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浅议电表自动抄表系的背景,发展历史及未来趋势

发布时间:2020-01-08 18:42文字数:14182字

  摘要:随着电子和计算机技术的发展,实现多用户能耗仪表的智能抄录已经成为可能,特别是建设部提出了小康型住宅小区的规划要求,并逐步实行能耗仪表出户的统一管理,实现微机自动检测、计量和收费。本文针对目前居民小区的电能计量中实际存在的收费分散、计量信息实时性较差、工作效率低下和计量计费不准确等现状,以及能耗计量的数据远传和联网等问题,设计了一种实用的远程自动抄表系统。该系统具有成本低廉、计量准确、工作稳定可靠和系统安装维护方便等特点。

  关键词:技术;数据;智能

  第1章绪论

  本文的研究课题是电表自动抄表系统,本章主要解释主题设计的背景以及现实意义,并介绍了国内外在该领域的抄表技术的发展历史、现状以及未来趋势,设计内容以及任务,并提出全文的同时一章阐述了体系结构。

  1.1课题的提出以及意义

  随着人们生活水平的提高以及住宅商品化的发展,住宅建筑的质量以及等级越来越高,住房环境以及物业管理水平的要求也越来越高。这样,传统抄表以及计费方式的弊端也越来越突出。抄表的难度也是各部门管理中的一个问题。其困难如下:

  1要进入家用计量比较困难。由于居民生活水平的提高、家庭财产的价值以及用户对隐私权的日益重视,用户不愿被他人打扰。与此同时,抄表只能在早上以及晚上进行,而抄表机实际使用的时间也缩短了。所以,电费、水费、暖气费、燃气费等费用,实际费用往往比统计数字低得多,费用也很严重。

  2管理部门有很大的负担。低阅读率、长期以及缓慢的资本恢复严重影响了这些行业的经济效益。

  3过多的管理费用。随着城市的发展,用户将会越来越多,公司开始移动抄表管理以及操作人员也相应增加,这将严重制约相关企业以及机构的发展。

  4抄表以及劳动强度增加。抄表操作人员工作条件差、效率低、劳动强度大,但目前大部分费用是人工抄表、收费、人工清理,很难适应企业管理信息的形式要求。

  正是因为上述各种困难,建设部提出建设好住宅小区的规划要求,明确提出的建设以及扩张统一规划的居民区,一步一步的实现水、电、气三表室内统一管理,实现微机自动检测、计量以及收费。随着居民小区物业管理水平的不断提高,在目前的许多住宅小区,计量问题的能耗已由原来的管理逐步向社区物业管理部门统一管理。现代物业管理需要在规范化、自动化以及科学化方面不断取得进展。多表网络远程传输系统将越来越受到用户以及市场的认可,市场全景非常广泛。所以,对于多用户电表的研究生来说,网络远程抄表系统非常迫切。

  1.2国内外发展状况

  近年来,智能抄表技术已在国内外发展起来,国内外许多国家都在开发以及开发智能抄表系统。在国外,如美国等发达国家,智能抄表系统已被广泛应用于分销管理。以色列特别是尼克(unb)技术公司开发了集电极集中抄表系统,利用现有的电网以及电表,电力线作为信息传输介质,建立了数据收集以及通信系统,通过线路载波技术进行远距离传输信息。由杭州沃特系统电力有限公司开发的自动化仪表公司计划,依照用户需要,在界面上使用RS - 485接口,零电压脉冲继电器输出或4 ~ 20ma线进行远程监控。D - Tech公司开发了SMI专用模块,用于数据收集电子能表,输出数据为400脉冲/度或800脉冲/度[1]。在国内,虽然智能抄表技术的研究起步较晚,但发展很快。目前国内生产的智能仪表读数超过150家厂家。通过电力设备以及仪器检测中心的电力行业,近100家厂家已获得了165多项专利。据不完全统计,在智能抄表列表中安装了超过250万米的阅读技术:总线、载波、红外、工作频率以及超窄频带(UNB)。仪表读数多样化:单台、多台。系统功能逐步完善,除仪表读数外,还设有线路损耗统计、电力评估、远程控制、自动充电、网络与银行。

