基于單片機(jī)遠(yuǎn)程抄表裝置的研究

1、（ 屆）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)遠(yuǎn)程抄表裝置的研究學(xué) 院、系： 電氣與信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名： 職稱(chēng) 最終評(píng)定成績(jī) 年 月 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)遠(yuǎn)程抄表裝置的研究院 （系）：電氣與信息工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 20 年 月摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的日益提高，安全、舒適、方便、健康已成為人們對(duì)居住環(huán)境所提出的新要求。智能化小區(qū)正是在這種要求下應(yīng)運(yùn)而生并蓬勃發(fā)展起來(lái)的。安全自動(dòng)化，通信自動(dòng)化，管理自動(dòng)化是智能化小區(qū)的三大特征。體現(xiàn)智能化小區(qū)管理自動(dòng)

2、化特征的水表、電表、煤氣表的自動(dòng)抄收作為必備的導(dǎo)入項(xiàng)目之一，在工程設(shè)計(jì)中占有重要位置。自動(dòng)抄表改變了以往人工抄表的服務(wù)方式，實(shí)行無(wú)人查表，由物業(yè)管理公司或供給公司在控制中心集中抄收，避免了因人工抄表所造成的錯(cuò)抄、漏抄、估抄、抄表時(shí)間跨度大、工作效率低、存在安全隱患等弊端。既節(jié)省了人力物力，也提高了安全性。本文是針對(duì)智能化小區(qū)的水表、煤氣表抄表系統(tǒng)所作的研究。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)和案例的分析，結(jié)合小區(qū)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)控制技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水表、煤氣表數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、傳輸?shù)裙ぷ?，使每一位住?hù)的水表、煤氣表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳遞

3、給物業(yè)公司的中央控制室，以便查抄。為了準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)水表，煤氣表數(shù)據(jù)地遠(yuǎn)程抄收，本文設(shè)計(jì)完成了以 AT89C52 為控制核心，同時(shí)具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)通信功能的系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括：(1)智能儀表部分。主要包括通過(guò)傳感器設(shè)計(jì)來(lái)完成物理量向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；(2)數(shù)據(jù)采集器部分。主要包括單片機(jī)及其擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)，信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)切換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，通訊接口設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量做到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)省外圍電路。在軟件設(shè)計(jì)上，主要針對(duì)數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集功能和串行通訊功能進(jìn)行程序的編寫(xiě)。關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程抄表 智能小區(qū) 單片機(jī) ABSTRACTWith the develop

4、ment of economy and the improvement of living standard, peoples living condition changed continuously. Safety, comfort, convenience and healthiness of the living condition come to become the new requirements. To meet these requirements, the buildings of intelligent residential quarters developed vig

5、orously. The security automation,communication automation, and management automation are the three important characteristics of the intelligent residential quarters. The meter automatic reading in water,electricity and gas, which embody the management automation characteristics of the intelligent re

6、sidential quarters, is one of the necessary guide items, and it occupies the important place in the engineering design. Meter-reading automation changes the past serving manner of manual work, avoids the disadvantages of the manual work, such as the wrong,leaking, and estimating reading, the great t

7、ime lag, the low efficiency, the existing hidden safety problems. It not only saves the manpower and material resources, but also enhances the security.The meter-reading system in water meter and in gas meter for intelligent residential quarters is designed in this paper. Through analysis and study

8、of the correlative technique and cases, the remote meter-reading system based on microcomputer control technique is designed. The design considers sensor technique, microcomputer technique and communication technique as major supports. Based on these techniques, data collecting, data processing, dat

9、a storage as well as data transmitting are realized. The data of the water meter and the gas meter in every family can be transmitted to the center control room exactly.In order to carry out the remote reading of the water meters and gas meters accurately, this paper designed the hardware and softwa

10、re system, which used AT89C52 as the control core and possessed the remote data collecting and date communication function. The hardware design included the follows: (1) Intelligent meter module, converting the physical signals to the electrical signals by the sensor. (2) Data acquisition module, in

11、cluding the designs of microcomputer and its extended interface; the designs of signal demodulator circuit, signal switchover circuit and A/D converted circuit; the design of communicate interface. In the hardware design, this paper tries to simplify the system structure and peripheral circuit. In t

12、he software design, the programs for collecting data and communication are made. Keywords: Remote meter-reading, Intelligent residential quarters, microcomputer.目 錄第1章 緒論.11.1 課題提出的背景.11.1.1 自動(dòng)抄表的必要性. .11.1.2 自動(dòng)抄表的可行性.21.1.3 目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的自動(dòng)抄表方式.21.2 本文所做的工作.4第2章 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則.62.1 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則.62.2 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.

13、72.3 系統(tǒng)功能的確定.82.4 建立系統(tǒng).82.4.1 建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型.82.4.2 控制技術(shù)選擇.92.4.3 網(wǎng)絡(luò)的選擇. .9第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).103.1 智能儀表部分硬件設(shè)計(jì).113.2 數(shù)據(jù)采集板硬件設(shè)計(jì).133.2.1 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì). .143.2.2 數(shù)據(jù)采集通道的設(shè)計(jì).203.2.3 通訊電路設(shè)計(jì).223.2.4 顯示電路設(shè)計(jì).223.2.5 外接存儲(chǔ)器電路. .23第4章 通訊部分設(shè)計(jì).254.1 通訊方式的選擇.254.1 通訊接口的設(shè)計(jì).28結(jié)論.31致謝.32參考文獻(xiàn). .33附錄1 英文文獻(xiàn). .34附錄2 翻譯.39第1章 緒 論1.1 課題提出的背

