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[導讀]一、引言基于AVR單片機及專用MODEM芯片的MTU(Master Terminal Unit中心調度機)、RTU無線電遙測系統(tǒng)。分散地分布在全市的管網(wǎng)監(jiān)測點上的遠端RTU(系統(tǒng)可帶256個RTU)采集數(shù)據(jù),

一、引言

基于AVR單片機及專用MODEM芯片的MTU(Master Terminal Unit中心調度機)、RTU無線電遙測系統(tǒng)。

分散地分布在全市的管網(wǎng)監(jiān)測點上的遠端RTU(系統(tǒng)可帶256個RTU)采集數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)處理后通過無線電臺向中心調度端發(fā)送數(shù)據(jù),中心調度端接收到數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)存儲,并送給模擬屏顯示。

二、設計思想

原有系統(tǒng)的使用中,主要存在以下幾個問題:1. 無線通信波特率低(300bps),誤碼率高,巡測速度慢,最多帶32個RTU終端;2. 當某一遠程RTU端的無線電臺一直處于長時間誤發(fā)射狀態(tài)時(簡稱“長發(fā)” )一直占用系統(tǒng)頻點,由于系統(tǒng)共用一組無線電頻點,這將使系統(tǒng)其他所有電臺無法通信,整個系統(tǒng)癱瘓,處于故障的電臺亦無法發(fā)送有效數(shù)據(jù),因而無法確定故障點,測壓點分布地域廣且分散,使得故障查找很困難,往往需要數(shù)天時間;3. RTU板集成度低,故障率較高,元器件難于采購。

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

我們通過軟硬件的有機配合,經(jīng)濟有效地解決了原有系統(tǒng)存在的問題及系統(tǒng)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板的無線調制解調MODEM集成在RTU板之上,簡化了系統(tǒng)的硬件結構。本系統(tǒng)RTU板具有無線通信波特率1200bps,誤碼率低,最多帶256個RTU終端,有效解決了因無線電臺“長發(fā)”引起系統(tǒng)癱瘓的問題,數(shù)據(jù)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。

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(jié)Flash程序存儲器,512字節(jié) EEPROM數(shù)據(jù)存儲器,8通道10位精度A/D轉換器,一個標準串口,1個16位定時/計數(shù)器,一個8位定時/計數(shù)器,1個實時時鐘,2個外部中斷,內置看門狗電路等。RTU所需的功能和數(shù)據(jù)采集功能基本上可以在此單片機上實現(xiàn);與無線電臺的連接選用OKI公司的MSM7512B MODEM芯片進行調制解調,與計算機的通信選用MAX232芯片進行,歷史數(shù)據(jù)存儲選用8K字節(jié)串行EEPROM存儲芯片AT24C64,電臺的供電由 CPU控制,通過繼電器提供。

2、數(shù)據(jù)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線電臺的通信,首先保證無線通信的精確。與PC機的通信通過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,實現(xiàn)兩個波特率為9600Bps半雙工三線制串口通信,其接收數(shù)據(jù)采用中斷方式。

(2)無線電臺之間的無線通信

我們把通常獨立于RTU板的無線調制解調MODEM集成在RTU板之上,如此簡化了系統(tǒng)的硬件結構,降低了成本,并且提高了通信的可靠性,實現(xiàn)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。在實踐中,我們發(fā)現(xiàn)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(wěn)定狀態(tài),此時的數(shù)據(jù)容易產(chǎn)生誤碼,根據(jù)實驗,得出一個比較合適的延時時間,我們在控制無線電臺收發(fā)轉化后延遲適當?shù)臅r間,使數(shù)據(jù)傳送的可靠性和準確性得到了很大的提高。在數(shù)據(jù)傳送過程中,加入系統(tǒng)碼、RTU站碼,求和值低字節(jié)等校驗,保證了系統(tǒng)通信的可靠,正確。