  1.3课题可行性论证结论

  本文重点介绍了住宅小区能耗测量的现状,以及为数据传输以及能耗测量网络设计的远程抄表系统。该系统主要采用廉价的单片机作为中央处理器。为社区用户收集能源消费信息。系统采用分布式结构,通过上位机形成典型的分布控制系统。系统充分考虑了现场总线通信规范传输距离以及传输速度的极限,两个系统的负载能力,并改善远程传输系统的可靠性,各种各样的远程传输基表以及微机系统之间采用两个级别的收集器的结构。其中,由于远程基表的能耗信息,二级收集器被称为收集器。主收集器被称为数据集中器,因为它负责从数据收集器中收集数据并将其上传到顶级计算机。在主机与集中器之间,集电极能够进行现场总线数据传输,通过引入一种屏蔽的双成对能量消耗信息收集表,并通过接口类型DF多用户watth -hour meter直接通过接口类型DF多用户电能表接收用户的电能信息,直接进行转换存储、收集以及收集电能。从而形成了两级分布式控制系统。

  1.4本文所完成的主要工作

  针对电表网络远程抄表系统的发展现状以及存在的问题,结合本项目的设计任务以及技术要求,本文主要解决了以下几个问题:

  1完成远程抄表系统的硬件设计,实现以下功能或性能:

  (1)能耗:数据收集器正确收集用电信息并将其存储在收集器中;自动计时的仪表读数,数据存储在集中器;通过红外抄表仪能够得到集中器的能耗数据;集中器自动收集仪表,并将仪表的数据存储在集中器中。上位机能够远程获取用户的各种能源消耗信息。

  (2)参数设置:上位机能够设置选矿机以及集电极的参数,能够设置用户的功率,并可依照仪表的信息设置收集器。

  2完成各部分以及上位机的软件设计:

  (1)设计收集器以及集中器的硬件,包括系统主流以及每个子程序的编译;每个硬件的驱动以及初始化。

  (2)上位机软件设计:上位机的软件编程由客户/服务器客户服务形式。

  第2章抄表系统总体结构设计

  2.1系统组成

  智能抄表系统是完全的通信检测控制系统,上面是计算机管理的工作。这些层由各种工作站、机械安装等计算机装置构成,具有软件、读出数据、统计电力等功能。各个站都有被称为“集中器”的中间转移层。集中器在各台设置一台,负责管理职及下侧及收集层的通信连队,主要负责通信及临时数据。下面的通讯使用了巴士的技术;除了总线技术之外,还包括诸如红外线、无线电的辅助通信装置。最下层是电表层,由各种电表构成,主要是消费量。在实际系统中,成本以及实际使用情况以及系统结构发生了不同的变化。现在的都市民居大厦,为了使用人工照片,为了修理而设置了集中的表,因为一个单元的数十户用户表被设置在相同大小的范围内。所以,在这种情况下,在没有派生方法的情况下,这些方面在最下层被扩展。

  2.2通信规范的选择

  本系统的一个重要的问题这就是通信问题。要依照系统的通信距离来选择合适的通信规范。如果通信距离要求太高的话,能够采用电话线公网或者无线GPS等方式来进行通信。在通信方式中,大多数采用串行通信方式。这里先对常见的串行总线规范作一个比较。我们知道,RS-232以及RS-422有一个显著特征,即RS-232接口与RS-422接口通常吸用于点对点通信系统中,若系统中需要相互通信的节点数超过两个时,他们都无法直接满足要求。所以,EIA制定了新的接口规范RS-485,它能支持一点对多点的通信,RS-485电气规范与

  RS-422完全一模一样,只是RS-485工作于半双工方式。5RS-485规范总线是一种平衡传输方式的串行口接口规范,它允许在电路中有多个发送器,且允许一个发送器驱动多个负载设备,负载设备能够是被动发送器、接收器或收发器的组合单元。RS-485的共线电路结构是两个平衡传输的两端都配置终端电阻,其发送器、接收器、组合收发器能够挂在平衡传输线上任何位置,在数据传输中实现多个驱动器与接收器通用同一传输线的多点应用。

  RS-485通信接口的信号传输是用两根线之间的电压差来表示逻辑“1”或“0”的,因为发送端仅需两根传送线,而接收端也只需要两根传送线,这样,RS-485接收端与发送端公需两根线就能完成信号传输。RS-485规范总线的特征是:抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远,在采用双绞线,不用Modem的情况下,在100Kbps的传输速率时可传送1200m,若速率为960Kbps时,能够传送1500m,甚至更远。由于RS-485具有上述优点,能够支持一点对多点的通信,便于组网通信距离也能满足本系统的设计要求;且电表联网远程抄表系统对实时性要求不高,能耗的抄取也是不经常发生的,一般情况下仅需要每月抄一次。所以本系统选择了半双工的RS-485的通信规范。

