海量脈沖電表遠(yuǎn)程抄表現(xiàn)地采集模塊研究

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2.1脈沖采集板的結(jié)構(gòu)
采集板的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要以單片機 P87C591為核心，設(shè)計對 8路電表進行數(shù)據(jù)采集，并可以將數(shù)據(jù)存入SEEROM中，另外帶有掉電保護及通信接口等模塊。
采集模塊配有電源斷電監(jiān)視、數(shù)據(jù)保護功能，當(dāng)監(jiān)測到掉電情況時，及時在掉電前進行數(shù)據(jù)備份，防止突發(fā)斷電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
2.2脈沖采集模塊的硬件設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，每個采集模塊完成8個電表的采集任務(wù)，需要占用單片機的 8個 I/O接口。單個經(jīng)過光電隔離的脈沖數(shù)據(jù)采集電路如圖 2所示。

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圖中D0為VCC 保護二極管，R0為限流電阻，來保護光耦中的發(fā)光二極管。C10和R10組成RC低通濾波器，D10為鉗位二極管，處理尖峰類的干擾信號。R4和R5為分壓電阻。 R3為上拉電阻，起限流作用。
 
電表輸出的脈沖信號采用的是5V直流電。經(jīng)濾波后，進入光耦，然后電阻分壓到 4V的電平信號進入單片機。通過單片機P87C591的P2口來對脈沖信號進行采集，在圖2中還可以看到由于是上接上拉電阻，所以使得光耦輸出脈沖波形與電表輸出脈沖波形剛好反向。
2.3脈沖采集模塊的軟件設(shè)計
脈沖采集的軟件設(shè)計主要處理脈沖的準(zhǔn)確采樣，對當(dāng)前時段的數(shù)據(jù)做累計處理。并且軟件設(shè)計中包括了重復(fù)檢測及防抖動的抗干擾設(shè)計。軟件流程圖如圖3。
 
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2.4脈沖采集抗干擾措施脈沖采集電路的抗干擾能力決定著系統(tǒng)的精度和所采集數(shù)據(jù)的可靠性，需要從多方面 提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
2.4.1硬件抗干擾措施
從圖 2中可以看到，硬件設(shè)計中主要采取了光電隔離技術(shù)、低通濾波技術(shù)。光電耦合器的輸入阻抗小，只有電流信號才能驅(qū)動發(fā)光管，因此，可以隔離來自市電系統(tǒng)的感應(yīng)電壓及其過電壓。圖 2中 RC低通濾波器，濾掉高頻信號的干擾。因為電容的電壓非突變性，結(jié)合穩(wěn)壓二極管，可以將電壓鉗于一個比較穩(wěn)定的值，可以抑制尖峰類的干擾，可以吸收對來自空間電磁輻射對系統(tǒng)輸入的干擾，也確保進入單片機的信號脈沖有完好的波形。
2.4.2軟件抗干擾措施對輸入的脈沖進行捕捉、采集是抄表系統(tǒng)重要計量環(huán)節(jié)，模塊除了在硬件上采取了相應(yīng)的隔離和濾波措施，在軟件設(shè)計上也采取了重復(fù)檢測和防抖動的措施，提高脈沖捕捉的準(zhǔn)確、可靠。
2.4.2軟件抗干擾措施

對輸入的脈沖進行捕捉、采集是抄表系統(tǒng)重要計量環(huán)節(jié)，模塊除了在硬件上采取了相應(yīng)的隔離和濾波措施，在軟件設(shè)計上也采取了重復(fù)檢測和防抖動的措施，提高脈沖捕捉的準(zhǔn)確、可靠。
數(shù)據(jù)采集在中斷程序中進行，設(shè)定定時中斷周期為 2ms，在中斷服務(wù)程序中判別 8路
電表電平的狀態(tài)。對于每一路輸入信號，在收到高電平后，如連續(xù)采樣 10次均為低電平，則認(rèn)為是一個有效的低電平，這時記錄該路信號的累加器加 1。如在中間出現(xiàn)一個干擾信號，不予計數(shù)，用這種方法可以有效

 干擾干擾的抑制抖動類的干擾。如圖 4所示。

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 3、CAN總線通訊模塊
電表作為千家萬戶的分布群系統(tǒng)，實現(xiàn)多個模塊的級聯(lián)，對于遠(yuǎn)程脈沖電表抄表系統(tǒng)十分必要。采集模塊選擇合適的總線，能夠在一棟樓的范圍內(nèi)將所有脈沖電表的數(shù)據(jù)均可在最近處與采集模塊接口，對于應(yīng)用和提高系統(tǒng)的實用性，可靠性和便于維護都十分重要。
CAN(controller area network) 即控制器局域網(wǎng)，是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。 CAN 協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對數(shù)據(jù)通信塊編碼,因此可以以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點均可主動向其它節(jié)點發(fā)送信息；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可按系統(tǒng)實時性的要求分成不同的優(yōu)先級，一旦發(fā)生總線沖突，可減少總線仲裁時間，實現(xiàn)非破壞性優(yōu)先權(quán)仲裁；CAN 采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀為 8個字節(jié)，并采用了位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、 CRC 檢驗等功能，數(shù)據(jù)出錯率較低。在自動抄表系統(tǒng)中，采用 CAN 總線可以確保高可靠性，遠(yuǎn)通信距（ 5Km）和高的性價比的特點。 CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀為 8個字節(jié)，第一個字節(jié)表示主模板號，第二字節(jié)表示該總板下的具體脈沖采集模塊號，第三個字節(jié)表示該模塊號下的通道號，后面四個字表示該通道電表的脈沖數(shù)值。

4、掉電保護
掉電保護分為電源監(jiān)視模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。為了實現(xiàn)對掉電的過程控制，系統(tǒng)必須有監(jiān)視電源變化的能力。在本系統(tǒng)中采用芯片 MAX690A，做電源低電壓檢測。具體如圖 5所示。
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