智能红外抄表系统的设计与实现(论文+源码)_kaic

摘  要
随着我国现代社会经济的快速发展，工厂居民用电量剧增。人工抄表，费时费力，效率低下。人工抄表会造成漏抄、误抄、估抄等数据不准确。抄表人员可能与用电户合伙作弊，给资产管理者带来损失。在很多智能仪表的应用中需要现场人工完成数据的读取、系统参数设置或数据修改，一般的方式是直接人工读取数据，并通过在表具上设小键盘，进行按键输入来进行参数设置或数据修改。但有一些场合安全性要求较高，表具需密封。人无法直接接触到表具，这种交互式操作的方式就难以实现，并且人工读取表具的数据工作量大、效率低，容易出错。本文研究的是一种智能红外抄表系统设计。
本文介绍了一款红外无线抄表系统，该系统由单片机最小系统、红外发射接收模块、LCD1602液晶模块、电源模块、蜂鸣器报警模块和按键模块组成。 红外无线抄表系统是由主机和从机组成。采用STM32F103C8T6单片机做为主控芯片，利用红外发射和红外接收模块做为电表的数据传输。主机的数据可以用两个按键模拟电表的数据运行并在液晶上显示该电表的数据。从机发出抄表命令时，主机接收到从机的抄表信号后，把电表的数据通过红外线发射给从机，从机通过红外接收头把电表的数据接收处理后在从机上显示出来，从机并有清零功能。本产品具有使用方便，可靠性好，性价比高等特定。
关键字：STM32F103C8T6单片机； 红外抄表； 无线数据传输
 
ABSTRACT
With the technological development of modern society and economy in China, the electricity consumption of residents has increased sharply. Manual meter reading is time-consuming and inefficient. Manual meter reading can cause inaccurate data such as missed, erroneous, and estimated readings. Meter reading personnel may collaborate with electricity users to cheat, causing losses to asset managers. In many applications of intelligent instruments, it is necessary to manually read data, set system parameters, or modify data on site. The general method is to directly read data manually and set parameters or modify data by setting a small keyboard on the instrument and inputting keys. But there are some occasions where safety requirements are high, and the meter needs to be sealed. People cannot directly access the meter, making this interactive operation difficult to achieve, and manually reading the data from the meter is labor-intensive, inefficient, and prone to errors. This article focuses on the design of an intelligent infrared meter reading system and provides a brief analysis of its design.
This paper introduces a infrared wireless meter reading system, the system consists of single chip microcomputer minimum system, infrared receiving module, LCD1602 LCD module, power module, a buzzer alarm module and key module modules.Infrared wireless meter reading system is made up of mainframe and from the unit.Using STM32F103C8T6 single-chip microcomputer as main control chip, using infrared transmitting and infrared receiving module as the meter data transmission.Host data can use two button operation simulation of the electric meter data and displayed on the LCD of the electric meter data.Meter reading from the machine, the host receives the meter reading from the machine, the electric meter data through the infrared emission from the machine, from machine by infrared receiving the meter data displayed from the machine after receiving treatment, from the machine and the reset function.This product is easy to use, good reliability, high cost performance specific.  
Key words:STM32F103C8T6 microcontroller； infrared meter reading；wireless data transmission 
 
目  录
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2国内外发展状况
1.3 章节安排及内容
第2章 系统总体结构
2.1设计方案
2.2功能需求分析
2.2.1技术路线：
2.3器件选型
第3章 系统的硬件部分设计
3.1系统总体设计
3.2系统的主要功能模块设计
3.2.1 LCD1602液晶显示模块设计
3.2.2 蜂鸣器模块设计
3.2.3按键模块的设计
3.2.4红外发射接收的设计
第4章 系统的软件设计
4.1 软件主流程图
4.2 电表数据发送函数流程图
第5章 系统测试
5.1 系统实物图
5.2 抄表数据显示
第6章 总结与展望
参考文献
致  谢
附  录
电路图
程序
 
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
随着我国现代社会经济的科技发展，居民用电量剧增。人工抄表，费时费力，效率低下。人工抄表会造成漏抄、误抄、估抄等数据不准确。抄表人员可能与用电户合伙作弊，给资产管理者带来损失。在很多智能仪表的应用中需要现场人工完成数据的读取、系统参数设置或数据修改，一般的方式是直接人工读取数据，并通过在表具上设小键盘，进行按键输入来进行参数设置或数据修改。但有一些场合安全性要求较高，表具需密封。人无法直接接触到表具，这种交互式操作的方式就难以实现，并且人工读取表具的数据工作量大、效率低，容易出错。而自动抄表是集计算机技术、通信技术、用电及计量技术于一体,利用微电子和计算机网络,采集、传感、传输等技术自动读取和处理表计数据,将城市居民的用电、气信息加以综合处理的系统。具有抄收速度快、计算精度高、抄表同时性好、可直接与营业计算机联网等突出的优点。采用自动抄表系统可以缓解抄表人员的劳动强度、降低人为因素造成的抄表误差,从根本上解决了入户抄表收费给用户和抄表人员带来的麻烦,避免了许多不必要的纠纷,不但能提高管理部门的工作效率,也适应现代用户对用水、用电、用气缴费的需求。本文研究的是一种智能红外抄表系统设计，对这一系统的设计进行了简要分析。

