0基于ARM的多对象远程抄表系统集中器的设计与实现

哈尔滨理工大学

硕士学位论文

基于ARM的多对象远程抄表系统集中器的设计与实现

姓名：叶梦君

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：刘露

20090301

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文

基于ＡＲＭ的多对象远程抄表系统

集中器的设计与实现

摘要

智能电表、水表、煤／燃气表、热量表等大量地出现在人们的生活中，同时这些仪表的抄录工作变得越来越烦琐，工作量大，工作效率低，不仅给用户带来不便，而且会存在漏抄、误抄、估抄的现象。随着电子技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，人工抄表已经逐步被自动抄表所代替。

集中器是一个数据集中处理器，是多对象自动抄表系统的通信桥梁，负责对各智能表的数据进行采集、存储和管理，及时有效地向上位机传输数据并执行上位机发送的指令。提高多对象集中器数据处理能力，有效完成上下行通信是多对象自动抄表系统ＡＭＲＳ（ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＭｅｔｅｒ

前需要解决的关键问题。

本文针对多对象集中器这样一个较复杂的通信与控制系统，提出采用３２位的高性能嵌入式微处理器。３２位ＡＲＭ９微处理器处理速度快、硬件性能高、低功耗、低成本，集成了相当多的硬件资源，硬件的扩展和设计大大ＲｅａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）目简化，ＡＲＭ９（￥３Ｃ２４１０）为工业级芯片，抗干扰能力强，能够适应运行现场的较恶劣环境，８／１６位微控制器运算能力有限，对于较复杂的通信与控制算法难以顺利完成；硬件平台依赖性强，不利于软件的开发、升级与移植；在缺乏多任务调度机制的情况下，应用软件不仅实现难度大，且可靠性难以保证。

本文首先对多对象远程抄表系统的总体结构进行研究，主要研究了多对象远程抄表系统中集中器的软件和硬件实现，对硬件资源进行了外围扩展，对￥３Ｃ２４１０微处理器芯片的外围硬件进行了扩展设计，使之具备了满足使用需求的最小系统硬件资源，包括时钟、复位、电源、外围存储、ＬＣＤ、ＲＳ一４８５通信模块、ＣＡＮ通信模块等电路设计。实时时钟为多对象集中器定时抄表提供时间标准；电源电路为多对象集中器系统提供稳定电源；看门狗电路的设计保证多对象集中器系统可靠运行，防止系统死机；数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数，负责智能表的参数以及智能表

哈尔滨理１＝大学工学硕士学位论文

用量等。上行通道即多对象集中器与上位机之间的通信线路，采用ＣＡＮ现场总线进行通信；下行通道即多对象集中器与智能表之间的通信，采用ＲＳ－４８５总线进行通信。软件设计上，主要针对多对象集中器的数据存储功能和串行通讯功能进行程序编写。基于ＡＲＭ的多对象远程抄表系统集中器可以实现多对象远程抄表，提高了数据处理能力，有效完成了上下行通信，可靠性强，稳定性高，结构简单。关键词远程抄表；多对象；集中器；ＡＲＭ９

哈尔滨理工大学工学硕上学位论文

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ

ＲｅｍｏｔｅＭｅｔｅｒＲｅａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ

ＡｂｓｔｒａｃｔｏｎＡＲＭ

Ｔｈｅｒｅａｒｅｌｏｔｓｏｆｍｅｔｅｒｓｉｎｐｅｏｐｌｅ’ｄａｉｌｙｌｉｆｅ，ｌｉｋｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｍｍｅｔｅｒｓ，

ｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｈｅａｔｍｅｔｅｒｓｅｔｃ．ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｗａｔｅｒｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｇａｓ

Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｋｅｅｐｉｎｇｔｈｅｄａｉｌｙｃｏｐｙｉｎｇｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｅｒｓｂｅｃｏｍｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙａｒｄｕｏｕｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｍａｎｕａｌｃｏｐｙｉｎｇ，ｔｈｅｍｉｓｔａｋｅｎｃｏｐｙｉｎｇａｎｄｍｉｓｓｅｄｃｏｐｙｉｎｇａｒｅｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｒｅｐｌａｃｅｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇ．

Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｉｓｔｈｅｄａｔａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｗａｙｏｆｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

ａｎｄｉｎｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔａｕｔｏｍａｔｉｃｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇ．Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ，ｓａｖｉｎｇｍａｎａｇｉｎｇｏｆｔｈｅｍｅｔｅｒｓ’ｄａｔａｗｏｕｌｄｂｅｔｈｅｍａｉｎｔａｓｋｏｆｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ．

ｃｏｍｅｆｒｏｍＴｒａｎｓｍｉｔｉｎｇｄａｔａｔｏｕｐｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｉｍｅａｎｄｅｘｅｃｕｔｉｎｇｔｈｅｏｒｄｅｒｓ

ｕｐｃｏｍｐｕｔｅｒｗｏｕｌｄａｌｓｏｂｅｔｈｅｍａｉｎｏｆｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ．Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ

ｂｅｃｏｍｅｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ’Ｓｂｅｔｗｅｅｎｕｐａｎｄｄｏｗｎ

Ｓｕｃｈｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｈａｖｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒａｕｔｏｍａｔｉｏｎｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇａｓｙｓｔｅｍｔｏｓｏｌｖｅ．ｃｏｍｐｌｅｘｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

ｗａｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｓｔｈｅ３２ｂｉｔｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｂｕｉｌｔ—ｉｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｆｏｃｕｓｅｄ．Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｔｈｅｓｉｓ．３２ｂｉｔＡＲＭ９ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｗｉｌｌｂｅｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇ’ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｉｎｔｈｅｔｈｅｓｉｓ．ＴｈｅＡＲＭ９ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｈａｓｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

