无线通信远程抄表系统的设计
最近的这几年，在习近平总书记的带领下，我国的经济飞速发展，伴随着经济发展的同时，国民的用电，用水，用气量等也是急剧增加。传统的人工抄取电表，水表数据再收取相关费用的方式，已经远远达不到现代社会的一个要求，而无线抄表这一近几年出现的技术集方便快捷精准于一体 ，满足社会需求。而且国家发改委提出的现代化小区规划要求，实现能耗型仪表的统一化的管理，实现智能抄收，无线采集，无线接受，无线计量的一体化。本文就目前用户电量计量中存在的一些问题，设计出一种比较实用的无线远程抄表系统。本系统成本比较低，工作性能较好，有效距离可靠，方便精准等特点。本文以抄收与接收为主要方向，主要运用了NRF24L01无线模模块和单片机STC89C52为主控核心。整体以无线模块，89C52，按键模块，数码管显示模块等一起组成了一个模拟的无线抄表系统。其主要有两个部分，一是发射端，二是接收采集端。因为条件的不足，我将用按键模拟出一个电表数值的变化，在发射端中，按键的数值显示于四位数码管上，此时通过无线模块NRF24L01，将此数据发射到接收端。接收端同样是通过无线模块NRF24L01接收到发送端传来的数据，然后通过数码管再显示出来。这样一个集发送与接收的过程就实现了无线抄表的一个设计，基本的功能就完成了。关键词 无线抄表；无线模块NRF24L01；单片机STC89C52；接收；发送
目录
目录 1
1 绪论 3
1.1 设计背景 3
1.2 发展状况 3
1.3 设计意义 4
2 系统总体设计 4
2.1 设计中的主要内容 4
2.2 总体设计方案 4
3 硬件的设计与实现 5
3.1 无线模块NRF24L01 6
3.2 NRF24L01工作原理 9
3.3 单片机STC89C52 11
3.4 STC89C52引脚功能 11
4 硬件系统设计 13
4.1 系统总体设计 13
4.2 单片机最小系统 15
4.3 单片机的时钟与复位电路 17
4.4 数码管显示模块 17
4.5 按键控制电路设计 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
8
图12：按键电路图 18
4.6 电源模块 18
4.7 无线传输模块 19
5 软件系统的设计与系统功能的实现 20
5.1 编程时的注意点 20
5.2 主程序流程图的设计 21
5.3 子程序测试 22
5.4 相关步骤 24
5.5 实验结果 24
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 原理图 30
1 绪论
1.1 设计背景
随着公共事业（水，电，燃气等）的不断发展，人民对于现时代的生活环境有了更高的要求；伴随国家政策的大理鼓舞，家居现代化智能化也是得到了高速的发展。最为智能化产业链中的重要一个部分，智能抄表技术也是得到了蓬勃发展。旧时代的手工抄表既浪费人力物力，时间也比较长，更重要的是由于是人为的，它的一些可靠性准确性都大大的不足。记得小时候，邻居家有人来抄表，因为各种不方便的因素，抄表员还与用户之间产生了不愉快，这种尴尬的局面也带来了许多的问题。现如今，社会的不断发展，物质需求的不断增加，也导致了水，电等用户的大量增加，如果还是采用传统的人工抄表，显然已经不符合社会的发展需求。城市化的进程，推动了现代小区的改善，现代小区的体制也无法去运用老一套的人工抄表。
种种原因的背景下，提高抄表的效率、质量，降低抄表的成本等已经是迫在眉睫的事情了。手持终端抄表、无线远程抄表、集中抄表等都是基于此目的而考虑设计的。自动化的不断迈进，市场的不断需求也是大大增进了无线抄表的技术进程。
1.2 发展状况
无线抄表系统相比于在国内，在国外明显比较成熟，而且在国外的应用也比较多了。国内的一些应用大部分是国外产生的商品。比如说法国的一家CORONIS公司的WAVENIS技术，它是目前世界上这方面比较领先的一个技术，相比于其他比较成熟，性能也高于一些其他同行。
当前，随着现代化小康式小区的发展，远传系统设计是通信自动化方向的一个巨大的曙光口，已经渐渐的形成了一个行业。巨大的商业契机让国内的许许多多的公司都盯着这个方向。国内的企业也都争先恐后的加大这方面的研究与发展。深圳宏电公司的电力远程集中抄表无线联网系统，天津华仪仪表公司的无线水表，武汉阿迪克电子股份有限公司的能耗信息采集（抄表）收费管理系统等国内公司的一些产品也逐渐开始运用于社会实践。但是一部分系统的兼容性，可靠性还是不太完善，很多系统的使用寿命也不能达到和电表，水表等硬件那样，而且如何处理产品到达使用年限后这一的问题也没有很好的解决方案。所以说无线抄表技术的发展空间还是巨大的，发展状况也还不近人意。
