【正文】 目 錄第 1 章 引言 ........................................................1 本課題的研究意義 ..............................................1 本課題的研究?jī)?nèi)容 ..............................................2第 2 章 系統(tǒng)概述 ...................................................3 前端數(shù)據(jù)采集處理裝置 ..........................................3 傳輸線路 ......................................................5 上層傳輸線路 ..............................................5 底層傳輸線路 ..............................................7 中心控制平臺(tái) .................................................13第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................14 通信與控制模塊 ...............................................15 數(shù)據(jù)采集模塊 .................................................28 供電控制模塊 .................................................29第 4 章 結(jié)論 ........................................................34參考文獻(xiàn) ...........................................................35致謝 ...............................................................36外文原文資料 .......................................................37譯文 ...............................................................40第 1 章 引言第 1 章 引言 本課題的研究意義中國(guó)近 30 年來(lái)的住宅產(chǎn)業(yè)發(fā)展可以用這樣的話來(lái)描述:70 年代解決有無(wú)房間的問(wèn)題；80 年代解決住房大小的問(wèn)題；90 年代是追求房型和環(huán)境優(yōu)美；21 世紀(jì)應(yīng)是智能化的時(shí)代。隨著我國(guó)改革開發(fā)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)普及和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)居住環(huán)境要求的不斷提高， “智能化”逐漸被引入了住宅小區(qū)和家庭建設(shè),智能小區(qū)在安全防范設(shè)施、家居管理設(shè)施、家居辦公娛樂(lè)設(shè)施等三方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯。智能住宅小區(qū)的自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面：安全防范、物業(yè)管理及社區(qū)服務(wù)、信息通信。傳統(tǒng)的住宅小區(qū)的弱電配套系統(tǒng)包括電話網(wǎng)和有線電視系統(tǒng)(CATV)，在安全防范方面也可采用電視監(jiān)控系統(tǒng)以及門鈴對(duì)講等等。智能住宅小區(qū)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有這樣的特點(diǎn)：首先采用先進(jìn)的、符合標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)和設(shè)備；同時(shí)所有的系統(tǒng)均采用集散式的構(gòu)造方式，既具有分散于各個(gè)住戶的終端或設(shè)備，又通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集中到一個(gè)管理或控制中心，中心提供公共信息資源，或者對(duì)各個(gè)住戶提供集中安全監(jiān)控；最后，所有的智能系統(tǒng)既可獨(dú)立，擬的.在我國(guó)新的國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略中，黨中央和國(guó)務(wù)院將我國(guó)的房地產(chǎn)業(yè)作為新的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱點(diǎn)，同時(shí)建設(shè)部也將建設(shè)智能化小康示范小區(qū)列入國(guó)家重點(diǎn)的發(fā)展方向；國(guó)家建設(shè)部明確指出住宅小區(qū)智能化勢(shì)在必行。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到 2022年，國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成的智能建筑約有 1500 棟，其中上海約 400 棟，北京約 300 棟，廣東約 250 棟，江蘇約 200 棟?？