14、景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的日益提高，人們對(duì)家居環(huán)境提出了越來(lái)越高的要求，安全、舒適、方便、快捷、人性化、智能化已成為新的追求目標(biāo)，以往的住宅結(jié)構(gòu)及管理方式越來(lái)越不能滿(mǎn)足人們的需求。隨著電子計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展給世界的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了無(wú)限的發(fā)展空間，建筑領(lǐng)域也不例外，智能大廈、智能化住宅小區(qū)先后出現(xiàn)，也逐漸實(shí)現(xiàn)了小區(qū)網(wǎng)上物業(yè)管理、安防聯(lián)網(wǎng)報(bào)警、寬帶上網(wǎng)等，但對(duì)于耗能表的計(jì)量及其查表出戶(hù)問(wèn)題的解決還處于較低的水平。本文是針對(duì)于智能化小區(qū)的計(jì)量表的抄收問(wèn)題所做的研究。1.1.1 自動(dòng)抄表的必要性在智能化小區(qū)的管理系統(tǒng)中，安全自動(dòng)化，通信自動(dòng)化和管理自動(dòng)化是三個(gè)主要的特征。耗

15、能表數(shù)據(jù)抄收問(wèn)題是衡量小區(qū)管理水平的一個(gè)非常重要的，不可回避的問(wèn)題。對(duì)于它們的抄收問(wèn)題解決是否有效將直接影響到居住的安全性、便捷性，也影響到物業(yè)公司的管理工作。以往三表數(shù)據(jù)的抄收采用人工方式，即供給公司派工作人員到住戶(hù)家中抄取表的數(shù)據(jù)，然后回到公司，錄入該數(shù)據(jù)，核算出相應(yīng)的消費(fèi)費(fèi)用，打出收費(fèi)單據(jù)，再派人上門(mén)收費(fèi)，這樣不能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，會(huì)造成大量的人力、物力及時(shí)間上的浪費(fèi)，也可能造成錯(cuò)抄、漏抄、估抄的現(xiàn)象，給收費(fèi)人員和住戶(hù)帶來(lái)很大的麻煩，甚至造成很多不必要的糾紛。不僅如此，耗能表的入戶(hù)抄收也相應(yīng)地會(huì)帶來(lái)社會(huì)治安問(wèn)題，有很多治安案件的發(fā)生正是由于犯罪人員冒充抄表、收費(fèi)人員進(jìn)行入戶(hù)搶劫，

16、給住戶(hù)家居生活的安全性造成很大的威脅。鑒于水表、氣表、電表的人工入戶(hù)抄收既造成了工作效率低下，時(shí)間跨度過(guò)大，又存在一定的安全隱患，因此傳統(tǒng)抄表方式已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)今后住宅的發(fā)展需求和人們的生活需求而逐漸喪失生命力。取而代之的是戶(hù)外自動(dòng)抄表，即利用傳感，控制、信息網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)將每個(gè)住戶(hù)的耗能表數(shù)據(jù)傳送至戶(hù)外，再由供給公司集中抄表，這種方法既節(jié)省人力、物力、時(shí)間，保證準(zhǔn)確性，實(shí)時(shí)性也不再讓住戶(hù)安全性受到影響。因此，自動(dòng)抄表方式即滿(mǎn)足實(shí)際要求，又能提高能源管理的自動(dòng)化水平和現(xiàn)代化水平，是促使人工抄表方式向著數(shù)字化、自動(dòng)化方向發(fā)展的方式。既符合人們對(duì)住宅功能的需求也解決了計(jì)費(fèi)、計(jì)量、監(jiān)管等相關(guān)部門(mén)的難

17、題，它必將會(huì)成為一種趨勢(shì)，一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)被大家廣泛認(rèn)可和接受。1.1.2 自動(dòng)抄表的可行性近幾年來(lái)隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的高集成度，功能強(qiáng)大的電子器件被開(kāi)發(fā)出來(lái)，使得自動(dòng)抄表成為可能。除此之外，實(shí)現(xiàn)水表、電表、煤氣表戶(hù)外自動(dòng)抄表也得到了國(guó)家政策上的支持，建設(shè)部2000 年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程城市示范小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（修改稿）中已明確提出：“推廣使用戶(hù)外計(jì)量（含水、電、暖、燃?xì)獗恚┘夹g(shù)”。在中國(guó)住宅戶(hù)年品發(fā)展綱要中也明確提出：實(shí)現(xiàn)方便查表，不干擾住戶(hù)，大量人工查表工作，逐步過(guò)渡到數(shù)字化傳遞，開(kāi)展智能化水、電、氣、熱計(jì)量裝置及接口箱

18、柜，智能化計(jì)量裝置的開(kāi)發(fā)要達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性與耐久性好，使用安全，防盜等基本技術(shù)性的要求。由此可見(jiàn)計(jì)量表的戶(hù)外自動(dòng)抄表不論從技術(shù)上還是從政策上都具備了可行性。因此，它必將替代傳統(tǒng)抄表方式成為住宅建筑的通用標(biāo)準(zhǔn)而不斷地發(fā)展完善，從而為人們的生產(chǎn)生活提供更加舒適方便的服務(wù)。1.1.3 目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的自動(dòng)抄表方式目前國(guó)內(nèi)外普通采用的自動(dòng)抄表方式有三種：IC卡自動(dòng)抄表、電力載波自動(dòng)抄表，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表方式，它們擁有各自的特點(diǎn)及適用范圍。（1）智能 IC 卡自動(dòng)抄表方式智能卡自動(dòng)抄表技術(shù)源于國(guó)外，它是將用戶(hù)信息存入卡中，利用微機(jī)技術(shù)、IC 卡技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的方法。該方式有著自身的優(yōu)

