远程电力抄表系统——集中器硬件设计
2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps；因此在“南方的老树
51CPLD开发板”中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。 3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共
地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15
米左右。
2. RS485接口的介绍
1) RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(0.2~6)V表示；逻
辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
2) RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。
3) RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增
强，即抗噪声干扰性好。
4) RS-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S，传输速率
与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。
4.4.2
RS232&RS485通信电路设计
在设计中集中器与表箱控制器以及与控制中心的通信都是通过RS-485实现的，之所以每对通信中都加一个RS232是因为为了以后实现GPRS无线通信提供串口，这样就为了以后的实际应用提供了方便。图4.10为RS232&RS485通信电路。
图4.10 RS232&RS485通信电路设计图
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4.5 电源电路设计
电源设计是远程电力抄表系统——集中器硬件设计中的一项非常重要的工作。
系统中除了液晶接口电路需要5V供电，触摸屏控制电路、RS232&RS485通信电路、STM32F103ZET6等电路均需要3.3V供电。所以系统需要实现5V电压到3.3V电压的转换。如图4.5外接+5V直流电源经AMS1084稳压器稳压后, 输出+3.3V电压。AMS1084的特点是输出电流大( 800mA) ,输出电压精度在1%以内, 具有电流限制和热保护功能, 稳定性好。C613、C614、C615、C616 均为电源滤波电容。图4.11为电压转换电路。
图4.11 电压转换电路设计图
4.6 PCB板设计
PCB板设计是集中器硬件设计的最后一项工作，也是极其重要的环节，没有这个重要步骤就不会生成PCB板，这个设计也就没法投入生产，这个设计将会失去实际意义，所以PCB板设计是硬件设计中不可或缺的重要步骤。下文将对具体怎么设计PCB板进行详细的阐述。 4.6.1 PCB板设计步骤
绘制电路原理图 设计印制电路板可以按照如下的七个步骤完成原理图的设计工作：
1、绘制电路原理图：protel 99SE绘制电路原理图生成网络表。 当所设计的电路图非常简单时，可以不必进行原理图的绘制和
规划电路板 网络表的生成，而直接进行PCB的设计，即有时可跳过这一步。
2、规划电路板：在绘制印制电路板之前，用户还要对电路板有一个初步的规划，比如电路板采用多大的物理尺寸、采用几层电路板（单面板、双面板还是多层）、各元件采用何种封装形式及其安装位置等。这是一项极其重要的工作，它是确定电路板设计的框架。
3、设置参数：设置参数主要是指设置元件的布置参数、层数参数、布线参数等。有些参数用其默认值即可。
4、装入网络表及元件封装 ：该步是将已生成的网络表装入，此时元件的封装会自动放置在印制电路板图的电气边界之外，但这些元件封装是叠放在一起没有布局的。
若没有生成网络表，则可以用手工的方法放置元件。 5、元件的布局 ：可以利用自动布局和手工布局两种方式，将元件封装放置在电路板边框内的适当位置。
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设置参数 装入网络表及 元件封装 元件的布局 布线 文件保存及输出
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适当位置包含两个意思：一是元件所放置的位置能使整个电路板看上去整齐美观，二是元件所放置的位置有利于布线。
6、 布线：完成元件之间的电路连接.有两种方式：自动布线和手工布线。若在PCB设计系统中装入了网络表，则在该步中就可以采用自动布线方式。
7、文件保存及输出：保存PCB图，然后根据需要利用各种图形输出设备，如打印机、绘图仪等输出电路板的布线图。 4.6.2 PCB板设计图
图4.12为最终的集中器PCB板设计图：
图4.12 PCB板设计图
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第五章 硬件调试及分析
测试是电路设计成功与否的重要环节，测试不到位重则会引起整个系统烧毁，轻则导致系统工作不正常。测试时，主要测试电路的焊接问题，其中包括芯片焊接方位是否正确，是否有短路、虚焊，元件正负极性是否正确等问题。
5.1 整板电路测试
整板电路测试主要是进行芯片焊接测试。
整个电路板焊接完毕后，首先，观察整个电路板是否有短路、虚焊，元件焊反等问题，其次，将万用表打到测试二极管档，检查电路是否有短路或虚焊。测试系统电源正负极是否短路。系统电源是系统工作的能量来源，系统电源若短路将会引起外部电源毁坏，发生火灾等危险。
5.2 STM32F103ZET6芯片测试
经过上一整板电路测试环节的测试STM32F103ZET6芯片是否有短路、虚焊，元件焊反等问题，检查测试完后，便要重点对芯片各个管脚的测试以及I/O口功能测试。
用万用表测试核心元件STM32F103ZET6，检查是否有相邻管脚短路或管脚与PCB线之间虚焊。若有短路将会引起芯片毁坏，有虚焊会导致芯片工作不正常。经过测试，STM32F103ZET6无短路和虚焊。上电测试系统电源电压为±5V，STM32F103ZET6所有接电源的管脚均为3.3V，一切正常。 5.2.1
复位管脚、晶振管脚、串口通信管脚测试
复位管脚：系统上电后，NRST（25管脚）为高电平，按下RESET键后，NRST（25管脚）变为低电平，由此判断，复位电路工作正常。
晶振管脚：用示波器观察STM32F103ZET6的晶振(8、9及23、24)管脚，能够观察到与晶体频率（32.768KHz）吻合的正弦波，幅值大约1V，说明晶振电路工作正常。
串口通信管脚：在KEIL里编写一段简单的程序，让某一管脚输出方波信号，编译、下载到STM32F103ZET6，用示波器能在该管脚观察到方波信号，说明下载电路和串口通信管脚工作正常。 5.2.2 I/O口功能测试程序设计
I/O口是STM32F103ZET6与外部元件交换数据的通道，I/O口有两种工作模式，一种是总线模式，一种是I/O模式。由于系统外围器件众多，且多数以位控方式为主，因此使用I/O模式。
I/O模式有三种工作方式：字节输出方式、位输出方式、字节读方式。 （1）测试字节输出方式
STM32F103ZET6有七组I/O口，分别为PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG。字节输出方式是使STM32F103ZET6的一组I/O口输出一个字节，测试时只要能使STM32F103ZET6的任一组I/O口按照程序输出一个字节就说明字节输出方式正常。分别在PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG口输出一个字节，例如在PD口输出0x08，用万用表测得PD口的高低电平与程序的设置相同，说明PD口输出字节工作方式正常。经过测试，所有端口的字节输出方式正常。
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