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图3-1是基于电力线调制解调器的自动抄表系统的结构示意图，系统以供电局的计算机抄表中心为主站，以电力变压器10KV/380V供电的每个小区为相对独立的子系统，在这些子系统中，集中器又相当于主站，电能表以及数据采集器为从站。采集器的作用是采集多个用户的电表数据，通过电力Modem的调制解调，并经22OV低压电力网用载波方式送到集中器，集中器再通过公用电话网或专用通信网(如光纤或无线电通信等)把数据传送到供电局的计算机抄表中心。
由系统结构示意图可知，自动抄表系统是将电表数据从下而上逐级传送完成，也可以根据实际情况的需要进行数据双向传输，该系统可分为五个主要组成部分： (1) 电能用户表； (2) 数据采集器； (3) 电力线Modem； (4) 集中器；
(5) 计算机抄表中心。
供电局计算机抄表中心 Modem 电话网 专业网 Modem 集中器 电能表 采集器 电力线 Modem [4]
低压/ 电力网 电力线 Modem
图3-1 系统结构示意图
抄表系统各组成部分的功能是: (1) 电能用户表
对于电磁式电能表，需在表内加装一只传感器或光电模块，将电能表的数据转换成电信号输出；对于电子式电能表，则可以直接利用表的电脉冲输出。
(2) 数据采集器
数据采集器实际上是计一费终端和数据集中器中间的一个桥梁，它的主要功能在于同时采集多个用户电能表的电量脉冲信息，并经过处理和存储，通过电力线Modem沿低压电网送到集中器上。并且当接收到上层的命令时，数据采集器能够向计费终端发出抄表或者断电的命令。
(3) 电力线Modem
主要是对采集器送来的数据进行调制和解调，增强对低压电网的抗干扰性和减低信道传输的误码率。
(4) 数据集中器
数据集中器是安装在小区的配电站区的，它的功能是向采集器发出命令，抄收计费终端的数据，然后再通过公用电话网络传送给远方的数据中心；数据集中器能够接收的数据中心的命令，并把相关命令再转发给辖区内的指定的数据采集器。此外，数据集中器还可以定时抄收计费终端的数据，并把抄收到的数据存储到数据存储器中。
(5) 计算机抄表中心
通过通信网对集中器送来的电量数据进行分类和储存、校对抄录时间、设置用户编号和抄表时间、发布抄录命令以及统计和计价、为收取电费、线损计算、负荷控制提供服务。
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(6) 集中器与数据中心之间的通信
数据集中器与数据中心之间的通讯采用公用电话网络作为通讯媒介，自动抄表系统的数据中心与数据集中器之间的通讯主要是电话线Modem模块之间的通讯，在电力线载波集中抄表器的设计中，我们利用单片机进行两地间的数据通信，通过单片机及对应的控制电路和FSK(移频键控)调制解调器（MODEM）相结合，借助现有的公用电话交换网（PSTN进行传输，来实现两地之间的数据通信功能。
PC RS-232/TTL转换 MODEM 电话网接口 电话线接口 【7】
MODEM 单片机
图3-2 集中器与上位机的通信框图
发送端从PC的RS-232口出来，经RS-232/TTL电平转换芯片将RS-232电平转换成TTL电平送到调制解调器，调制解调器将数据调制成音频信号，通过电话通信网传到对方的调制解调器，对方的调制解调器将音频信号解调成数据，再送到对方的单片机中，进行数据处理。反之亦然
(7) 数据采集器与数据集中器之间的通信
低压电力线载波数据不能够跨越变压器，所以数据集中器基本上是被设置在住宅小区配电站以内，数据采集器与集中器之间的通讯采用低压电力线载波通信方式。
4 电力载波抄表集中器的硬件设计
4.1电力线载波远程抄表系统集中器的硬件设计
集中器是集中下属的数据采集器的数据，并发给中心服务器，集中器有两个通信对象，面对不同对象时，需要采取不同的通信方式，在于数据采集器通信时，使用电力线载波通信，并通过电话线与中心服务器实现通信。集中器的信息存储和处理量较大，我们需采用处理速率较高的处理器并进行存储器的扩展。集中器是安装在小区供电变压器低压侧，作为载波抄表系统的中心环节，是整个系统的核心，是连接机与用户电表之间的枢纽。 4.1.1集中器的功能及技术指标
设计任何一个产品之前明确它的功能和技术指标是非常必要的。集中器作为电力线载波抄表的一部分，起着上传下达的作用。集中器的主要功能有： (1) 抄收功能
根据设置的抄收方式采集抄收电表的数据。集中器可根据上位机下载的定时抄表，在每月一次按时启动月冻结抄表；具有实时抄表和对某些特定表进行抄表的功能。 (2) 设置功能
可通过上位机对集中器进行设置，包括抄表时间设置、固定中继设置等。
