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无线水表抄表系统的设计

当前栏目:行业资讯日期:2020-03-10 10:43:21浏览量:18

    无线水表抄表系统App是楼宇智能化的一个关键內容。文中运用单片机设计和RS-485系统总线对智能水表集抄系统App开展设计方案,得出系统App实体模型,并对其重要一部分的数据采集终端、集中器和监控系统的软、硬件配置保持干了深入分析。

    系统设计

    1.总体结构

    总线制抄表方式是相对于分线制方式而言的。分线制的特点是一个采集器连接多块水表,各采集器之间采用总线制连接,最后连接至计算机。总线制抄表则把采集器装配在智能水表内并密封,本表的数据采集、处理、存贮等基础工作全在智能水表内部完成,无线水表与上位机之间通过集中器进行连接。

    系统由三个部分组成:智能水表、集中器和管理中心计算机。远程抄表系统结构如图1所示。

无线水表抄表系统的设计

    所有集中器具有不同的地址编码,而每一个集中器下面的采集器编码也不相同,因此在管理计算机端,可以读取任意指定水表的数据和状态,并可对水表内采集器进行置数。

    2.表具设计

    一块智能水表由发讯基表和采集器组成。发讯基表由普通水表加装传感单元制成。水流流动时带动基表内的配转齿轮转动,通过在选定齿轮组上加装传感器,基表齿轮的转动触发脉冲信号输出,采集器对脉冲信号进行接收处理、计数、累加等过程,得到水表计量数据并存储,等待上位机读取。采集器同时检测水表状态,保证表具的正常使用。

    脉冲传感器采用干簧管设计,具有使用方便、成本低、体积小、重量轻等特点。在传统脉冲水表中是使用单干簧管,齿轮经过某一位置就发出一个信号,当基表转芯停在干簧管吸合的临界点时,由于“水锤"现象会造成干簧管的不断吸合,从而造成用水误计量。本设计采用双干簧管,即当检测到一个干簧管吸合时,先记录下来,只有检测到另一个干簧管吸合后才认为信号有效。单一的任一个干簧管即使多次闭合也无效,从而解决了临界点颤动误发信号的问题。由于干簧管传感器是磁敏元件,在外部较强磁力干扰,有可能影响智能澳门十大娱乐网址大全的正常工作。设计中,当两个干簧管同时吸合,认为有外磁干扰,CPU停止计数,水表状态显示为异常。

无线水表抄表系统的设计

    数据采集器结构如图2所示。

    智能水表是一个小型的电池供电系统,因此,数据采集器的CPU选型应着重从低电压、低功耗、高带载能力考虑。Microchip企业的PIC16CE62X单片机在这方面的整体优势比较明显。它特有的精简指令集(RISC)结构和总线的哈佛结构与同类单片机相比程序代码可节省一半,指令速度可提高五倍左右。有128**8位EPROM,96*8位RAM,13个独立方向控制功能的1/0引脚,以及8级深度硬件堆栈,4个中断源,自带RC振荡的看门狗定时器以保证可靠运行。EEPROM可一百万次擦写操作,掉电后数据保存期超过40年。

    由于采用电池供电,因此低电压检测对是个十分重要的问题,它在某种程度上起到了保障系统可靠运行,避免数据出错的作用。具体设计中,在系统掉电到一个门限电压(该门限电压应高于CPU的最低运行电压)时,通过相应的电压检测电路把信号传递给CPU,CPU显示欠压状态。

    3.集中器设计

    数据集中器在整个系统中,处于信息传输通道的中间位置。既要完成与前端采集器的数据通信,又要与抄表主机之间进行数据传输。市场上的集中器很多都具有定时抄读并储存数据的功能,但需扩展存储器,成本偏高,而且功耗较大,采用内置电池供电的方式使用寿命较短。本设计中由于采集器本身具有实时采集和储存功能,因此集中器实现的功能主要功能是:响应主机指令读取相应采集器数据并传输回主机,或对相应采集器的数据或状态进行设置。结构图如图3所示。

无线水表抄表系统的设计

    抄表主机与数据集中器之间通过RS485总线通信,集中器和数据采集器之间抄表总线连接。同时为方便手携机现场数据采集和调试,集中需要设置一个RS-232接口。内部电路见图4。

无线水表抄表系统的设计

    图4集中器内部结构部分电路集中器在没有接收到来自主机指令时处于休眠状态,降低系统功耗。同时需要采用防雷管抗雷击,提高工作安全性。

    4.通信

    由于小区用户集中,因此采用RS-485有线通信方式是可行的。RS-485是一种低成本、易操作的通信系统,采用平衡发送和差分接收,具有抑制共模干扰的能力,传输距离达1200米,可以满足小区的抄表的要求。RS-485总线采用二线方式,为保持总线平衡传输,需要在传输线两端并联一个电阻。

    由于RS-485无标准通信协议,设计者需根据要求自己定义一个数据通信协议。本设计为多级串行通信系统,管理计算机可以发送命令给集中器使其读取采集器的数据,而采集器可以把本身采集的数据回传给计算机,因此采用主从方式进行通讯,由主机发送命令给从机并等待回答。若某条命令没有收到回答或回答错误,将命令重发。超过3次则结束此命令发送。

    发送命令格式为:起始位+地址码+命令码+数据十校验码,数据通信格式为:1位起始位+8位数据位+1位校验位+1位停止位。

    主机向集中器发送一个命令的过程见图5。在进行自动抄表时,主机可以单独针对某一块水表发出命令,也可以向所有水表或指定编号范围内的水表发出命令。

无线水表抄表系统的设计

    图5主机向从机发送命令流程图

    5.管理App

    监控中心管理App根据运行需求而设计的功能架构如图6。

无线水表抄表系统的设计

    主要实现的功能有:

    (1)抄表。随时抄取指定水表的读数,或在设定时间自动抄表。上位机发送-一个地址帧,从机将地址与本机地址相比较,符合指定地址的水表采集器应答上位机进行通讯,传送本表的数据及状态。

    (2)用户管理。将用户捆绑至房间号,房间号捆绑至水表编号。

    (3)计费。根据抄取的水表读数以及上次读数结算出用水量,并根据费率计算水费。水价由人工设置,并可设置阶梯水价。

    (4)收费单、报表的生成及打印。

    (5)计量表管理。对状态异常的水表记录并报警,并可远程对水表进行置数修改。


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