1.3 设计意义
用户使用水电的户表数据的自动抄收，对于如今一个信息化的过程，有很大的一个影响，也是在如今小康社区或一些单位迫在眉睫所需要解决的一些问题。小区、单位的信息化水平、管理决策甚至是经济效应都被一些水电表数据影响着。手工抄表已经大大的适应不了现代化的发展，那种费时、费力、准确性及时性都跟不上的方式无法再满足社会需求。在地广人稀地区，人工抄表更加是效率低下，使用的费用和造成的价值都无法形成正比。正是现实的实际需要与社会时代的需求，呼唤着无线抄表系统的诞生。
2 系统总体设计
2.1 设计中的主要内容
由NORDIC公司生产，工作在2.4GHZ~2.5GHZ的SM频段的垫片无线收发器射频芯片：NRF24L01，实现短距离无线通信的51型单片机STC89C52。无线模块NRF24L01拥有如下特点：它的功耗非常低，传输的速率相对较快，制作的成本相对低廉，相关的设计简单，操作方便，可靠性高。本设计中，都是以NRF24L01射频芯片来实现无线通信，并且分为发送和接受两个部分。发送端部分由四部分组成，以STC89C52单片机为核心，按键部分则是模拟电表的一个数据，左边第一个为清零键，第二个为加0.1度电，第三个为减0.1度电。通过无线模块NRF24L01发送给接受端。接收端同样通过该模块接受，并将数据反馈在数码管显示。
设计中使用的单片机STC89C52是STC公司生产的一种性能相对优化，功耗相比较低的8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器，内袋4K字节EEPROM存储空间，可直接使用串口下载。
本系统可靠性强，主要其由单片机构成，构建简单，可行性强并且方便，性价比相对于比较高，比较符合设计理念。
2.2 总体设计方案
无线远程抄表系统主要有两部分组成——主机发射端与副机接收端。以无线模块NRF24L01作为传输的一个重要的射频芯片，来传输来自发射端的数据到接收端。本设计中射端主要是接受键盘输入的数值（这里用的是按键模拟出电表的数值，通过按键的增减来表示不同的电表的数值），在数码管上显示出来，再通过无线模块转发给接收端。同样的接收端通过NRF24L01接受到电表的数据，再通过数码管显示出来。NRF24L01具有一个重要的功能那就是“自动重发”，而且还能识别出传输过程中的数据包，循环冗余校验码，所以它可以同时控制应答和自动重发功能，并不需要再额外的增加MCU的一个工作量。
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1 绪论 3
1.1 设计背景 3
1.2 发展状况 3
1.3 设计意义 4
2 系统总体设计 4
2.1 设计中的主要内容 4
2.2 总体设计方案 4
3 硬件的设计与实现 5
3.1 无线模块NRF24L01 6
3.2 NRF24L01工作原理 9
3.3 单片机STC89C52 11
3.4 STC89C52引脚功能 11
4 硬件系统设计 13
4.1 系统总体设计 13
4.2 单片机最小系统 15
4.3 单片机的时钟与复位电路 17
4.4 数码管显示模块 17
4.5 按键控制电路设计 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
8
图12：按键电路图 18
4.6 电源模块 18
4.7 无线传输模块 19
5 软件系统的设计与系统功能的实现 20
5.1 编程时的注意点 20
5.2 主程序流程图的设计 21
5.3 子程序测试 22
5.4 相关步骤 24
5.5 实验结果 24
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 原理图 30
1 绪论
1.1 设计背景