ｊａｍｍｉｎｇ

ａｓｉｎｍａｎｙａｓｐｅｃｔｓ，ｆｏｒｉｎｓｔａｎｃｅ，ｉｔｓｐｒｏｃｅｓｓｓｐｅｅｄｉｓｈｉｇｈ，ｔｈｅｈｉｇｈａｎｔｉ－ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｌｏｗ，ａｎｄｌｏｗｐｒｉｃｅｔｏｐｕｒｃｈａｓｅ，ｗｈｉｌｅ，ｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄｄｅｐｅｎｄｏｎｒｕｎｎｉｎｇｗｅｌｌｉｎａｗｆｕｌｗｏｒｋｉｎｇｐｌａｃｅｍａｋｅｉｔｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙｒａｎｋｃｈｉｐ．８／１６ｂｉｔｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈａｓｐｏｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｌｙｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ，ｉｔ’Ｓｎｏｓｏｇｏｏｄｉｎｓｏｆｔ—ｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，

哈尔滨理工人学工学硕十学位论文

ｕｐｄａｔｅａｎｄ

ｎｏｔｏｎｌｙｔｒａｎｓｐｌａｎｔ．Ｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｔａｓｋｃｏｎｔｒｏｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｓｂｉｇｃｈａｌｌｅｎｇｅ，ｂｕｔａｌｓｏｎｏａｓｓｕｒａｎｃｅｔｏｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ’ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．

Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｒｅｍｏｔｅｒｅａｄｉｎｇｍｅｔｅｒ

ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｓｙｓｔｅｍｔｈｅｅｎｔｉｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｉｎｉｎｔｈｅｔｈｅｔｈｅｓｉｓ．Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｉｎｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｔｈｅｓｉｓ．Ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ

ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｈａｓｐｅｒｉｐｈｅｒｉｃｈａｒｄｗａｒｅｒｅｓｏｕｒｃｅ’Ｓｅｘｐａｎｓｉｏｎ，￥３Ｃ２４１０

ｓｕｃｈａｓｄｅｍａｎｄｉｎｇｍｉｎｉｍｕｍｈａｒｄｗａｒｅｒｅｓｏｕｒｃｅｅｘｔｅｒｎａｌｓｔｏｒａｇｅ，ＬＣＤ，ｃｌｏｃｋ，

ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｅｔ，ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ，ＲＳ－４８５ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ＣＡＮ

ｔｏｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅｒｅａｌ—ｔｉｍｅｃｌｏｃｋｐｒｏｖｉｄｅｓｔａｎｄａｒｄｔｉｍｅｔｈｅｔｉｍｉｎｇａｕｔｏ—ａｐｐａｒａｔｕｓ

ｗｈｉｃｈｅｑｕｉｐｐｅｄｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ．Ｗｈｉｌｅ

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒａｓｗｈｉｌｅａｖｏｉｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｏｆｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｃｏｍｅｓｆｒｏｍｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．Ｔｏｗｏｒｋｉｎｇｏｆｔｈｅ

ｍｏｄｕｌｅＷａｓａｓｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｗａｔｃｈｄｏｇｓｙｓｔｅｍｈａｌｔｅｄ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｎｔａｓｋｏｆｔｈｅｄａｔａｓｔｏｒａｇｅｈｅｒｅｉｓｓｔｏｒａｇｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｖａｒｉａｎｔｓ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ，ａｎｄｍａｎａｇｉｎｇｔｈｅｄａｔａｏｆｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ

ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓ．Ｗｅｄｅｆｉｎｅｄｔｈｅｕｐ—ｌｉｎｋａｓｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒａｎｄｔｈｅｕｐｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｏｆｗｈｉｃｈ，ｔｈｅ

ａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｌｉｎｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｈｅｒｅａｄｏｐｔｅｄｔｈｅＣＡＮｆｉｅｌｄｂｕｓ；ｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｄｏｗｎ—ｌｉｎｋａｓｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｉｓｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｌｉｎｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ

ｔｈｅＲＳ－４８５ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅ．Ａｆｔｅｒｔｈｅ

ｐａｒｔｗａｓｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓ，ｉｔａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｏｆｈａｒｄｗａｒｅｓ，ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｔｈｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｄａｔａｓｔｏｒａｇｅｆｕｎｃｔｉｏｎｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔ

ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒａｎｄＷｆｆｌ＇ｅｉｔｓｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｒｅｍｏｔｅａｐｐａｒａｔｕｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｗｒｉｔｔｅｎ．Ｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｂａｓｅｄｏｎＡＲＭ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｍｕｃｈ

ｍａｋｉｎｇａｄｖａｎｔａｇｅ，ｓｕｃｈａｓｈｉｇｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｅｕｐａｎｄｄｏｗｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｏｒｋ，ａｎｄｈｉｇｈｓｔａｂｌｅ，ｈｉｇｈｃｏｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｅｔｃ．

ＫｅｙｗｏｒｄｓＲｅｍｏｔｅｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇ，Ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔ，Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ，ＡＲＭ９

哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明

本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于ＡＩ蝴的多对象远程抄表系统集中器的设计与实现》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。

作者签名：研榜秀日期：ｚｏ口７年吾月２ｚ日

哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书

《基于ＡＲＭ的多对象远程抄表系统集中器的设计与实现》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导完下成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。

