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西門子6ES7214-1AD23-0XB8詳細說明
摘 要：對遠程抄表系統(tǒng)的方案、系統(tǒng)的組成,、硬件的配置,、軟件設(shè)計,、工作原理,、功能以及技術(shù)性能進行了論述。該系統(tǒng)通過下位機（MCU）和無線收發(fā)模塊（PTR2000）采集,、整理數(shù)據(jù),，通過串口經(jīng)MODEM模塊與上位機通信，水,、電,、氣公司通過上位機（PC機）收集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程無線自動抄表的功能,。
引言 在人們的日常生活中,，水、電,、氣是的生活保障,，然而對于水,、電,、氣供應(yīng)公司來說，每個月上門抄取各個用戶的三表讀數(shù)卻是非常繁重的工作,，需要投入大量的人力和物力?，F(xiàn)在許多公司在研究自動抄表系統(tǒng),，但是他們通常采用電話線或者是專線完成與上位機的通訊，成本比較高,。詳見參考資料[3][6][7],。針對這種情況，作者設(shè)計了一種遠程無線自動抄表系統(tǒng),。自動抄表系統(tǒng),，簡稱ARMS(Automatic Reading Meter System)，是供應(yīng)水,、電,、氣的部門將安裝在用戶處的水、電,、氣表所記錄的用量等數(shù)據(jù)通過遙測,、傳輸和計算機系統(tǒng)匯總到營業(yè)部門，代替人工抄表及一連串后續(xù)工作的系統(tǒng),。該系統(tǒng)的無線通信是采用GSM短消息業(yè)務(wù),，它的實現(xiàn)是邁向家庭自動化的第一步，并有助于提高水電系統(tǒng)管理的現(xiàn)代化水平,。該系統(tǒng)具有兩個主要特點：其一系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集點多,，成千上萬，數(shù)據(jù)量大,；其二系統(tǒng)是一個覆蓋面很廣的通信網(wǎng)絡(luò),，采集點具有分散性。對系統(tǒng)的要求,，一方面應(yīng)造價低,、經(jīng)濟實惠，另一方面數(shù)據(jù)的采集要準確及時,，又要有一定的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力,。隨著現(xiàn)代化電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)和計算機技術(shù)都有了飛速發(fā)展,，而兩者的結(jié)合又進一步演化出許多新的通信方式和通信系統(tǒng),，為ARMS的實現(xiàn)提供了可能。這樣可避免抄表員上門抄表帶來的弊端,，省卻了上門抄表打擾用戶的尷尬問題,，對公司、用戶都有很大的便利,，具有良好的市場前景,。特別是在大中城市里，該系統(tǒng)具有很廣的推廣價值。1．系統(tǒng)的組成及工作原理 系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)采集部分,；數(shù)據(jù)發(fā)送,、無線通信部分；數(shù)據(jù)接收,、處理部分,。 工作原理：數(shù)據(jù)采集裝置首先通過傳感器采集三表的讀數(shù)，將采集的數(shù)據(jù)存入單片機（AT89C2051）內(nèi),；單片機再通過無線通訊模塊PTR2000（發(fā)端）將數(shù)據(jù)發(fā)送,，用戶集中器的PTR2000（收端）將發(fā)送來的數(shù)據(jù)接收，下位機主要完成采集數(shù)據(jù),、分時存儲和同上位機通信的功能,，它通過串行接口與GSM/Modem聯(lián)接，以公眾網(wǎng)（GSM）為平臺,，通過電信公眾網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),。隨著GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展，移動通信網(wǎng)日益龐大復(fù)雜,，所覆蓋地區(qū)也日益廣泛,。因而通過GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的傳輸也成為了一種新式的數(shù)據(jù)傳輸手段,。GSM/Modem通過GSM的短消息業(yè)務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù),。PC機（上位機）一般設(shè)在公司的營業(yè)處,它是負責整個系統(tǒng)管理的，它將數(shù)據(jù)收集到,，然后對接收的數(shù)據(jù)整理,、存儲,、顯示，并計算出各用戶需繳納的費用,。還可以將用戶的用量曲線打印出來,，對實行季節(jié)電價、分時電價,，用經(jīng)濟杠桿實現(xiàn)削峰填谷很有利,，可以為國家節(jié)約能源。
