對于水、電、氣供應(yīng)公司來說,每個(gè)月上門抄取各個(gè)用戶的三表讀數(shù)是非常繁重的工作。為了避免抄表員上門抄表帶來的弊端,省卻上門抄表打擾用戶的尷尬問題,作者設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程無線自動抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)能使水、電、氣供應(yīng)部門將安裝在用戶處的水、電、氣表所記錄的用量數(shù)據(jù)通過遙測、傳輸和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)匯總到營業(yè)部門,從而代替人工抄表及一連串后續(xù)工作。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量大、覆蓋面廣等特點(diǎn),且系統(tǒng)造價(jià)低、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確及時(shí)、又有一定的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力,可對供應(yīng)公司和用戶提供很大的便利,具有良好的市場推廣前景。 1 系統(tǒng)的組成及工作原理 該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送、無線通信、數(shù)據(jù)接收和處理等部分組成。數(shù)據(jù)采集裝置首先通過傳感器采集三表的讀數(shù),并將采集的數(shù)據(jù)存入AT89C205l單片機(jī)內(nèi);之后,單片機(jī)再通過無線通訊模塊PTR2000 (發(fā)端)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去,并由用戶集中器的PTR2000(收端)接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)。下位機(jī)主要完成數(shù)據(jù)采集、分時(shí)存儲和同上位機(jī)的通信功能,它通過串行接口集成電路INS8250和電平轉(zhuǎn)換電路與GSM/Modem相連接,并以GSM公眾網(wǎng)為平臺,通過電信公眾網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。GSM/Modemt通過GSM的短消息業(yè)務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù),PC機(jī)(上位機(jī))一般設(shè)在公司的營業(yè)處,它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理,可在收集到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲、顯示,并計(jì)算出各用戶需繳納的費(fèi)用。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。 2 硬件電路設(shè)計(jì) 2.1數(shù)據(jù)采集與發(fā)送 本系統(tǒng)中的水表要將原水表計(jì)數(shù)齒輪指針換裝成帶磁性的指針,再通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;氣表要用帶信號輸出的氣表;電表必須采用脈沖式電子電度表,電表脈沖輸出的器件應(yīng)為光耦輸出,具有較好的隔離作用。數(shù)據(jù)采集裝置與用戶的電表安裝在一起。為了防止用戶突然斷電,其采集裝置必須裝在空氣開關(guān)的前端。電表可以通過計(jì)數(shù)脈沖來測量。并由光電采集頭采集電表的計(jì)數(shù)脈沖。表盤轉(zhuǎn)一圈,光電采集頭發(fā)出一個(gè)脈沖。其輸入為P1口的P1.0,并由AT89C2051存儲,然后通過PTR2000模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。 PTR2000模塊是一種超小型、超低功耗、高速率(19.2 bps)的無線收發(fā)數(shù)傳MODEM,它采用當(dāng)代最先進(jìn)的歐洲“藍(lán)牙技術(shù)”,應(yīng)用全數(shù)字科技,并由單IC組合而成且收發(fā)合一,工作頻段為433~434 MHz,空中數(shù)據(jù)傳輸速率為19.2 kbps,工作電壓范圍為2.7~5.25 V,采用FSK調(diào)制,抗干擾能力強(qiáng),并具有標(biāo)準(zhǔn)的DIP引腳間距,更適合嵌入式設(shè)備。當(dāng)PTR2000的TXEN腳為高時(shí),它將處于發(fā)射狀態(tài);而當(dāng)TXEN腳為低時(shí),為接收狀態(tài)。硬件設(shè)計(jì)時(shí),可將TXEN與AT89C2051的P1.1腳相連,并通過軟件控制PTR2000的狀態(tài)。其采集和發(fā)送電路如圖2所示。 2.2 數(shù)據(jù)接收和遠(yuǎn)程無線通訊 通過PTR2000可將數(shù)據(jù)接收并存入AT89C51內(nèi),其中ROM和RAM分別用來存儲程序和數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)按當(dāng)時(shí)的時(shí)間存入相應(yīng)時(shí)段的存儲區(qū)內(nèi),時(shí)段間隔為10分鐘。不同日期的同一時(shí)段數(shù)據(jù)僅在相應(yīng)的存儲區(qū)內(nèi)累加。