摘 要：新型的基于Internet的嵌入式遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)是結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外自動(dòng)抄表系統(tǒng)的技術(shù)狀況提出的。與以往不同，該自動(dòng)抄表系統(tǒng)是抄表器抄收智能儀表的數(shù)據(jù)后，利用小區(qū)已有的Internet網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)管理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)住戶與收費(fèi)管理部門的通信。新型抄表器以W78E16B微處理器為硬件核心，將CP/IP協(xié)議棧嵌入其中，并配以相應(yīng)的應(yīng)用程序，完成智能儀表數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、以太網(wǎng)傳輸?shù)热蝿?wù)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)抄表系統(tǒng)；抄表器；嵌入式CP/IP；Web服務(wù)器

Design of a Meter Reading Instrument Based on Embedded CP/IP

FENG Lihui，CEN Aiguo，ZANG Lei

(College of Information Engineering，Inner Mongolia University of echnology，uhhot，01001，China)

[J12/3]

Abstract：combining with condition of the Automatic Meter Reading ystem (AMR) at home and abroad，a new embedded remote AMR model is presented based on InternetAnd former dissimilarity，the AMR is that the Meter Reading Instrument (MRI) sends data to the management system，after it copies data from the intelligence instrument，using the Internet in the living quarter，finally，making the communication between administrators and inhabitants come truehe new MRI is composed of W78E16B as its hardware core，embedded CP/IP and operating system to implement the data collection，storage and internet transmission

Keywords：automatic meter reading system;meter reading instrument;embedded CP/IP;Web server

現(xiàn)代城市中新建生活小區(qū)中的水、電、氣等設(shè)施通常是統(tǒng)一規(guī)劃、集中管理，而如何高效地進(jìn)行管理則充分體現(xiàn)了小區(qū)智能化程度的高低。國內(nèi)外陸續(xù)提出了一系列的解決方案，其中以建立在智能儀表上的自動(dòng)抄表系統(tǒng)為關(guān)注的重點(diǎn)。隨著Internet和Intranet的快速發(fā)展和普及，Web技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的不足，致使運(yùn)用Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，已經(jīng)越來越多地成為設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)不可或缺的一部分。同樣，微電子技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新和進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域，具有功能強(qiáng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高和結(jié)構(gòu)小巧等優(yōu)點(diǎn)?；谇度胧絎eb的遠(yuǎn)程監(jiān)控在傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)上又融合Web技術(shù)和嵌入式技術(shù)，可提供比傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)更為強(qiáng)大的功能，將成為今后遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的主流方向。

1 基于Web服務(wù)器的自動(dòng)抄表系統(tǒng)

11 抄表方式的分類

國內(nèi)外已開發(fā)出多種自動(dòng)化抄表系統(tǒng)，按抄表方式的不同將它們大致分為3類：儲(chǔ)值卡（M卡、IC卡或射頻卡）智能儀表抄表系統(tǒng)、無線電抄表系統(tǒng)、遠(yuǎn)傳智能儀表有線聯(lián)網(wǎng)抄表系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用中多采用遠(yuǎn)傳有線聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)。這種抄表方式是將各種儀表的計(jì)量信息通過饋線傳送到一個(gè)數(shù)據(jù)集中采集器上，若干個(gè)數(shù)據(jù)集中采集器再相互連接組成一個(gè)局域網(wǎng)，然后在某個(gè)特定區(qū)域內(nèi)建立一個(gè)工作子站，通過子站中的Web服務(wù)器經(jīng)過網(wǎng)關(guān)與以太網(wǎng)相連。自動(dòng)抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文中通過在現(xiàn)場抄表器中嵌入Web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及與遠(yuǎn)程主機(jī)的數(shù)據(jù)交互。抄表器通過嵌入式Web服務(wù)器可以直接連接到Internet上。由于嵌入式系統(tǒng)有著實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)小巧等特點(diǎn)，將它用于抄表系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)嵌入Web服務(wù)器的抄表器出現(xiàn)故障，不會(huì)影響到其他的現(xiàn)場抄表器的抄表，具有較好的可靠度和適應(yīng)性。

12 抄表器功能分析

本文是基于嵌入式Web服務(wù)器的自動(dòng)抄表器的設(shè)計(jì)。該抄表器功能可分為2個(gè)部分：前端數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通訊功能。

（1） 前端數(shù)據(jù)采集：前端數(shù)據(jù)采集主要是抄表器通過R 48讀取智能儀表數(shù)值的過程。

（2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：采集到的數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)在抄表器的非易失存儲(chǔ)器內(nèi)。

（3） 通訊功能：嵌入式Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)CP/IP協(xié)議棧。它主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