本学位论文属于

保密口，在年解密后适用授权书。

不保密团。

（请在以上相应方框内打４）

作者签名：叶黟另日期：加７年弓月２２日日期：如口彳年多月乙ｔ，日导师签名：夏，１蟊

第１章绪论

智能电表、水表、煤／燃气表、热量表等自动抄表技术是集计算机技术、通信技术及计量技术于一体，具有计量准确、方便、抄收速度快、易于管理等优点，既节省人力又可以避免人为因素造成的误差，是电、水、煤／燃气等收费的主要趋势，同时也符合国内住宅小区智能化的发展需求【¨。随着智能化小区的建设，多对象抄表系统集中器逐步普及，所使用的通信媒体包括：红外线、双绞线、无线电、电话线、光纤、电力线及现场总线等ｆ２】。但寻求更简单更可靠的通信方式，仍旧是一个热门话题。

１．１国内外多对象自动抄表系统的发展及现状

在国外，自动抄表技术发展较早，二十世纪八十年代中期，国外就开始安装和投入使用ＩＣ卡自动抄表、电力载波自动抄表、远程自动抄表系统ＡＭＲＳ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭｅｔｅｒＲｅａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）。智能ＩＣ卡自动抄表技术源于国外，它是将用户信息存入卡中，利用微机技术、ＩＣ卡技术进行数据管理的方法。该方式有着自身的优点：采用预付费方式，避免纠纷；无需敷设管线及线路维护；限量消费，节约能源。但是ＩＣ卡自动抄表方式也有着以下很多的弱点：（１）技术不成熟，主要表现在经常出现误报警，即用户ＩＣ卡中尚有足够用量的情况下，表也会产生报警，并且停止供应，造成即便有卡也不能用水、用电、用气的情况，给人们造成一定的困扰；（２）利用ＩＣ卡预付费这种方式，造成先买单后吃饭的问题，缺少人性化，因此只适用于散户，不便于集中物业管理。国外ＩＣ卡抄表方式只是在一些低档的或流动性场所使用，至今仍未被广泛应用。另外此种方式需要用户到指定部门购买ＩＣ卡，把本来属于卖方的劳动由买方来承担，不能体现便民性：（３）用户不能及时了解自己的消费情况，无法及时地核实自己的耗能数据；（４）随着电子技术的发展，ＩＣ卡越来越容易被解密，造成假卡或造成控制系统失效，难以取证认定，易发生纠纷。ＩＣ卡受到攻击后对住户或国家都会造成损失；（５）难以上网查阅，并且对水、电、气难以进行动态管理；（６）需制造专门的智能仪表，提高了系统的成本；（７）售后服务很难解决，如果ＩＣ卡或智能仪表出现问题，必须及时维修，这给物业部门和管理部门造成巨大的负担；（８）ＩＣ卡抗干扰能力差，价格高，寿命短，综合效益差。ＩＣ卡自动抄表方式不适合于智能化小区的多对象自动抄表【３ｌ。电力载波

自动抄表方式的优点是利用电力线传输，无需敷设线路，节省资源。虽然此种方式有明显的优点，但并没有在我国得到广泛地使用，主要是因为关键技术不能解决。目前我国住宅小区使用的是低压电力网，低压电力网由于频率低，通道特性不具备一般性，即不同线路的特性差异很大或线路信道具有时变性，而且线路噪声功率较其它线路大，所以在这样的通道上实现常规的窄带传输比较困难。其缺点主要表现为㈣：（１）电网在传输数据过程中，经常受到无线电信号、电磁信号、脉冲信号的干扰，导致传输数据错码、丢码；（２）家用器启动时瞬间电压极大，产生许多脉冲信号，这些干扰信号叠加在电网上，造成数据与原表的误差；（３）传输距离有限，由于配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，电力载波信号只能在一个配电变压区域范围内传递，数据传输距离受到限制。要想充分利用电网进行载波就必须解决抗干扰接收问题和信号处理问题。然而我国的电网的纯净度差，想要解决它，不但要相当大的投资，而且必须解决许多关键性的技术问题，目前还很难实现。多对象远程抄表方式具有以下特点：（１）信号传输有自己专用的通道，不容易受到其它信号的干扰，计量准确性比较高；（２）传输距离可以比较远，远程抄表方式一般采用总线方式进行数据传送，只要总线选择合适，传输距离可由几米增加到几千米；（３）关键技术日趋成熟，技术可靠性高［７１。

现在已有不少著名厂商已生产出ＡＭＲ系列产品，而且对ＡＭＲ的研究也越来越深入。８０年代中期以来，美国在多对象ＡＭＲ技术的开发和应用上就已取得了长足的进步【８１：在科罗拉多州丹佛市，一家公用事业企业将７７万余台电表和６７万余台煤／燃气表实现了自动抄表，成为当时美国推广应用量最大的一家公司；１９９４年ｌＯ月美国《电世界》摘要介绍Ｃｈａｒｔｗｅｌｌ公司对北美２２个电力公司和３１个产品供应商的调查结果也指出【９１：北美（主要指美国和加拿大）在１９９４年初就己装了３１４，０６３块具有自动抄表功能的电度表；安装了１９７，３７７个自动抄表单元；“１９９８Ｓｃｏｔｔ．ＲｅｐｏｒｔｏｎＡＭＲＤｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ’’资料披露，在１９９８年度，美国共有７９１项ＡＭＲ应用项目，其中约有５５０万台电表实现了自动抄表。到２００１年己经有９．１百万美元的营业额。而在Ｓｃｏｔｔ报告中，截至到２００３年１月，北美已经有４９，３ｌｌ，３７２个单位使用多对象自动抄表。九十年代初多对象自动抄表技术逐渐成熟，在世乔各地得到了迅猛的发展。２００２年全球部分国家和地区的多对象ＡＭＲ数据如下：北美１８００万单元，欧洲１７６万单元，日本５９万单元等等。

