逯淑香/國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院

RS485總線在智能抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

逯淑香/國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院

本文設(shè)計(jì)了一種基于RS485總線的智能抄表系統(tǒng)，并對其實(shí)現(xiàn)的核心部分?jǐn)?shù)據(jù)通訊過程的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)描述。系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集器和集中器構(gòu)成的本地抄表通訊網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊和計(jì)算機(jī)抄表管理軟件。

RS485；抄表系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通訊；數(shù)據(jù)采集

一、引言

智能抄表系統(tǒng)是由主站通過傳輸媒介將多個(gè)用戶表的數(shù)據(jù)集中抄讀的系統(tǒng)。它是用現(xiàn)代化的通訊手段去抄讀這些儀表的數(shù)據(jù)，而不用到現(xiàn)場。智能抄表系統(tǒng)一般是集中抄表系統(tǒng)與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊的組合。網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程集中抄表是工業(yè)和民用中新興的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)自動(dòng)化等現(xiàn)代化技術(shù)，并隨著技術(shù)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)許多不同的實(shí)現(xiàn)手段。本文詳細(xì)介紹了RS485總線在這種智能抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用。

二、智能抄表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.RS485通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。RS485總線是工業(yè)應(yīng)用中非常成熟的技術(shù)，是現(xiàn)代通訊技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，采用RS485總線設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)也是基于這些原因。RS485總線用于多站互連十分方便，用一對雙絞線即可實(shí)現(xiàn)，由于采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抗共模干擾的能力。根據(jù)RS-485標(biāo)準(zhǔn)，傳送數(shù)據(jù)速率達(dá)100kbit/s時(shí)通訊距離可達(dá)1200m。本文中RS485總線包括采集器和集中器兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。在這種主從式的一點(diǎn)對多點(diǎn)的連接中，集中器是主機(jī)，采集器為從機(jī)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 ：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.集中器和采集器通訊設(shè)計(jì)。集中器硬件主要由以下幾部分組成：單片機(jī)系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器、與計(jì)算機(jī)間的通訊接口電路、摘機(jī)電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、與數(shù)據(jù)采集器間的通訊接口電路、LED顯示單元、收發(fā)控制電路。集中器設(shè)有小鍵盤輸入和LED顯示模塊，在系統(tǒng)中有承上啟下的作用，即可作為上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行通訊，也可作為下位機(jī)與管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。

采集器是一種通用的多路數(shù)據(jù)采集處理裝置，為了正確采集有效脈沖，防止外界的電磁干擾，外接信號先經(jīng)過濾波和整形等硬件抗干擾電路進(jìn)入下一級。然后進(jìn)行軟件抗干擾過程，軟件以極高的速度進(jìn)行采樣，判斷丟棄干擾脈沖，對符合條件的脈沖輸入計(jì)數(shù)并處理。為保證數(shù)據(jù)的可靠，采集器設(shè)計(jì)了兩級數(shù)據(jù)存儲器。系統(tǒng)配備后備可充電池，正常使用中由交流220V供電，并對電池進(jìn)行涓流充電。一旦交流供電出現(xiàn)問題，后備電池立刻切換為系統(tǒng)供電，在一定時(shí)間內(nèi)確保系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有串行實(shí)時(shí)鐘為CPU提供日期和時(shí)間，為各個(gè)用戶儀表的數(shù)據(jù)處理與故障檢測提供時(shí)間參數(shù)。

3.集中器與計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通訊設(shè)計(jì)。管理計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)集中器與Modem的接口為RS232接口。PC機(jī)一般將RS232口做為標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)備，單片機(jī)設(shè)備則一般是通過RS232接口芯片得到RS232電平。MAX232產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成 5VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。MAX232芯片只需采用單一的+5V電源，可提供RS232電平，這在使用中非常方便。

三、智能抄表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通過與硬件的配合，完成計(jì)算機(jī)軟件的編程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。主要是人機(jī)界面的設(shè)計(jì)、通訊模塊的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用及管理應(yīng)用的具體實(shí)現(xiàn)。遵循從頂向下，逐步細(xì)化的軟件設(shè)計(jì)思想，對以上功能描述進(jìn)行分析。整體而言，遠(yuǎn)程抄表管理軟件應(yīng)有如下幾個(gè)模塊：硬件信息模塊、抄表控制模塊、查詢打印模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)庫操作模塊等幾大模塊。

硬件信息模塊：包含整個(gè)系統(tǒng)的硬件信息，包括集中器、計(jì)量表信心及由此而得到的用戶初始化信息。抄表控制模塊：完成通訊功能，即指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)接收。通訊包括各種硬件條件下的通訊，如：485直接方式、電話撥號方式、TCP/IP方式及電力線載波方式。查詢打印模塊：完成原始數(shù)據(jù)的處理，得到對管理員和用戶有用的數(shù)據(jù)。包括各種查詢打印方式，如：單元查詢打印、單戶查詢打印、所有用戶查詢打印。系統(tǒng)設(shè)置模塊：系統(tǒng)中管理員管理接口，主要有通訊設(shè)置、密碼管理、價(jià)格設(shè)置、報(bào)警設(shè)置。

數(shù)據(jù)庫模塊：數(shù)據(jù)庫應(yīng)是軟件系統(tǒng)的核心，各種數(shù)據(jù)處理實(shí)際是對數(shù)據(jù)庫的操作，原始數(shù)據(jù)的存儲、處理等都在數(shù)據(jù)庫的支持下進(jìn)行。

四、總結(jié)

本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)對基于RS485總線的智能抄表系統(tǒng)方案進(jìn)行了詳細(xì)論述。系統(tǒng)采用的是一個(gè)開放、靈活的設(shè)計(jì)方案。低成本、易于實(shí)現(xiàn)和使用是設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)原則，并著重介紹了RS485總線數(shù)據(jù)通訊硬件設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)集中器的數(shù)據(jù)通訊和計(jì)算機(jī)抄表管理軟件設(shè)計(jì)，可以達(dá)到了良好的使用效果。

[1]郭飛，陳根永，張德玲.基于RS485接口的電能計(jì)量數(shù)據(jù)采集 [J].微計(jì)算機(jī)信息，2007,8-1:99-101.

[2]寧陽供電公司.低壓集抄作業(yè)指導(dǎo)書[M].寧陽供電公司營銷部，2012.