基于分級通信模式的小區(qū)智能抄表系統(tǒng)

標(biāo)簽：分級通信  采集器

1引言

長期以來，居民小區(qū)的物業(yè)管理部門對用戶用電、水、氣的統(tǒng)計(jì)一直是在人工抄表的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。而人工方式由于統(tǒng)計(jì)工作量大，誤差大，人為錯誤等給物業(yè)管理和用戶也常帶來極大的不便。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，住戶三表(水，電，煤氣)出戶自動抄表自動計(jì)費(fèi)系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。一般小區(qū)內(nèi)的住戶數(shù)量較多，數(shù)據(jù)采集單元數(shù)目較大，同時由于數(shù)據(jù)采集單元可能離中央管理計(jì)算機(jī)較遠(yuǎn)，因此這類系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)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抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)組成

圖1所示是某小區(qū)的自動抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該智能抄表系統(tǒng)采用四層結(jié)構(gòu)，其中第一層是中央管理機(jī)，依次為集中器、采集器、現(xiàn)場采集儀表。

通過中央管理機(jī)及其軟件，管理人員可根據(jù)系統(tǒng)密碼的權(quán)限隨時查詢小區(qū)各個住戶的水、電、煤氣的實(shí)時及歷史使用情況。而集中器的主要作用是保存歷史和當(dāng)前采集數(shù)據(jù)，它在作為采集器主機(jī)的同時也作為中央管理機(jī)的從機(jī)，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(jì)數(shù)裝置可對脈沖信號進(jìn)行取樣。并可在斷線時向物業(yè)中央管理機(jī)報(bào)警，以防止有人偷電(水、煤氣)。采集器有24個通道，每個通道可單獨(dú)設(shè)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，也可以是無源信號，其脈沖頻率一般小于10Hz。現(xiàn)場采集儀表用于分別計(jì)錄用戶用水，電，煤氣的數(shù)量，并以電脈沖形式輸出。

中央管理機(jī)與采集器通信有定時采集(大于等于3分鐘)和主動采集兩種模式，具體操作可由操作者發(fā)出命令，它可以自動采集所有通道數(shù)據(jù)或特定通道的數(shù)據(jù)。上位機(jī)則通過采集器完成下列功能：設(shè)定通信波特率(缺省值為19200)、設(shè)定集中器到采集器的定時采集時間、設(shè)定采集器時間、獲取集中器中的采集數(shù)據(jù)和報(bào)警信號、設(shè)置某采集器數(shù)據(jù)、讀取某采集器設(shè)置數(shù)據(jù)以及開戶和銷戶等。

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，集中器定時或連續(xù)向采集器采集數(shù)據(jù)。當(dāng)上位機(jī)與集中器通信時，必須等待集中器與某采集器完成通信才能開始交互數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)中，中央管理機(jī)下掛4個集中器，每個集中器下掛126個采集器。由于RS-485總線最多可掛32個驅(qū)動器，因此，在某些采集器中，應(yīng)設(shè)置中繼器(該中繼器可由兩片背靠背的MAX1487組成)，以使RS-485總線下可掛126個采集器。

2.2通信協(xié)議

本系統(tǒng)的通信協(xié)議包括字符格式和數(shù)據(jù)包格式。在字符格式中，每個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(biāo)志位SOI(STARTOFIN-FORMATION)為7EH，對應(yīng)于ASCII碼字符“～”，代表一個新信息幀的開始。

從機(jī)地址ADR(ADDRESS)為各從機(jī)的識別標(biāo)志，一個數(shù)據(jù)總線RS-485上不能掛相同地址的從機(jī)。從機(jī)地址范圍為1～254，其中0為保留，255為廣播地址。

命令標(biāo)識符CID(COMMANDID)為各類型主機(jī)向從機(jī)發(fā)出命令的識別標(biāo)志。

信息域INFO(INFORMATION)為數(shù)據(jù)信息，可分為命令信息和響應(yīng)信息兩大類。

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

結(jié)束標(biāo)志符EOI(ENDOFINFORMATION)為0DH，對應(yīng)于回車符，代表一個信息幀的結(jié)束。

2.3脈沖當(dāng)量記費(fèi)原理

水、電、煤氣的記費(fèi)一般按水、電、煤氣表等的輸出脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)量?？赏ㄟ^下列公式計(jì)算出實(shí)際使用量和應(yīng)繳費(fèi)額： Q=NKR

式中，Q為應(yīng)繳費(fèi)額，N為脈沖數(shù)，K為每個脈沖代表的水流量、電度數(shù)或氣流量，R為單位價格。

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(zhuǎn)化為TTL電平。 MAX1487是一個+5V供電的RS-485接口差分信號收發(fā)器，它可通過CPU的P1.2口對接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。同時可將TTL電平轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)采集電路

圖3所示是一個有4個基于分級通信模式的小區(qū)智能抄表系統(tǒng)通道的數(shù)據(jù)采集電路，它們被連接到AT90S8515的PA0～PA3口，剩下的20路數(shù)據(jù)采集電路連接到PA口的高4位口線及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(jì)數(shù)。

4集中器的通信程序

在集中器中，AT89C52的兩個外部中斷 INT0、INT1可分別用來接收來自中央管理機(jī)和采集器的數(shù)據(jù)。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(dāng)ST16C2552接收到數(shù)據(jù)時，它將向CPU申請中斷以對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。下面的程序片斷采用C語言編寫。其功能是初始化 ST16C2552，并為集中器接收數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。

下面以接收來自中央管理機(jī)數(shù)據(jù)幀為例說明通信中斷服務(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開外部中斷0，判斷是否接收的是數(shù)據(jù)幀起始字符SOI，如果是，準(zhǔn)備接收下一字符;如不是，將接收的字符拋掉。

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

④接收數(shù)據(jù)和為命令控制字，根據(jù)控制字來設(shè)定將要接收的數(shù)據(jù)信息長度，開外部中斷0。

⑤判斷數(shù)據(jù)信息是否接收完畢，如果沒有，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)信息，如果接收完畢，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)幀結(jié)束字符EOI，開外部中斷0。

⑥判斷接收數(shù)據(jù)是否為EOI。如果是，設(shè)數(shù)據(jù)幀標(biāo)志為1，如果不是，則將接收的所有數(shù)據(jù)拋棄。開外部中斷0。

5結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)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(qū)智能化已成為住宅小區(qū)發(fā)展的趨勢。而智能抄表系統(tǒng)作為智能小區(qū)最基本的子系統(tǒng)，它對小區(qū)智能化的影響是顯而易見的。因此，對智能抄表系統(tǒng)作進(jìn)一步開發(fā)，具有廣闊的應(yīng)用前景。