梢灶A(yù)見，隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，人民生活水平的逐步提高，計(jì)算機(jī)使用的普及小區(qū)智能技術(shù)的日漸成熟，智能技術(shù)應(yīng)用于住宅及小區(qū)的做法將被逐步推廣應(yīng)用，并將最終成為一個(gè)新型小區(qū)是否完整的重要標(biāo)志。智能小區(qū)的出現(xiàn)是房地產(chǎn)業(yè)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)所帶來(lái)的應(yīng)用前景是不可限量的，而且普及應(yīng)用的速度和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的發(fā)展速度也是無(wú)法預(yù)言的。住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)由如下幾個(gè)子系統(tǒng)組成：樓宇設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)；安全防范系統(tǒng)；物業(yè)管理系統(tǒng)；信息自動(dòng)化系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；布線系統(tǒng)等。其中本論文所涉及的三表遠(yuǎn)傳系統(tǒng)就是屬于物業(yè)管理系統(tǒng)的一部分，但是就目前國(guó)內(nèi)實(shí)際情況而言,對(duì)于智能小區(qū)住宅所必須提供的三表自動(dòng)抄表收費(fèi)功能, 真正能做到水／電／氣等遠(yuǎn)程抄表的并不多見，比例為 ％. 而據(jù) 1998 年統(tǒng)計(jì)我國(guó)城市人口約 4 億人，城市家庭約 億戶，居民家用水表、電表各約 1 億只，煤氣表約 4000 萬(wàn)只。這三種表分屬三個(gè)部門管理，目前基本上都是靠人工每月入戶抄表進(jìn)行計(jì)費(fèi)。這二億四千萬(wàn)只表按每個(gè)抄表員每月抄 3000 只表，共需 80 萬(wàn)名抄表員，按每個(gè)抄表員一年費(fèi)用 1 萬(wàn)員計(jì)，則每年僅抄表一項(xiàng)費(fèi)用就達(dá)到 80 億元。人工抄表不僅浪費(fèi)的巨大的人力資源，而且隨著高層建筑的不斷增加，居民家中有人時(shí)間的不確定，使抄表員的工作變得非常繁重，用戶對(duì)抄表員入室抄表干擾正常生活意見較大，同時(shí)因抄表入室現(xiàn)象也引發(fā)了一些不安全社會(huì)問(wèn)題. 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)抄表記費(fèi)系統(tǒng)就是在這一背景應(yīng)運(yùn)而生. 自動(dòng)抄表記費(fèi)系統(tǒng)是一種把多個(gè)分散單元信息（電表,水表,氣表等）準(zhǔn)確傳送到一個(gè)基站（數(shù)據(jù)處理中心）的通訊技術(shù)。它的出現(xiàn)將替代長(zhǎng)期以來(lái)供電,供水,及煤氣公司對(duì)水,電,氣用戶的使用量的統(tǒng)計(jì)一直沿用的人工抄表的工作,在智能小區(qū)即將大力推廣的 21 世紀(jì),自動(dòng)抄表記費(fèi)系統(tǒng)將會(huì)擁有廣闊的市場(chǎng)空間和良好的市場(chǎng)前景. 本課題的研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)的課題:三表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集模塊)設(shè)計(jì)及相關(guān)的課題:三表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)(通信及控制模塊),一起構(gòu)成了自動(dòng)抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單:完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì),完整的系統(tǒng)框圖,數(shù)據(jù)采集器的電路原理圖,用匯編語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所需的全部程序,以及仿真調(diào)試. 第 2 章 系統(tǒng)概述第 2 章 系統(tǒng)概述自動(dòng)抄表技術(shù)是一種把多個(gè)分散單元信息（電表,水表，氣表等）準(zhǔn)確傳送到一個(gè)基站（數(shù)據(jù)處理中心）的通訊技術(shù)。它一般分為三個(gè)部分：前端數(shù)據(jù)采集處理裝置、傳輸線路、中心控制平臺(tái)。在這里分別對(duì)它們進(jìn)行大體介紹。 前端數(shù)據(jù)采集處理裝置前端數(shù)據(jù)采集處理裝置指的是從表頭數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)集中器的部分。目前，遠(yuǎn)傳三表基本上是在原有機(jī)械基表上加裝傳感電路形成的。下面對(duì)幾種遠(yuǎn)傳電路進(jìn)行闡述： 1. 