19、點(diǎn)：采用預(yù)付費(fèi)方式，避免糾紛。無(wú)需敷設(shè)管線(xiàn)及線(xiàn)路維護(hù)。限量消費(fèi)，節(jié)約能源。但 IC 卡自動(dòng)抄表方式也有著以下很多的弱點(diǎn)：技術(shù)不成熟，主要表現(xiàn)在經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)警，即用戶(hù) IC 卡中尚有足夠用量的情況下，表也會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，并且停止供應(yīng)，造成即便有卡也不能用水、用電、用氣的情況，給人們?cè)斐梢欢ǖ睦_。利用 IC 卡預(yù)付費(fèi)這種方式，造成先買(mǎi)單后吃飯的問(wèn)題，缺少人性化，因此只適用于散戶(hù)，不便于集中物業(yè)管理。國(guó)外 IC 卡抄表方式只是在一些低檔的或流動(dòng)性場(chǎng)所使用，至今仍未被廣泛應(yīng)用。另外此種方式需要用戶(hù)到指定部門(mén)購(gòu)買(mǎi) IC 卡，把本來(lái)屬于賣(mài)方的勞動(dòng)由買(mǎi)方來(lái)承擔(dān)，不能體現(xiàn)便民性。用戶(hù)不能及時(shí)了解自己的消費(fèi)情況，

20、無(wú)法及時(shí)地核實(shí)自己的耗能數(shù)據(jù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，IC 卡越來(lái)越容易被解密，造成假卡或造成控制系統(tǒng)失效，難以取證認(rèn)定，易發(fā)生糾紛。IC 卡受到攻擊后對(duì)住戶(hù)或成國(guó)家都會(huì)造成損失。難以上網(wǎng)查閱，并且對(duì)水、電、氣難以進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。需制造專(zhuān)門(mén)的智能儀表，提高了系統(tǒng)的成本。售后服務(wù)很難解決，如果 IC 卡或智能儀表出現(xiàn)問(wèn)題，必須及時(shí)維修，會(huì)給物業(yè)部門(mén)和管理部門(mén)造成巨大的負(fù)擔(dān)。IC 卡抗干擾能力差，價(jià)格高，壽命短，綜合效益差。因此 IC 卡自動(dòng)抄表方式不適合于智能化小區(qū)的自動(dòng)抄表。（2）電力載波自動(dòng)抄表方式電力載波方式是把水表、電表、氣表的數(shù)據(jù)通過(guò)采集終端設(shè)備將數(shù)據(jù)調(diào)制后，通過(guò)電力線(xiàn)傳遞，在接收端解調(diào)還原

21、成數(shù)字信號(hào)，在同一臺(tái)配電變壓器供電范圍內(nèi)統(tǒng)一編址，并由采集器巡回讀寫(xiě)的處理方法。電力載波自動(dòng)抄表方式的優(yōu)點(diǎn)是：利用電力線(xiàn)傳輸，無(wú)需敷設(shè)線(xiàn)路節(jié)省資源。雖然此種方式有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但并沒(méi)有在我國(guó)得到廣泛地使用，主要是因?yàn)殛P(guān)鍵技術(shù)不能解決。目前我國(guó)住宅小區(qū)使用的是低壓電力網(wǎng)，低壓電力網(wǎng)由于頻率低，通道特性不具備一般性，即不同線(xiàn)路的特性差異很大或線(xiàn)路信道具有時(shí)變性，而且線(xiàn)路噪聲功率較其它線(xiàn)路大，所以在這樣的通道上實(shí)現(xiàn)常規(guī)的窄帶傳輸比較困難。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為：電網(wǎng)在傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中，經(jīng)常受到無(wú)線(xiàn)電信號(hào)、電磁信號(hào)、脈沖信號(hào)的干擾，導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)碼、丟碼。家用器啟動(dòng)時(shí)瞬間電壓極大，產(chǎn)生許多脈沖信號(hào)，這些干擾信號(hào)

22、疊加在電網(wǎng)上，造成數(shù)據(jù)與原表的誤差。傳輸距離有限。由于配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓區(qū)域范圍內(nèi)傳遞。數(shù)據(jù)傳輸距離受到限制。要想充分利用電網(wǎng)進(jìn)行載波就必須解決抗干擾接收問(wèn)題和信號(hào)處理問(wèn)題。然而我國(guó)的電網(wǎng)的純凈度差，想要解決它，不但要相當(dāng)大的投資，而且必須解決許多關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題，目前還很難實(shí)現(xiàn)。（3）遠(yuǎn)程抄表方式遠(yuǎn)程抄表方式的工作原理是：利用電子技術(shù)和傳感器技術(shù)制造出具有遠(yuǎn)傳功能的智能儀表或是對(duì)傳統(tǒng)電表、水表、氣表加以改進(jìn)，使其成為遠(yuǎn)傳儀表，再在室外安裝一套計(jì)量系統(tǒng)，將每一個(gè)計(jì)量表傳感器傳出的數(shù)據(jù)送到該表的采集器進(jìn)行保存，處理，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)與計(jì)算機(jī)相連，可

23、根據(jù)要求與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交換。運(yùn)用遠(yuǎn)程抄表方式設(shè)計(jì)研制的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：工作效率高遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)以精確的構(gòu)思，解決了管理部門(mén)與用戶(hù)的矛盾。以往每一個(gè)住宅樓都需派專(zhuān)人抄表，不僅抄收數(shù)據(jù)繁瑣，而且統(tǒng)計(jì)困難。采用遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)后，計(jì)算機(jī)直接采集每個(gè)住戶(hù)的水、電、氣數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析、整理、存儲(chǔ)，同時(shí)計(jì)算出相關(guān)的費(fèi)用，使能源供應(yīng)公司及物業(yè)管理部門(mén)從根本上減少人工上門(mén)抄表帶來(lái)的繁雜低效的運(yùn)作模式。準(zhǔn)確而便捷的收費(fèi)系統(tǒng)，既減少工作人員又減少供應(yīng)公司與客戶(hù)之間的糾紛，從而提高管理部門(mén)的工作效率。從社會(huì)效益講，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)同步實(shí)現(xiàn)了集中智能管理，減少了人為因素帶來(lái)的諸多不利。當(dāng)能源價(jià)位發(fā)生政策變動(dòng)時(shí)

