基于Proteus的遠程抄表系統(tǒng)設計與仿真

隨著生活水平的提高，人們對資源的消費日益增長，資源消費的計量、管理和收費工作日益繁雜，提高管理層次和自動化水平的產(chǎn)品因此應運而生。但以往耗能表的抄收為人工方式，不能保證數(shù)據(jù)的準確性和實時性，還會造成大量人力、物力及時間的浪費，同時帶來錯抄、漏抄、估抄的現(xiàn)象。因此傳統(tǒng)超標方式已經(jīng)越來越不能適應今后住宅的發(fā)展需求和人們的生活需求，取而代之的將是是戶外的遠程抄表系統(tǒng)，即利用傳感、控制、網(wǎng)絡等技術(shù)將每個用戶的耗能表數(shù)據(jù)自動采集到采集器中，再由采集器將數(shù)據(jù)傳送到戶外的集控器中，然后通過網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)傳送到上位監(jiān)控主機中，進行分析、計量和儲存。最后，能源供給公司再根據(jù)上位機計算出來的住戶消費費用進行電子收費。這種方法既節(jié)省人力、物力、時間，又能保證準確性和實時性。

系統(tǒng)組成及其工作原理
該遠程抄表系統(tǒng)主要是由PC上位機、集控器和采集器三部分組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框架圖

從上圖中可以看出，抄表系統(tǒng)分三個層次，最上層為小區(qū)中央處理機，用來全面監(jiān)控；中間層由小區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)(以太網(wǎng))構(gòu)成，是數(shù)據(jù)傳送的大通道；最底層為四表數(shù)據(jù)采集層，由RS485網(wǎng)絡構(gòu)成，完成四表的數(shù)據(jù)采集、集中并向上位機傳送的功能。上層是利用VB語言設計的一個界面友善、操作方便的軟件系統(tǒng)，用戶只需要簡單的按鍵操作就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)口進行遠程收發(fā)。發(fā)送的命令，經(jīng)內(nèi)部局域網(wǎng)傳送到遠端的網(wǎng)口轉(zhuǎn)串口設備。中層的集控器主要負責對命令識別并實現(xiàn)該命令的相關(guān)操作，如全抄表、單用戶抄表和定時抄表命令。下達的命令經(jīng)RS485總線網(wǎng)絡傳送給各個用戶家中的采集器中，然后對脈沖表（如煤氣表、水表、電表等）進行讀取并存儲，最后再經(jīng)RS485總線上傳。

系統(tǒng)主要硬件電路設計
本系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能使四表數(shù)據(jù)通過小區(qū)內(nèi)局域網(wǎng)傳輸。其采用了臺灣摩挲公司的串口上網(wǎng)接口設備Nport Express DE-311，它是一種單片機網(wǎng)絡接入設備，有兩個端口，一個是RS232或RS485電平的輸入接口，另一個是網(wǎng)絡接口，內(nèi)部自動對數(shù)據(jù)進行TCP/IP封裝，對用戶來說是完全透明的，如圖2所示。該設備在市面上已經(jīng)非常普及。

圖2 Nport應用圖

集控器的硬件電路設計主要包括CPU、外圍存儲模塊和數(shù)據(jù)上傳/下載模塊，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。本設計中，CPU選用的是AT89C51；外圍存儲模塊選用了串行E2PROM的24C02芯片，它是基于I2C-BUS 的存儲器件，遵循二線制協(xié)議，具有接口方便、體積小、數(shù)據(jù)掉電不揮發(fā)等特點，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應用。系統(tǒng)設計采用了脈沖抄表的原理，四表都是脈沖式的數(shù)字表，主要由霍爾傳感器組成。數(shù)字表內(nèi)的感應器每旋轉(zhuǎn)一周，發(fā)出一個脈沖，使耗費量和脈沖數(shù)成正比，可根據(jù)脈沖數(shù)來確定用量的具體值。采集模塊主要由ULN2003、74LS378、7411、CD40174等四個芯片組成，最多可采集6路數(shù)據(jù)，由于本設計中只采集四表數(shù)據(jù)，所以有兩路懸空未用。