3、無線電臺處于長時間誤發(fā)射狀態(tài)時(“長發(fā)” )系統(tǒng)癱瘓的解決對策

(1)在RTU板上設置電臺電源控制端口(無線電臺的電源由單片機通過繼電器控制)

RTU板可控制電臺電源的通斷;設置軟件陷阱,RTU在15分鐘內若無接收到來自電臺的任何信號,則可能是電臺“長發(fā)” 、電臺接收故障、其它電臺“長發(fā)” 、RTU數(shù)據(jù)端口故障、中轉臺故障,此時切斷電臺電源,但15分鐘后再開通電臺電源,繼續(xù)上述檢測過程,這時若是由于中轉臺、其它電臺“長發(fā)”等外部引起的故障而接收不到信號的情況,RTU板的工作得于恢復正常;設置看門狗復位系統(tǒng),程序引起的工作故障可以得到復位。

(2)中心調度室判斷

如果只接收不到某些點信號,其它點一直正常,那么是這些點自己有故障;如果一直接收不到所有點信號,那么是中轉臺、調度機故障或頻點受到連續(xù)干擾;如果 15分鐘只接收不到某些點信號,其它點正常,15分鐘接收不到所有點信號,那么是某些點出現(xiàn)“長發(fā)”現(xiàn)象,可以從可接收數(shù)據(jù)的15分鐘里判斷故障點;如果接收到的數(shù)據(jù)時有時無,不是15分鐘間隔的規(guī)律,此時為系統(tǒng)頻點受到干擾或中轉臺、調度機的不規(guī)律故障。

通過采取以上的各項措施,可以較快的查找故障點、杜絕由于電臺“長發(fā)”引起的系統(tǒng)癱瘓,大大減少了維護工作量和維護成本。

4、數(shù)據(jù)采集

遠程遙測RTU分布在全市的管網(wǎng)監(jiān)測點上,環(huán)境比較雜亂,其周圍環(huán)境存在著各種各樣的干擾,在輸入通道做濾波處理,通過硬件電路濾除較大的干擾,為提高采集數(shù)據(jù)的可靠性和精確度,軟件設計采用離散的采集方式,同時根據(jù)具體情況選用相應的數(shù)據(jù)濾波技術。

(1)離散的采集方式

在設計模擬量輸入對現(xiàn)場的壓力等多個參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集程序時,我們按照“離散采集同一參數(shù),連續(xù)采集不同參數(shù)”的原則進行設計。因為短時連續(xù)地采集同一參數(shù)容易使采集到的數(shù)據(jù)值都受到干擾的影響,數(shù)字濾波技術對此無能為力;而采用“離散采集同一參數(shù),連續(xù)采集不同參數(shù)”的方法使參數(shù)采集離散在時空中,降低了干擾的概率,并使干擾分布在不同的參數(shù)上,這樣采用多次采集和數(shù)字濾波即可除去干擾的影響。

(2)數(shù)字濾波技術

數(shù)字濾波是通過一定的算法程序對采集信號進行平滑加工,在此我們對每一數(shù)據(jù)進行四次采集,算法上采用去掉最高、最低值,其余數(shù)據(jù)取算術平均的辦法,消除或減少干擾,保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實性。 通過使用上述抗干擾措施,大大提高了系統(tǒng)抗干擾能力,保證了系統(tǒng)的可靠運行。[!--empirenews.page--]

四、應用與推廣

系統(tǒng)自2000年5月正式投入運行兩年多以來,工作穩(wěn)定,做到基本無故障運行,為公司的合理調度,節(jié)約能耗,及時發(fā)現(xiàn)破管等工作做出了貢獻,經(jīng)濟效益顯著。本系統(tǒng)通過廈門市科技局組織的鑒定技術水平為國內領先。該系統(tǒng)通用性較強,接口標準,適用于市政、電力、環(huán)保、水利等行業(yè)的遠程數(shù)據(jù)采集要求,有相當?shù)耐茝V空間。

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