24、，系統(tǒng)通過(guò)管理中心改變軟件設(shè)置便可實(shí)現(xiàn)。能更好的滿(mǎn)足用戶(hù)需求，達(dá)到科學(xué)管理、減員增效的目的。系統(tǒng)維護(hù)方便、升級(jí)容易系統(tǒng)正常運(yùn)行后將處于免維護(hù)狀態(tài)。若需要更換網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備，只要在更換后通過(guò)微機(jī)重新設(shè)置有關(guān)參數(shù)即可，無(wú)需變動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)其它硬件及參數(shù)，整個(gè)操作僅需幾分鐘。若要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，這在以單片機(jī)為核心的網(wǎng)絡(luò)型遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)是很容易做到的，將寫(xiě)入 CPU 中的程序進(jìn)行調(diào)整，或配以相應(yīng)的模塊即可滿(mǎn)足要求，就象操作系統(tǒng)的升級(jí)一樣容易。特別是基于那些功能更加強(qiáng)大的總線(xiàn)技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，產(chǎn)品的升級(jí)和系統(tǒng)擴(kuò)展特別容易實(shí)現(xiàn)。可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)管理部門(mén)的管理人員隨時(shí)可讀取耗能表數(shù)據(jù)，市民也可隨時(shí)查詢(xún)消耗情況和相關(guān)數(shù)

25、據(jù)，不再象過(guò)去那樣只能查詢(xún) 1 個(gè)月前的歷史數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)用或定時(shí)將分散于各地的集中器數(shù)據(jù)采集并匯總繪制成圖表，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與營(yíng)業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，提供最原始的數(shù)據(jù)，繪制出用戶(hù)日、月、年的負(fù)荷曲線(xiàn)，掌握耗能配額及各用戶(hù)耗能指數(shù)，做到整體監(jiān)測(cè)、分析考核。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，使?fàn)I業(yè)微機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各用戶(hù)數(shù)據(jù)查詢(xún)?？蔀榫用裉峁┕?、透明的消費(fèi)平臺(tái)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，對(duì)用戶(hù)而言，由于數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，為用戶(hù)提供了一個(gè)對(duì)管理部門(mén)供應(yīng)及自己使用情況的公正的了解，同時(shí)為管理部門(mén)提供了用戶(hù)用量及繳費(fèi)情況的查詢(xún)，從而避免由于關(guān)系、權(quán)利、人情造成的混亂，對(duì)

26、改善服務(wù)質(zhì)量，提高管理部門(mén)形象起到了很大作用，具有明顯的社會(huì)效益。可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理控制可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)用戶(hù)表具運(yùn)行狀況，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)表具故障，防止偷漏水、電、氣現(xiàn)象。若用戶(hù)消費(fèi)量超過(guò)管理部門(mén)規(guī)定的金額，管理部門(mén)可切斷用戶(hù)表具的信號(hào)，使其停止運(yùn)行。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)容操作性、方便性、管理理念及消費(fèi)習(xí)慣的一致性于一體，組合運(yùn)用當(dāng)今的多種成熟技術(shù)，為水、電、氣、熱這些特殊商品的抄收問(wèn)題提供一套全新解決模式。1.2 本文所做的工作為了滿(mǎn)足住宅智能化的要求，并充分考慮各種抄表方法的特點(diǎn)和適用范圍，本文設(shè)計(jì)研制了一種適用于智能化小區(qū)的水表，煤氣表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。這套系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)住戶(hù)用水，用氣情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且能

27、對(duì)他們進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄和計(jì)算，并根據(jù)PC 機(jī)的要求適時(shí)的傳送數(shù)據(jù)以供查閱。在設(shè)計(jì)研制過(guò)程中主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：(1) 研制智能儀表。智能儀表是整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生計(jì)量脈沖的器件，對(duì)系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確性有著決定性的影響，是系統(tǒng)的重要組成部分。本課題采用對(duì)原有的機(jī)械表進(jìn)行改造，這樣不但有自動(dòng)計(jì)量方式，也保留原有機(jī)械表讀表方式，便于住戶(hù)及時(shí)掌握耗能情況，并與遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)及時(shí)比對(duì)，利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。此外，該種方式無(wú)須開(kāi)發(fā)新的專(zhuān)門(mén)的智能儀表，大大的節(jié)約了成本，提高了實(shí)用性。(2) 根據(jù)實(shí)際需求完成數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)，制作。包括數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集器主要用來(lái)完成對(duì)消耗的水量，煤氣量的采集和計(jì)量工作以

28、及與上位機(jī)(PC)之間進(jìn)行通訊。在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了盡量的減少硬件設(shè)施，降低功耗，簡(jiǎn)化電路，選用了功能強(qiáng)大的芯片。(3) 確定通信方式及通信標(biāo)準(zhǔn)。采用串行異步通訊標(biāo)準(zhǔn) RS-485，采集器測(cè)量到的數(shù)據(jù)以及設(shè)備狀態(tài)可以通過(guò) RS-485 總線(xiàn)遠(yuǎn)傳至智能小區(qū)的物業(yè)管理中心的 PC 機(jī)，由管理中心統(tǒng)一進(jìn)行處理，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)人查表”。第2章 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則隨著控制技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表越來(lái)越成為可能，那么設(shè)計(jì)一套什么樣的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)是合適的呢？它要綜合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、社會(huì)生產(chǎn)力水平、服務(wù)人群結(jié)構(gòu)，地理氣候以及文化風(fēng)俗習(xí)慣等諸多因素，不能憑一時(shí)想法隨意拼湊，而是必