由于采集裝置內(nèi)裝有免維護(hù)電源,故可保證斷電后繼續(xù)工作,同時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)的接收和執(zhí)行上位機(jī)的命令。AT89C5l通過異步接收發(fā)送器UART (INS8250)與無線MODEM相連接,可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的無線通訊。其數(shù)據(jù)接收電路原理圖如圖3所示。 2.3 數(shù)據(jù)處理 上位機(jī)一般通過DDE接口將下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到EXCEL工作表中,在EXCEL中定義好報(bào)表格式和計(jì)量格式,并將文件以模板格式保存,這樣,在抄表完成后,系統(tǒng)就能自動將數(shù)據(jù)填寫到相應(yīng)指定的單元格,然后由EXCEL自動計(jì)算,并換算成KWH值和收費(fèi)值,必要時(shí)還可在上位機(jī)上打印、顯示用戶的水、電、氣費(fèi)和各種報(bào)表及負(fù)荷曲線。當(dāng)用戶負(fù)荷超限時(shí)也可發(fā)出報(bào)警信號,或根據(jù)公司規(guī)定決定,是否發(fā)遙控命令給下位機(jī)以對用戶實(shí)行斷電處理。還可以計(jì)算各個(gè)時(shí)段的費(fèi)用,為電力部門實(shí)行分時(shí)收費(fèi)提供可靠的依據(jù)依據(jù)和保證。為了保證數(shù)據(jù)存儲的安全性,本系統(tǒng)的上位機(jī)(PC機(jī))采用雙硬盤來做數(shù)據(jù)備份。由于系統(tǒng)帶有后備電源,因而停電后能保持正常工作狀態(tài)。后備電源可保證系統(tǒng)在滿負(fù)荷工作狀態(tài)下正常工作36小時(shí)以上,若停電時(shí)間更長,系統(tǒng)將不會進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,但原有數(shù)據(jù)不會丟失,供電恢復(fù)后,可重新核查數(shù)據(jù),以更新設(shè)置用戶集中器中下位機(jī)存儲的數(shù)據(jù)。 3 軟件設(shè)計(jì) 由于該系統(tǒng)采用的是一點(diǎn)對多點(diǎn)的雙向數(shù)據(jù)傳輸,因此,每戶的表都有自己的地址碼。上位機(jī)可以查詢下位機(jī),下位機(jī)也可以定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī)。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目的是一機(jī)(上位機(jī))對多機(jī)(下位機(jī))的通訊控制,其通訊軟件主要分為兩部分:一是上位機(jī)與下位機(jī)的遠(yuǎn)程通訊軟件,二是單片機(jī)與GSM/MODEM的串行通訊軟件。程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是上、下位機(jī)間的遠(yuǎn)程通訊的準(zhǔn)確性。在程序設(shè)計(jì)中,可采用通訊協(xié)議的做法,由上位機(jī)發(fā)出讀表指令與地址碼,讓各個(gè)下位機(jī)將記錄的數(shù)據(jù)傳過來,同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)。以保證數(shù)據(jù)的正確性。每個(gè)下位機(jī)都編有不同的地址碼,當(dāng)上位機(jī)向所有的下位機(jī)發(fā)送一個(gè)地址碼和抄表指令時(shí),所有的下位機(jī)都會接收到該地址碼,并比較是否與其自身的地址碼相同,如不相同,則退出比較,不再接收其他命令;如相同,則表示上位機(jī)查詢的就是該下位機(jī),同時(shí)收回應(yīng)答信號,并準(zhǔn)備接收命令。而上位機(jī)則將收回的應(yīng)答信號與發(fā)出的地址碼相比較,若不同,則給出錯(cuò)誤信息,若相同,則可控制已叫通的下位機(jī)。此時(shí)已叫通的下位機(jī)將繼續(xù)接收上位機(jī)發(fā)送的抄表命令。并收集用戶的數(shù)據(jù),同時(shí)通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī),直到接收到上位機(jī)發(fā)來的執(zhí)行完成命令。圖4所示是該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊程序流程。 4 結(jié)束語 本文介紹的自動抄表系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)于一體,并采用先進(jìn)的無線通訊模塊和最成熟、最完善、應(yīng)用最廣的GSM作為數(shù)據(jù)傳輸平臺。該系統(tǒng)抄數(shù)快速準(zhǔn)確,徹底解決了人工抄表的所有弊病。其短消息業(yè)務(wù)具有永遠(yuǎn)在線、不需撥號、價(jià)格便宜、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢。還可進(jìn)一步與銀行系統(tǒng)的微機(jī)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)費(fèi)用自動劃撥,故大大提高工作效率,因而具有良好的市場前景。該系統(tǒng)目前已投入運(yùn)行,實(shí)際使用證明,其工作性能非常可靠。 |