【正文】 200bps。 （ 2）系統(tǒng)通信總線的長度：不小于 2400 米。其中管理微機到集中器的距離：不小于 1200 米；集中器到采集器的距離：不小于 1200 米。 （ 3）系統(tǒng)所帶的采集器個數(shù)： 16 16=256 個。系統(tǒng)所能帶的集中器個數(shù)： 16 個。每個集中器所能帶的采集器個數(shù)為 16 個。 （ 4）每個采集器所帶基表數(shù)：一塊 DF 型多用戶電 能表 +112 塊帶有脈沖輸出的基表（包括熱能表、水表、燃氣表）。 16 塊基表 /卡 7 卡 =112 塊基表，注意每個卡上的計量類型的必須一致，即某塊卡一旦被設(shè)定為水表山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 3 信息，則該板卡上的 16 個通道全為水表信息，這里的板卡在硬件上可以互換使用，但必須通過參數(shù)設(shè)置來設(shè)定計量類型。 （ 5）后備電源工作時間：不少于 72 小時。 設(shè)計中注意解決問題 本設(shè)計中主要注意解決以下幾個問題： (1)要考慮系統(tǒng)的通信距離來選擇合適的通信標(biāo)準(zhǔn)。 (2)要考慮在停電時至少要保證系統(tǒng)計量的正確性（ 72 小時內(nèi)），即考慮現(xiàn)場的后備電源問題。 (3)要考慮現(xiàn)場工作的所有情況，包括現(xiàn)場參數(shù)的設(shè)置、系統(tǒng)的調(diào)試以及以后的維護等。 (4)由于系統(tǒng)所涉及四表聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，因此對現(xiàn)場的水、電、燃氣、暖氣基表要有一定的認識，對電脈沖常數(shù)、水脈沖常數(shù)、氣脈沖常數(shù)的理解要正確，對這些脈沖的頻率有個正確的估計，以免 CPU 在計量時發(fā)生漏計脈沖而增加計量誤差。 (5)要考慮現(xiàn)場系統(tǒng)的工作可靠性，要采取一定的抗干擾措施，對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)有一定的保護，對傳送的數(shù)據(jù)一定要用相關(guān)的算法進行校驗。 (6)考慮到信號的傳遞呈遞減狀態(tài)，過遠的用戶應(yīng)該設(shè)立數(shù)據(jù)維護信號裝置。以及其他信號在也要有 一成保護，以防止泄露訊號。 (7)如何對用戶用電，水等規(guī)定一個正常的范圍，對于浪費能源的給予提示，以節(jié)省有限的能源。城市在特別的時候?qū)τ谀撤N能源要求很大，對于這個能建議保證要給主要要害場所不停斷的供給，以保證正常工作的穩(wěn)定。 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 4 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 在四表聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，關(guān)鍵的問題是對用戶各種遠傳基表發(fā)出的脈沖進行正確采集和保證數(shù)據(jù)的可靠通信。所以，首先要確定遠傳基表能耗計量的方法，并根據(jù)傳輸距離進一步確定系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，制定出四表聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的總體方案。 系統(tǒng)概述 本課題主要是針對目前居民小區(qū)的水、電、 氣和暖等基表能耗計量中存在的問題，以及能耗計量的數(shù)據(jù)遠傳和聯(lián)網(wǎng)等問題而設(shè)計的“四表聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”。系統(tǒng)主要是運用單片機作為 CPU 分站，對用戶的水、電、氣和暖等能耗信息進行脈沖采樣，電能耗直接從多用戶電子式電能表中抄取。系統(tǒng)可帶 16 個集中器，每個集中器又能帶 16 個采集器，每個采集器又可以帶多達 112 塊基表和一個多用戶電子式電能表。系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，與上位管理微機構(gòu)成典型的分布式測控系統(tǒng)。 根據(jù)以上系統(tǒng)所帶的采集器和集中器個數(shù)，可以簡單計算一下系統(tǒng)的容量：每個采集器可以采集 16 個用戶的各種能耗信息，每個集中器可帶 16個采集器，那么每個集中器就可以收集 256 個用戶的各種能耗信息：系統(tǒng)可以帶 16 個集中器，由此系統(tǒng)可以采集 4096 個用戶的各種能耗信息，且每個用戶可以擁有多達 7 塊基表。