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(3) 通信功能
集中器接收上位机下载数据，包括电表数量、表号、抄表参数以及中继管理需要的信息，可根据设置抄收载波电表的数据。 (4) 数据处理
数据处理包括数据的存储、冻结等。 (5) 校时功能
集中器可通过上位机进行系统校时，调整时间误差。 4.1.2集中器的结构框图
集中器本身是由主控单元、数据库存储单元、时钟单元、载波通信单元、数据传送通信单元等部分组成。集中器既要做上位机的从机，又是载波电表的主机，其软、硬件的设计要求从根本上保证系统可靠、稳定。
主控器是集中器的核心，数据的采集、处理与传送都是在主控器的控制下进行的，外部扩展数据存储模块和时钟模块。数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数、所负责电表的参数以及电表电量等；实时时钟为集中器定时抄表提供时间标准；上行通道即集中器与上位机之间的通信线路，采用公用电话网络作为通信介质，上位机与集中器进行通信时要设置集中器连线所连接的电话号码；下行通道即集中器与载波电表之间的通信，采用以SSC P300为核心的电力载波方式进行抄表通信。集中器的组成结构框图如图4-1所示。
数据存储模块 主 控 单 元 Modem接口电路 公用电话网 时钟模块 电力载波收发电路 低压电力网
图4-l 集中器组成结构框图
4.2集中器主控器的设计
4.2.1 主控器的作用
集中器是通信的枢纽，它负责中心计算机和采集终端之间的联系。一方面接收来自计算机的各种操作命令并下传采集终端；另一方面，将采集终端的各种信息回传管理中心计算机，同时还存储所辖表计的数据和有关参数，并具有定时和实时抄收采集终端(智能表)数据，实时监视采集终端(智能表)的工作状态等功能。集中器上行通信采取MODME通过电话线与中心基站联系，或是通过串口直接与计算机联系。所以选择主控器时必须考虑它的处理速度、存储空间和驱动能力。
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主控器是集中器的核心部件，选择时一般从以下几个指标：价格、速度、位数、电压、功耗、系统扩展与驱动能力等。另外，件开发的难易也会在很大程度上影响用户的选择。51系列单片机有极多的器件可供选择，并且数量还在日益增多，价格便宜，技术成熟，扩展力强。因此，对于各种各样的项目而言，51系列单片机是一种较好的选择。 4.2.2 主控器的选型
在集中器的设计中，单片机既要与上位机通信，又要和电话网进行通信，所以需要两个串口。本文采用W77E58作为主控制器，在它的控制下进行数据的传送与接收。在它内部20kB的程序存储器，而且扩展能力强，完全能满足系统的要求。W77E58是一个快速8051 兼容微控制器；它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051 要快许多。一般说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准8051的1.5-3倍。整体来看，W77E58的速度比标准的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运行。W77E58内含32KB Flash EPROM，工作电压为4.5V-5.5V，具有 1KB片上外部数据存储器，当用户应用时使用片上SRAM代替外部SRAM，可节省更多I/O口。其主要性能参数： (1) 8位CMOS微控制器
(2)每4个时钟周期为一个机器周期的高速结构，最大外部时钟频率为40MHZ (3)与标准80C52管脚兼容 (4)指令与MCS-51兼容 (5) 4个8位I/O口 (6) 3个16位定时/计数器 (7) 12个中断源，2级中断能力 (8)片上振荡器及时钟电路 (9)二个增强型全双工串行口 (10)32KB，Flash EPROM (11)256字节片内暂存RAM
(12)片内1KB外部数据存储器（用MOVX指令访问） (13)可编程看门狗定时器，软件复位，2个16位数据指针 (14)对外部RAM及外设的访问周期可以进行软件编程
(15)封装： DIP 40: W77E58-40 ，PLCC 44：W77E58P-40 ， QFP 44： W77E58F-40 4.2.3 单片机W77E58的简单介绍
