基于分級通信模式的小區(qū)智能抄表系統(tǒng)

摘  要：介紹了一種基于分級通信模式的小區(qū)智能抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用RS－485、RS－232總線技術及多層分級通信模式，文中給出了該系統(tǒng)的基本組成、硬件連接電路和軟件程序設計。
關鍵詞：RS－485；RS－232；總線技術；分級通信；智能小區(qū)；抄表系統(tǒng) 

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)計一直是在人工抄表的基礎上進行的。而人工方式由于統(tǒng)計工作量大，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。隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，住戶三表（水，電，煤氣）出戶自動抄表自動計費系統(tǒng)也應運而生。一般小區(qū)內的住戶數(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算機較遠，因此這類系統(tǒng)中的計算機通信網(wǎng)絡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)設計方法。

2系統(tǒng)設計

2．1系統(tǒng)組成

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

　　通過中央管理機及其軟件，管理人員可根據(jù)系統(tǒng)密碼的權限隨時查詢小區(qū)各個住戶的水、電、煤氣的實時及歷史使用情況。而集中器的主要作用是保存歷史和當前采集數(shù)據(jù)，它在作為采集器主機的同時也作為中央管理機的從機，并且可以向外提供RS232、RS485及集成MODEN通訊接口（備用）。采集器作為計數(shù)裝置可對脈沖信號進行取樣。并可在斷線時向物業(yè)中央管理機報警，以防止有人偷電（水、煤氣）。采集器有24個通道，每個通道可單獨設置為電表、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?，F(xiàn)場采集儀表用于分別計錄用戶用水，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)。上位機則通過采集器完成下列功能：設定通信波特率（缺省值為19200）、設定集中器到采集器的定時采集時間、設定采集器時間、獲取集中器中的采集數(shù)據(jù)和報警信號、設置某采集器數(shù)據(jù)、讀取某采集器設置數(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)。當上位機與集中器通信時，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個驅動器，因此，在某些采集器中，應設置中繼器（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，起始標志位SOI（STARTOFIN－FORMATION）為7EH，對應于ASCII碼字符“～”，代表一個新信息幀的開始。
　　從機地址ADR（ADDRESS）為各從機的識別標志，一個數(shù)據(jù)總線RS－485上不能掛相同地址的從機。從機地址范圍為1～254，其中0為保留，255為廣播地址。
　　命令標識符CID（COMMANDID）為各類型主機向從機發(fā)出命令的識別標志。
　　信息域INFO（INFORMATION）為數(shù)據(jù)信息，可分為命令信息和響應信息兩大類。
　　校驗和碼CHK（CHKCODE）為ADR、CID及INFO三部分的累加和校驗碼。
　　結束標志符EOI（ENDOFINFORMATION）為0DH，對應于回車符，代表一個信息幀的結束。

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2．3脈沖當量記費原理

　　水、電、煤氣的記費一般按水、電、煤氣表等的輸出脈沖數(shù)進行計量?？赏ㄟ^下列公式計算出實際使用量和應繳費額： Q＝NKR
　　式中，Q為應繳費額，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)進行選擇。同時可將TTL電平轉化為 RS－485的差分接口信號或進行反向選擇。

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進行脈沖計數(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ST16C2552接收到數(shù)據(jù)時，它將向CPU申請中斷以對數(shù)據(jù)進行處理。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)做好準備。
   
　

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　　下面以接收來自中央管理機數(shù)據(jù)幀為例說明通信中斷服務程序的工作流程。具體流程如下：
　　①關外部中斷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地址。如果是，準備接收下一字符；如果不是，將接收的字符拋掉。
　?、芙邮諗?shù)據(jù)和為命令控制字，根據(jù)控制字來設定將要接收的數(shù)據(jù)信息長度，開外部中斷0。
　?、菖袛鄶?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，準備接收數(shù)據(jù)幀結束字符EOI，開外部中斷0。
　?、夼袛嘟邮諗?shù)據(jù)是否為EOI。如果是，設數(shù)據(jù)幀標志為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結束語

　　隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展以及人們對高質量生活的追求，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)作進一步開發(fā)，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

1．耿德根，等．AVR高速嵌入式單片機原理與應用．北京航空航天大學出版社．2001
2．黎連業(yè)．智能大廈智能小區(qū)基礎教程．北京：科學出版社，2000
3．HTTP：//WWW.ATMEL.COM