  2.3系统总体方案明确

  在我们明确了通信规范之后,就能够对整个系统进行设计了。既要充分考虑RS-485通信规范中对传输距离以及波特率的限制,又要兼顾到系统的带载能力,来确保系统运行的可靠性,在基表与上层管理微机之间,采用了收集器、集中器两级结构形式,上位微机与集中器之间可通过RS-485总线进行数据传输,收集器通过屏蔽双绞线收集用户各种远传能耗基表的信息,并进行换算以及存储;收集器对电量的收集能够直接通过DF型电能表上的RS-485接口接受用户的电量信息,也能够通过收集器上的红外接口,利用专用红外抄表器对收集器进行各种能耗信息的读取等整个系统采用如此结构主要有以下几方面考虑:

  第一,成熟的技术保证了系统的顺利实施。另一方面,随着当前市场的成熟以及科技的进步,在国内市场上形成了符合国家计量规范的专业企业。传输网络,另一方面,通常rs - 485或lonworks技术转移网络平台,构建技术本身也完全成熟,所以,正确的应对组装软件开发建立一个完整的通信协议,系统的稳定性能够保证网络传输。

  其次,系统采用了RS-485通信规范。由于RS-485接口能够在一个通道上进行半双工通信,所以,只需两根经便可实现双向通信,大大的方便了构成一点对多点或多点之间的相互通信。所以能够用组建RS-485网的方式将系统中的收集器、集中器以及上位微机等构成有机统一的两级分布式网络系统。

  再者,这是以及扩充的综合布线系统,也有容易迅速发现故障,再者,两个分散型网络系统,提高系统的带宽能够大幅提高。另一方面,2级的分散型测量系统,能够与系统灵活的运用结合,并且还能满足中小规模的变化要求,比如电池建设规模。再者,2级的分布式测量系统扩大了系统的应用能力,增加管理员的管理能力,对系统的普及以及应用更合理。

  再者,前微处理器的应用,用户的各种能源消费数据,更有效地记忆,并能处理及分析,简历,数据查询,数据通信请求,书的印刷报告生成,以及系统维护等功能,能够实现。再者,能够利用数据收集、集中机来简单地设置参数设置、运行状况的监控等,系统正常运行。

  第3章抄表系统的模块功能设计

  3.1抄表系统的整体结构

  在了解国内外现有的产品特征的基础上,为了使抄表器的功能更加完善,设计的抄表器具有计数、数据存储以及数据处理、电量及其状态的显示、与控制中心通讯等基本功能。整体结构系统的整体工作流程如下:

  1.脉冲收集计数模块依照脉冲计算出电表的数据,存储于内部的RAM中。

  2.AT89C51依照时钟模块的时间设定,定时向脉冲计数模块发送数据传输命令,收集其电表中的数据,并依照设定好的程序,存储于外部的RAM中,等待上位机的查询,并把没有反应过来的终端的号码记录下来,上传给上位机。

  3.在上位机操作中,能够随时复制以及复制两种模式;上位机周期性地依照系统设定的时间对每个脉冲收集计数模块中的数据进行查询。在任何时候被复制,在特定的情况下,由单个用户审查。在这两种模式下,对未响应的终端进行备份并发出警告。

  ◆与MCS-51系列的单片机相容;

  ◆片内集成4KrFLASH存储器,可反复编程/擦除1000次;

  ◆全静态设计,时钟频率范围为0~24MHz;

  ◆32条可编程的I/O口线;

  ◆128×8字节的内部的RAM;

  ◆芯片有2个十六位计数器(计时器);

  ◆共有5个中断源,2个中断优先级;

  ◆可编程串口通道;

  ◆具有4种工作模式的全双工串行口;

  ◆低功耗的待机工作模式以及掉电工作模式;

  ◆片内振荡器以及时钟电路;

  AT89C51是一种性价比高,功能先进的8位微处理器,在许多的嵌入式系统中得到了广泛的应用,尤其是内部4K字节的EPROM为使用者提供了很大的方便,当应用程序较小时,不用为CPU添加外扩的ROM。空闲工作模式以及掉电保护模式能够保证CPU工作在低功耗的状态下,内部的RAM的数据不会丢失。1.AT89C51芯片主要引脚介绍

  (1)VCC:AT89C51电源正极输入,接+5V电压;

  (2)GND:电源接地端;

  (3)XTAL1:接外部晶振的一个引脚。在单片机内部,它是一个反相放大镜输入端,这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡时,该引脚应接地;

  (4)XTALI2:接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反向放大器输出端以及内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时,则此引脚接外部振荡信号的输入;

