手工抄表效率低下，在查詢、記錄、傳輸這幾個環節上，手工操作的方式使工作效率大大降低。因此，該局開始尋找更有效的抄表解決方案。以電力營銷管理信息系統為基礎的抄表機的應用，在電表定位查詢、電量數據的采集、傳輸、處理方面發揮著巨大的作用，并且比集中抄表遠程傳輸更節約成本。

基于P89LPC932微處理器，新型紅外抄表系統與已有的同類系統相比，具有結構簡單、功耗和成本低的特點，可進行多電量測量，并能長期保存數據。

1 抄表系統的總體結構

紅外抄表系統的總體結構框圖如圖1所示，系統由二部分構成：多功能電度表和手持抄表終端，二者通過紅外線進行通信。多功能電度表在單片機的控制下，可測量多種用電數據，并可根據功率因數的不同按不同比率計算電費。多功能電度表能將得到的各種數據記錄下來，在停電時保持數據不丟失。手持抄表終端可通過紅外線對多功能電度表進行抄表，將電度表中保存的各種數據存儲到抄表終端中，然后抄表終端通過串口將存儲的數據傳給計算機進行處理。

2 多功能電度表的設計

多功能電度表由P89LPC932單片機、紅外通信模塊、顯示模塊和信號采集模塊等組成。P89LPC932是Philips公司推出的高性價比單片機，該器件內含增強型CPU，同一工作頻率下的速度為標準80C51單片機的6倍。P89LPC932的管腳如圖2所示。

P89LPC932主要特性：（1）指令執行速度快。（2）操作電壓范圍為2.4～3.6V，I/O口可承受5V，可上拉或驅動到5.5V。（3）8KB的Flash程序存儲器，具有可擦除扇區，提供ISP和IAP編程功能。（4）256B的RAM數據存儲器，512B的附加片內RAM。（5）512B的E2PROM存儲區，可以存放序列碼及設置參數等。（6）捕獲/比較單元（CCU）提供PWM，輸入捕獲和輸出比較功能。（7）2個模擬比較器，可以選擇輸入和參考源。（8）8個鍵盤中斷。（9）增強型UART。（10）具有I2C和SPI二種串行通信接口。（11）提供空閑和掉電模式，典型掉電電流僅為1μA，極大地降低了功耗。（12）所有的口線均有20mA的驅動能力，可以方便地驅動數碼管。

2.1 功率因數和用電信號的測量

在多功能電度表中，主要的測量參數是功率因數和用電信號。根據這2個參數可計算出有功功率、無功功率、用電量、電費等多項數據。測量這2個參數的硬件電路如圖3所示。

當市電的負載不是純電阻性負載時，流過負載的電壓和電流就存在相位差，設二者的的相位差為？漬＝φu－φi，則cosφ就是功率因數。因此只要比較出電壓和電流在相位上的差φ，再由P89LPC932通過查表和插值法計算cosφ，就可以求出功率因數，進而可以求出其他的數據。

如圖3所示，經電壓互感器和電流互感器降壓后所得的電壓和電流信號分別輸入到P89LPC932的2個輸入比較引腳，即P0.4/CIN1A和P0.2/CIN2A，而參考電壓（約為1.4V）由5V電源通過2個電阻分壓得到。圖3中：電容C1起到濾除干擾脈沖的作用，保證參考電壓的穩定；二極管起箝位的作用，保護P89LPC932免受外界過壓或過流的影響。

功率因數的具體測量原理：設置比較器的控制寄存器CMP1和CMP2，并使能2個比較器，當正向輸入大于參考電壓時，輸出為“1”，其他情況輸出為“0”。這樣2路信號在CPU內部整形成近似方波，通過對不同情況下的輸入進行比較操作。

用電脈沖可由機械式電表經改裝或采用專用電能計量芯片產生，本文只討論用電脈沖的處理問題。將已經產生的用電脈沖直接輸入到CPU的輸入捕獲引腳P2.7/ICA，捕獲事件由CCCRA寄存器的高3位選擇輸入捕獲邊沿，此時必須設置CPU的P2.7為輸入狀態。當管腳產生捕獲事件時，定時器的內容就會傳送到相應的16位輸入捕獲寄存器ICRAL中。CPU通過讀取ICRAL中的內容就可以精確地得到捕獲時間。

電度表的所有數據處理后都存入到P89LPC932內部的E2PROM中，以保證斷電后數據不丟失。當抄表時，將相應的數據傳送給手持抄表終端。

2.2 紅外通信方式的實現

紅外無線通信一般采用IrDA（Infrared Data Association）作為其通信技術標準。按IrDA標準設計的紅外通信接口具有通信速度快、通用性好的特點，但傳輸距離較近，一般僅有數米。在紅外抄表系統中，由于傳輸的信息量較少，故對通信速度要求不是很高，但要求傳輸距離盡量遠些。