① 響應(yīng)瀏覽器的請求，解析瀏覽器提交的表單，讀出控制數(shù)據(jù)，將控制數(shù)據(jù)通過串口傳送到前端數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)，再根據(jù)從串口接收到的數(shù)據(jù)生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁返回給瀏覽器。也就是抄表器響應(yīng)上位機(jī)軟件的請求，將從串口接收到的數(shù)據(jù)按規(guī)定格式發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)再對接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

② 考慮到嵌入式Web服務(wù)器的資源有限，不可能用作數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，所以必須在以太網(wǎng)或Internet上有一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用來存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)，嵌入式Web服務(wù)器根據(jù)上位機(jī)的請求，將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或Internet傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

2 抄表器的硬件設(shè)計(jì)

21 整體硬件設(shè)計(jì)

該抄表器選取Winbond（華邦）公司的8位單片機(jī)W78E16B作為整個(gè)抄表器的主芯片，并配以簡單的外圍電路實(shí)現(xiàn)抄表器的以下功能。因?yàn)橐獙P/IP 協(xié)議嵌入到單片機(jī)中，使用網(wǎng)卡芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的上網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，需要選用有較大的程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的芯片，所以采用Winbond（華邦）公司的8位單片機(jī)W78E16B，它自帶64 kB的FLA ROM，26 B的RAM和26 B XRAM，免去了外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的麻煩。抄表器硬件設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

22 主要外圍電路設(shè)計(jì)

（1） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：為了有較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)存放接收的和發(fā)送的數(shù)據(jù)包，需要外部擴(kuò)展32 kB的RAM，這樣可提高單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速度，并處理復(fù)雜的CP/IP。同時(shí)外部的RAM也用做串行口的輸入輸出緩沖。所以本設(shè)計(jì)采用Y6226。

（2） 非易失存儲(chǔ)器：在程序中用來存儲(chǔ)嵌入式Web系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置（IP 地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)、物理地址、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器IP地址）和數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置（采樣間隔、采樣通道、數(shù)據(jù)被送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的時(shí)間間隔）等。本設(shè)計(jì)采用的X04是8管腳的非易失性存儲(chǔ)器，內(nèi)部集成4 kb的可用存儲(chǔ)區(qū)間，具有看門狗的功能。使用PI總線與單片機(jī)連接。

（3） 以太網(wǎng)控制器：為了完成對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，本設(shè)計(jì)選用的以太網(wǎng)控制器為RL8019A，單片機(jī)通過RL8019A連接入以太網(wǎng)，并且選用脈沖變壓器20F001N，用來對網(wǎng)絡(luò)上的脈沖進(jìn)行轉(zhuǎn)換和濾波。RJ4接口用來連接網(wǎng)絡(luò)，可直接連接到UB。

（4） 數(shù)據(jù)采集端通訊接口：采用R 48總線，采用半雙工通信來實(shí)現(xiàn)通信。

3 軟件設(shè)計(jì)部分

整個(gè)下位機(jī)采集系統(tǒng)其實(shí)是一個(gè)多機(jī)通信系統(tǒng)，為了避免總線沖突，小區(qū)抄表器與智能儀表之間采用主從式通信。主機(jī)發(fā)送的信息傳送到各個(gè)從機(jī)或指定從機(jī)，而各個(gè)從機(jī)發(fā)送的信息只能發(fā)送給主機(jī)。在主機(jī)發(fā)送命令后，從機(jī)將對接收到的命令幀的地址代碼進(jìn)行判斷，只有當(dāng)命令幀中的地址代碼與本機(jī)地址一致時(shí)，從機(jī)才接收命令幀，并對命令幀進(jìn)行報(bào)頭、報(bào)文長度、累加和和報(bào)尾等校驗(yàn)，所有校驗(yàn)通過，從機(jī)才根據(jù)具體的命令代碼向主機(jī)發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答幀。同理，主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答幀后也作相應(yīng)的校驗(yàn)來決定是否向從機(jī)重發(fā)命令幀，以保證主機(jī)與從機(jī)數(shù)據(jù)通信的準(zhǔn)確性。抄表系統(tǒng)軟件部分如圖3所示。

4 結(jié) 語

本文討論內(nèi)嵌CP/IP協(xié)議棧抄表器的設(shè)計(jì)。并對其相應(yīng)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)進(jìn)行了簡介，與傳統(tǒng)抄表系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)更清晰、組網(wǎng)更簡潔，可降低抄表系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和管理成本。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］戴緣生，孫苓生一種基于嵌入式INERNE的新型智能儀表的設(shè)計(jì)[J]電氣應(yīng)用，200，24(3):83[CD2]87

［2］楊將新，李華軍，劉東駿單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用從基礎(chǔ)到實(shí)踐[M]北京：電子工業(yè)出版社，2006

［3］王輝，張治輝，王曉東基于網(wǎng)絡(luò)的無線抄表系統(tǒng)[J]現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（3）：108[CD2]110