  (5)RST:AT89C51的复位信号输入引脚,高电位工作,当要对芯片复位时,只要将此引脚电位提升到高电位,并持续两个机器周期以上的时间,AT89C51便能完成系统复位的各项工作,使得内部特殊功能寄存器的内部均被设为已知状态;

  (6)ALE/PROG:ALE是英文“ADDRESSLATCHENABLE”的缩写,表示地址锁存允许信号。当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程器件,此引脚用于输入编程脉冲。在低电平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/16.所以它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时,ALE只有在执行MOVX、MOVC指令时才起作用。再者,该引脚被略微拉高。如果处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。

  (7)EA/Vpp.:该引脚为低电平时,则读取外部的程序代码(存于外部EPROM)来执行程序,在8051中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储空间。如果是使用AT89C51的其他内部有程序空间的单片机时,此引脚接成高电平使程序运行时访问内部程序存储器,当程序指针PC值超过片内程序存储地址时,将自动转向内部程序存储器继续运行。此外,在程序代码烧录至89C51内部EPROM、89C51内部FLASH时,能够利用此引脚来输入提供编程电压(AT89C51为12V);

  (8)PSEN:此为“ProgramStoreEnable”的缩写。访问外部程序存储器选通信号,低电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时,每个机器周期产生二次PSEN信号,在执行片内程序存储器指令时,不产生PSEN信号,在访问外部数据时,亦不产生PSEN信号;

  (9)P0、P1、P2、P3口

  P0口(P0.0~P0.7)是一个8位漏极开路双向I/O端口,当访问外部数据时,它是地址总线(低8位)以及数据总线复用。外部不扩展而单片机应用时,则作为一般的双向I/O口用。P0口每一个引脚能够带8个TTL门电流;

  P1口(P1.0~P1.7)是具有内部提升电路的双向I/O端口(准双向并行I/O口),其输出能够带4个TTL门电流。仅供用户作为输入输出用的端口;

  P2口(P2.0~P2.7)是具有内部提升电路的双向I/O端口(准双向并行I/O口),当访问外部程序控制器时,它是高8位地址。外部不扩展而单片机应用时,则作为一般的双向I/O口用。每一个引脚能够推动8个TTL门电流

  P3口(P3.0~P3.7)是具有内部提升电路的双向I/O端口(准双向并行I/O口),它还提供特殊功能,包括串行通信、外部终端控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或定入控制等功能,其特殊功能引脚分配如下:

  P3.0RXD串行通信输入

  P3.1TXD串行通信输出

  P3.2INTO外部中断0输入,低电平有效;

  P3.3INTO外部中断1输入,低电平有效;

  P3.4T0计数器0外部事件计数输入端;

  P3.5T1计数器1外部事件计数输入端;

  P3.6WR外部随机存储器的写选通,低电平有效;

  P3.7RD外部随机存储器的读选通,低电平有效;

  如何保证WDT正常运行也是一个关键问题,要针对WDT失效的困难,采取多种措施,防止失效,从而进步提高系统的可靠性:

  (1)尽量降低干扰源的存在,并且降低不可去除干扰的影响,如电源电压的波动、尖峰、浪涌等,他们都是强度比较大的干扰源,要加强过滤与去除;

  (2)对本机任务进行分流,合理的配置CPU的操作任务,能在上位机运行的功能,一般应放在上位机运行,因为上位机的运行环境良好,便于控制,从而降低本机出错的概率;

  (3)对地址指针、过程控制程序中判断转换的条件状态等关键数据进行实时备份,当由于数据被改而使WDT失效时,能够从过备份RAM中恢复这些关键数据,从而也使得系统恢复。对没有用到的EPROM以及RAM区,一律写在FFH或者OOH,当CPU由于干扰“跑飞”到这些不用区域中时,不会产生误操作。采取以上措施,能够较好的提高WDT的稳定性,有利于系统的正常运行。

  3.3电能的收集以及计数模块

  1.功率计量部分实现对电流以及电压信号的采样,产生功率脉冲功能。其核心是AD7755芯片,该芯片是专门用于功率测试以及电能测量的专用集成电路,是目前电子式电度表的核心芯片之一。功率计量部分包括AD7755、分流器、分压电流、基本电压源、保护电路图、光耦合器输出电路。LPF561121516789211212141320222423101718电源监控电路VIPVINV2PV2NADCADCΦHPF数字-频率转换器相位校正