光電轉(zhuǎn)換型 這種傳感形式一般是在基表的旋轉(zhuǎn)部件上加裝一面反射鏡面，在與反射鏡面相對(duì)應(yīng)的部位固定安裝一只光電傳感器，當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件上鏡面轉(zhuǎn)至傳感器位置時(shí)，傳感器就產(chǎn)生光感應(yīng)，發(fā)出一次脈沖信號(hào)。 這種傳感形式有三個(gè)缺點(diǎn)：，不利于后備電池的微耗供電。反射失靈。 4 條引線。2. 霍爾傳感型在基表旋轉(zhuǎn)部件上加裝感應(yīng)磁鋼，在與感應(yīng)磁鋼相對(duì)應(yīng)的位置上固定安裝一只霍爾元件。 3. 干簧管傳感型 是目前應(yīng)用最多的一種形式,其最大優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需耗電。但仍存在感應(yīng)點(diǎn)顫動(dòng)誤發(fā)信號(hào)和外磁人為干擾問(wèn)題，外加一只防磁報(bào)警干簧管也解決不了不發(fā)信號(hào)的問(wèn)題，且常常引發(fā)“是系統(tǒng)不可靠誤報(bào)警還是磁干擾偷水”的糾紛。 這種傳感器雖在目前應(yīng)用最多，但從現(xiàn)場(chǎng)使用情況看，也是出問(wèn)題最多的。4. 自保持開關(guān)型 具有 A、B 兩個(gè)感應(yīng)頭，若 A 頭感應(yīng)使開關(guān)打開了,開關(guān)就一直打開著。直到 B 頭轉(zhuǎn)來(lái)后開關(guān)才閉合,再到 A 頭轉(zhuǎn)來(lái)再打開，以此周而復(fù)始.這種形式成功的克服了顫動(dòng)、磁干擾、耗電、引線多的所有缺點(diǎn)，僅用兩條線就可實(shí)現(xiàn)信號(hào)開、信號(hào)關(guān)、斷線、短線四種狀態(tài)的檢測(cè)，是目前最為理想的遠(yuǎn)傳傳感方式。在電表、水表、氣表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程抄錄方面，電表在技術(shù)上較為成熟,通常是采用專用的電能數(shù)據(jù)采集模塊計(jì)量電度的脈沖信號(hào)(來(lái)自電能計(jì)量的專用集成電路芯片),而這個(gè)電能數(shù)據(jù)采集器通常就是采用的單片機(jī)系統(tǒng),將脈沖信號(hào)通過(guò)光電耦合和斯迷特觸發(fā)器整形后送入 51 單片機(jī)的記數(shù)輸入端 T0 或 T1 法移植到氣表、水表抄收系統(tǒng)中。水表和氣表的戶外抄表工作難度較大，主要用于水表和氣表本身沒有供電電源, 如采用傳統(tǒng)的脈沖累計(jì)法，則要連續(xù)不斷地讀取數(shù)據(jù)，還要額外增加供電線路。如供電中斷或出現(xiàn)讀數(shù)故障，則會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。而且只要是采用對(duì)脈沖信號(hào)的積累計(jì)量來(lái)采集用戶的水、電、氣用量有兩個(gè)無(wú)法避免的缺陷。第一必須使用電子水表，電子電表，電子煤氣表，以上三種表均為電子脈沖輸出，對(duì)表的計(jì)量只需累計(jì)電子表輸出的脈沖數(shù)即可,在抄表節(jié)點(diǎn)中只需用數(shù)字 I/O 口即可實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)。固而它的缺陷是很明顯的,就是必須進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì),這對(duì)供電系統(tǒng)的依賴性高,一旦出現(xiàn)如供電中斷或出現(xiàn)讀數(shù)故障，則會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失,而且丟失的數(shù)據(jù)無(wú)法恢復(fù),會(huì)出現(xiàn)用戶讀表數(shù)與系統(tǒng)讀數(shù)產(chǎn)生誤差。尤其是水,電的計(jì)量,在停電是用戶仍然可以用水用氣,而數(shù)據(jù)采集模塊卻無(wú)法對(duì)其使用量進(jìn)行計(jì)量,從而會(huì)使水,氣經(jīng)營(yíng)公司無(wú)可避免的蒙受損失。第二個(gè)缺陷就是目前所有的脈沖表均有一定的誤差（%1%）,這是因?yàn)楫?dāng)電度表的常數(shù)和脈沖常數(shù)確定后,通過(guò)計(jì)算可得一度電,一噸水,一方氣對(duì)應(yīng)輸出的脈沖數(shù) K 為常數(shù),則 度電, 方氣, 噸水對(duì)應(yīng)輸出得脈沖常數(shù)為 K/10,既有 K/10 個(gè)脈沖到來(lái),水、電、氣得用量遞增 個(gè)單位值。若對(duì) 個(gè)單位值進(jìn)行進(jìn)位遞增,因?yàn)?K/10 不一定正好為整數(shù),若舍去小數(shù)或者對(duì)小數(shù)進(jìn)行進(jìn)位取整,必然產(chǎn)生累計(jì)誤差。長(zhǎng)時(shí)間后累計(jì)誤差較大, 傳統(tǒng)的做法是在 PC 機(jī)中進(jìn)行修改，這將導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，且差別會(huì)越來(lái)越大。因而傳統(tǒng)得脈沖計(jì)量精度是有很大得不可靠性,促使我們想要選擇其它得采集計(jì)量方式,以提高計(jì)量精度.在這里我們的數(shù)據(jù)采集模塊的前端,即傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換模塊采用了一專利產(chǎn)品,它具有獨(dú)創(chuàng)的位置采樣傳感器可同步跟蹤機(jī)械計(jì)數(shù)器運(yùn)轉(zhuǎn), 無(wú)需電源維持, 即使出現(xiàn)斷電或故障，在重新供電或修復(fù)后數(shù)據(jù)仍會(huì)保留在表的機(jī)械部分，經(jīng)重新讀取后累計(jì)數(shù)據(jù)仍是正確的,而且能夠輸入轉(zhuǎn)換好的 5 位 BCD 碼。