29、須要進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.1 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)作為一個(gè)控制系統(tǒng)，是由各個(gè)功能模塊組合在一起之后形成的具有數(shù)據(jù)鏈鎖處理過(guò)程的組件，因此，設(shè)計(jì)此系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵循一定的原則：（1）面向設(shè)備的設(shè)計(jì)原則，現(xiàn)在市場(chǎng)上流行很多功能強(qiáng)大的設(shè)備或產(chǎn)品。它們能準(zhǔn)確、快速地完成很多任務(wù)，但是價(jià)格也很昂貴，造成設(shè)計(jì)成本提高。如果選擇面向設(shè)備的設(shè)計(jì)原則，過(guò)分地強(qiáng)調(diào)器件、設(shè)備的重要性，就很可能引起無(wú)限的設(shè)備擴(kuò)充，造成不必要的浪費(fèi)。有鑒于此，正確的指導(dǎo)思想的是另一種“面向功能的設(shè)計(jì)原則”。（2）面向功能設(shè)計(jì)原則任何一套系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某種功能服務(wù)的，而此功能又是由應(yīng)用的場(chǎng)合，要完成的任務(wù)，面對(duì)的服務(wù)對(duì)象的層次等綜

30、合因素確定的，因此要按照功能的要求合理地配置相應(yīng)的技術(shù)、設(shè)備。過(guò)多地強(qiáng)調(diào)技術(shù)設(shè)備會(huì)造成浪費(fèi)、過(guò)剩，而忽視技術(shù)設(shè)備又會(huì)造成功能不足，由此看來(lái)，以系統(tǒng)的功能指標(biāo)要求來(lái)選擇設(shè)備和技術(shù)是最為合適的，也是最為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的。針對(duì)于本設(shè)計(jì)是應(yīng)用于智能化小區(qū)中的水表、煤氣表的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，具體的設(shè)計(jì)原則應(yīng)考慮以下幾條：可靠性和實(shí)用性原則：一套系統(tǒng)是否能夠可靠，準(zhǔn)確地完成任務(wù)，保證數(shù)據(jù)不丟失將會(huì)決定它的生命力和使用價(jià)值。唯一性和一致性。保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，即完成耗能數(shù)據(jù)的傳送真實(shí)，與實(shí)際數(shù)量一致。先進(jìn)性。采用最先進(jìn)的硬件，使系統(tǒng)在今后一段時(shí)間內(nèi)保持領(lǐng)先水平，延長(zhǎng)生命力。易擴(kuò)展性。系統(tǒng)應(yīng)具有擴(kuò)展功能，易于今后的升級(jí)及擴(kuò)

31、展。開(kāi)放性。今后的發(fā)展趨勢(shì)是不同網(wǎng)間的通訊和數(shù)據(jù)通訊，因此，本系統(tǒng)所選用的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及通訊協(xié)議接口等必須符合開(kāi)放系統(tǒng)的規(guī)范，使本系統(tǒng)采集的耗能數(shù)據(jù)能傳輸?shù)接嘘P(guān)部門(mén)，方便各級(jí)用戶(hù)的使用。易于維修。設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)故障，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要充分考慮到維修問(wèn)題，維修難度大，費(fèi)用高的系統(tǒng)是不實(shí)用的。優(yōu)越的性能價(jià)格比。性能和價(jià)格一直是衡量產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的兩個(gè)最為主要的因素，盲目地追求高檔次，高價(jià)位是很不客觀的，而經(jīng)濟(jì)實(shí)用的產(chǎn)品才是應(yīng)用更廣泛的。2.2 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套控制系統(tǒng)并不是掌握它的設(shè)計(jì)原則就可以的，原則只是在設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循和考慮的規(guī)律，除了它們之外，還有許多關(guān)鍵性的因素必須要考

32、慮：（1）市場(chǎng)定位要充分考慮到所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是為哪些住宅服務(wù)，服務(wù)的檔次如何，進(jìn)而確定系統(tǒng)功能。因?yàn)槟壳暗淖詣?dòng)抄表一般分為本地自動(dòng)抄表和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。如為本地自動(dòng)抄表，則采用自動(dòng)抄表儀直接對(duì)采集數(shù)據(jù)抄錄，需分塊抄錄，節(jié)省了一部分布線(xiàn)工程。而遠(yuǎn)程抄表則利用中心控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行總體抄錄，這樣在設(shè)計(jì)時(shí)就要有幾個(gè)區(qū)別，免得造成功能過(guò)剩成功不足。（2）經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)一直是制約技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品推廣的重要因素。毫不例外，設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)同樣要受制于此，過(guò)高的造價(jià)是人們接受不了的。因此在功能設(shè)計(jì)，技術(shù)選擇，設(shè)備配置都必須考慮到人們的可接受程度，既能滿(mǎn)足要求，又能提高節(jié)約性是設(shè)計(jì)一直所追求的目標(biāo)。（3）技術(shù)因素技術(shù)因素是功能

33、實(shí)現(xiàn)的決定性因素。系統(tǒng)是由很多部件組成，部件間的連接，數(shù)據(jù)的傳遞和累積及各種功能的實(shí)現(xiàn)必須要建立在一定的技術(shù)平臺(tái)上。目前關(guān)系到自動(dòng)抄表系統(tǒng)的技術(shù)平臺(tái)有：電子技術(shù)。以前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)某些功能，需要搭建很多個(gè)電子組件，造成電路臃腫龐大，線(xiàn)路復(fù)雜難辨，功能不可靠。近幾年，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，功能強(qiáng)大的集成電路以其不可替代的優(yōu)勢(shì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中扮演重要角色。計(jì)算機(jī)技術(shù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)為系統(tǒng)功能設(shè)置及功能實(shí)現(xiàn)提供開(kāi)發(fā)及操作平臺(tái)?？刂萍夹g(shù)。近幾年來(lái)，自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展很快，廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)、PLC 技術(shù)以及諸多新興的技術(shù)都發(fā)展的很好。準(zhǔn)確的、可靠的、穩(wěn)定的控制技術(shù)對(duì)完成各項(xiàng)控制任務(wù)至