  2.5V基准网PGAX1,X2,X8,X16110101110101信号处理电路REFIN/OUTCLKINSCFS0S1REVPCFF1F2RESETDGNDDVDDAC/DCAD7755AVDDAVDDG0G1图3.10AD7755的内部框图2.AD7755的内部结构如图3.11所示,在该芯片上集成了增益可选的放大器(PGA)、增益固定的放大器、16位二阶模数转换器(ADC)、相伴校正电路、可选的高通滤波(HPF)、数字乘法器、低通滤波(LPF)、数字频率转换器(D/F)、电压监视器及2.5V的内部电压基准源。通过分流器、分压电路分别对电流以及电压信号进行采样;电流通道以及电压通道的信号经放大器放大后,通过AD7755内部A/D转换器为两路数字信号,然后经乘法、低通滤波、数字频率变换等电路的处理,AD7755输出与瞬时功率成正比的脉冲,并将此脉冲送至微处理器MCU。

  3.AD7755是CF引脚能够提供脉冲常数为1600IMP/KWH(脉冲数/千瓦时),将此输出脉冲用LED以及光电耦合器隔离输出,然后送入MCU的终端输出引脚,由MCU控制计量功率脉冲。AD7755产生的输出频率与两个电压信号乘积的平均值成正比。AD7755通过计算通道1以及通道2两个输出电压的乘积,然后对乘积进行低通滤波,获取有功功率信息。再将这个有功功率进一步的转换为频率,以低电平有效的方式从F1以及F2输出。这个频率是对有功功率信号经过相当长的时间累积产生的,所以这个输出频率与平均有功功率成正比,有功功率放大器平均过程中隐含在数字-频率转换中完成的,加在AD7755上的输出电压值为U1以及U2。F1以及F2输出的脉冲频率F以及输出电压信号的有效值U1以及U2有一定的数量关系。F=(8.06×U1×U2×G×F)/Uref式中;F为引脚F1以及F2输出的频率(HZ);U1为差动输入电压的有效值(V);U2为差动输出电压的有产值(V);G为1、2、8、16取决于PGA的增益,由G0以及G1的逻辑输入决定;Uref为基准电压(2.5V±0.8%)(V);F1-4由主时钟CLKIN分频获得,分频系数由S0以及S1决定电路连接

  3.2数据传输模块

  通常情况下,集中器都是安装在小区某楼总出口处,对于城乡用户来说,集中器一般都会选择较为集中的地方,这个相对来说这就是比较复杂[13],因为这样它的传输距离更大,往往达到千米以上,为此,我们选择了RS-485的数据通信规范。规范通信接口电路的主要性能参数见表3.1

  表3.1规范通信接口电路的主要性能参数

  2.MAX485芯片MAX485芯片是MAXIM公司生产的差分平衡性收发器芯片,集成片包含一个驱动器以及一个收发器,适用于RS-485通信规范。

  ①性能及特征:

  ◆单+5V电源供电;

  ◆低功耗,工作电流120~50uA,静态电流只有300uA;

  ◆驱动器有过载保护功能;

  ◆通信传输线上可挂32个收发器;

  ◆共模输入电压范围-7V~+12V;

  ◆8引脚封装,适用于半双工通信;

  ②引脚描述:RO:接收器输出端,若A端高于B端200mv以上,R0为高,否则R0为低。RE:接收器输出使能端,若DE为高,驱动输出A以及B有效,器件作线驱动器用(发送);若DE为低,它们呈高阻态,这时RE为低,器件作线接收器使用(接收)。DI:驱动器输入,DI为低将迫使输出为低,若DI为高将迫使输出为高。B:反相接收器输入与反相驱动器输出。A:同相接收器输入与同相驱动器输出。GND:接地Vcc:电源正极

  第4章抄表系统软件设计

  在微机测控系统中,软件的重要性以及硬件一模一样重要。一旦明确了系统的硬件电路,系统的主要功能就需要通过软件实现。如果硬件是身体,那么软件这就是灵魂;如果硬件决定了产品的成本,那么在硬件设计合理的前提下,软件在很大程度上决定了产品的性能。所以,智能电表的设计主要是软件的设计。系统的方便性以及灵活性主要体现在计算机的软件设计中。对于高可靠性要求的远程抄表系统尤其如此。

  4.1软件设计的基本原则

  为了满足远程操作表系统的设计要件,必须按照以下基本原则创建软件。

  1读取可能性以及保护性。这通常被称为软件系统,其结果容易被修改以及互补。生产过程自动化程度高,测量以及控制系统,结构复杂,设计人员在短时间内的整个系统的软件设计以及调试无法掌握,所以没有问题,所以容易修改容易改善情况。在软件设计方法中,结构化编程是最好的设计方法之一。部分地部分地执行设计方法部分。考虑到整个系统的实现功能,考虑到明确全体目标,目标能够逐步执行小的任务、执行任务,将它细分为几个副任务,进而进一步细分。在此过程中出现了一些问题,软件能够轻易修改。然后构造设计最合适。远程操作表系统的软件设计采用上述示例性设计方法。不仅要明确设计的目标,而且实行调试以及系统也很方便。如果各自的孩子分开运营,就像构筑块一模一样,只要将其结合起来进行适当的设定,就会有很多问题。即使存在问题,也能够依照问题的类型以及现象来判断,并对系统功能的扩大以及移植提供大的便利性。