另外，美国于１９８６年就建立了多对象自动抄表技术协会（ＡＭＲＡ），每一年半左右开一次国际性年会，每次年会前都有专题报告，近年又成立了欧洲多

对象自动抄表技术协会（ＥＵＲＯ．ＡＭＲＡ）和英国多对象自动抄表协会（ＵＫ．ＡＭＲＡ），各种新的技术不断推陈出新，推动着整个自动抄表技术行业的发展。

国内８０年代初，大部分地区仍然以人工抄表为主，远程集中抄表发展的势头迅猛。最初有些发达地区采用手掌机人工抄表，然后自动录入相应管理系统，这种表数据录入还是人工进行，没有真正解决劳动强度大的问题，而且容易产生人为误差等问题，针对这种情况，多对象远程抄表系统集中器便应运而生。

近几年随着电子技术、传感技术、自动控制技术、计算机信息技术以及网络技术的迅猛发展，越来越多的高集成度，功能强大的电子器件被开发出来，使得多对象集中器越来越普遍。除此之外，实现电表、水表、煤／燃气表、热量表户外自动抄表也得到了国家政策上的支持，建设部《２０００年小康型城乡住宅科技产业工程城市示范小区规划设计导则（修改稿）》中已明确提出：“推广使用户外计量（含水、电、暖、燃气表）技术＂。在《中国住宅户年品发展纲要》中也明确提出：实现方便查表、不干扰住户、大量人工查表工作，逐步过渡到数字化传递，开展智能化水、电、气、热集中器装置及接口箱柜，智能化集中装置的开发要达到准确计量、抗干扰能力强、稳定性与耐久性好、使用安全、防盗等基本技术性的要求。由此可见智能表的户外自动抄表不论从技术上还是从政策上都具备了可行性。因此，它必将替代传统抄表方式成为住宅建筑的通用标准而不断地发展完善，从而为人们的生产生活提供更加舒适方便的服务。

但是，寻求多对象集中器的简单可靠的通信方式，仍是一个热门话题，特别是美国、欧洲及日本，有很多公司从事着这个领域的研究和开发。国内也有不少公司和企业在进行这方面的研究和开发。目前已推出的抄表系统覆盖了很多应用领域，所使用的通信媒体包括：红外线、双绞线、无线电、电话线、光纤、电力线及现场总线等。抄表系统既可以采用单一媒体，也可以采用多种媒体结合。目前国内常用的数据通信模式有：ＲＳ一４８５总线方式、低压电力线载波方式、公用电话线通信方式、ＣＡＮ总线等。

１．２多对象远程抄表系统集中器的通信方式

多对象远程自动抄表系统集中器的通信方式可从两个层面进行介绍，分别为上行通信和下行通信。上行通信是星形网络结构，以中心计算机为中心，以

发散的方式通过通信网络一对Ｎ的连接，有两个特点：一是多对象集中器的覆盖面很广，具有分散性；二是用户数量多，信息数据量较大。这些特点对多对象集中器的通信方式提出了较高的要求：一方面能将数据及时准确地传送，确保数据的实时性和安全性；另一方面又要求成本不能太高，而且还要有较强的抗干扰能力。比较成熟的主要有光纤、电话线、现场总线等。下行通信由于节点多，传输速率要求不高，距离较短，所以下行近距离数据传输方案不断地吸收通信领域和总线技术的通信方式，比较成熟的主要有ＲＳ－４８５总线、电力载波、短距离ＲＦ无线等。随着电子技术，网络通讯技术的快速发展，已经出现了多种通信方式可供选择，各种方式的性能、特点、成本也各不相同，针对不同的要求和不同的智能表具有的客观条件，多对象远程自动抄表系统集中器的设计可以选用不同的通信方式。下面对常见的远程通信方式进行分析比较，寻求简单可靠的多对象远程抄表系统集中器的通信方式【Ｉｏ－ｎｌ。

１．光纤通信方式

光纤通信具有频带宽、传输速率高、传输距离远以及抗干扰性强等特点，适合上层通信网的要求。但因其安装结构受限制且成本高，故很少在多对象自动抄表系统集中器中使用。

２．电话线通信方式

电话线通信的主要缺点是：线路的连通时间较长，从几秒到几十秒抄表计算机系统频繁的拨号读数形成了对用户的“电话干扰”，数据传输速率较低。对于需要频繁抄送仪表、仪表数据量较大的系统来说，此种方法效率较低。此外，电话抄表方式受限于电话网的铺设场所，工作需要电信行业的配合，主要应用在居民小区，对于位于野外场所的一些工控仪表，将无法直接实施。若采用单独布线的方案，工作量较大，不仅增加了制作成本，而且存在通道易遭到破坏的问题。因此，在实际应用中电话抄表方式易受到用户抵制而不易推广，随着新技术的出现，使用该技术的多对象远程自动抄表系统集中器在实际现场的运用己越来越少。

３．电力载波通信方式

电力载波通信的原理是把表的数据通过智能表控制器将数据调制，通过电力线传送，在接收端解调还原成数字信号，并将数据传送到中心计算机，在同一台配电变压供电范围内统一编址，由终端设备巡回读写。低压电力线载波通信的基本原理如图１－１所示。

数字终端卜叫调制电路卜叫放大器卜－．１滤波器卜－叫耦合电路

磊孬ｂ雨磊砰稠－医鬲Ｕ而Ｉ一发送机一’２２０Ｖ

接收机

图卜ｌ电力线载波通信的原理框图

Ｆｉｇ．１一ｌＴｈｅＳｃｈｅｍａｔｉｃＦｒａｍｅｗｏｒｋＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣａｒｄｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