34、關(guān)重要。通信技術(shù)。智能化的一個(gè)典型標(biāo)志就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。在許多生產(chǎn)實(shí)踐中，用 PC 機(jī)與單片機(jī)或 PLC 工控機(jī)組成的系統(tǒng)對(duì)工程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成控制信號(hào)的產(chǎn)生與傳輸，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理等功能。而 PC 機(jī)要與控制信號(hào)實(shí)時(shí)相聯(lián)系，因此將控制信號(hào)可視化，并將控制操作指令傳達(dá)給每一個(gè)受控部件，單靠控制技術(shù)是解決不了的，必須采用通信技術(shù)。可靠、準(zhǔn)確的通信技術(shù)將為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保證。通信方式的選擇也頗為重要，在由 PC 機(jī)與單片機(jī)或 PLC 組成的系統(tǒng)當(dāng)中，往往是由一臺(tái) PC 機(jī)，多臺(tái)單片機(jī)或 PLC 工控機(jī)，它們之間的距離可能很遠(yuǎn)，分布也是集散型的，因此需使用一定的計(jì)算機(jī)外部的總

35、線(xiàn)技術(shù)，該技術(shù)選擇是否得當(dāng)，將會(huì)影響到計(jì)算機(jī)與采集器之間數(shù)據(jù)交換速度，以及準(zhǔn)確率，同時(shí)也影響到組建系統(tǒng)的成本。2.3 系統(tǒng)功能的確定確定系統(tǒng)的功能要從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮用戶(hù)要求、經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)因素、人文因素、環(huán)境因素的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)實(shí)用，簡(jiǎn)單易操作的系統(tǒng)。作為在智能小區(qū)中應(yīng)用的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)應(yīng)具備的功能及特點(diǎn)：（1）具有正常的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能。能夠準(zhǔn)確完成對(duì)水表、煤氣表的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，存儲(chǔ)工作，以便向 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）通信功能。具有接收 PC 機(jī)的指令，與 PC 機(jī)進(jìn)行信息交換的功能。（3）24 小時(shí)不間斷工作，并有先進(jìn)可靠的斷電保護(hù)功能，在外部電力網(wǎng)線(xiàn)突然掉電的情況下，對(duì)

36、數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)以防丟失。（4）防盜取功能，能夠準(zhǔn)確地區(qū)分出正常信號(hào)或盜取信號(hào)，對(duì)正常信號(hào)進(jìn)行記錄，對(duì)盜取信號(hào)不予理睬，提高計(jì)量的有效性。（5）自動(dòng)復(fù)位功能。程序運(yùn)行的過(guò)程中，由于某原因造成程序跑飛，或進(jìn)入死循環(huán)，系統(tǒng)應(yīng)能夠自動(dòng)復(fù)位，程序重新運(yùn)行，提高程序運(yùn)行的可靠性。（6）提供備用電原在外網(wǎng)斷電的情況下，要保證采集器正常工作，需提供備用電源。2.4 建立系統(tǒng)2.4.1 建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型根據(jù)對(duì)系統(tǒng)功能的要求，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，如圖 2.1 所示：圖 2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型圖由結(jié)構(gòu)模型圖可以看出，整個(gè)系統(tǒng)由三大塊組成，它們分別是：脈沖計(jì)量表（水表、煤氣表），數(shù)據(jù)采集板和微機(jī)（PC機(jī)）。而通常設(shè)計(jì)類(lèi)似

37、系統(tǒng)則采用智能儀表、數(shù)據(jù)采集器、集中器、微機(jī)四個(gè)部分組成。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了以往的組合方式，因?yàn)榧衅鲗?shí)質(zhì)上就是采集器的擴(kuò)展，從某種程度上來(lái)講，重復(fù)和采集器同樣的傳輸、保存、處理數(shù)據(jù)的功能，是采集器和微機(jī)之間的中介。在這里將集中器的功能推到前端，設(shè)計(jì)集數(shù)據(jù)采集、處、管、保存、傳輸功能，通訊功能于一身的數(shù)據(jù)采集板。不但能夠滿(mǎn)足以往的功能需求，還可以降低功耗，節(jié)約大量的成本。2.4.2 控制技術(shù)選擇控制技術(shù)的特點(diǎn)將會(huì)決定著一套控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和工作任務(wù)的完成程度，因此控制技術(shù)選擇的是否得當(dāng)，將直接影響到設(shè)計(jì)系統(tǒng)是否成功，同時(shí)也會(huì)影響到建立系統(tǒng)的成本。經(jīng)過(guò)慎重考慮，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制技術(shù)。該技術(shù)具有以

38、下特點(diǎn)：（1）小巧靈活，成本低，易于商品化，它能方便地組裝成各種智能式的測(cè)控設(shè)備及各種智能儀器儀表。（2）可靠性好，適應(yīng)組織管理制度。單片機(jī)芯片本身是按工業(yè)控制環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。（3）易擴(kuò)展。很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)，單片機(jī)的邏輯控制功能很強(qiáng)，指令系統(tǒng)有各種控制功能用指令。（4）可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)分布式控制。2.4.3 網(wǎng)絡(luò)的選擇本文服務(wù)對(duì)象是規(guī)模較大智能化住宅小區(qū)，各個(gè)住戶(hù)相對(duì)集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，呈集散分布狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集板安裝在每個(gè)單元的樓道里，與物業(yè)管理中心的PC機(jī)之間是主從關(guān)系。因此設(shè)計(jì)了RS485 總線(xiàn)型的主從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因?yàn)镽S485 總線(xiàn)傳輸距離最遠(yuǎn)

