基于ＬｏｎＷｏｒｋｓ智能小區(qū)抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于Lonworks的智能小區(qū)自動(dòng)抄表系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：Lonworks 智能小區(qū) 自動(dòng)抄表系統(tǒng) 設(shè)計(jì)開發(fā)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002－2422(2008)03－0018－02

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中采用脈沖計(jì)量表，系統(tǒng)的抄表采集模塊分為表頭信號(hào)采樣模塊和抄表采集器兩部分。表頭信號(hào)采樣模塊完成各表讀數(shù)值的采集計(jì)算及信息反饋；抄表采集器中將Neuron芯片作為通信芯片，完成通信處理功能，擴(kuò)展微控制器AT89C51芯片完成數(shù)據(jù)的采集功能。

系統(tǒng)采用Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理。智能小區(qū)分三層結(jié)構(gòu)，即管理中心、Lonworks網(wǎng)絡(luò)和智能控制器有機(jī)結(jié)合在一起。管理中心是小區(qū)網(wǎng)絡(luò)管理控制中心和小區(qū)局域網(wǎng)連接Internet的通道；Lonworks網(wǎng)絡(luò)是傳輸各種數(shù)據(jù)的通道；智能控制器是智能網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，用于采集數(shù)據(jù)。

智能小區(qū)管理中心計(jì)算機(jī)運(yùn)行小區(qū)管理軟件和Lon－works網(wǎng)絡(luò)管理工具。每個(gè)路由器通過Lonworks網(wǎng)絡(luò)連接居民樓的智能控制器，管理中心通過路由器和每個(gè)用戶家里的智能控制器相連接。智能控制器由Neuron芯片擴(kuò)展的主控制模塊及89C51單片機(jī)擴(kuò)展CPU組成。Lonworks主控制模塊是智能節(jié)點(diǎn)的基本構(gòu)成單元，以Neuron芯片為核心，通過固件完成LonTalk協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸。其中的IO8引腳輸出同步時(shí)鐘；IO9引腳是串行數(shù)據(jù)輸出；IO10引腳為串行數(shù)據(jù)輸入；選擇IO5引腳作為片選信號(hào)輸出。Lonworks總線主控制模塊與AT89C51的通信采用RS232同步串行方式，使用Neuron主控方式，AT89C51接收同步時(shí)鐘輸入，兩者的通信連線如圖1所示。主控制模塊用于通信和控制，其中的收發(fā)器負(fù)責(zé)將智能節(jié)點(diǎn)連入Lonworks網(wǎng)絡(luò)。微控制器AT89C51對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)的處理及驅(qū)動(dòng)功能，對(duì)脈沖輸入信號(hào)計(jì)數(shù)，并完成與主控制模塊的數(shù)據(jù)傳輸。

2 智能小區(qū)抄表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能控制器中的單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)，其硬件構(gòu)成以微控制器AT89C51為核心，8259A控制器及輸入和中斷響應(yīng)電路組成前端通道，連接水、電、煤氣及其他測(cè)控信號(hào)，RS232串行標(biāo)準(zhǔn)總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與Neuron芯片的聯(lián)接并通過Lon－works網(wǎng)絡(luò)與小區(qū)管理中心通信。8259A每片可接受八級(jí)中斷源，超過此數(shù)時(shí)，可采取級(jí)連方式。系統(tǒng)中，8259A中斷控制器配合89C51微處理器控制外部中斷源，為微處理器分析、判斷、決定中斷請(qǐng)求信號(hào)的優(yōu)先權(quán)。原理如圖2所示。

此單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)的雙CPU主要功能有：

(1)集水表、電表、煤氣表三路脈沖表的信號(hào)于一體，可支持單觸點(diǎn)、雙觸點(diǎn)等多種輸入方式，可同時(shí)支持三種不同的脈沖表：

(2)能采集脈沖寬度>10 ms的脈沖信號(hào)：

(3)具有內(nèi)、外部時(shí)鐘，可進(jìn)行分時(shí)段計(jì)費(fèi)：

(4)具有掉電保護(hù)電路，保證停電時(shí)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)不丟失；

(5)具有低電壓檢測(cè)電路，電壓低于一定值時(shí)，向中心計(jì)算機(jī)傳輸重要數(shù)據(jù)并報(bào)警；

(6)能向外部提供12 V/100mA或5 V/100 mA電源。

其工作過程為：系統(tǒng)采用的各表為脈沖計(jì)量表，當(dāng)用戶使用各能源時(shí)，各計(jì)量表將用戶使用量以脈沖形式通過8259A芯片傳給單片機(jī)，并記錄各表數(shù)據(jù)。各表輸出脈寬可變化的脈沖信號(hào)，經(jīng)輸入電路處理后送到8259A，在8259A中進(jìn)行邏輯判斷，經(jīng)判斷允許某一路優(yōu)先權(quán)最高的中斷源向89C51提出申請(qǐng)，而其余的中斷申請(qǐng)信號(hào)排隊(duì)等待并得以保存。這樣脈沖信號(hào)不會(huì)丟失，從硬件電路方面能夠確保系統(tǒng)采集信號(hào)的準(zhǔn)確度，得到中斷請(qǐng)求的89C51會(huì)比較當(dāng)前運(yùn)行程序與中斷申請(qǐng)的優(yōu)先級(jí)別，經(jīng)中斷申請(qǐng)與響應(yīng)電路向8259A發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)，INTA系統(tǒng)根據(jù)各表輸出脈沖數(shù)計(jì)算實(shí)際使用量的公式如下：

(1)用水量=脈沖數(shù)×每個(gè)脈沖代表的流量

(2)用電量=脈沖數(shù)×每個(gè)脈沖代表的電度數(shù)

(3)用氣量=脈沖數(shù)×每個(gè)脈沖代表的煤氣量

此外，系統(tǒng)還擴(kuò)展了LCD顯示、EEPROM存儲(chǔ)器、外部時(shí)鐘芯片、看門狗電路、掉電檢測(cè)和報(bào)警電路等。

3 智能小區(qū)抄表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)系統(tǒng)的軟件主要由主程序、掉電中斷程序、數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)顯示子程序、串行中斷子程序等組成。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，并用51C語言編制，充分利用C語言強(qiáng)大的計(jì)算功能，提高編程效率和軟件的可讀性、可擴(kuò)展性。這里主要介紹初始化和數(shù)據(jù)采集處理模塊。初始化中包括8259A的初始化；數(shù)據(jù)采集部分，主程序采取循環(huán)采集數(shù)據(jù)的方式，并對(duì)接收到的命令進(jìn)行分類，然后轉(zhuǎn)相應(yīng)的命令處理子程序，如圖3所示。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)采用了中斷方式的數(shù)據(jù)采集方案，擴(kuò)展系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)誤差小、網(wǎng)絡(luò)可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。