４．无线电通信方式

无线电通信是利用控制端的小功率无线发送器和接收器实现数据的传输，对于不同类型的表就比较麻烦，如编号、信号频率通道的设置都有所不同。国外普遍采用此种方式，但此种抄表更适合应用于分散的关口计量仪表的抄收。

５．有线电视网通信方式

有线电视网通信是利用现有的有线电视网实现自动抄表，这种网络是可视的，信息回传通道未加入，实现起来较为复杂，此种方式正处于探讨阶段。

６．现场总线ＣＡＮ通信方式

ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）即控制器局域网络，属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。ＣＡＮ总线的分布式控制系统具有以下优越性【１２１：

（１）ＣＡＮ控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权（取决于报文标识符），采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且ＣＡＮ协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。

（２）ＣＡＮ总线通过ＣＡＮ控制器接口芯片的两个输出端ＣＡＮＨ和ＣＡＮＬ与物理总线相连，而ＣＡＮＨ端的状态只能是高电平或悬浮状态，ＣＡＮＬ端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现像在ＲＳ－４８５网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且ＣＡＮ节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现像在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。（３）ＣＡＮ具有的完善的通信协议可由ＣＡＮ控制器芯片及其接口芯片来实

现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期。另外，与其它现场总线比较而言，ＣＡＮ总线具有通信速率高、容易实现、低成本、高可靠性、实时性、抗干扰能力强且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这也是目前ＣＡＮ总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。

７．ＲＳ一４８５总线通信方式

ＲＳ－４８５总线方式的抄表系统主要是将智能表与集中器之间以４８５总线网络进行连接，完成数据的发送和接收，通信网结构如图１－２所示【１３１。ＲＳ－４８５总线作为一种多点差分数据传输的电气规范，己成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信，它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性使其能够很好的满足工业控制领域要求。ＲＳ－４８５总线的传输介质采用双绞线，技术成熟、简单，在通信信道正常的情况下通信稳定、可靠、可以实现实时通信。该方式在抗干扰性、广泛共模范围、充足的数据速率以及多点功能方面具有众多优势。

图１－２ＲＳ－４８５总线网结构图

Ｆｉｇ．１—２ＲＳ－４８５ＢｕｓＮｅｔｗｏｒｋＳｌｌ－ｕｅｎｌｌ屯

本系统管理中心与集中器之间采用ＣＡＮ总线进行通信，集中器与智能表之间采用ＲＳ一４８５总线进行通信。

１．３多对象集中器的工作原理及其优点

多对象远程自动抄表系统中集中器的工作原理是利用电子技术和传感器技术制造出具有远传功能的智能仪表，再在室外安装一套集中系统，将每一个智能表传出的数据送到集中器中，然后通过总线将数据传给上位机再进行处理，实现定时抄表的功能。多对象远程自动抄表系统集中器具有如下优点【１４ｌ：

１．方便抄表工作，工作效率高

多对象远程抄表系统集中器以精确的构思，解决了管理部门与用户的矛盾。以往每一个住宅楼都需派专人抄表，不仅抄收数据繁琐，而且统计困难。采用远程自动抄表系统集中器后，计算机直接采集每个住户的电、水、气数

据，并进行分析、整理、存储，同时计算出相关的费用，使能源供应公司及物业管理部门从根本上减少人工上门抄表带来的繁杂低效的运作模式。准确而便捷的收费系统，既减少工作人员又减少供应公司与客户之间的纠纷，从而提高管理部门的工作效率。从社会效益讲，同步实现了集中智能管理，减少了人为因素带来的诸多不利。

２．维护方便、升级容易

多对象集中器正常运行后将处于免维护状态。若需要更换网络中设备，只要在更换后通过微机重新设置有关参数即可，无需变动现场其它硬件及参数，整个操作仅需几分钟。若要对多对象集中器进行升级，这在以单片机为核心的网络型远程抄表系统集中器是很容易做到的，将写入ＣＰＵ中的程序进行调整，或配以相应的模块即可满足要求，就像操作系统的升级一样容易。特别是基于那些功能更加强大的总线技术的远程抄表系统集中器，产品的升级和扩展特别容易实现。

３．运行稳定可靠，可实现实时采集数据，采集数据迅速准确

随时可读取智能表数据，也可随时查询消耗情况和相关数据，还可以通过计算机网络与营业计算机系统有机结合起来，实现数据共享、远程自动抄表，提供最原始的数据，绘制出用户日、月、年的负荷曲线，掌握耗能配额及各用户耗能指数，做到整体监测、分析考核。

４．可为居民提供公平、透明的消费平台

对用户而言，由于数据准确可靠，为用户提供了一个对管理部门供应及自己使用情况的公正的了解，同时为管理部门提供了用户用量及缴费情况的查询，从而避免由于关系、权利、人情造成的混乱，对改善服务质量，提高管理部门形象起到了很大作用，具有明显的社会效益。

５．可实现远程管理控制

可以随时监测用户表的运行状况，能及时发现表故障，防止偷漏电、水、气现象。若用户消费量超过管理部门规定的金额，管理部门可切断用户表的信号，使其停止运行。远程自动抄表系统集中器容操作性、方便性、管理理念及消费习惯的一致性于一体，组合运用当今的多种成熟技术，为电、水、热、气等这些特殊商品的抄收问题提供一套全新解决模式。