39、可達(dá)1200m，傳輸準(zhǔn)確率高，傳輸速度快，有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，所以選用該種網(wǎng)絡(luò)是合適的。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)任何一個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)硬件的支持，它是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。硬件的設(shè)計(jì)要根據(jù)功能的要求和系統(tǒng)的工作原理來(lái)進(jìn)行。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的建立和通信網(wǎng)絡(luò)的選擇之后，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.1：圖 3.1 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖由圖可以看出，系統(tǒng)的工作原理是：前端智能儀表根據(jù)實(shí)際耗能的情況產(chǎn)生計(jì)量脈沖，數(shù)據(jù)采集板對(duì)發(fā)送來(lái)的計(jì)量脈沖進(jìn)行判斷分析，接收處理、存儲(chǔ)，當(dāng)上位機(jī)要求查詢(xún)耗能情況時(shí)，通過(guò) RS-485 網(wǎng)絡(luò)將命令傳達(dá)給數(shù)據(jù)采集板，數(shù)據(jù)采集板在收到命令后把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息

40、發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，傳給 PC 機(jī)，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)交換，也可以說(shuō)是完成一次查詢(xún)?nèi)蝿?wù)。建立一個(gè)功能齊備的系統(tǒng)需準(zhǔn)確定位每個(gè)組成部分的功能，并根據(jù)功能，選擇最為合適的配置，遵循技術(shù)與功能匹配，設(shè)備與技術(shù)匹配，設(shè)備和設(shè)備匹配的原則。一個(gè)項(xiàng)目定下來(lái)以后，經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)研，方案論證后，就進(jìn)入了正式的研究階段。為使硬件設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：(1) 盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路。(2) 留有余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來(lái)修改、擴(kuò)展的方便。 ROM 空間。目前 EPROM 的容量越來(lái)越大，一般選用 2764 以上的 EPROM，它們都是 28 腳，要升級(jí)很方便。 RAM 空間。為增強(qiáng)軟件數(shù)

41、據(jù)處理功能，必須要有足夠的 RAM 空間。 I/O 端口。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，多設(shè)計(jì)出一些 I/O 端口，保證所有需要采集的信號(hào)都能夠被送入處理器，并且對(duì)所有需要控制的物理量以及新增的輸入輸出量留有進(jìn)出處理器的通道。 A/D 和 D/A 通道。和 I/O 端口同樣的原因，留出一些 A/D 和 D/A 通道，將來(lái)可能會(huì)解決大問(wèn)題。(3) 以軟代硬。單片機(jī)和數(shù)字電路的本質(zhì)區(qū)別就是它具有軟件系統(tǒng)。很多硬件電路做到的，軟件也能做到。原則上，只要軟件能做到的，就不用硬件。硬件多了不但增加成本，而且系統(tǒng)的故障率也提高了。以軟代硬的實(shí)質(zhì)是時(shí)間代替空間，軟件執(zhí)行程序需要消耗時(shí)間，因此這種代替帶來(lái)的不足就是實(shí)時(shí)性下降

42、。在實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合，以軟代硬是很合算的。(4) 工藝設(shè)計(jì)。包括機(jī)箱、面板、配線(xiàn)、接插件等。必須考慮到安裝、調(diào)試維修的方便。另外，硬件抗干擾措施也必須在硬件設(shè)計(jì)時(shí)并考慮進(jìn)去。綜合考慮各種因素之后，將遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)為如下幾個(gè)部分：（1）智能儀表設(shè)計(jì)。主要涉及傳感器的選擇和傳感器電路設(shè)計(jì)。（2）數(shù)據(jù)采集板(數(shù)據(jù)采集器)設(shè)計(jì)。包括芯片，器件的選擇及其實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)。（3）通信部分設(shè)計(jì)。主要包括通信標(biāo)準(zhǔn)、器件和傳輸介質(zhì)的選擇及電路設(shè)計(jì)。（4）微機(jī)（PC 機(jī)）。選擇合適的操作平臺(tái)。其中數(shù)據(jù)采集板的設(shè)計(jì)是本課題的關(guān)鍵內(nèi)容。3.1 智能儀表部分硬件設(shè)計(jì)智能儀表是整個(gè)系統(tǒng)的最前端，是脈沖信號(hào)產(chǎn)生的

43、發(fā)源地，也是脈沖信號(hào)傳輸?shù)钠鹗级耍谶@里產(chǎn)生的脈沖信號(hào)是否準(zhǔn)確有效，直接影響到單片機(jī)的計(jì)量結(jié)果，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性來(lái)說(shuō)是非常重要的。本系統(tǒng)中的智能儀表是在普通機(jī)械水表、煤氣表的基礎(chǔ)上加裝傳感器改造而成的。普通的機(jī)械表利用的是機(jī)械傳動(dòng)的原理來(lái)記錄數(shù)據(jù)的，它們是靠齒輪間的嚙合關(guān)系來(lái)完成的。而要想把普通的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)就必須依靠傳感器技術(shù)，傳感器實(shí)質(zhì)上是一種基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的脈沖電路單元。當(dāng)前，傳感器技術(shù)有很多種。(1) 干簧管傳感器(2) 霍爾傳感器(3) 光電傳感器(4) 紅外線(xiàn)傳感器(5) IC 卡控制器(6) 電子傳感器其中干簧管傳感器技術(shù)由于轉(zhuǎn)換方便，成本低，體積

44、小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)在智能水表的開(kāi)發(fā)研制中占有一席之地。本課題選用的是干簧管傳感器技術(shù)，干簧管技術(shù)利用的是電磁轉(zhuǎn)換原理來(lái)工作的，如圖 3.2 所示：圖 3.2 傳感器結(jié)構(gòu)圖在機(jī)械表的指針上安裝磁鋼，磁鋼是一種永磁鐵，具有很強(qiáng)的磁力，當(dāng)機(jī)械水表或煤氣表的指針受到?jīng)_擊產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)之后，附著在上面的磁鋼也跟著旋轉(zhuǎn)。當(dāng)磁鋼旋轉(zhuǎn)到干簧管兩簧片對(duì)應(yīng)位置時(shí)，簧片由于受到磁鋼的磁力作用而吸合，由其轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖。指針每轉(zhuǎn)一圈，磁鋼跟著旋轉(zhuǎn)一圈，干簧管吸合一次，這樣就把指針旋轉(zhuǎn)一圈所代表的水量、煤氣量由干簧管的一次吸合來(lái)替代。干簧管的吸合或斷開(kāi)是一個(gè)開(kāi)關(guān)量，而采集系統(tǒng)識(shí)別的是電信號(hào)，因此需要進(jìn)行開(kāi)關(guān)量與電信號(hào)

