智能數據采集器設計及應用

朱秀群+王娜+羅章海

摘 要：隨著我國科學技術的進步，我國社會經濟和城市建設因此有了飛速提升，其中，數據采集在我國是使用范圍最廣，也是涉獵行業最多的科學技術之一。現如今，已經有非常多不同種類的儀器儀表，包括：氣表、水表、熱表、電表等，這些儀器儀表擁有各自獨特的功能，例如：普遍都擁有運行速度快，工作性能高等特點。目前，隨著我國科學技術水平提升，以及我國物聯網的前進方向的提出，對智能氣表、智能水表、智能熱表、智能電表等儀器儀表的數據進行統一采集并上傳的智能數據采集器逐漸進入相關電子技術人員的眼中。本文首先對傳統數據采集器與智能數據采集器的差異進行簡述，而后對智能數據采集器的設計與應用進行詳述，希望能夠對相關電子技術人員有所幫助。

關鍵詞：智能 數據采集器 設計 應用

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（b）-0001-02

1 傳統數據采集器與智能數據采集器的區別

就目前而言，我國用得最多的計量儀器儀表有氣表、水表、熱表、電表等，普遍應用的還有IC卡預付費智能表，這類智能表或者是有線遠傳表，以及無線遠傳表。除此以外，因為成本等因素限制，仍舊有非常多的地區在使用傳統機械計量儀表，依然采用入戶查表的方式進行收費。可隨著我國社會經濟和城市建設的高速發展，人們日常生活標準以及居住環境都發生很大的改變，傳統數據采集器具的缺點開始逐漸顯露出來，其性能與智能數據采集器的性能存在著非常明顯的差別[1]。

過去傳統收費模式：入戶查表方式。這種模式，最大的問題是入戶。因為入戶需要選在人們休息在家的時間，但現在人們生活節奏快，生活壓力大。在人們進入休息時，對于上門查表的行為通常是很反感的，而且也會存在一定的抵觸情緒。而這種收費模式對于查表工作者來說，工作時間不定，強度大，效率又不高。并且，進行入戶查表工作一定要有非常多的查表工作者，這將會使能源企業產生很大一筆人工成本支出。同時查表入戶模式還需要對用戶信息進行記錄工作，而我國人員流動性非常大，重復進行用戶信息錄入工作，出現信息記錄錯誤幾率也將非常高[2]。

關于智能計量儀表所使用的收費模式：對于智能計量儀表來說，它的收費方法非常多，例如，IC卡預付費表，無線遠傳表，或者有線遠傳表等，這些付費方法全部都借由電子傳感設備執行數據信息的采集工作，隨后把采集起來的數據上傳給各能源企業的能源數據管理平臺，最后再由平臺執行統計、分析、查詢等相關操作。

雖然我國IC卡表以及有線遠傳表的應用技術相對成熟，可靠性也很高，不過仍具有一些問題。例如：IC卡表的客戶信息需要在客戶購氣時進行采集，這會經常引發客戶信息更新慢的問題，除此以外，因為改價等原因，也一定會引發平臺數據淤積情況，這會使相關能源企業的工作效率降低，而且有時還會給能源企業帶來一些損失；而有線遠傳表需要進行施工作業，先不說隨著我國城市化建設，線路鋪設問題將會更加復雜，僅僅只是隨著時間流逝，線路老化的現象，就會增加能源企業維護成本。這些問題將會給能源企業帶來很多不便和成本支出[3]。

在不久的將來，無線遠傳將會變成智能儀器儀表的技術核心，而無線遠傳數據采集器沒有IC卡表以及有線遠傳表具有的問題，且能夠在任意時間點執行數據信息采集的操作，從而解決了數據信息更新不及時，以及工程施工等現存問題。

2 智能數據采集系統簡述

通常情況下，智能數據采集系統的構成包括三大部分：第一，智能計量終端，其包含無線遠傳或有線遠傳的儀器儀表（包括：智能氣表、智能水表、智能熱表、智能電表等）；第二，智能數據采集器；第三，各個能源企業的能源數據管理平臺。