１．４课题研究的目的和意义

智能电表、水表、煤／燃气表、热量表等大量地出现在人们的生活中，同

时这些仪表的抄录工作变得越来越烦琐，工作量大，工作效率低，不仅给用户带来不便，而且会存在漏抄、误抄、估抄的现象。随着电子技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，人工抄表已经逐步被自动抄表所代替。

多对象自动抄表系统集中器的通信方式十分复杂，提高集中器数据处理能力、有效完成上下行通信是自动抄表系统ＡＭＲＳ（ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＭｅｔｅｒＲｅａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）目前需要解决的关键问题。

集中器是一个数据集中处理器，是多对象自动抄表系统的通信桥梁，负责对各智能表的数据进行采集、存储和管理，及时有效地向上位机传输数据并执行上位机发送的指令。３２位ＡＲＭ９微处理器处理能力强，对于较复杂的通信与控制算法容易完成；不依赖硬件平台，有利于软件的开发、升级与移植；在缺乏多任务调度机制的情况下，应用软件较易实现，可靠性高；速度快、硬件性能高、低功耗、低成本，且集成了相当多的硬件资源，硬件的扩展和设计大大简化，ＡＲＭ９（￥３Ｃ２４１０）为工业级芯片，抗干扰能力强，能够适应运行现场的恶劣环境。

基于ＡＲＭ的多对象远程抄表系统集中器可以实现多对象远程抄表，提高了数据处理能力，有效完成了上下行通信，可靠性强，稳定性高，结构简单。１．５本文研究的主要内容

本论文研究的主要内容：

（１）研究智能仪表的设计方案；

（２）根据实际需求完成数据集中器的设计、制作。包括数据集中器软、硬件设计，包括各模块电路的实现；

（３）确定通信方式及通信标准：

（４）编写ＣＡＮ总线驱动程序。驱动程序包括四部分内容：ＣＡＮ控制器的初始化、接收数据、发送数据和总线异常处理。主程序调用驱动程序提供的接口来实现数据的接收与发送；

（５）编写实现多对象集中器功能的软件。利用Ｃ语言编写软件来实现数据采集功能并对数据进行分析、处理及保存；利用ＶＣ写集中器与ＰＣ机的通信程序，实现两者之间数据交换。

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第２章多对象远程抄表系统中集中器的总体设计２．１多对象自动抄表系统的组成

自动抄表（ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＭｅｔｅｒＲｅａｄｉｎｇ，简称ＡＭＲ）是指采用通信、计算机等技术，通过集中器自动采集和处理智能表数据，然后通过现场总线ＣＡＮ将信息传至上位机，由上位机对数据进行处理、显示、存储、打印。多对象自动抄表系统主要由智能表（水、电、气、热量表）、数据集中器和上位机组成；其中智能表和数据集中器之间通过ＲＳ－４８５总线进行数据通信，数据集中器和上位机通过现场总线ＣＡＮ进行数据传输【１５。１７１。多对象自动抄表系统的结构框图如图２－１所示。里

集中器ＩＩ集中器ｌＩ集中器

妻｝ｌ妻ｌ陲ｌｌ蓁ｌｌ妻Ｉｌ囊ｌ陲｝ｌ萋ｌｌ妻ｌｌ妻ｌ巨ｌＩ萋

图２一ｌ多对象自动抄表系统的结构框图

Ｆｉｇ．２一ｌＴｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＦｒａｍｅｗｏｒｋｏｆＭｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔＡｕｔｏｍａｔｉｃＭｅｔｅｒＲｅａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ

由图２—１可以看出，系统的工作原理是前端智能仪表根据实际耗能情况产生耗能量，数据集中器对发送来的耗能量进行判断分析、接收处理、存储。ＡＲＭ（￥３Ｃ２４１０）芯片作为集中器微处理器，定时采集智能表的用量，并将用量送往集中器中ＣＡＮ控制器的发送缓冲区，进而通过ＣＡＮ总线收发器将数据传给上位机再进行处理。当上位机要求查询耗能情况时，通过ＣＡＮ总线将命令传达给数据集中器，数据集中器在收到命令后把存储的数据信息发送给ＣＡＮ控制器，然后传给上位机，这样就完成了一次数据交换，也可以说是完成一次查询任务。

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２．２智能表

智能仪表是整个系统的最前端，是脉冲信号产生的发源地，也是脉冲信号传输的起始端，在这里产生的脉冲信号是否准确有效，直接影响到智能表控制器的计量结果，对整个系统的可靠性来说是非常重要的。系统中的智能仪表是在普通机械水表、煤／燃气表、电表的基础上加装传感器及单片机改造而成的。普通机械表利用机械传动的原理来记录数据的，要想把机械运动的结果转变为脉冲信号就必须依靠传感器技术，然后利用单片机技术将脉冲量转化为智能表耗能数据，通过智能表的ＲＳ一４８５口进行数据传输。集中器端通过ＲＳ－４８５总线采集几十块智能表的数据，智能表为具有ＲＳ－４８５输出口的电子表，带ＲＳ一４８５接口的单相智能表。

１．水表、煤／燃气表

传统的水表、煤／燃气表基本上都是机械的旋翼式叶轮水表、煤／燃气表，这对自动抄表系统带来了一定的困难，因为它很难实现与上层的数据通信，为此需要对自来水表、煤／燃气表进行改装。对传统水表、煤／燃气表进行改装基本上是在旋翼式叶轮水表、煤／燃气表上加装一套传感装置、单片机装置，将旋翼式叶轮水表、煤／燃气表的叶轮转速转换成相应的脉冲量，以便于主控制器对水表、煤／燃气表数据进行采集、存储、处理。在对旋翼式叶轮水表、煤／燃气表的设计改造中，方法比较多，有干弹簧、霍尔、电感等方法。干弹簧传感器技术由于转换方便、成本低、体积小、重量轻等优点在智能水表、煤／燃气表的开发研制中占有一席之地，结构图如图２－２所示：