1.2国内外发展状况
2021年，黄向华在《电能表的智能手机蓝牙红外抄表系统研究》文中就提到，基于单片机的无线红外抄表系统分为两部分：一是具有红外收发信号功能的电表系统，能接收密码命令，且能发送电表电量数据；另一个是手持红外抄表仪，具有红外收发模块和操作键。
2021年，辛滨、许刚在《智能手机蓝牙转红外抄表的应用》文中讲到传统的电表系统普遍是采用电能计量模块来实现对电量的计算，并将数据直接传给单片机，由单片机对数据进一步处理。
2021年，王宏民;王玉萍;赵东劲在《基于单片机的掌上红外抄表器的设计》文中介绍了智能抄表系统软件由系统软件设计主要由主程序、抄表中断自程序、键盘设置子程序及显示子程序四大部分组成。
2022年，Bo Wang在《Intelligent Infrared Image Recognition System based on Python》文章中电表系统中红外信号传输部分的模块选用ZHX1010芯片，通过串口和使能控制端与单片机相连单片机可通过其串口将数据通过红外发射管发送或者通过红外接收管接收信号，从而完成红外抄表器对电表的读或写的操作。
2021年，Zhao Chunjiang、Wu Huarui在 《CNN intelligent early warning for apple skin lesion image acquired by infrared video sensors》文中介绍了近年来，随着 NBIoT 技术的日趋成熟，出现了一批采用 NB-IoT 网络来进行传输的解决方案。NB-IoT 技术具有的低功耗、广覆盖、大连接的特点，非常适用于抄表领域。
2021年，Anonymous在《Design and Implementation of an Industrial Intelligent Infrared Remote Controller》文中介绍到红外接收电路由光电转换器、前置放大电路、解调电路和译码器等部分构成。光电转换器的作用是将红外光敏器件接收到的红外光指令信号转换成相应的电信号。然后通过放大器放大后才能送到信号处理电路进行处理。
当今社会科学技术发展迅速，原先传统的抄表方法非常落后，增加了抄表的困难，而经过近代对红外抄表技术的发展，红外抄表技术符合当下的发展需要，可以更好的提高工作的效率。
1.3 章节安排及内容
第一章绪论，主要讲解研究目的、研究意义，国内外研究现状以及章节安排。
第二章系统总体设计，讲解了设计方案、功能需求以及单片机型号的选择。
第三章系统硬件设计，介绍了系统的各个部分的硬件设计以及原理图。
第四章系统软件设计，介绍了系统的总体流程和各模块的软件设计及流程。
第五章系统测试，讲解了系统完后的实物功能演示以及测试；

 
第2章 系统总体结构
2.1设计方案
本文以电表的数据读取和处理为例介绍了一种智能红外抄表系统设计，它是基于STM32单片机、红外无线通信模块和微型打印机相结合的系统，是解决传统抄表、收费问题的有效途径。工作人员只需配备一台红外无线抄表仪，就能很方便的抄录读取电表电量等数据，并可实现现场打印缴费通知单据的功能，本系统采用红外无线通信，能够快速、准确、高效的采集数据。与传统的读取电表的数据方式相比，极大地提高了效率，节省了资源，并减少了人工读取数据带来的误差。

 
图2-1 总体框架图
2.2功能需求分析
2.2.1技术路线：
（1）硬件部分需要单片机STM32、红外传感器
（2）软件平台程序用keil 5；
（3）画原理图用AD；
（4）编程语言用C语言；

2.2.2器件选型
Arduino Uno: Arduino Uno是一种基于ATmega328P单片机的开发板。它具有典型的AVR架构，包含32KB的Flash程序存储器。Arduino Uno适用于快速原型设计和简单的嵌入式项目。
PIC16F877A: PIC16F877A是Microchip推出的8位单片机，具有14KB的Flash程序存储器。它在低功耗应用和简单控制系统方面表现出色，广泛应用于工业和嵌入式领域。
ESP32: ESP32是Espressif Systems推出的一款强大的双核32位微控制器，集成了WiFi和蓝牙功能。它具有高性能的处理能力和丰富的外设，适用于物联网和无线通信应用。
STM8S003F3: STM8S003F3是意法半导体推出的8位单片机，具有8KB的Flash程序存储器。它适用于成本敏感的应用和低功耗需求，具备良好的性能和可靠性。
ATmega328P: ATmega328P是Atmel公司推出的8位单片机，常用于Arduino Uno开发板。它具有32KB的Flash程序存储器和低功耗特性，适用于小型控制应用和嵌入式系统。
不同的单片机具有不同的架构、性能和外设资源，选择适合特定应用的单片机需要根据项目需求和目标进行评估和比较。STM32F103C8T6作为一款32位微控制器，具备较大的程序存储器和丰富的外设资源，适用于中等规模的嵌入式项目和复杂控制系统。
主控制芯片选择STM32F103C8T6， STM32F103C8T6是由意法半导体集团基于STM32系列ARM Cortex-M内核开发的一款具有64KB的程序存储器的32位微控制器。其工作时需要2V~3.6V的电压和-40℃~85℃环境温度。
STM32系列单片机是一款高性能，功能强大的系列单片机。该系列单片机常被用于要求低成本、高性能和低功耗的嵌入式应用程序，其在功耗和集成方面也展现出良好的性能。由于其便捷的工具和简单的结构并且结合了强大的功能性，在业界很受欢迎。本实验采用的最小系统如下图。
 
图2-2 STM32fl03c8t6最小系统原理图