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基于以太网的嵌入式抄表系统的设计
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【优秀毕业论文】 基于以太网的电力抄表系统采集器的设计
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3秒自动关闭窗口基于以太网远程抄表系统的研究--《南京林业大学》2013年硕士论文
基于以太网远程抄表系统的研究
【摘要】：随着自来水供水部门对“一户一表”工程改造的推进，以及自动化应用越来越广泛，远程抄表系统已经成为自来水自动化管理不可缺少的组成部分。它不仅可以缓解抄表人员的劳动强度，降低人为因素造成的抄表差错，而且具有抄收速度快、实时性好等优势。本课题面向办公楼宇和智能小区，利用其丰富的网络资源，结合当前的网络技术和短距离射频通信技术，研究并设计了一种基于以太网传输的远程抄表系统，解决了复杂环境下的布线难题，对于自动抄表领域在今后的研究与发展有一定的指导意义。
本文介绍了远程抄表系统设计的技术要求，分析了水量信号的转换方式，选用了基于脉冲发讯式的水流量传感器；通过比较各种通信方式的优缺点，引入短距离射频技术和以太网通信技术，建立了由智能水表、集中装置以及服务器主站组成的远程抄表系统。智能水表主要负责前端水量的采集和射频收发。集中装置作为连接射频网络与以太网的网关，依据系统需求，对TCP/IP协议栈进行了筛选与精简，完成了相应协议的移植，主要包括ARP协议、IP协议和TCP协议。为了避免射频收发过程中同频段其他信号的干扰，结合nRF24L01具有125个可选工作频道的特点，提出了一种跳频机制，以提高系统的抗干扰能力。服务器主站采用B/S/S结构，在WAMP5集成开发环境下，利用PHP动态网页开发技术，创建Web服务器和数据库，最终实现Web浏览器与数据库间的交互。
根据以太网远程抄表系统的功能要求，设计了系统的硬件电路，包括MSP430最小系统电路、水量信息采集电路、射频通信电路、以太网通信电路、实时时钟电路、数据存储电路、显示电路以及电源电路等，并基于硬件电路设计了相应的软件程序。最终对以太网远程抄表系统进行各模块测试及整体联机测试，测试结果表明：系统能够准确采集水流量，无线传输和以太网通信稳定可靠，整个系统的运行效果良好，达到课题的设计要求。
【关键词】：
【学位授予单位】：南京林业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TU991.62;TP274【目录】：
致谢3-4摘要4-5Abstract5-6目录6-8第一章 绪论8-13 1.1 研究背景及意义8 1.2 远程抄表系统设计技术要求8-12
1.2.1 基表技术要求8
1.2.2 信号传感技术要求8-10
1.2.3 通信技术要求10-11
1.2.4 低功耗技术要求11-12 1.3 本文的主要内容及结构安排12 1.4 本章小结12-13第二章 基于以太网远程抄表系统的整体设计13-24 2.1 系统概述13 2.2 系统设计方案13-16
2.2.1 智能水表设计方案13-15
2.2.2 集中装置设计方案15
2.2.3 服务器站点设计方案15-16 2.3 系统关键技术的基础理论16-23
2.3.1 以太网技术16-18
2.3.2 TCP/IP 协议18-22
2.3.3 跳频通信技术22-23 2.4 本章小结23-24第三章 系统的硬件设计24-39 3.1 MSP430F149 微控制器模块的设计24-26
3.1.1 MSP430F149 的简介24-25
3.1.2 MSP430F149 最小系统电路25-26 3.2 数据采集模块的设计26-29
3.2.1 水流量传感器简介26-27
3.2.2 数据采集电路27-29 3.3 射频模块的设计29-32
3.3.1 nRF24L01 芯片简介29-31
3.3.2 天线的考虑31
3.3.3 射频收发电路31-32 3.4 以太网模块的设计32-34
3.4.1 ENC28J60 芯片简介32-33
3.4.2 以太网网络接口电路33-34 3.5 时钟模块的设计34-35
3.5.1 RX8025T 芯片简介34-35
3.5.2 实时时钟电路35 3.6 存储模块的设计35-36 3.7 显示模块的设计36-37 3.8 电源模块的设计37-38 3.9 本章小结38-39第四章 系统的软件设计39-66 4.1 软件设计思路及流程39-41
4.1.1 嵌入式软件开发工具39
4.1.2 智能水表的软件整体流程39-40
4.1.3 集中装置的软件整体流程40-41 4.2 系统底层软件设计与实现41-52
4.2.1 霍尔测频处理程序41-43
4.2.2 nRF24L01 射频通信程序43-46
4.2.3 ENC28J60 驱动程序46-48
4.2.4 时钟和存储程序48-52
4.2.5 显示及按键程序52 4.3 网络协议程序的设计与实现52-58
4.3.1 精简 TCP/IP 协议栈的封装和分用53
4.3.2 精简 TCP/IP 协议栈的移植53-58 4.4 服务器主站软件设计58-65
4.4.1 主站软件的总体设计58-60
4.4.2 Web 数据库访问60-65 4.5 本章小结65-66第五章 系统调试与实验分析66-74 5.1 水流量测量实验与分析66-69
5.1.1 霍尔测频的实验分析66-67
5.1.2 实际测量水流量的实验分析67-69 5.2 射频通信实验与分析69-70 5.3 以太网通信实验与分析70-72
5.3.1 网络连接配置70-71
5.3.2 网络通信测试71-72 5.3 系统整体调试72-73 5.4 本章小结73-74第六章 总结与展望74-75附录 A 系统硬件电路外围原理图75-76附录 B 系统硬件 PCB 图76-77附录 C 实物照片77-78附录 D 攻读硕士学位期间取得的学术成果78-79参考文献79-80
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