图２－２传感器结构图

Ｆｉｇ．２－２ＳｅｎｓｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅ

改装后的机械表的原理是在水表、煤／燃气表表盘指针上安装一个永磁体，再在水表，煤／燃气表的相应位置上安装干弹簧，当机械水表或煤／燃气表的指针受到冲击产生旋转之后，附着在上面的磁钢也跟着旋转。当磁钢旋转到干弹簧两簧片对应位置时，簧片由于受到磁钢的磁力作用而吸合，由其转换电

路产生一个输出脉冲。指针每转一圈，磁钢跟着旋转一圈，干簧管吸合一次，这样就把指针旋转一圈所代表的水量、煤／燃气量由于干弹簧的一次吸合来替代。干弹簧吸合或断开是一个开关量信号，即脉冲信号。主控制器记录的脉冲信号是由传感器电路产生的。那么产生的耗能数据又和脉冲数量之间有什么样的关系昵？由传感器结构图２－２可以看出，干弹簧吸合一次代表着指针转过一圈，指针旋转的速度越快，则干弹簧开、关的频率也就越快。由机械常识可以知道，指针数量级别越小，旋转一圈所需要的时间就越短，代表的流量也就越少，计算流量的精度也就越高。通常的机械表设置指针级别由１００００吨一直到０．０００１吨，而机械表主叶轮则比０．０００１吨还要小一个级别，磁钢旋转一圈，说明流过的水量（煤／燃气）是该级别的１０倍，即一个脉冲信号为该级别的１０倍流量，由此不难看出，在同样用水、气情况下，磁钢所在指针级别越小，干弹簧吸合，断开就越频繁，输出的脉冲数量越多，主控制器接收、处理工作越繁忙，需要的存储空间越大。这样不但会导致干弹簧因频繁闭合而降低寿命，也会影响单片机处理其它工作。根据人们日常的生活习惯，也充分考虑到计量精度的问题，本课题，水表选用将磁钢安装级别为Ｏ．０１吨的指针上，干簧管闭合一次代表流水量为０．１吨，即１个脉冲相当于０．１吨水，而谢燃气表的磁钢则安放在０．００１ｍ３指针上。一个脉冲代表０．０１ｍ３的煤／燃气用量【１Ｓｌ。

２．电表

目前国内的单相电子式电能表大部分都是采用电能计量模块，电能计量模块可以转换为控制器直接计数的脉冲信号，再在外围添加一些辅助模块共同组成电能表，各种单相电子式电能表所使用的计量芯片的工作原理基本上是相似的。美国ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ公司生产的单相电能表计量芯片ＡＤ７７５５在我国的电子式电能表行业中有着广泛的应用，使用ＡＤ７７５５设计的电能表性能优越，但是随着自动抄表技术的发展以及电能表技术的发展，它在这些方面的应用还存在一定的缺附悖】。为此，美国ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ公司又推出了ＡＤＥ７７５５计量芯片，它相当于电能传感器，主要负责将用户所用电能转化为数字脉冲。

ＡＤＥ７７５５是一种高准确度电能测量集成电路，其技术指标超过ＩＥＣｌ０３６规定的准确度要求。ＡＤＥ７７５５的原理框图如图２－３，各个引脚功能如表２一ｌ所示。ＡＤＥ７７５５只在ＡＤＣ和基准源中使用模拟电路，所有其它信号处（如相乘和滤波）都使用数字电路，这使ＡＤＥ７７５５在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。ＡＤＥ７７５５内部包含一个对ＡＶＤＤ电源引脚的监控电路。在ＡＶＤＤ上升到４Ｖ之前，ＡＤＥ７７５５一直保持在复位状态。当ＡＶＤＤ降到４Ｖ以下，ＡＤＥ７７５５也被复位，并且Ｆ１、Ｆ２和ＣＦ都没有输出。内部相位

匹配电路使电压和电流通道的相位始终是匹配的，无论通道ｌ内的高通滤波器（Ⅷ，Ｌ）是接通的还是断开的。内部的空载阈值特性保证ＡＤＥ７７５５在空载时没有潜动。

Ｇ０ＧＩＡＶＤＤＡＧＮＤＡＣ＿／ＩＸ：ＤＶＤＤＤＧＮＤ

ＲＥＦａ．ＫｉｎＣＬＫ＿ｏｕｔｓｃＦＳｏＳ１ＲＥＶＰｃＦＦ１Ｆ２

图２—３ＡＤＥ７７５５的原理框图

Ｆｉｇ．２－３ＡＤＥ７７５５ＰｄｎｄｐｌｅＦｒａｍｅｗｏｒｋ

电能表计量的基本原理由图２－３可知，该芯片从电力线的相线采样得到电流信号以后，送入通道ｌ进行放大，然后经过Ａ／Ｄ转换器ＡＤＣ转换成数字信号，该信号进行相位补偿和高通滤波后进行乘法器，与通道２得到的电压取样信号相乘，得出功率信号，再将结果进行低通滤波和数字化处理后，在Ｆｌ、Ｆ２引脚上以负脉冲的形式输出平均实际功率的信号，ＣＦ端是该信号的１６或３２倍频输出，可用于校表或和电脑接口，Ｆｌ、Ｆ２及ＣＦ端的输出波形如图２－４所示。如果该芯片被用做功率表，那它是实际功率的输出引脚。下面是这一转换过程的计算表达式：平均功率＝平均频率＝脉冲个数／积分时间；在一个积分周期内用户消耗的电能为：电能＝平均功率木积分时间＝（脉冲个数／积分时间）ｊＩｃ积分时间＝脉冲个数。在一定时间内对脉冲进行计数，即可测得电能值。本课题电表设计中的ＡＤＥ７７５５的频率输出端（ＣＦ）连接在控制器的ＴＭＲ０定时／计数器，主控制器对ＡＤＥ７７５５输出的脉冲进行计数，并将脉冲量进行转化，转