随着公共事业（水，电，燃气等）的不断发展，人民对于现时代的生活环境有了更高的要求；伴随国家政策的大理鼓舞，家居现代化智能化也是得到了高速的发展。最为智能化产业链中的重要一个部分，智能抄表技术也是得到了蓬勃发展。旧时代的手工抄表既浪费人力物力，时间也比较长，更重要的是由于是人为的，它的一些可靠性准确性都大大的不足。记得小时候，邻居家有人来抄表，因为各种不方便的因素，抄表员还与用户之间产生了不愉快，这种尴尬的局面也带来了许多的问题。现如今，社会的不断发展，物质需求的不断增加，也导致了水，电等用户的大量增加，如果还是采用传统的人工抄表，显然已经不符合社会的发展需求。城市化的进程，推动了现代小区的改善，现代小区的体制也无法去运用老一套的人工抄表。
种种原因的背景下，提高抄表的效率、质量，降低抄表的成本等已经是迫在眉睫的事情了。手持终端抄表、无线远程抄表、集中抄表等都是基于此目的而考虑设计的。自动化的不断迈进，市场的不断需求也是大大增进了无线抄表的技术进程。
1.2 发展状况
无线抄表系统相比于在国内，在国外明显比较成熟，而且在国外的应用也比较多了。国内的一些应用大部分是国外产生的商品。比如说法国的一家CORONIS公司的WAVENIS技术，它是目前世界上这方面比较领先的一个技术，相比于其他比较成熟，性能也高于一些其他同行。
当前，随着现代化小康式小区的发展，远传系统设计是通信自动化方向的一个巨大的曙光口，已经渐渐的形成了一个行业。巨大的商业契机让国内的许许多多的公司都盯着这个方向。国内的企业也都争先恐后的加大这方面的研究与发展。深圳宏电公司的电力远程集中抄表无线联网系统，天津华仪仪表公司的无线水表，武汉阿迪克电子股份有限公司的能耗信息采集（抄表）收费管理系统等国内公司的一些产品也逐渐开始运用于社会实践。但是一部分系统的兼容性，可靠性还是不太完善，很多系统的使用寿命也不能达到和电表，水表等硬件那样，而且如何处理产品到达使用年限后这一的问题也没有很好的解决方案。所以说无线抄表技术的发展空间还是巨大的，发展状况也还不近人意。
1.3 设计意义
用户使用水电的户表数据的自动抄收，对于如今一个信息化的过程，有很大的一个影响，也是在如今小康社区或一些单位迫在眉睫所需要解决的一些问题。小区、单位的信息化水平、管理决策甚至是经济效应都被一些水电表数据影响着。手工抄表已经大大的适应不了现代化的发展，那种费时、费力、准确性及时性都跟不上的方式无法再满足社会需求。在地广人稀地区，人工抄表更加是效率低下，使用的费用和造成的价值都无法形成正比。正是现实的实际需要与社会时代的需求，呼唤着无线抄表系统的诞生。
2 系统总体设计
2.1 设计中的主要内容
由NORDIC公司生产，工作在2.4GHZ~2.5GHZ的SM频段的垫片无线收发器射频芯片：NRF24L01，实现短距离无线通信的51型单片机STC89C52。无线模块NRF24L01拥有如下特点：它的功耗非常低，传输的速率相对较快，制作的成本相对低廉，相关的设计简单，操作方便，可靠性高。本设计中，都是以NRF24L01射频芯片来实现无线通信，并且分为发送和接受两个部分。发送端部分由四部分组成，以STC89C52单片机为核心，按键部分则是模拟电表的一个数据，左边第一个为清零键，第二个为加0.1度电，第三个为减0.1度电。通过无线模块NRF24L01发送给接受端。接收端同样通过该模块接受，并将数据反馈在数码管显示。
设计中使用的单片机STC89C52是STC公司生产的一种性能相对优化，功耗相比较低的8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器，内袋4K字节EEPROM存储空间，可直接使用串口下载。
本系统可靠性强，主要其由单片机构成，构建简单，可行性强并且方便，性价比相对于比较高，比较符合设计理念。
2.2 总体设计方案
无线远程抄表系统主要有两部分组成——主机发射端与副机接收端。以无线模块NRF24L01作为传输的一个重要的射频芯片，来传输来自发射端的数据到接收端。本设计中射端主要是接受键盘输入的数值（这里用的是按键模拟出电表的数值，通过按键的增减来表示不同的电表的数值），在数码管上显示出来，再通过无线模块转发给接收端。同样的接收端通过NRF24L01接受到电表的数据，再通过数码管显示出来。NRF24L01具有一个重要的功能那就是“自动重发”，而且还能识别出传输过程中的数据包，循环冗余校验码，所以它可以同时控制应答和自动重发功能，并不需要再额外的增加MCU的一个工作量。
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