本文介绍的是一种新的检测系统，选用红外CO传感器和MSP430单片机作为核心信号处理电路，结合数字滤波、温度补偿运算．具有检测浓度范围宽、使用寿命长等优点。

　　系统组成及硬件设计

　　该系统由红外CO气体传感器、MSP430单片机、CAN总线接口及远程监控系统组成。该系统在检测现场通过单片机处理检测的数据、控制 LCD显示、声光报警，同时还配备CAN总线控制器，可以轻松获取浓度、温度以及报警记录等相关信息，实现了智能化的工业现场、远程同时监控功能。系统的组成框图如图1所示。

　CAN总线接口设计

　　该系统CAN接口由独立的CAN总线控制器SJA1000、CAN数据收发器TJA1050组成。SJA1000是独立CAN控制器，主要用于移动目标和一般工业环境中区域网络控制。SJA1000的AD0-AD7接MSP430的P2端口，P3．4和P3．5分别控制SJA1000的读写操作。MSP430初始化SJA1000，通过控制SJA1000实现数据的收发。TJA1050是控制器区域网络（CAN）协议控制器和物理总线之间的接口，是一种标准的高速CAN收发器。TJA1050可为总线提供差动发送功能，为CAN控制器SJA1000提供差动接收功能。TJA1050提供 CAN节点接口，实现CAN总线数据的传输。其中CANH和CANL接到外部CAN总线网络上。MSP430、SJA1000与TJA1050的连接电路如图2所示。

　LCD显示及报警系统

　　按键用于设定系统时间、声光报警值以及对应的CAN总线通信地址等参数，如果按键较少采用一端口对应一按键，使用捕获中断。如果按键较多，则可采用行列式键盘以节省端口资源。LCD显示采用LSD12864CT显示模块，该模块由一组行驱动信号IC3及两组列驱动信号IC2（控制左半屏）和 IC1（控制右半屏）组成，其显示点阵是128x64，可显示图形或汉字。其内部集成行、列驱动及显示器缓冲区RAM的接口，同时硬件可设置显示屏的结构、数据传输方式、显示窗口的长宽等。MSP430F449内部自带60 KB Flash用于记录红外测量数据超限时刻和对应的设置值，保存CAN接口相关参数。当CO浓度超出设定范围时，由声光报警装置提醒井下工作人员。

　　随着计算机技术和通信技术的发展，建筑智能化程度越来越高。住宅的智能化抄表系统在建筑智能化中是必不可少的。在我国，对用户的电表仍采用人工抄表的方法。这种原始的查表方法不仅造成了人力、物力的浪费，打扰居民正常生活 ，而且其精度差，电量数据需要人为读数不能实时传输 。为了从根本上解决这个问题，因此一种基于设计单片机的智能电表。电表若以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规机械及电子线路，可以容易地将计算技术与测量控制技术结合在一起，形成智能化测量仪表 。这种仪表由计量电路、微处理器、LCD显示器、实时时钟、通信接口及电源等组成 ，具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能 。

智能电表的工作原理

　　智能电表的硬件方案框图如图1 所示。电能表主要由计量、电源管理、存储、显示、按键处理、脉冲输出和通信单元7 个部分组成 。本文的智能电表是以80C51为核心处理器。除此之外，加入了电能计量芯片CS5460A 和LCD 显示芯片1602，用于用户用电量的计量与显示。但是，由于CS5460A芯片只能测量瞬时的电量，所以，还需要采用时间芯片DS1302将时间分段，这样电表就可以通过按键，不但可以显示出用户的瞬时用电量，而且还能显示某个时段的用电量。WiFi通信电路的使用，可以实现智能电表的无线通信，这样查电表的工作人员不用再挨家挨户的登门查询，而是直接接收WiFi信号，就可以了解到用户的用电情况，比较方便、省时。对于存储模块，本文采用体积小、容量大的SD卡，相比于一般的存储模块，SD 卡还可以随时拆卸、更换，既方便又实用。对于电源模块，本文采用的是外部供电方式。

　智能电表的硬件设计

　　电能计量电路设计

　　电能计量芯片采用CS5460A。其主要功能如下：具有特殊的自动引脚模式功能，能使芯片独立工作，得电时自动初始化 ；具有片内看门狗定时器与内部电源监视器；可以精确测量正反两个方向的电压瞬时值、电流瞬时值、电压有效值、电流有效值以及功率和能量 ；提供了外部复位引脚；双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接；外部时钟最高频率可达20 MHz；具有功率方向输出指示 。

　　图1 智能电表的硬件设计图

　　CS5460A与单片机80C51的连接 见图2。

　　图2 CS5460A与80C51的连接

WiFi通信模块设计

　　电表采用WiFi无线通信的方式，WiFi通信电路使用BCM8000。WiFi通信技术具有数据传输率高、组网灵活、可移动性好等优点。 WiFi通信采用的是无线网络，使智能电表的安装不受通信线路的局限性，具有安装便利的优势 。WiFi通信电路与单片机80C51 的连接，只需要将BCM8000 的RXDH 和TXDH 引脚分别对应连接到80C51的TXD和RXD引脚，如图3所示。

　　图3 WiFi通信电路与80C51的硬件连接设计

　　智能电表的软件设计

　　智能电表的软件设计部分包括以下的几个部分：电能计量芯片CS5460A的数据传输、液晶显示器1602 显示子程序、键功能处理程序、WiFi 无线通信程序、时钟芯片DS1302 的读/写操作程序、SD卡储存模块的软件设计。

　　编辑点评：本文是以80C51单片机为核心，基于单片机设计的智能电表，来实现电能的计量与显示、无线通信、数据存储等功能。用户可以通过电表上的按键来选择是显示用户当前用电量，还是某一时段用电量。这种仪表是一种智能化测量仪表。　本次设计的智能电表集成了计量与显示电量、数据存储、数据通信等多种功能。经试验验证后，证实了电表性能的稳定、计算准确、误差较小、可以进行无线通信等。但是，本次设计的电表可能在故障自诊断方面有些不足，需要日后加以完善。