  2实验性。从系统软件的测试来看,测试以及实验软件比较容易。这个软件设计完成后,首先在模拟环境运行。通过静态分析以及动态仿真,证明了方法的正确性以及可能性。

  3正确。在整个系统中具有重要意义,而更实用的远程操作表系统中,其结果的正确性直接关系到千家万家的切身利益。所以,选择算法选择以及数字可符合国家的技术规范。

  4及时性。这是系统的一般要求,是要求在外部时间上进行反应并给出结果的系统的一般要求。近年来,硬件结合的软件化以及速度的提高,与对应相比,系统的实时要求更容易满足,具体能够使用汇编语言软件。

  5可靠性。这是系统软件的最重要的指标,其中之一是环境变化的动作参数,软件能够执行明确的结果,这不能适应软件的要求。其次,在恶劣的环境以及严重的干涉中,软件系统能够得到信赖,整个系统的信赖度非常重要。

  4.2系统软件设计

  4.2.1上位微机发送命令到达的路径

  集中器主程序等待命令pc机,pc机发“清零”菜单命令时,集中器先存储器清零,收集器的量,再转送菜单“清零”的命令,该命令收集器收视终端时,先收集器的存储器收集器相同量清零,重新后卫菜单,“但是清零”的命令,但后卫从菜单命令“清零”后,那是所有的量清零,然后应答信号收集器”菜单的“清零,菜单从收集器后卫的菜单“清零”应答信号的清零后,知道了那是菜单命令己经完成收购,那个时候集中器、收集器集中回答,接收器发送后,再回答命令pc机,pc机在知道了。“但是清零”己经完成以及命令。

  其它命令的执行路径与上述命令的执行路径基本类似,并且省略其描述。集中器,另一方面要从接收电脑的命令,或处理,存储器读取、消耗、参数写入以及内存消耗,情况比参数,另一方面要依照这一命令,下级的收集器传输网站继续等待,然后从接收信号收集器的回答,命令收集器回答成功了的时候,应答器能够把精力集中到pc机发命令了。在收集器中,收集器接收集中器传输的命令,执行处理,并且对能量、参数的预备、抄写进行,事先写入存储器,并在删除时读取存储器。同时,进行与红外线的通信,进行消耗功率、参数的预先准备以及写经。再者,后卫面向多用户发送指令,指令传送的通讯,发送指令,后卫电流桌子接收指令传输,再者,不发送指令的时候,处理应制定成功的标志。在此情况下,能够通过集中设备来回答。

  4.2.2远程抄表主程序的设计

  在整个远程抄表系统中,集中器的主要作用是通信,它是收集器以及上位微机PC之间进行信息交换的桥梁以及纽带。所以,在集中器的主程序中串行中断应该打开,使它处于接收PC机命令的状态。

  4.2.3各子程序的设计

  1.清零子程序的设计

  在整个抄表系统中,一开始处于运行的时候,为了避免误操作而使得电表中保存的数据丢失,所以清零程序应该在整个系统的波特率设置之后就该有效,即通电前按住清零键,液晶显示清零并且开始闪烁,之后松开清零键,整个系统就开始正常运行。这个清零包含了很多,包括脉冲计数单元的清零;运算单元的清零;单片机存储系统中的存储区域的清零。

  2.接收数据与通信的程序设计

  主程序中的串行中断打开,使它处于PC机的接收状态,还要用中断的模式来定时的收集数据收集模块中的能量数据。这里的主程序就该处于接收等待状态,且一直与上位PC机处于通信状态,当PC机发送命令时,主程序就中断,去接收数据收集模块中的能量数据,且在接收PC机命令成功时,设置接收成功的标志。这个时候主程序就处于延迟状态,等待收集程序处理,开始抄表命令存储命令户号命令清零命令抄写电表电量存储电量读写户号清零程序Return图4.4数据收集子程序

  3.数据收集

  子程序PC机向数据收集发送不同的命令,包括设置参数,抄表数据,保存数据,设置户号,电表数据清零等。这样数据的收集就需要一个个的去看PC机发送的什么命令,依照命令的不同来分支一步一步的处理,如图4.4所示。

