利用单片机及rs-485半双工通信网构成自动抄表记费系统

目录第1章引言.......................................................11.1本课题的研究意义..............................................11.2本课题的研究内容..............................................2第2章系统概述..................................................32.1前端数据采集处理装置..........................................32.2传输线路......................................................52.2.1上层传输线路..............................................52.2.2底层传输线路..............................................72.3中心控制平台.................................................13第3章系统设计..................................................143.1通信与控制模块...............................................153.2数据采集模块.................................................283.3供电控制模块.................................................29第4章结论.......................................................34参考文献..........................................................35致谢..............................................................36外文原文资料......................................................37译文..............................................................40第1章引言第1章引言1.1本课题的研究意义中国近30年来的住宅产业发展可以用这样的话来描述:70年代解决有无房间的问题；80年代解决住房大小的问题；90年代是追求房型和环境优美；21世纪应是智能化的时代。随着我国改革开发推动国民经济的发展以及计算机普及和信息产业的发展，人们对居住环境要求的不断提高，“智能化”逐渐被引入了住宅小区和家庭建设中.因为同传统的住宅相比,智能小区在安全防范设施、家居管理设施、家居办公娱乐设施等三方面的优势非常明显。智能住宅小区的自动化系统结构的重点在于以下几个方面：安全防范、物业管理及社区服务、信息通信。传统的住宅小区的弱电配套系统包括电话网和有线电视系统(CATV)，在安全防范方面也可采用电视监控系统以及门铃对讲等等。智能住宅小区的系统结构有这样的特点：首先采用先进的、符合标准的技术和设备；同时所有的系统均采用集散式的构造方式，既具有分散于各个住户的终端或设备，又通过网络集中到一个管理或控制中心，中心提供公共信息资源，或者对各个住户提供集中安全监控；最后，所有的智能系统既可独立，又可以在计算机网络的基础上实现集中管理.这是传统住宅无法比拟的.在我国新的国家发展战略中，党中央和国务院将我国的房地产业作为新的国民经济发展的热点，同时建设部也将建设智能化小康示范小区列入国家重点的发展方向；国家建设部明确指出住宅小区智能化势在必行。据不完全统计，到2001年，国内已经建成的智能建筑约有1500栋，其中上海约400栋，北京约300栋，广东约250栋，江苏约200栋。可以预见，随着我国综合国力的增强，人民生活水平的逐步提高，计算机使用的普及小区智能技术的日渐成熟，智能技术应用于住宅及小区的做法将被逐步推广应用，并将最终成为一个新型小区是否完整的重要标志。智能小区的出现是房地产业与计算机网络通信技术相结合的产物。网络通信技术所带来的应用前景是不可限量的，而且普及应用的速度和网络技术本身的发展速度也是无法预言的。住宅小区智能化系统由如下几个子系统组成：1、楼宇设备监控管理系统；2、安全防范系统；3、物业管理系统；4、信息自动化系统；5、计算机网络系统；6、布线系统等。其中本论文所涉及的三表远传系统就是属于物业管理系统的一部分，但是就目前国内实际情况而言,对于智能小区住宅所必须提供的三表自动抄表收费功能,真正能做到水／电／气等远程抄表的并不多见，比例为15.9％.而据1998年统计我国城市人口约4亿人，城市家庭约1.4亿户，居民家用水表、电表各约1亿只，煤气表约4000万只。这三种表分属三个部门管理，目前基本上都是靠人工每月入户抄表进行计费。这二亿四千万只表按每个抄表员每月抄3000只表，共需80万名抄表员，按每个抄表员一年费用1万员计，则每年仅抄表一项费用就达到80亿元。人工抄表不仅浪费的巨大的人力资源，而且随着高层建筑的不断增加，居民家中有人时间的不确定，使抄表员的工作变得非常繁重，用户对抄表员入室抄表干扰正常生活意见较大，同时因抄表入室现象也引发了一些不安全社会问题.随着计算机技术和网络技术的发展,自动抄表记费系统就是在这一背景应运而生.自动抄表记费系统是一种把多个分散单元信息（电表,水表,气表等）准确传送到一个基站（数据处理中心）的通讯技术。它的出现将替代长期以来供电,供水,及煤气公司对水,电,气用户的使用量的统计一直沿用的人工抄表的工作方式.