如果以每幢住宅樓 40 戶計，則系統(tǒng)可以管理 102 幢小區(qū)住宅，以目前城市住宅的建設(shè)狀況和小區(qū)實際管理的需要，本系統(tǒng)的容量和可以管理的基表種類足可以滿足小區(qū)住宅的建設(shè)規(guī)模和發(fā)展要求。 該測控系統(tǒng)既可通過上位微機直接發(fā)命令，自動進行各種遠傳基表（指住宅中使用的具有信號和數(shù)據(jù)遠傳功能的計量表）的能耗、參數(shù)的抄取和山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 5 設(shè)定，工作人員也可通過專用的紅外抄表器進 行抄取和設(shè)定等工作，系統(tǒng)還具有在市電停電時、后備電源能連續(xù)工作不少于 48 小時的特性。且在此基礎(chǔ)上作簡單的修改，還可構(gòu)成具有其它計量功能的多用戶多表聯(lián)網(wǎng)遠傳系統(tǒng)。四表聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（簡稱 AMRS， Automatic Meter Reading System）主要由上位微機、管理軟件、數(shù)據(jù)集中器、數(shù)據(jù)采集器以及各種遠傳能耗基表等組成，是一種不需要人員到達現(xiàn)場就能完成抄讀用戶各種能耗信息的智能化多用戶遠程集中抄表裝置。其中，管理軟件主要實現(xiàn)整個系統(tǒng)各種設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊，并對整個系統(tǒng)的運行狀況進行監(jiān)測、管理和記錄。四表 聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)了住宅能耗計量的高質(zhì)量和高效率管理。 系統(tǒng)方案設(shè)計 通信標(biāo)準(zhǔn)的選擇 本系統(tǒng)還有一個重要的問題就是通信問題。由于通信距離要求不少于2400 米，因此，要根據(jù)系統(tǒng)的通信距離來選擇合適的通信標(biāo)準(zhǔn)。如果通信距離要求太高的話，可以使用電話線加 Modem等方式來進行通信。 在通信方式中，大多數(shù)采用串行通信方式。這里不妨先對常見的串行總線標(biāo)準(zhǔn)作一比較。常用總線標(biāo)準(zhǔn)有 RS232, RS422 和 RS485 等 [川。其中， RS232 是異步串行通信中應(yīng)用最廣的一種標(biāo)準(zhǔn)總線，其單向數(shù)據(jù)傳輸最大速 率為 20Kbps，最大傳送距離為 15m，顯然這種總線標(biāo)準(zhǔn)在通信距離方面是不能滿足本系統(tǒng)的技術(shù)要求的，且其數(shù)據(jù)傳輸速率較慢、易產(chǎn)生串模干擾。 RS422 傳輸距離較遠，最短為 12m，數(shù)據(jù)傳輸最大速率為 lOMbps:當(dāng)速率為 1Mbps 時，傳輸距離可達 120m。當(dāng)速率為 100Kbps 時，傳輸距離可達 1200m。 RS422 抗干擾能力強、傳輸速率快，且為全雙工的。 我們知道， RS232 與 RS422 有一個顯著特點，即 RS232 接口與 RS422接口通常只用于點對點通信的系統(tǒng)中，若系統(tǒng)中需要相互通信的節(jié)點數(shù)超山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 6 過兩 個時，則它們都不能直接滿足要求。為此， EIA 制定了新的接口標(biāo)準(zhǔn)RS485，它能支持一點對多點的通信， RS485 的電氣標(biāo)準(zhǔn)與 RS422 完全一樣，只是 RS485 工作于半雙工方式。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)總線是一種平衡傳輸方式的串行口接口標(biāo)準(zhǔn)，它允許在電路中有多個發(fā)送器，且允許一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備，負載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器的組合單元。 RS485 的共線電路結(jié)構(gòu)是一對平衡傳輸?shù)膬啥硕寂渲媒K端電阻，其發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器可以掛在平衡傳輸線上任何位置，在數(shù)據(jù)傳輸中實現(xiàn)多個驅(qū)動器與接收器共用同一條傳輸線的多點應(yīng)用。 RS485 通信接口的信號傳輸是用兩根線之間的電壓差來表示邏輯“ 1”或“ 0”的，因為發(fā)送端需兩根傳送線，而接收端也只需要兩根傳送線，這樣， RS485 接收與發(fā)送端僅需兩根線就能完成信號的傳輸。 