  4.脉冲收集子程序

  由于AD7755是脉冲计数能量,程序中判断脉冲的下降沿来时,进行脉冲计数,当各个用户的脉冲数大于160时,该用户的电量的存储区内自动的增加0.1度,电量的累计值储存进入用户的电量储存区内。

  5.显示子程序

  电表在运行的过程中,各个用户的电量在不断的累计相加,并且进入存储器的电量储存单元中,依照程序的设计要求,每隔一段时间显示模块就显示用户的信息,诸如用户号,用电量等。依次循环,在等到最后一户的电量的信息显示完毕就对所有用户的电量进行合并显示。

  6.数据传送子程序

  在数据收集模块完成数据收集后,要有MCU主机关闭传送给网络的上行通道,并且将数据收集模块中的数据上传并保存,这个部分是关系到整个系统的数据的准确性的一个重要方面,所以他的程序设计也显得十分重要。

  第5章 系统的抗干扰设计

  智能抄表系统多年来要求网络罢工,环境很复杂,系统容易受到外部的电源以及磁场干扰。再者,由于系统运转的稳定性与一般家庭的利益密切相连,所以干扰设计在单一屏幕系统的开发过程中不可忽视的内容。外部干涉的有效解决的系统数量的可靠性、准确性下降,进一步系统的使用价值问题的影响,本课题在硬件、软件的交叉,系统的可靠性提高的措施。

  5.1硬件抗干扰设计

  5.1.1稳压电源的考虑实践证明

  系统失效以及硬件损坏是由各种干扰引起的,而90%左右的干扰来自于电源。可见电源的优劣对系统的影响相当大。目前有以下几种电源可供选择。

  1)阻容分压式采用简单的阻容分压、滤波,这种电源稳压性能差、电源波动大、带负载能力小、电网干扰极易窜入。

  2)开关电源这种电源稳压性能好、波纹小,但成本高。

  3)线性电源这种电源稳压性能好、隔离性好、价格适中,电路如图5.1所示。图5.1稳压电源电路图本系统有如下几组电源:+5V供单片机;±5V供电能收集模块;+5V供通信模块单片机对电源要求最高,采用线性稳压电源。交流7.5V经过硅堆整流、电容器滤波、7805集成稳压模块稳压。通信模块亦采用线性稳压电源。电能收集模块使用±5V采用阻容分压即可满足要求,其具体电路见本文相关部分。

  5.1.2串行EEPROM的选择

  用于存储电能数据的存储器,其存储的可靠性至关重要。一般思路是考虑24XX系列,写入次数允许10万次,在掉电时存储,可使用50年之久。一般使用寿命为15年,所以此法是可行的。

  5.1.3采用光电隔离技术

  光电隔离技术是通过光电耦合器输出信号通道以及输入信号的通道以及中央处理单元,光电耦合器隔离输入信号是通过内部的发光二极管光信号,然后,内部的电子信号转换成光敏晶体管均实现输入输出的电气隔离,输入,也完全隔离,出口的各种干扰。这是由于通过光信号实现有用的信号的通常传输,是非常好的抵抗措施,并且广泛地采用。在本系统中,通过使用光耦合器实现传输信号,并分离了干扰的作用。

  5.2软件抗干扰设计

  在提高硬件抗干扰能力的同时,软件看干扰以其设计灵活,节省硬件投资,可靠性好越来越受到重视。在本系统中,采取以下几个措施:

  5.2.1单片机程序

  出错时能自动纳入正轨当微处理器受到各种干扰时,程序指针PC可能出错。因为MCS-51系列指令二字节、三字节指令较多,若运行至程序区,将操作数当成操作码执行,便会引起混乱;若跳到非程序区,很可能陷入某种循环不能出来。所以,针对以上两种情况,分别采取不同的方法解决。首先采用指令冗余的办法,在程序出错时,便能够自动纳入正轨。具体措施是,在N字节指令后加N-1个空操作指令;其次,在非程序区,设置LJMP0000的陷阱,使程序能软件复位。

  5.2.2采取措施保证数据写入的可靠性

  正常掉电时,微处理器检测到掉电检测电路送出的掉电信号后,在几十毫秒内将电能数据写入EEPROM,这是最起码的要求。但在程序指针PC出错时若改变电能数据寄存器并把错误的数据写入EEPROM中,这是不允许的。再者,电表在校验时要经历慢上下电的考验。慢上下电对微处理器是致命的,这时不但程序指针PC出错,还会产生掉电信号,这极易写入错误的数据。这时采取以下措施,便可很好的解决此问题:

  (1)正常写入EEPROM之前,要进行一系列操作,可将其分成几部分。每一部分设置一写入口令。只有程序正常一步一步运行,口令才会逐一被赋予正确的值到最后写入时再判断所有口令是否正确。若正确,写入;否则退出。写入完成,口令清除。

  (2)数据双备份。当由于干扰使微处理器中的寄存器数据改变时,基于两组数据错向同一值的几率较小,将在写入之前,将两组数据比较,若不相等则不写入。

  (3)初始化程序要向用户显示有关信息,时间较长,再者由于电源波动时复位的可能性大,程序由此出错的概率最大。一上电,立即将双份数据人为设为不同,然后初始化,之后再度EEPROM。若程序在初始化阶段出错,也不会写入错误数据。

  (4)掉电时,无须把剩余的电度数写入EEPROM,仅写入剩余脉冲数。即使写错,误差也不大。

  (5)写入之前,对数据的合法性进行判断。剩余电能必须是二十进制(BCD)码。

  5.2.3定时设置I/O口

  状态微处理器受到干扰,I/O口状态可能改变,比如电脉冲输入口若改变为输出态,会造成用户用了电但微处理器检测不到的可能。所以周期性的重新定义I/O口的输入/输出状态对于干扰环境下运行的电能表是有好处的。本设计采用的硬件、软件抗干扰措施,简单易行、经济实用、有效地抑制了干扰信号造成的不良影响,大大地提高系统计量的准确性,也提高了该系统的可应用性以及可推广性。

  5.2.4延时抖动技术

  现场测控系统往往会遇到强干扰,如浪涌电压、电源过压、欠压以及尖峰干扰等,在软件设计中能够采取措施加以避开,当干扰到来时,使单片机暂停工作,待干扰过后再恢复单片机工作。

  5.2.5采用“看门狗”电路

  由于干扰或程序自身的困难,程序在运行过程中可能会偏离正常运转顺序而进入失控状态,甚至陷入死循环,这种情况称之为程序跑飞或死机。为避免这种状态造成严重后果,需要对程序运行状态进行监控,一旦这种情况发生,应使系统能够自行复位而重新恢复正常运行。具备这种对系统程序运行状态进行监控的电路或软件称为“看门狗”电路或“看门狗”定时器。“看门狗”电路的工作原理是在系统运行过程中,每隔一段固定时间给“看门狗”一个信号,表示系统运行正常。如果超过这一时间没有给出信号,则表示系统运行失控。于是“看门狗”电路将自动产生一复位信号使系统复位,或产生一个中断请求要求系统响应中断,使系统转去执行一中断程序处理当前的故障。设计“看门狗”电路可采用专用的集成电路,如本文采用的MAX485等。

  5.3本章小结

  本章详细描述了整个系统的硬件以及软件的抵抗性,并分析了一个相机系统设计中的可靠因素,并在硬件以及软件电阻方面进行了讨论。再者,也注意到,干涉手段的应用应该相互一致。在高度重视硬件的抵抗的基础上,不能忽视适当的软件的干扰方法的应用,并且能够有效地提高系统的可靠性以及实用性。

  结束语

  智能系统在现代的计算机技术、数字通讯技术以及计量技术的完整,并利用数据,精力充沛,取得数据处理一体化,城市的能源消费费情信息以及综合处理,结合系统。该系统决定将公共事业部及物业管理部门从根本上降低人工投书。正确、方便的费用体系能够节省人力,能够降低相关业务部门以及客户之间的纷争,提高管理部门的工作效率,也适应了现代用户的缴纳金的新需求。在这里,居民住宅的现有电表资源及通信资源,利用1 485通信的rs利用方便,下级电气表层中,层数据的集中层,上层机器的人的机器管理一体的智能远程操作表系统的构筑。该系统具有作为中央处理单元的单片机,其特征在于硬件简单、功能强大,设置以及维持、环境适应能力、成本降低等。但是,依照条件及测试手段的限制,本系统还在使用中出现的硬件及软件相关的问题,实行系统升级,其结果,硬件及软件的实现相变,并比较成熟的听写表系统形成的产品是有必要的。论文在大量的研究设计工作,但整个远程操作表系统的设计是非常大的系统工程,时间及条件的限制,所以,论文是其中的部分研究工作,制定了,依然存在的几个问题的解决今后的研究需要。随着技术人员的不断努力,不久就会出现更加稳固的方案。

移动版:浅议电表自动抄表系的背景,发展历史及未来趋势

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