基于Modem通信的多用戶智能電能表系統(tǒng)的研究

對某一段定時時間電能的測量，可變?yōu)閷@段時間內(nèi)轉(zhuǎn)換的電脈沖數(shù)，在軟件中設(shè)置脈沖常數(shù)C=3200 imp/kWh，然后可由LCD循環(huán)顯示各個用戶某段時間的用電量。假設(shè)某用戶用電功率為5 kW，則一小時用電5 kWh，一秒鐘用電5kWh/3600，再與脈沖常數(shù)C相乘得出脈沖頻率為4.44 Hz，脈沖周期為225 ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過LPC2210的指令周期，則此檢測脈沖下降沿的計數(shù)方法準(zhǔn)確可靠，不會出現(xiàn)漏計或多計的現(xiàn)象。

2.3嵌入式Modem模塊

系統(tǒng)中與LPC2210連接的Modem采用嵌入式MODEM芯片73M2901，使用賀氏標(biāo)準(zhǔn)AT命令呼叫和應(yīng)答，實現(xiàn)與遠(yuǎn)程系統(tǒng)的通信。由于LPC2210微控制器的UART1口帶有完整的調(diào)制解調(diào)接口，所以可將73M2901直接連接到LPC2210的UART1串口上，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作，接口結(jié)構(gòu)如圖4所示。

LPC2210直接采集數(shù)字信號，通過UART1串口送給本端的嵌入式Modem芯片73M2901，73M2901將數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號在電話線上傳輸，再經(jīng)過中心站標(biāo)準(zhǔn)Modem調(diào)制成數(shù)字信號送往上位機(jī)管理系統(tǒng)。

2.4其它電路模塊

系統(tǒng)為多用戶電表系統(tǒng)，在寫用戶電量時，需要經(jīng)常改寫電量(如增加0.1度改寫一次電量)，因此采用擦寫次數(shù)較高、存儲容量較大的EEPROM。研究中數(shù)據(jù)存儲模塊選用帶接口的串行非易失存儲器FM24C16A。用來存儲各用戶的電量數(shù)據(jù)信息和各用戶的計量模塊的地址，保證采集信息的正確無誤。

電壓輸入通道采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)提供電壓信號，電流通道有兩個電流輸入端，然而，每一時刻只有一個通道用來電能計量。研究中選擇電流互感器作為電流傳感器。

斷電控制電路主要由跳閘繼電器組成，當(dāng)用戶拖欠電費(fèi)或用電需量持續(xù)超出需量限定一定時間后，上位機(jī)管理系統(tǒng)將通過Modem發(fā)送斷電指令給LPC2210，然后LPC2210將輸出信號，使繼電器動作，切斷供電電源。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1上位機(jī)軟件設(shè)計

上位機(jī)軟件用VC++編程，系統(tǒng)中上位機(jī)先完成標(biāo)準(zhǔn)Modem的初始化，需要數(shù)據(jù)傳輸時，上位機(jī)通過Modem撥號建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路，然后發(fā)AT控制指令判斷是進(jìn)行異常處理還是接收電能數(shù)據(jù)，完成任務(wù)后掛斷電話。此上位機(jī)管理軟件系統(tǒng)的功能框圖如圖5所示。

3.2下位機(jī)軟件設(shè)計

本文通過移植源碼公開的嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ來管理整個系統(tǒng)的運(yùn)行，它具有多任務(wù)性、實時性等優(yōu)點(diǎn)。要構(gòu)建整個下位機(jī)軟件框架，首先對μC/OS-Ⅱ和各硬件部分進(jìn)行初始化和參數(shù)設(shè)置，然后是多任務(wù)的創(chuàng)建，對整個下位機(jī)實現(xiàn)的功能進(jìn)行任務(wù)分割，并根據(jù)實際需要為各個任務(wù)分配優(yōu)先級，各個任務(wù)是通過搶占CPU的使用權(quán)來運(yùn)行的，它們之間的通信通過信號量、郵箱、消息隊列等機(jī)制來完成。多任務(wù)模塊的劃分如圖6所示。

在用μC/OS-Ⅱ作為內(nèi)核來編寫整個下位機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件之前，先完成μC/OS-Ⅱ在LPC2210的移植工作，要根據(jù)LPC2210的特點(diǎn)合理地修改μC/OS-Ⅱ的3個與LPC2210有關(guān)的文件：OS_CPU.H，OS_CPU_A.ASM，OS_CPU_C.C，其中包括OSCtxSW()，OSIntCtxSW()，OSTaskStkInit()，OSStartHighRdy()，OSTickISR()等重要文件。

主要是將文件中寄存器的初值進(jìn)行修改，另外還須編寫配置文件、參數(shù)等。為了很好地將系統(tǒng)中的實時采集和定時采集區(qū)分，并且能體現(xiàn)出實時采集優(yōu)先級高的特點(diǎn)，研究中采用消息隊列來實現(xiàn)。

4結(jié)語

多用戶智能電能表系統(tǒng)采用32位ARM芯片作為控制系統(tǒng)的核心，大大提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，并且微控制器通過Modem與上位機(jī)管理系統(tǒng)通信，可實現(xiàn)供電系統(tǒng)同時對多個用戶用電的智能化管理，特別對于公寓用電及單元用電的集中管理其優(yōu)點(diǎn)尤為突出，目前在許多地方已得到廣泛的應(yīng)用。利用提供的各種系統(tǒng)調(diào)用以及任務(wù)間的通訊機(jī)制，使多任務(wù)設(shè)計得以簡化并保證了系統(tǒng)行為的實時性，具有很好的應(yīng)用前景。