RS 485 標(biāo)準(zhǔn)總線的特點是 :抗干擾能力強、傳輸速率高、傳送距離遠，在采用雙絞線，不用 Modem的情況下，在 1 OOKbps 的傳輸速率時可傳送 1200米，若速率為 9600bps 時，可以傳送 1500 米、甚至更遠一些。 由于 RS485 具有上述優(yōu)點，能夠支持一點對多點的通信，便于組網(wǎng)，通信距離也能 滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求 。且四表聯(lián)網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)對實時性的要求不高，能耗的抄取也是不常發(fā)生的，一般情況下一個月僅需抄表一次。所以本系統(tǒng)選擇了半雙工的 RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)。 系統(tǒng)總體方案的確定 在確定了脈沖采集方案和用 RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)進行通信后，就可以進行系統(tǒng)的總體設(shè)計了。這里，既要充分考慮到 RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)中對傳輸距離和波特率的限制，又要兼顧到系統(tǒng)的帶載能力。為了增加整個遠傳系統(tǒng)的可靠性，在各種基表與上位管理微機之間，本文采用了采集器、集中器兩級結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)的總體分布結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 上位微機與集中器之間山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 7 可通過 RS485 總線進行數(shù)據(jù)傳輸，采集器通過屏蔽雙絞線采集用戶各種遠傳能耗基表的脈沖信息，并進行換算和存儲 。采集器對電量的采集可以直接通過 DF 型電能表上的 RS485 接口接收用戶的電量信息，也可以通過采集器上的紅外接口，利用專用紅外抄表器對采集器進行各種能耗信息的讀取等。系統(tǒng)之所以采用這種方案主要基于以下考慮 : 首先，成熟的技術(shù)保證了系統(tǒng)的順利實現(xiàn)。一方面，隨著目前遠傳基表市場的日趨成熟和科學(xué)技術(shù)的不斷完善進步，國內(nèi)市場已出現(xiàn)許 多能夠生產(chǎn)符合國家計量標(biāo)準(zhǔn)的遠傳基表專業(yè)廠家。各種遠傳基表的結(jié)構(gòu)越來越精巧緊湊，產(chǎn)品也日趨豐富，且這些遠傳基表能夠可靠、準(zhǔn)確地送出用戶各種遠傳的能耗數(shù)據(jù) :另一方面，傳輸網(wǎng)絡(luò)目前一般采用 RS485 或 Lon Works 技術(shù)來構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺，其技術(shù)本身也是完全成熟的，只要能夠? ?? ?? 紅外 接口 RS485 RS485 上位微機（ PC機） 集中器1 集中器 2 集中器 N 采 集器1 采集器 2 采集 器 M ?? 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 DF 型電表 采集卡 1 采集 卡 X 水表 水表 水表 水表 ? 紅外 抄表器 山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 8 正確地組網(wǎng)、進行相應(yīng)的軟件開發(fā)并制定出完善的通訊協(xié)議就能確保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。這兩方面的技術(shù)保證了系統(tǒng)能夠?qū)Ψ稚⒌母鞣N用戶能耗信息進行準(zhǔn)確地計量、采集和遠傳。 其次，由于本系統(tǒng)對各種遠傳基表的脈沖采集采用了軟件計脈沖方法，且充分考慮 到水、電、氣、暖等基表各自脈沖常數(shù)的差異和特征，同時對用戶的電能耗進行了單獨采集。這一方面可以保證采集器在進行水、電、氣、暖等能耗信息采集時不會發(fā)生電脈沖信息的丟失，另一方面也可以充分利用現(xiàn)有的多用戶電能表資源。這對系統(tǒng)的應(yīng)用推廣而言，顯然成本要大大降低。 再次，系統(tǒng)采用了 RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)。由于 RS485 接口在一個通道上可進行半雙工通信，所以，只需兩根線便可實現(xiàn)雙向通信，且可以方便地構(gòu)成一點對多點或多點之間的相互通信 (注 :總線上掛接的節(jié)點數(shù)目因選擇的接口驅(qū)動芯片而異，目前可以掛接 16,32, 64, 128 個節(jié)點，甚至更多〔 izl。