基于A(yíng)VR單片機及MODEM芯片的MTURTU無(wú)線(xiàn)電遙測系統設計方案

一、引言

基于AVR單片機及專(zhuān)用MODEM芯片的MTU(Master Terminal Unit中心調度機)、RTU無(wú)線(xiàn)電遙測系統。

分散地分布在全市的管網(wǎng)監測點(diǎn)上的遠端RTU(系統可帶256個(gè)RTU)采集數據，進(jìn)行數據處理后通過(guò)無(wú)線(xiàn)電臺向中心調度端發(fā)送數據，中心調度端接收到數據后進(jìn)行數據處理，數據存儲，并送給模擬屏顯示。

二、設計思想

原有系統的使用中，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：1. 無(wú)線(xiàn)通信波特率低(300bps)，誤碼率高，巡測速度慢，最多帶32個(gè)RTU終端;2. 當某一遠程RTU端的無(wú)線(xiàn)電臺一直處于長(cháng)時(shí)間誤發(fā)射狀態(tài)時(shí)(簡(jiǎn)稱(chēng)“長(cháng)發(fā)” )一直占用系統頻點(diǎn)，由于系統共用一組無(wú)線(xiàn)電頻點(diǎn)，這將使系統其他所有電臺無(wú)法通信，整個(gè)系統癱瘓，處于故障的電臺亦無(wú)法發(fā)送有效數據，因而無(wú)法確定故障點(diǎn)，測壓點(diǎn)分布地域廣且分散，使得故障查找很困難，往往需要數天時(shí)間;3. RTU板集成度低，故障率較高，元器件難于采購。

考慮到系統的通用性和公司的實(shí)際情況，要求RTU系統能最大限度地利用原有的無(wú)線(xiàn)電臺、天線(xiàn)、電源、模擬屏、檢測儀表等，并能實(shí)現如下功能：8路10位模擬量輸入、8路開(kāi)關(guān)量輸入及兩路脈沖量輸入，其中8路開(kāi)關(guān)量輸入可擴展為64路開(kāi)關(guān)量輸入,可在RTU站存儲24小時(shí)歷史數據(15分鐘/次)，具有掉電保護功能。

我們通過(guò)軟硬件的有機配合，經(jīng)濟有效地解決了原有系統存在的問(wèn)題及系統功能要求，做到MTU板和RTU板在硬件上的完全一致，并把通常獨立于RTU板的無(wú)線(xiàn)調制解調MODEM集成在RTU板之上，簡(jiǎn)化了系統的硬件結構。本系統RTU板具有無(wú)線(xiàn)通信波特率1200bps，誤碼率低，最多帶256個(gè)RTU終端，有效解決了因無(wú)線(xiàn)電臺“長(cháng)發(fā)”引起系統癱瘓的問(wèn)題，數據采集精度高，RTU板集成度高，通用性強，軟件升級容易等優(yōu)點(diǎn)。

三、RTU的設計

1、元器件的選擇

CPU選擇ATMEL公司的AVR系列單片機AT90S8535，該芯片是比較新型的單片機，其內部資源如下：8K字節FLASH程序存儲器，512字節EEPROM數據存儲器，8通道10位精度A/D轉換器，一個(gè)標準串口，1個(gè)16位定時(shí)/計數器，一個(gè)8位定時(shí)/計數器，1個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，2個(gè)外部中斷，內置看門(mén)狗電路等。RTU所需的功能和數據采集功能基本上可以在此單片機上實(shí)現;與無(wú)線(xiàn)電臺的連接選用OKI公司的MSM7512B MODEM芯片進(jìn)行調制解調，與計算機的通信選用MAX232芯片進(jìn)行，歷史數據存儲選用8K字節串行EEPROM存儲芯片AT24C64，電臺的供電由CPU控制，通過(guò)繼電器提供。

2、數據通信

(1)RS-232串口與PC機的通信

由于單片機的唯一的串口應用于無(wú)線(xiàn)電臺的通信，首先保證無(wú)線(xiàn)通信的精確。與PC機的通信通過(guò)MAX232芯片把單片機的TTL電平轉化為標準的RS-232電平，使用單片機的外部中斷INT0、INT1口和I/O口，應用軟件模擬，實(shí)現兩個(gè)波特率為9600Bps半雙工三線(xiàn)制串口通信，其接收數據采用中斷方式。

(2)無(wú)線(xiàn)電臺之間的無(wú)線(xiàn)通信

我們把通常獨立于RTU板的無(wú)線(xiàn)調制解調MODEM集成在RTU板之上，如此簡(jiǎn)化了系統的硬件結構，降低了成本，并且提高了通信的可靠性，實(shí)現了RTU與MODEM的緊密結合。MODEM芯片選用OKI公司的MSM7512B調制解調芯片，MSM7512B是一塊比較成熟的芯片，通信波特率為1200Bps，工作方式為半雙工模式。在實(shí)踐中，我們發(fā)現當電臺從接收狀態(tài)轉為發(fā)射狀態(tài)或從發(fā)射狀態(tài)轉為接收狀態(tài)的瞬間有一段不穩定狀態(tài)，此時(shí)的數據容易產(chǎn)生誤碼，根據實(shí)驗，得出一個(gè)比較合適的延時(shí)時(shí)間，我們在控制無(wú)線(xiàn)電臺收發(fā)轉化后延遲適當的時(shí)間，使數據傳送的可靠性和準確性得到了很大的提高。在數據傳送過(guò)程中，加入系統碼、RTU站碼，求和值低字節等校驗，保證了系統通信的可靠，正確。