W77E58与8052在管脚及指令集上兼容。它具有8052的资源如：4个双向8位I/O口，3个16位定时器/计数器，全双工串行和若干中断源。W77E58中建有一个更加快速，性能更好的8位CPU，它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。性能的提高不仅仅在于使用高频的振荡器，还在于W77E58将多数标准的8052指令的机器周期从12个时钟减少至4个时钟。这样性能就提高了1.5-3倍。另外W77E58还可调整MOVX指令的周期，范围为2个机器周期、9个机器周期。这种设计使得W77E58能够更有效的访问慢速或快速外部RAM及外设。W77E58内含1KB用MOVX 指令访问的数据存储器，地址范围为0000H-03FFH。它只能用MOVX指令来访问，可由软件来选择是否使用这个片上SRAM。 W77E58是与8052兼容的，因此具有8052的特性；相比8052它的速度提高，耗电量减少。他的指令集基本与8051相同；多了一条DEC DPTR (操作码 A5H, DPTR减 1)指令。8051每12个时钟周期为一个
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机器周期，而W77E58每4个时钟周期为一个机器周期。这样提高了W77E58的指令执行速度。因此与8052相比即使在时钟频率相同的情况下W77E58也可以以更高速度运行。由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运行，在相同指令吞吐量的情况下，电源消耗也降低。机器周期缩短至4个时钟周期，是W77E58速度提高的主要原因。W77E58具有所有8052的特性，同时也具有一些新的外设及特性。 (1) I/O 口
W77E58有4个8位I/O口，及一个附加的4位I/O口。当处理器用MOVC或MOVX指令执行外部程序、访问外部设备/存储器时，P0口可用作地址/数据总线。此时它内部有强上拉或下拉功能，无须再使用外部上拉。P2口主要提供16位地址的高8位。当用作地址线时它同样具有强上拉或下拉功能。P1、P3口是I/O口同时具有不同的功能 。P4口（限PLCC/QFP封装）是和P1、P3相同的通用I/O口。P4.0有CP/RL2 的复用功能是等待状态中的控制信号。当等待状态控制信号使能后，P4.0是输入口。 (2) 串行口
W77E58有2个增强型串行口，功能与标准8052串行口相似。W77E58的串行口能以不同的方式运行，以获得时序相似。注意串行口0可以用定时器1或2做波特率发生器，但串行口1只能用定时器1做波特率发生器。串行口有自动地址识别和错误检测的增强能。 (3) 定时器
W77E58有3个16位定时器，其功能与8052体系中的定时器类似。当作为定时器使用时，可将它们设置为每4个时钟周期进行一次计数，或者每12个时钟周期进行一次计数。这位用户提供了模拟8052时钟运行的一种方式。W77E58具有特殊的功能，看门狗定时器。该定时器可用作系统监控器，或超长周期定时器。 (4) 中断
W77E58的中断系统与标准8052之中断系统有细微的差别。由于存在新增功能和外设，中断源的数量和中断向量都相应得增加。W77E58提供12个中断源2级中断能力，包括6个外部中断，定时器中断及串行I/O口中断。 (5) 电源管理
类似于标准80C52，W77E58有空闲和掉电2种节电方式。另外W77E58还提供一个新的称为经济模式的节电方式，它允许用户将时钟频率进行4、64或1024的分频。在空闲模式下，CPU核心停止工作，而定时器、串行口、中断时钟继续运行。在掉电模式下，所有时钟停止工作，芯片运行完全停止，是最省电的运行模式。 (6) 程序存储器
W77E58提供32KB大小的程序存储器，这些ROM区与8052的ROM区功能类似，所有指令都从这些区域中取出执行。MOVC指令同样也访问这些区域，超过片上ROM最大地址范围后，系统将访问外部存储器。
(7) 数据存储器
W77E58最多可以访问64KB的外部数据存储器。这个存储器区域用MOVX指令来访问。不同于其他8051的衍生产品，W77E58还内建一个1KB字节的MOVX SRAM数据存储器。这1KB的数据存储器的地址范围为0000H-03FFH。对该数据存储器的访问是受软件控制的。当软件允许访问该区域时，访问地址范围为0000H-03FFH的MOVX指令将读写MOVX SRAM数据存储器的内容。当地址范围超过03FFH后，系统将自动访问外部数据存储器。当软件禁止访问该区域时，该区域将被映射为外部数据存储器。任何访问地址为0000H-FFFFH的MOVX指令都将访问到外部数据存储器。这是W77E58默认的运行环境。另外W77E58还有标准的256字节暂存数据存储器。这片区域可以间接或直接访问。由于这片区域只有256