基于分級通信模式的小區智能抄表系統

標簽：分級通信 采集器

1引言

長(cháng)期以來(lái)，居民小區的物業(yè)管理部門(mén)對用戶(hù)用電、水、氣的統計一直是在人工抄表的基礎上進(jìn)行的。而人工方式由于統計工作量大，誤差大，人為錯誤等給物業(yè)管理和用戶(hù)也常帶來(lái)極大的不便。隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，住戶(hù)三表(水，電，煤氣)出戶(hù)自動(dòng)抄表自動(dòng)計費系統也應運而生。一般小區內的住戶(hù)數量較多，數據采集單元數目較大，同時(shí)由于數據采集單元可能離中央管理計算機較遠，因此這類(lèi)系統中的計算機通信網(wǎng)絡(luò )必須采用多層分級通信的模式。本文介紹一種基于分級通信模式自動(dòng)抄表系統設計方法。

2系統設計

2.1系統組成

圖1所示是某小區的自動(dòng)抄表系統的結構圖。該智能抄表系統采用四層結構，其中第一層是中央管理機，依次為集中器、采集器、現場(chǎng)采集儀表。

通過(guò)中央管理機及其軟件，管理人員可根據系統密碼的權限隨時(shí)查詢(xún)小區各個(gè)住戶(hù)的水、電、煤氣的實(shí)時(shí)及歷史使用情況。而集中器的主要作用是保存歷史和當前采集數據，它在作為采集器主機的同時(shí)也作為中央管理機的從機，并且可以向外提供RS232、RS485及集成MODEN通訊接口(備用)。采集器作為計數裝置可對脈沖信號進(jìn)行取樣。并可在斷線(xiàn)時(shí)向物業(yè)中央管理機報警，以防止有人偷電(水、煤氣)。采集器有24個(gè)通道，每個(gè)通道可單獨設置為電表、煤氣表或水表脈沖量輸入;輸入信號可以是有源信號，也可以是無(wú)源信號，其脈沖頻率一般小于10Hz?，F場(chǎng)采集儀表用于分別計錄用戶(hù)用水，電，煤氣的數量，并以電脈沖形式輸出。

中央管理機與采集器通信有定時(shí)采集(大于等于3分鐘)和主動(dòng)采集兩種模式，具體操作可由操作者發(fā)出命令，它可以自動(dòng)采集所有通道數據或特定通道的數據。上位機則通過(guò)采集器完成下列功能：設定通信波特率(缺省值為19200)、設定集中器到采集器的定時(shí)采集時(shí)間、設定采集器時(shí)間、獲取集中器中的采集數據和報警信號、設置某采集器數據、讀取某采集器設置數據以及開(kāi)戶(hù)和銷(xiāo)戶(hù)等。

集中器與采集器之間采用RS-485半雙工接口并采用主從模式進(jìn)行通信。一般情況下，集中器定時(shí)或連續向采集器采集數據。當上位機與集中器通信時(shí)，必須等待集中器與某采集器完成通信才能開(kāi)始交互數據。

本系統中，中央管理機下掛4個(gè)集中器，每個(gè)集中器下掛126個(gè)采集器。由于RS-485總線(xiàn)最多可掛32個(gè)驅動(dòng)器，因此，在某些采集器中，應設置中繼器(該中繼器可由兩片背靠背的MAX1487組成)，以使RS-485總線(xiàn)下可掛126個(gè)采集器。

2.2通信協(xié)議

本系統的通信協(xié)議包括字符格式和數據包格式。在字符格式中，每個(gè)字符在傳輸中采用異步方式，具體字符格式如下：

其中，起始標志位SOI(STARTOFIN-FORMATION)為7EH，對應于A(yíng)SCII碼字符“～”，代表一個(gè)新信息幀的開(kāi)始。

從機地址ADR(ADDRESS)為各從機的識別標志，一個(gè)數據總線(xiàn)RS-485上不能掛相同地址的從機。從機地址范圍為1～254，其中0為保留，255為廣播地址。

命令標識符CID(COMMANDID)為各類(lèi)型主機向從機發(fā)出命令的識別標志。

信息域INFO(INFORMATION)為數據信息，可分為命令信息和響應信息兩大類(lèi)。

校驗和碼CHK(CHKCODE)為ADR、CID及INFO三部分的累加和校驗碼。

結束標志符EOI(ENDOFINFORMATION)為0DH，對應于回車(chē)符，代表一個(gè)信息幀的結束。

2.3脈沖當量記費原理

水、電、煤氣的記費一般按水、電、煤氣表等的輸出脈沖數進(jìn)行計量?？赏ㄟ^(guò)下列公式計算出實(shí)際使用量和應繳費額： Q=NKR

式中，Q為應繳費額，N為脈沖數，K為每個(gè)脈沖代表的水流量、電度數或氣流量，R為單位價(jià)格。

3硬件連接電路

3.1集中器電路

在集中器中，ST16C2552與RS-232和RS-485的電路連接如圖2所示。圖中的ADM202可將RS-232電平轉化為T(mén)TL電平。 MAX1487是一個(gè)+5V供電的RS-485接口差分信號收發(fā)器，它可通過(guò)CPU的P1.2口對接收還是發(fā)送數據進(jìn)行選擇。同時(shí)可將TTL電平轉化為 RS-485的差分接口信號或進(jìn)行反向選擇。

3.2采集器數據采集電路

圖3所示是一個(gè)有4個(gè)基于分級通信模式的小區智能抄表系統通道的數據采集電路，它們被連接到AT90S8515的PA0～PA3口，剩下的20路數據采集電路連接到PA口的高4位口線(xiàn)及PB口和PC口上。采集器的脈沖輸出信號經(jīng)光電隔離后，可由AT90S8515進(jìn)行脈沖計數。

4集中器的通信程序

在集中器中，AT89C52的兩個(gè)外部中斷 INT0、INT1可分別用來(lái)接收來(lái)自中央管理機和采集器的數據。通常將異步通信芯片ST16C2552的管腳IN-TA、INTB反向后分別和 INT0、INT1相連。當ST16C2552接收到數據時(shí)，它將向CPU申請中斷以對數據進(jìn)行處理。下面的程序片斷采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。其功能是初始化 ST16C2552，并為集中器接收數據做好準備。

下面以接收來(lái)自中央管理機數據幀為例說(shuō)明通信中斷服務(wù)程序的工作流程。具體流程如下：

①關(guān)外部中斷0，防止中斷嵌套。

②開(kāi)外部中斷0，判斷是否接收的是數據幀起始字符SOI，如果是，準備接收下一字符;如不是，將接收的字符拋掉。

③開(kāi)外部中斷0，判斷接收的字符是否為本機地址。如果是，準備接收下一字符;如果不是，將接收的字符拋掉。

④接收數據和為命令控制字，根據控制字來(lái)設定將要接收的數據信息長(cháng)度，開(kāi)外部中斷0。

⑤判斷數據信息是否接收完畢，如果沒(méi)有，繼續接收數據信息，如果接收完畢，準備接收數據幀結束字符EOI，開(kāi)外部中斷0。

⑥判斷接收數據是否為EOI。如果是，設數據幀標志為1，如果不是，則將接收的所有數據拋棄。開(kāi)外部中斷0。

5結束語(yǔ)

隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展以及人們對高質(zhì)量生活的追求，小區智能化已成為住宅小區發(fā)展的趨勢。而智能抄表系統作為智能小區最基本的子系統，它對小區智能化的影響是顯而易見(jiàn)的。因此，對智能抄表系統作進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，具有廣闊的應用前景。