并同时将电量转换成相应的脉冲分别输出或送入单片机（PIC16C63）进行处理。单片机系统是一个智能数据采集处理和控制单元，它的任务是接收并存储各用户电量，经处理后控制显示器，显示各用户电量，控制对外通信，完成抄表或遥控等功能。输出部分主要包括显示器和对外通信、控制接口等。红外通讯和RS-485接口通讯可同时进行而互不干扰，RS-485总线自动抄表系统的电能表， 单片机可读取电能表的数据，然后将电能表数据传到电力部门的电能管理系统中。系统原理框图1如示。

图1 系统原理框图

2.1 通信电路设计

2.1.1 红外通讯接口硬件电路

　　红外通讯的硬件由发射电路和接收电路两个部分组成，电路如图2所示，具体是由NE555时基电路、红外发光二极管及外围元件组成。其中NE555时基电路和电阻R51、R52和电容C21,构成一个载波频率为f的振荡器。通常固定电容C21调节R51或R52的阻值来改变载波频率值。在实际电路中，我们选取载波频率f为38kHz 。微控器(MCU)的串行通讯口TXD输出的数据进入NE555时基电路的4脚，并控制NE555的起振和停振。NE555的4脚输入高电平“1”时，NE555振荡；当NE555的4脚输入低电平“0”时，NE555停止振荡[5]。

2.1.2 RS-485通讯接口电路设计

　　RS-485通讯电路通过3个光耦器件对单片机电路和RS-485总线电路进行隔离,提高系统的抗干扰能力。光电耦合器件是把发光器件(如发光二极管)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一起，通过光线实现耦合构成电-光和光-电的转换器件。当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏二极管截止，CE不通。对于数字量，当输入为低电平“ 0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。电路中的TVS1管为隧道二极管并联在RS-485总线A、B线两端,防止尖端电压冲击,对电路进行瞬态保护作用，R46和R47为偏置电阻,进行网络失效保护。但是这个电路没有匹配电阻，在通讯总线设计中应根据实际情况进行匹配电路的设计。RS-485通讯电路中JP2接口是要进行瞬变脉冲和静电干扰的，在设计和选择485转换芯片要特别注意这个问题，电路如图3所示。

2.2 通讯协议

2.2.1 规约的主要内容

（1）物理层

　　红外通信、RS-485总线