一种燃气远程抄表系统的设计

一种燃气远程抄表系统的设计

胡 伟,张广明,花 伟

(南京工业大学,江苏南京210009)

T he Design of an Intellig ent Remote Gas M eter

record System

HU Wei,ZHANG Guang ming,HUA Wei

(N anjing U niver sity o f T echno log y,N anjing 210009,China)

摘要:介绍了一套可靠、实用的燃气远程抄表系统的主要功能,结构原理及软硬件的实现.系统采用基于ucLinux 的嵌入式系统以及硬件平台,进行软件开发,实现通信.该系统通过实际投入运行,稳定可靠,具有良好的应用和推广价值.

关键词:燃气;远程抄表;ucLinux 系统;网络通信

中图分类号:T P273.5文献标识码:B 文章编号:1001

2257(2006)03

0057

04

收稿日期:2005

1009

Abstract:A kind o f reliable and practical re m ote gas meter record system is presented in this paper,introducing its main functio n,structure and the achievement of bo th softw are and hardw are.The w hole system is desig ned based on the embed ded sy stem ucLinux and its har dw are platform to develop the prog ram and realize the com munica tion.It is prov ed stability and credibility by using this system in the practical item,so it is valuable to be ex tended and m ake reference to the similar de sign applications.

Key words :Gas ;remote m eter r ecord ;uc

Linux system ;net com munication

0 引言

目前,有些小区采用了燃气智能卡读表收费系统,先付费后使用的方式,解决了上门抄表、帐款回

收等问题,但后期的维护运行的费用较高.而现有的电力载波自动抄表系统可节省布网资源,大大降低建设成本,但是在数据传输过程中,易受无线电信

号、电磁信号等干扰,导致传输数据错码或丢码[1-3].为解决了人工抄表和一般自动抄表系统所遇到的问题,并适应不同小区的特点,本系统可以实现远程查抄、计量、报表打印等基本功能;做到组合灵活,扩充方便,通讯方式多样,真正实现能源计量的科学化管理.

1 系统设计目标与主要功能

系统设计的总体目标是研制适合不同小区特点的燃气自动远程抄表系统.借助于ucLinux 嵌入式系统的平台,构建通信网络,实现对小区燃气远程智能监控管理.

系统主要功能:具有对燃气表的远程查抄、计量、收费和报表打印等功能,能实时采集各用户的用气量,掌握用气量的变化情况;具有强大的管理功能,自动记录有关历史数据,自动生成故障统计表、操作统计表等;遇故障具有分级报警功能,报警方式多样,包括声光报警、手机短消息即时报警等;能够对故障进行自动诊断,包括短路、断路的检测等;留有IC 卡接口,保持与IC 卡抄表的兼容性,具有三表联抄的扩展功能.

2 系统硬件设计

如图1所示,燃气远程抄表系统的总体结构主要分为3层:数据采集子系统、远程数据通信子系统和远程监控管理子系统.系统的硬件设计主要是针对数据采集子系统和通信子系统.

数据采集子系统中的采集器通过对燃气表内的光电传感器输出脉冲计数实现数据采集.集中器通过RS485总线对小区内所有采集器的数据进行预处理,再传输到通信子系统.采集器与集中器,集中器与通信子系统之间均采用RS485总线作为数据

图1 燃气远程抄表系统的总体结构

传输链路[4].通信子系统与监控管理中心计算机之间可通过公用电话网或公用互联网连接,传输数据与信息.

2.1 数据采集子系统的设计

数据采集子系统采用2级RS485总线结构,每个子系统最多有16个集中器,每个集中器最多有16个采集器,每个采集器有8个通道,每个通道对应8个燃气表.每个燃气表上有一个发讯装置,用来产生脉冲信号.采集器主要对燃气表的脉冲计数,同时实现对燃气表的最底层控制及与集中器的通信.集中器除循环定时收集各采集器数据外,还负责对监控管理中心计算机发出的命令进行解包、分析、执行或下传给采集器.

根据燃气远程抄表系统的总体分层结构和功能划分,可以建立采集器的功能结构框图.主要由微控制器、总线通讯模块、电源及检测模块、信号采集模块和外围存储器模块等组成.

微控制器采用美国TI公司的M SP430F149工业级芯片,与其它微控制器相比,M SP430系列具有能耗小、启动迅速、抗干扰能力强和低电压供电等特点,寻址空间达64kB,中断与子程序调用层次无限制,I/O口具有中断能力,这样大大减少和方便了外围电路设计.

总线通信电路中,最大传输速率为10M bit/s,最大的传输距离约为1200m,并且可有效地抑制共模信号干扰,降低对噪声的敏感程度.

电源电路负责采集器不间断的供电,为采集器正常工作提供保障,同时也保证燃气表数据抄录的可靠性.采集器是通过网线由集中器供电,供电电源为+9V,为了满足采集器中各芯片的正常工作电压的要求,需将电源电压保持在+5V,所以要使用电平转换芯片.同时为了确保采集器正常工作,应该在电路中增加欠电压检测部分,确保供电电压过低时,进入欠电压保护状态.

信号采集电路中,采集器需采集8个燃气表,通过选择路径进行8路采集.信号采集电路的主要芯片为3片十六选一多路双向开关,这3片双向开关的地址输入端由微控制器的相应引脚控制,实现模拟通道选通.

在RS485总线通信中,采集器处于从机地位,不能主动发送采集数据,只能由集中器控制.为防止突发事件导致数据的丢失,必须将数据保存在外围存储器中.

2.2 通信子系统的设计

通信子系统设计与实现是基于ucLinux嵌入式操作系统开发的,主要用到了ucLinux的网络功能.通信子系统硬件结构如图2所示,主要由4部分组成:嵌入式Dragonfly PC104主板、TP Link外置M odem、RS485/RS232转接头和电源模块.

图2 通信子系统硬件结构

通信子系统中,外置M odem将主板准备上传的数字信号调制"成便于在电话网中传输的模拟信号,并将接收的模拟信号解调"还原为数字信号. RS485/RS232转接头则进行2个标准之间的转换,实现与采集器之间的相互通信.

通信子系统的核心部分是嵌入式Dr ag onfly PC104主板.这是一款以M otor ola的高性能32位嵌入式微处理器MCF5272为核心的主板. M CF5272是集成通信模块微处理器,具有快速以太网媒体存取控制,提供带有序列传输性能的串行外围接口,还提供广泛使用的外围产品,如SDRAM 控制器、DM A、计时器和UART等.主板上只集成了常用的功能单元,为实际的应用要求提供足够的扩展空间.

3 软件设计

3.1 通信子系统软件设计

通信子系统的软件设计主要是完成数据传输、