基于Modem通信的多用戶(hù)智能電能表系統的研究

對某一段定時(shí)時(shí)間電能的測量，可變?yōu)閷@段時(shí)間內轉換的電脈沖數，在軟件中設置脈沖常數C=3200 imp/kWh，然后可由LCD循環(huán)顯示各個(gè)用戶(hù)某段時(shí)間的用電量。假設某用戶(hù)用電功率為5 kW，則一小時(shí)用電5 kWh，一秒鐘用電5kWh/3600，再與脈沖常數C相乘得出脈沖頻率為4.44 Hz，脈沖周期為225 ms，遠遠超過(guò)LPC2210的指令周期，則此檢測脈沖下降沿的計數方法準確可靠，不會(huì )出現漏計或多計的現象。

2.3嵌入式Modem模塊

系統中與LPC2210連接的Modem采用嵌入式MODEM芯片73M2901，使用賀氏標準AT命令呼叫和應答，實(shí)現與遠程系統的通信。由于LPC2210微控制器的UART1口帶有完整的調制解調接口，所以可將73M2901直接連接到LPC2210的UART1串口上，進(jìn)行數據傳輸工作，接口結構如圖4所示。

LPC2210直接采集數字信號，通過(guò)UART1串口送給本端的嵌入式Modem芯片73M2901，73M2901將數字信號調制成音頻模擬信號在電話(huà)線(xiàn)上傳輸，再經(jīng)過(guò)中心站標準Modem調制成數字信號送往上位機管理系統。

2.4其它電路模塊

系統為多用戶(hù)電表系統，在寫(xiě)用戶(hù)電量時(shí)，需要經(jīng)常改寫(xiě)電量(如增加0.1度改寫(xiě)一次電量)，因此采用擦寫(xiě)次數較高、存儲容量較大的EEPROM。研究中數據存儲模塊選用帶接口的串行非易失存儲器FM24C16A。用來(lái)存儲各用戶(hù)的電量數據信息和各用戶(hù)的計量模塊的地址，保證采集信息的正確無(wú)誤。

電壓輸入通道采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò )提供電壓信號，電流通道有兩個(gè)電流輸入端，然而，每一時(shí)刻只有一個(gè)通道用來(lái)電能計量。研究中選擇電流互感器作為電流傳感器。

斷電控制電路主要由跳閘繼電器組成，當用戶(hù)拖欠電費或用電需量持續超出需量限定一定時(shí)間后，上位機管理系統將通過(guò)Modem發(fā)送斷電指令給LPC2210，然后LPC2210將輸出信號，使繼電器動(dòng)作，切斷供電電源。

3系統軟件設計

3.1上位機軟件設計

上位機軟件用VC++編程，系統中上位機先完成標準Modem的初始化，需要數據傳輸時(shí)，上位機通過(guò)Modem撥號建立數據傳輸鏈路，然后發(fā)AT控制指令判斷是進(jìn)行異常處理還是接收電能數據，完成任務(wù)后掛斷電話(huà)。此上位機管理軟件系統的功能框圖如圖5所示。

3.2下位機軟件設計

本文通過(guò)移植源碼公開(kāi)的嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ來(lái)管理整個(gè)系統的運行，它具有多任務(wù)性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。要構建整個(gè)下位機軟件框架，首先對μC/OS-Ⅱ和各硬件部分進(jìn)行初始化和參數設置，然后是多任務(wù)的創(chuàng )建，對整個(gè)下位機實(shí)現的功能進(jìn)行任務(wù)分割，并根據實(shí)際需要為各個(gè)任務(wù)分配優(yōu)先級，各個(gè)任務(wù)是通過(guò)搶占CPU的使用權來(lái)運行的，它們之間的通信通過(guò)信號量、郵箱、消息隊列等機制來(lái)完成。多任務(wù)模塊的劃分如圖6所示。

在用μC/OS-Ⅱ作為內核來(lái)編寫(xiě)整個(gè)下位機系統的應用軟件之前，先完成μC/OS-Ⅱ在LPC2210的移植工作，要根據LPC2210的特點(diǎn)合理地修改μC/OS-Ⅱ的3個(gè)與LPC2210有關(guān)的文件：OS_CPU.H，OS_CPU_A.ASM，OS_CPU_C.C，其中包括OSCtxSW()，OSIntCtxSW()，OSTaskStkInit()，OSStartHighRdy()，OSTickISR()等重要文件。

主要是將文件中寄存器的初值進(jìn)行修改，另外還須編寫(xiě)配置文件、參數等。為了很好地將系統中的實(shí)時(shí)采集和定時(shí)采集區分，并且能體現出實(shí)時(shí)采集優(yōu)先級高的特點(diǎn)，研究中采用消息隊列來(lái)實(shí)現。

4結語(yǔ)

多用戶(hù)智能電能表系統采用32位ARM芯片作為控制系統的核心，大大提高了系統的數據處理能力，并且微控制器通過(guò)Modem與上位機管理系統通信，可實(shí)現供電系統同時(shí)對多個(gè)用戶(hù)用電的智能化管理，特別對于公寓用電及單元用電的集中管理其優(yōu)點(diǎn)尤為突出，目前在許多地方已得到廣泛的應用。利用提供的各種系統調用以及任務(wù)間的通訊機制，使多任務(wù)設計得以簡(jiǎn)化并保證了系統行為的實(shí)時(shí)性，具有很好的應用前景。