45、之間的轉(zhuǎn)換。為了防止有人在智能水表或智能煤氣表上惡意使用磁鐵使干簧管永久性閉合，失去產(chǎn)生脈沖信號(hào)的能力，從而達(dá)到盜用水、煤氣的目的，本文設(shè)計(jì)了具有防盜功能的傳感器，其電路原理圖如圖 3.3 所示：圖 3.3 傳感器電路原理圖該電路由三只阻值不同的電阻及兩只干簧管組成。G1、G2分別表示兩只干簧管，當(dāng)不同的干簧管閉合時(shí)，由于電阻的分壓作用在輸出端就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)不同的輸出電壓，代表傳感器不同的工作狀態(tài)。干簧管每閉合一次，輸出端就輸出一個(gè)電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)就是系統(tǒng)將要分析和記錄的脈沖信號(hào)。干簧管G1、G2閉合分別表示傳感器產(chǎn)生正常脈沖信號(hào)和被盜取時(shí)的脈沖信號(hào)，也就是說(shuō)如果G1閉合，那么說(shuō)明是用戶(hù)正

46、常用水使其閉合的，采集器需進(jìn)行記錄；如果G2閉合則說(shuō)明住戶(hù)在盜用水，應(yīng)提請(qǐng)注意并報(bào)警；如果G1、G2都閉合，則說(shuō)明傳感器被短路了；如果G1、G2都斷開(kāi)了，則說(shuō)明傳感器被斷路了。關(guān)于如何判斷產(chǎn)生的脈沖信號(hào)是有效的，盜取的，短路的，還是斷路的，則是由軟件來(lái)完成。通過(guò)以上的分析，知道需要采集器記錄的脈沖信號(hào)是由傳感器電路產(chǎn)生的。那么產(chǎn)生的耗能數(shù)據(jù)又和脈沖數(shù)量之間有什么樣的關(guān)系呢？以水表為例，由傳感器結(jié)構(gòu)圖可以看出，干簧管吸合一次代表著指針轉(zhuǎn)過(guò)一圈，指針旋轉(zhuǎn)的速度越快，則干簧管開(kāi)、關(guān)的頻率也就越快。由機(jī)械常識(shí)可以知道，指針數(shù)量級(jí)別越小，旋轉(zhuǎn)一圈所需要的時(shí)間就越短，代表的流量也就越少，計(jì)算流量的精度也就

47、越高。通常的機(jī)械表設(shè)置指針級(jí)別由10000 噸一直到 0.0001 噸，而機(jī)械表主葉輪則比 0.0001 噸還要小一個(gè)級(jí)別，磁鋼旋轉(zhuǎn)一圈，說(shuō)明流過(guò)的水量（煤氣）是該級(jí)別的 10 倍，即為一個(gè)脈沖信號(hào)為該級(jí)別的 10 倍流量，由此不難看出，在同樣用水情況下，磁鋼所在指針級(jí)別越小，干簧管吸合，斷開(kāi)就越頻繁，輸出的脈沖數(shù)量越多，采集器的接收，處理工作越繁忙，需要的存儲(chǔ)空間越大。這樣不但會(huì)導(dǎo)制干簧管因頻繁閉合而降低壽命，也會(huì)影響采集器處理其它工作。根據(jù)人們?nèi)粘５纳盍?xí)慣，也充分考慮到計(jì)量精度的問(wèn)題，本課題設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于水表選用將磁鋼安裝級(jí)別為 0.01 噸的指針上，干簧管閉合一次代表流水量為 0.1 噸

48、，即 1 個(gè)脈沖相當(dāng)于 0.1 噸水，而煤氣表的磁鋼則安放在 0.001m3指針上。一個(gè)脈沖代表 0.01m3的煤氣用量。由此也可以總結(jié)出：耗能表的實(shí)際耗能數(shù)據(jù)與脈沖數(shù)量之間的關(guān)系可以用一個(gè)公式來(lái)表示：實(shí)際耗能值=脈沖數(shù)量脈沖常數(shù)基表常數(shù) 3.2 數(shù)據(jù)采集板硬件設(shè)計(jì)傳感器電路根據(jù)實(shí)際的耗能情況產(chǎn)生相應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖后，接下來(lái)就要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行采集、處理、保存、等待向微機(jī)發(fā)送。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，事關(guān)系統(tǒng)工作成敗。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是微處理器及高速A/D的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。原來(lái)由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路及硬件過(guò)程控制器組成

49、的采集系統(tǒng)被微處理器控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所代替。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理路，多路切換電路，A/D、CPU、RAM、EPROM組成，其原理如框圖 3.4 所示：圖 3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況，由 CPU、RAM、EPROM 組成的部分可由單片機(jī)來(lái)代替。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)是第一個(gè)環(huán)節(jié)，該部分的內(nèi)容在前面智能儀表中已經(jīng)介紹過(guò)，這里不再贅述。3.2.1單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)采集板是針對(duì)一個(gè)樓道口的十二戶(hù)住戶(hù)的水表，煤氣表的采集需求設(shè)計(jì)的，采集板一方面與傳感器直接相連實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)量狀態(tài)，一方面通過(guò)串行接口與物業(yè)管理中心的 PC 機(jī)通訊，將采集數(shù)據(jù)報(bào)送給 PC 機(jī)。采集器起著溝通測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)（住戶(hù)條件）和管理中心