經(jīng)濟分析：本系統(tǒng)的最大容量設(shè)計為1000家,。規(guī)定每100ms采集一家的數(shù)據(jù),，則一分鐘可以采集600家的數(shù)據(jù)。普通的電表是2400轉(zhuǎn)/KWH,，采集裝置每采集20個脈沖記1個點,。每十分鐘采集的數(shù)據(jù)最多占1個字節(jié)，每家的用量數(shù)據(jù)是按增量采集的,，三個表的增量最多占3個字節(jié),，所以600家的數(shù)據(jù)最多占2K字節(jié),，每分鐘采集一輪，采集到的數(shù)據(jù)存儲在AT89C51的RAM內(nèi),，在存儲器內(nèi)整理,、打包,，每十分鐘發(fā)送一次,。由于夜晚用電水氣量比較少，所以在晚上發(fā)送的數(shù)據(jù)包,，很多是空包,，這樣就浪費占用通信信道的時間。因此在軟件設(shè)計時,，采用越限發(fā)送,，即每次采集的數(shù)據(jù)必須超越一定的量才發(fā)送，一天最多12小時的用量高峰期是每十分鐘發(fā)送一次的,?；贕SM短消息業(yè)務(wù)的容量主要是由短消息服務(wù)中心的處理能力和無線信令信道的承載能力決定的，每個短消息的信息量限制為140個八位組（7比特編碼,，160個字符）不超過140個字節(jié),。每十分鐘采集3K數(shù)據(jù)，需要發(fā)送22條短消息,，則每月發(fā)送約5萬條,。按照西安市短信費用標準，2-5萬條/月的費用是2000元/月,。平均每家2元/月,。因此該系統(tǒng)非常的經(jīng)濟。而且上位機每十分鐘就收集一次的數(shù)據(jù),，這樣就可以在一天里用電高峰期里及時采集用戶的用量,，并將用量曲線打印出來。2.硬件配置
[NextPage]2.1數(shù)據(jù)采集,、發(fā)送部分 水表是將原水表計數(shù)齒輪指針換裝成帶磁性的指針,，再通過傳感器進行數(shù)據(jù)采集；氣表要用帶信號輸出的氣表,；電表必須采用脈沖式電子電度表,，電表脈沖輸出的器件為光耦輸出，具有較好的隔離作用,。數(shù)據(jù)采集裝置與用戶的電表安裝在一起,，為了防止用戶的突然斷電，采集裝置必須裝在空氣開關(guān)的前端,。電表可以通過計數(shù)脈沖來測量,，由光電采集頭采集電表的計數(shù)脈沖,，表盤轉(zhuǎn)一圈，光電采集頭發(fā)出一個脈沖,，輸入的P1口的P1.0,，由AT89C2051存儲。然后通過PTR2000模塊發(fā)送數(shù)據(jù),。 PTR2000模塊乃是超小型,、超低功耗、高速率19.2K無線收發(fā)數(shù)傳MODEM,。采用了當代的歐洲"藍牙技術(shù)"應(yīng)用全數(shù)字科技,，由單IC組合而成，接收發(fā)射合一,，工作頻段為433--434MHz,，空中傳輸數(shù)據(jù)速率為19.2Kbps，工作電壓范圍為2.7V-5.25V,，采用FSK調(diào)制,，抗干擾能力強，標準的DIP引腳間距,，更適合嵌入式設(shè)備,。當PTR2000的TXEN腳為高時，它處于發(fā)射狀態(tài),；當TXEN腳為低時,，它處于接收狀態(tài)。在硬件設(shè)計時,，將TXEN與AT89C2051的P1.1腳連接,，通過軟件控制PTR2000的狀態(tài)。
2.2 數(shù)據(jù)接收和遠程無線通訊 PTR2000將數(shù)據(jù)接收并且存入AT89C51內(nèi),，ROM和RAM分別用來存儲程序和數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)按當時的時間存入相應(yīng)時段的存儲區(qū)內(nèi)，時段間隔為10分鐘,。不同日期的同一時段數(shù)據(jù)僅在相應(yīng)的存儲區(qū)內(nèi)累加,。采集裝置內(nèi)裝有免維護電源，保證斷電后還可以工作,，保護數(shù)據(jù)和接收,、執(zhí)行上位機的命令。AT89C51通過串口與無線MODEM連接,，實現(xiàn)與上位機的無線通訊,。 GSM（bbbbbb System for Communication）系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中、最完善,、應(yīng)用的一種系統(tǒng),。我國目前已建成了覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng),，是我國公眾陸地移動通信網(wǎng)的主要方式。GSM的短消息業(yè)務(wù)SMS(Short Message Service)與話音傳輸及一樣同為GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù),，它通過無線控制信道進行傳輸,，是GSM通信網(wǎng)所*的，經(jīng)短消息業(yè)務(wù)中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能,，它不用撥號建立連接,，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心，由短消息服務(wù)中心再發(fā)送給最終的信宿,。