化为耗能数据，通过智能表的ＲＳ－４８５接口进行数据传输【２０】。

图２－４ＦＩ、Ｆ２及ＣＦ端的输出波形图

Ｆｉｇ．２０ＷａｖｅｆｏｒｍｏｆＦｌ、Ｆ２ａｎｄＣＦ

表２－１各个引脚功能描述

Ｔａｂｌｅ２一ｌＦｕｎｃｔｉｏｎＤｅｓｃｒｉｂｅｏｆＰｍｓ

引脚

编号引脚代号功能描述

ｌＤＶＤＤ数字部分电源端５Ｖ，偏筹为正负５％

２ＡＣ／ＤＣ高通滤波器选择端应将其接到ＤＶＤＤ端，

则频响为（４５石５）Ｈｚ

３ＡＶＤＤ模拟部分电源端５Ｖ，偏差为正负５％

４，１９Ｎｃ没迮接

５，６通道１的模拟信号正、负输入端，Ｖｌｐ，Ｖｌｎ内置正负６Ｖ的过压保护电路

７，８％，咳通道２的模拟信号正、负输入端，

内置正负６Ｖ的过压保护电路

９ＲＥＳＥＴ芯片复位电路，低电平有效

１０ＲＥＦ基准电压端，应将该引脚通过Ｏ．１ｕＦ

的陶瓷电容器与ＡＧＮＤ相接

ｌｌＡＧＮＤ模拟地，应通过一定方式与数字地相连

１２ＳＣＦＣＦ的倍频端，接低电平时，为１６倍频，

接高时为３２倍频

１３，１４Ｓｌ，Ｓ０数字频率转换时的传递函数的选择端

１５，１６Ｇ１，Ｇｏ选择通道１增益：１、２、８、１６组合

１７，１８ＣＬＫｉｎ，ＣＬＫｏｕｔ时钟输入输出端，在这两端接３．５８ＭＨｚ的晶振

２０ｌ也ＶＰ当检测到为负功率时，即用户向电网送电时，

该引脚被置高

２１ＤＧＮＤ数字地，为提高抗干扰性，应将模拟地与

该引脚以一点方式相接

２２ＣＦ高频脉冲输出端，常用ｒ校表

２３，２４ＦＩ，Ｆ２这两端接步进电机

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２．３数据中心

数据中心的设计为设计管理中心软件，其中管理中心软件设计较为复杂，管理中心软件的功能是对所采集到的智能表的数据进行分析、存储以及数据维护，它的功能设计主要包括系统管理、数据中心控制、远程抄表、数据查询、报表管理和帮助等几个部分，数据中心就像是人的大脑一样，所有的系统命令都是由它发出的。

２．４多对象集中器

多对象集中器安装在小区每个单元的楼道里，集中器与智能表之间呈现集散分布状态。集中器要能够实时记录智能水、电和煤／燃气表各自的数据，并存储于Ｅ２ｐＲＯＭ里面。当数据中心发出抄表命令时，集中器将各自存储的数据从Ｅ２ｐＲＯＭ里面提取出来，通过现场总线ＣＡＮ远传远方的数据中心。集中器要完成用户数据的计算、存储和上、下层通信，是整个多对象自动抄表系统的核心。

２．５多对象集中器与智能表之间的通信

智能表与数据集中器的距离不远，集中器安装在小区每个单元的楼道墨，智能表与数据集中器的通信方式选择ＲＳ－４８５总线的方式。采用ＲＳ－４８５通信方式具有比其他的现场总线（ＣＡＮ、ＬｏｎＷｏｒｋｓ）等的通信设备简单、控制容易、使用成本低，并且技术基本己经成熟等优势。

２．６多对象集中器与数据中心之间的通信

数据集中器与数据中心之间的通讯采用现场总线ＣＡＮ作为通讯媒介。电、水、气量数据的ＣＡＮ总线传输部分主要应用ＣＡＮ控制器，控制ＣＡＮ总线上电、水、气量数据的收发，通过ＣＡＮＩＮＴＥＲＦＡＣＥ将数据连接到ＣＡＮ总线上，然后通过ＣＡＮｍｉｎｉ并口ＣＡＮ接口卡连接到上位机上，结构框图如２－５所示。

ｌ上位机ｌ

Ｉ

＆￥ｌＰＬＱＬ

’％９－２ＳＨＱ５

ＩＩ

ｌ＆￥ｌ接几＆￥１１妾口＆￥１接口

Ｉ集Ｅ器集ｌ￡器集Ｅ器

图２—５集中器与上位机通信的结构框图

Ｆｉｇ．２－５ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒａｎｄＵｌ’ｃｏｍｐｕｔｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅＦｒａｍｅｗｏｒｋ

２．７本章小结

本章首先介绍了多对象自动抄表系统的总体构架，即它的网络拓扑结构；介绍了系统中各部分的功能及在网络结构中的位置，阐述了系统的总体功能和特点，详细阐述了智能表的设计及工作原理，并详细介绍了单相智能电表专用芯片ＡＤＥ７７５５的工作原理。确定多对象抄表系统中集中器上、下层通信方式，智能表和数据集中器之问通过ＲＳ－４８５总线进行数据通信，数据集中器和远方数据中心通过现场总线ＣＡＮ进行数据传输。

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