首先它克服了采用傳統(tǒng)的脈沖累計(jì)法的電子水表，電子電表，電子煤氣表的兩大缺陷，即擺,因?yàn)闊o(wú)論斷電還是其它故障,它的采集數(shù)據(jù)都會(huì)保留在機(jī)械部分,能夠從新讀取。所以數(shù)據(jù)采集模塊不用采用實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)的設(shè)計(jì),只須定時(shí)或不定時(shí)的采集用戶的水、電、模塊不用處于長(zhǎng)期供電運(yùn)行狀態(tài),減少了整個(gè)系統(tǒng)的功耗和運(yùn)行出錯(cuò)的概率。不必?fù)?dān)心因?yàn)橥ｋ姸仨氃黾酉鄳?yīng)的后備電源模塊,以備停電時(shí)繼續(xù)計(jì)量。也不用增加FLASHROM 或者 EEPROM 來(lái)存儲(chǔ)發(fā)生故障時(shí)的統(tǒng)計(jì)到的用戶使用量,因?yàn)橄到y(tǒng)第 2 章 系統(tǒng)概述復(fù)位后或故障排除后,只須重新采集一次表內(nèi)數(shù)據(jù)即可. 所以這一產(chǎn)品的出現(xiàn)及使用對(duì)我們整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的性能提高和簡(jiǎn)化后端數(shù)據(jù)采集模塊、通信控制模塊的結(jié)構(gòu),降低了系統(tǒng)成本。這樣就就大為提高了本系統(tǒng)的采集精度. 傳輸線路在這里，傳輸線路有兩部分，一部分是從數(shù)據(jù)集中器到控制中心的上層傳輸線路，另外一部分是從表頭到數(shù)據(jù)集中器的底層傳輸線路。 上層傳輸線路在這里簡(jiǎn)要介紹目前投入實(shí)用的幾種傳輸技術(shù)：電力線載波通訊、衛(wèi)星通訊、電話線通訊,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。一、電力線載波通訊:電力線載波抄表已經(jīng)使用了較長(zhǎng)時(shí)間，其間也經(jīng)歷了一些反復(fù)。其遠(yuǎn)抄遠(yuǎn)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一為數(shù)據(jù)的傳遠(yuǎn)，通過(guò)電力線載波通信傳遠(yuǎn)有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，比如，采用原有的電力線作為通信媒質(zhì)，節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力資源；電力線遍布城鄉(xiāng)，組網(wǎng)方便；所采用的擴(kuò)頻技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾和抗衰減能力等等。高頻載波在高壓輸電線上對(duì)繼電控制信號(hào)和聲音信息傳送方面的應(yīng)用十分成功。高壓輸電線輸送距離長(zhǎng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、被很好的維護(hù)，所以高頻載波在其上應(yīng)用效果非常好. 用電力線傳輸優(yōu)點(diǎn)是比較節(jié)省開支，用于自動(dòng)抄表的集中器位置固定，困難。由于支線和分接頭、線路從高架到地下的過(guò)渡、電容箱、甚至負(fù)荷自身大小等都將或多或少改變網(wǎng)絡(luò)阻抗，從而引起高頻波的偏離。所有上述偏離在一些地方有增強(qiáng)的傾向，而另一些地方會(huì)抵消，這都使高頻電力載波在經(jīng)常變化的配電線上非常難以預(yù)料和控制。為了解決這一問(wèn)題，配電線上的電力載波系統(tǒng)逐漸向低頻方向發(fā)展，頻率已從 100kHz 范圍降到 10kHz 范圍。100Hz 范圍的紋波控制系統(tǒng)已經(jīng)被極好地普及，曾經(jīng)成功地應(yīng)用在大負(fù)荷管理方面許多年。這都曾使電力載波技術(shù)的應(yīng)用更容易，但一個(gè)一直未被解決的問(wèn)題就是輸送距離還不夠長(zhǎng)。固而載波通訊的缺點(diǎn)也是很突出的: 噪音大，受電網(wǎng)干擾誤碼較嚴(yán)重；低壓載波只能局限在一個(gè)變壓器的范圍內(nèi)，無(wú)法跨越變壓器通訊；如果不同的用戶的三表安裝在不同的相線上，隔相信號(hào)衰減大于 40db，通信質(zhì)量很差。如安裝電纜到煤氣表和水表會(huì)帶來(lái)附加的安全問(wèn)題。目前已有幾種用于電力線載波通信的模塊或產(chǎn)品，但總的來(lái)說(shuō)通信的可靠性較差.二、電話線通訊基于電話的自動(dòng)抄表技術(shù)的應(yīng)用已超過(guò) 25 年了。電表脈沖或編碼信號(hào)通過(guò)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的遙測(cè)接口單元（TIU）采集。電話線允許雙向通訊，用電數(shù)據(jù)可從現(xiàn)場(chǎng)到接收器及客戶之間來(lái)回傳送，因此在程序控制的訪問(wèn)時(shí)間里能夠通過(guò)電話傳送信號(hào)或先記錄然后傳送信號(hào)。當(dāng)傳送抄表數(shù)據(jù)時(shí)，可以提供新的訪問(wèn)時(shí)間表給