可以预见,在智能小区即将大力推广的21世纪,自动抄表记费系统将会拥有广阔的市场空间和良好的市场前景.1.2本课题的研究内容本设计的课题:三表数据远程传输系统(数据采集模块)设计及相关的课题:三表数据远程传输系统(通信及控制模块),一起构成了自动抄表系统的数据采集单元.设计的主要内容为:完成系统的设计,完整的系统框图,数据采集器的电路原理图,用汇编语言编写实现系统功能所需的全部程序,以及仿真调试.第2章系统概述第2章系统概述自动抄表技术是一种把多个分散单元信息（电表,水表，气表等）准确传送到一个基站（数据处理中心）的通讯技术。它一般分为三个部分：前端数据采集处理装置、传输线路、中心控制平台。在这里分别对它们进行大体介绍。2.1前端数据采集处理装置前端数据采集处理装置指的是从表头数据采集到数据集中器的部分。目前，远传三表基本上是在原有机械基表上加装传感电路形成的。下面对几种远传电路进行阐述：1.光电转换型这种传感形式一般是在基表的旋转部件上加装一面反射镜面，在与反射镜面相对应的部位固定安装一只光电传感器，当旋转部件上镜面转至传感器位置时，传感器就产生光感应，发出一次脉冲信号。这种传感形式有三个缺点：a.传感器本身要耗电，不利于后备电池的微耗供电。b.反射面污染退色后反射失灵。C.在反射面的边缘上颤动产生误信号。d.至少4条引线。2.霍尔传感型在基表旋转部件上加装感应磁钢，在与感应磁钢相对应的位置上固定安装一只霍尔元件。3.干簧管传感型是目前应用最多的一种形式,其最大优点在于无需耗电。但仍存在感应点颤动误发信号和外磁人为干扰问题，外加一只防磁报警干簧管也解决不了不发信号的问题，且常常引发“是系统不可靠误报警还是磁干扰偷水”的纠纷。这种传感器虽在目前应用最多，但从现场使用情况看，也是出问题最多的。4.自保持开关型具有A、B两个感应头，若A头感应使开关打开了,开关就一直打开着。直到B头转来后开关才闭合,再到A头转来再打开，以此周而复始.这种形式成功的克服了颤动、磁干扰、耗电、引线多的所有缺点，仅用两条线就可实现信号开、信号关、断线、短线四种状态的检测，是目前最为理想的远传传感方式。在电表、水表、气表数据的远程抄录方面，电表在技术上较为成熟,通常是采用专用的电能数据采集模块计量电度的脉冲信号(来自电能计量的专用集成电路芯片),而这个电能数据采集器通常就是采用的单片机系统,将脉冲信号通过光电耦合和斯迷特触发器整形后送入51单片机的记数输入端T0或T1进行采集.但技术无法移植到气表、水表抄收系统中。水表和气表的户外抄表工作难度较大，主要用于水表和气表本身没有供电电源,如采用传统的脉冲累计法，则要连续不断地读取数据，还要额外增加供电线路。如供电中断或出现读数故障，则会造成数据丢失。而且只要是采用对脉冲信号的积累计量来采集用户的水、电、气用量有两个无法避免的缺陷。第一必须使用电子水表，电子电表，电子煤气表，以上三种表均为电子脉冲输出，对表的计量只需累计电子表输出的脉冲数即可,在抄表节点中只需用数字I/O口即可实现脉冲计数。固而它的缺陷是很明显的,就是必须进行实时统计,这对供电系统的依赖性高,一旦出现如供电中断或出现读数故障，则会造成数据丢失,而且丢失的数据无法恢复,会出现用户读表数与系统读数产生误差。尤其是水,电的计量,在停电是用户仍然可以用水用气,而数据采集模块却无法对其使用量进行计量,从而会使水,气经营公司无可避免的蒙受损失。第二个缺陷就是目前所有的脉冲表均有一定的误差（0.1%-1%）,这是因为当电度表的常数和脉冲常数确定后,通过计算可得一度电,一吨水,一方气对应输出的脉冲数K为常数,则0.1度电,0.1方气,0.1吨水对应输出得脉冲常数为K/10,既有K/10个脉冲到来,水、电、气得用量递增0.1个单位值。若对0.1个单位值进行进位递增,因为K/10不一定正好为整数,若舍去小数或者对小数进行进位取整,必然产生累计误差。长时间后累计误差较大,传统的做法是在PC机中进行修改，这将导致系统内数据不统一，且差别会越来越大。因而传统得脉冲计量精度是有很大得不可靠性,促使我们想要选择其它得采集计量方式,以提高计量精度.在这里我们的数据采集模块的前端,即传感器和A/D转换模块采用了一专利产品,它具有独创的位置采样传感器可同步跟踪机械计数器运转,无需电源维持,即使出现断电或故障，在重新供电或修复后数据仍会保留在表的机械部分，经重新读取后累计数据仍是正确的,而且能够输入转换好的5位BCD码。首先它克服了采用传统的脉冲累计法的电子水表，电子电表，电子煤气表的两大缺陷，即摆脱了对电力的依赖性和脉冲计量的累计误差.第二,因为无论断电还是其它故障,它的采集数据都会保留在机械部分,能够从新读取。所以数据采集模块不用采用实时统计的设计,只须定时或不定时的采集用户的水、电、气用量即可.这样数据采集模块不用处于长期供电运行状态,减少了整个系统的功耗和运行出错的概率。不必担心因为停电而必须增加相应的后备电源模块,以备停电时继续计量。也不用增加FLASHROM或者EEPROM来存储发生故障时的统计到的用户使用量,因为系统复位后或故障排除后,只须重新采集一次表内数据即可.所以这一产品的出现及使用第2章系统概述对我们整个系统设计带来了巨大的性能提高和简化后端数据采集模块、通信控制模块的结构,降低了系统成本。这样就就大为提高了本系统的采集精度.2.2传输线路在这里，传输线路有两部分，一部分是从数据集中器到控制中心的上层传输线路，另外一部分是从表头到数据集中器的底层传输线路。2.2.1上层传输线路在这里简要介绍目前投入实用的几种传输技术：电力线载波通讯、卫星通讯、电话线通讯,无线数据传输等。一、电力线载波通讯:电力线载波抄表已经使用了较长时间，其间也经历了一些反复。其远抄远控系统的关键技术之一为数据的传远，通过电力线载波通信传远有着无可比拟的优势，比如，采用原有的电力线作为通信媒质，节省大量的人力、物力和财力资源；电力线遍布城乡，组网方便；所采用的扩频技术具有很强的抗干扰和