這適于把每次采集到的數(shù)據(jù)隨時發(fā)送到監(jiān)控中心,。傳送短消息業(yè)務(wù)的控制信道為專用控制信道（DCCH）,。詳見參考資料[6],。短消息業(yè)務(wù)可以使網(wǎng)絡(luò)端知道被叫方是否已經(jīng)收到短消息，如果傳送失敗,，被叫方?jīng)]有回答確切消息,，網(wǎng)絡(luò)一側(cè)會保留所傳的消息，一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)被叫方能被叫通時,，消息能被重發(fā)以確保被叫方能收到,。因此短消息業(yè)務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種主要的電信業(yè)務(wù)，它的傳遞是可靠的,。綜上所述,，本系統(tǒng)選用GSM的短消息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)遠程無線數(shù)據(jù)傳送是可行的。GSM調(diào)制解調(diào)器（GSM/MODEM）的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的以話音為主的通信手段,，打開了GSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信及其應(yīng)用的大門,。它提供RS232數(shù)據(jù)接口,采用AT賀氏指令,符合ETSI標準GSM0707和GSM0705。本系統(tǒng)的GSM/MODEM采用法國WAVECOM公司的GSM/MODEM模塊,。2.3 數(shù)據(jù)處理部分 上位機通過DDE接口將下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到EXCEL工作表中,，在EXCEL中定義好報表格式，計量格式,，并將文件以模板格式保存,，在抄表完成后，系統(tǒng)能自動將數(shù)據(jù)填寫到相應(yīng)單元格,，由EXCEL自動計算,，換算成KWH值并算出收費值。在上位機上打印,、顯示用戶的水,、電、氣費和各種報表及負荷曲線,，當用戶負荷超發(fā)出報警信號,，根據(jù)公司的規(guī)定決定是否發(fā)遙控命令給下位機對用戶實行斷電處理,。還可以計算各個時段的費用，為電力部門實行分時收費提供可靠的保證,。而且為了保證數(shù)據(jù)存儲的安全性,，上位機（PC機）采用了雙硬盤做數(shù)據(jù)備份，系統(tǒng)帶有后備電源,，停電后能保持正常工作狀態(tài),。后備電源可保證系統(tǒng)在滿負荷工作狀態(tài)下正常工作36小時以上，若停電時間更長,，系統(tǒng)將不會進行數(shù)據(jù)采集,，但原有數(shù)據(jù)不會丟失，供電恢復(fù)后需要重新核查數(shù)據(jù),，更新設(shè)置用戶集中器中下位機存儲的數(shù)據(jù),。3.軟件設(shè)計 由于該系統(tǒng)采用的是一點對多點的雙向數(shù)據(jù)傳輸，因此每家的表都有自己的地址碼,。上位機可以查詢下位機,，下位機也可以定時發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機。本系統(tǒng)要實現(xiàn)的目的是一機（上位機）對多機(下位機)的通訊控制,其通訊軟件主要分為兩部分：上位機與下位機的遠程通訊軟件,；單片機與GSM/MODEM的串行通訊軟件,。詳見參考資料[2]。程序設(shè)計的關(guān)鍵是上,、下位機間的遠程通訊的準確性,。在程序設(shè)計中，采用通訊協(xié)議（Protocol）的做法,，由上位機發(fā)出讀表指令與地址碼,，讓各個下位機將記錄的數(shù)據(jù)傳過來，同時進行校驗,，以保證數(shù)據(jù)的正確性,。每個下位機都編有不同的地址碼，當上位機向所有的下位機發(fā)送一個地址碼和抄表指令時,，所有的下位機都接收到該地址碼,，并比較是否與其自身的地址碼相同，如不相同則退出比較,，不再接收其他命令,。如相同則表示上位機查詢的就是該下位機，同時收回應(yīng)答信號,，并準備接收命令,，而上位機將收回的應(yīng)答信號與發(fā)出的地址碼相比較，不同則給出錯誤的信息,，相同則可控制已叫通的下位機,。這時已叫通的下位機繼續(xù)接收上位機發(fā)送的抄表命令,，并收集用戶的數(shù)據(jù)，通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機,，直到接收到上位機發(fā)來的執(zhí)行完成命令
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