因此可以用組建 RS485 網(wǎng)的方式將系統(tǒng)中的采集器、集中器和上位微機等構(gòu)成有機統(tǒng)一的兩級分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一方面，這更便于系統(tǒng)的綜合布線和擴充，也便于迅速發(fā)現(xiàn)和排除故障，同時，兩級分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也更有利于用戶能耗數(shù)據(jù)的可靠存儲，大大提高系統(tǒng)的帶載能力 。另一方面，兩級分布式測控系統(tǒng)還便于系統(tǒng)的靈活運用和組合，更能滿足小區(qū)建設(shè)規(guī)模大中小的變化要求，市場的適應(yīng)性和靈活性較大，且兩級分布式測控系統(tǒng)擴大了系統(tǒng)的應(yīng)用能力和增加了用戶的管理數(shù)群，可以明顯地降低用戶的分攤成本，對系統(tǒng)推廣和應(yīng) 用而言更趨于合理。 此外，上位微機的應(yīng)用可以更加有效地對用戶各種耗能數(shù)據(jù)進行儲存、處理和分析，可以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)通訊、帳單票據(jù)打印、報表生成以及便于系統(tǒng)維護等等功能 。還可以方便地對數(shù)據(jù)采集器、集中器進行參數(shù)設(shè)置、運行狀況監(jiān)控等，保證系統(tǒng)的正常運行。當(dāng)然，借助于調(diào)制解山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 9 調(diào)器、市話網(wǎng)或 Inter 等成熟的應(yīng)用組網(wǎng)技術(shù)，還可以實現(xiàn)水、電、氣、暖等四家專業(yè)公司以及銀行部門與系統(tǒng)的上位微機 PC 的通訊，遠程獲取數(shù)據(jù)。最后，還可以對系統(tǒng)稍做改造和進行相關(guān)軟件版本的升級，實現(xiàn)本系統(tǒng)向多用戶多表合一遠傳智能系統(tǒng)的 過渡，如可以實現(xiàn)多表統(tǒng)抄，對用戶的其它表具如電流表、電壓表、壓力表、流量表等各種參量進行采集，還可以對系統(tǒng)進行改造升級和功能擴充實現(xiàn)對多參量計量表的計量采集 (如斷線報警、泄漏報警等 )。只不過這是本課題以后要研究的內(nèi)容。 系統(tǒng) 工作原理 四表聯(lián)網(wǎng)遠程抄表系統(tǒng)主要由上位微機、集中器、采集器和各種遠傳基表等構(gòu)成兩級分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其原理是利用各種遠傳基表送出的脈沖信號，該信號經(jīng)傳輸線傳送至采集器，由采集器進行采集累計等處理，然后通過線纜傳輸?shù)郊衅髦?、再?jīng)集中器將匯總后的多用戶各種能耗信息送到 PC 機，進行聯(lián) 網(wǎng)計量基表能耗數(shù)據(jù)的自動處理。 為了實現(xiàn)用戶各種能耗數(shù)據(jù)的集中抄收，除了對每一個遠傳能耗基表的脈沖信息進行正確采集及累計外，還需要長時間可靠地加以儲存并在需要時將其傳輸給管理中心計算機。數(shù)據(jù)采集器便能實現(xiàn)這個功能，它用于接收用戶各種遠傳能耗基表的脈沖信號，同時，在采集器中的數(shù)據(jù)還能通過其板上設(shè)計的 RS485 通信接口被采集器和 PC 機遠程抄取，也可以通過其紅外接口由便攜式紅外抄表器進行現(xiàn)場抄取。一個采集器能根據(jù)參數(shù)的設(shè)置對多塊遠傳基表的能耗數(shù)據(jù)進行計量，可同時記錄用戶的多個遠傳基表的能耗數(shù)據(jù)。采集器由可充電的 電池作為后備電源，在市電斷電的情況下，由電池單獨向采集器和遠傳基表供電，以保證采集器繼續(xù)對水表、暖氣表和燃氣表等進行正常抄收。采集器采集用戶的水、暖、燃氣等表的能耗脈沖信息，并將這些脈沖信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能耗量，存儲在采集器中，山東科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 10 等待集中器或上位微機的遠程抄錄。集中器介于采集器和上位微機之間，起橋梁和紐帶作用，集中器一方面起到保護數(shù)據(jù)的作用，減輕系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的負擔(dān)，擴大系統(tǒng)的通信距離和帶載能力，增加系統(tǒng)的用戶容量 。另一方面，它自動定時地對采集器進行抄表或根據(jù)人 (如管理員 )的命令要求進行遠程抄表，并將抄得的數(shù)據(jù)儲存在 集中器中，等待上位微機的抄錄。上位微機可以對采集器、集中器的參數(shù)進行設(shè)置，預(yù)置用戶各種基表的能耗，同時可以隨時通過操作界面根