智能計量終端指的是擁有自動測量功能，同時還擁有信息管理以及遠傳功能的計量儀表，包括：智能氣表、智能水表、智能熱表、智能電表等。

智能數據采集器，其實就是一種協議轉換器，它是智能計量終端和各種能源企業能源數據管理平臺得以完成數據信息通訊的核心連接。

能源數據管理平臺，每一個能源企業都有自己對數據信息執行管理的能源數據管理平臺。各類智能計量終端采集來的數據信息借由智能數據采集器上傳到各個能源企業的能源數據管理平臺，然后由各能源企業計算機管理數據管理平臺按照設定好的工作流程，自動與智能計量終端進行數據通訊，隨時獲得智能計量終端的數據信息[4]。

3 智能數據采集器的設計構成

智能數據采集器的組成構件較多，主要有：管理單元，各個連接端口，通用分組無線服務技術板塊，液晶顯示板塊，實時鐘表，按鈕以及信息儲藏設備等。

管理單元設計的電子元器件選用：使用TI企業制作的MSP430體系的微控制單元，此電路的關鍵為16位精簡指令集計算機的MPU，其具有能量損耗低，抗干擾性強，應用熱度界限大等特點。

各個連接端口設計的電子元器件選用：包含RF、M_BUS以及485端口，電路應用板塊化設計，需要根據儀器儀表的現實應用狀況，選擇合適的端口板塊。

通用分組無線服務技術板塊設計的電子元器件選用：通常情況下，選擇GPRS DTU，透明信息運輸，可以滿足多種工作方式，其可靠性高，同時可以降低設計工作壓力。

液晶顯示板塊以及其按鈕設計的電子元器件選用：選用128×64漢字液晶顯示板塊，借由按鈕實現顯示內容改變，以及工作狀態的修改。

實時鐘表設計的電子元器件選用：選用某品牌的實時鐘表IC，利用IIC總線端口和單片微型計算機相互連接。

信息儲藏設備設計的電子元器件選用：選用16Mbit的AT45DB161B大容量Flash儲存芯片，用來進行抄表儲存信息，還有數據采集器的運行數值。

4 智能數據采集器的應用

利用能源數據管理平臺對智能數據采集器執行初始化設置。設置內容包括有數據采集器的編號、數據轉換裝置的IP地址、接口型號和智能儀器儀表的通訊協議規格等信息。需要注意的是把智能數據采集器裝配在工作地點后，接通電源，假如采用有線模式，還應該將通訊電纜連接好。

在完成智能數據采集器與智能數據設備和能源數據管理平臺的連接后，可用能源數據管理平臺借由GPRS網絡實現對智能數據采集器執行終端儀器儀表的初始化設置，設置內容包括有終端儀器儀表的型號、自動抄表時間，以及信息上傳時間等。設置工作結束后，智能數據采集器便會按照所設置的參數，自動執行通訊作業（包括數據采集和上傳，信息傳遞等）。

按照初始化時設置的通訊協議，面對多種儀器儀表使用適當的命令方式，可完成設施通用，互通有無的目標。通過智能數據采集設施裝置自帶的液晶顯示屏，能夠使用按鈕執行相關操作，從而幫助客戶或者是相關電子技術人員隨時進行數據查詢工作[5]。

5 結語

智能數據采集器的出現給我們節省了非常多的能源消耗，因此深受各能源企業，以及相關管理部門的青睞。我國社會經濟正處于長足發展和進步階段，科學技術的突破與提升，則是發展的前提和基礎，智能數據采集器正是應此而生。同時，國建目前對于物聯網領域的發展制定了明確的目標，這些必然會促使我國物聯網產業化的快速提升，引領智能采集器技術的不斷提高。

參考文獻

[1] 王天際，張大鵬，郭曉冬，等.智能數據采集器設計及應用[J].城市建設理論研究：電子版，2013，11（5）.

[2] 夏春光.智能家居的智能電網數據采集器設計[J].電子技術應用，2012，38（3）：4-5，8.

[3] 夏春光.智能電網數據采集器：適合住宅和工業應用的ARM解決方案[J].EDN CHINA電子設計技術，2012，19（1）：40-41，45.

[4] 黃一平，梁梓辰，農麗萍，等.通用智能卡數據采集器研究與實現[J].測控技術，2015，34（12）：45-48.

[5] 劉敏.能源計量系統遠程數據采集器優化設計[D].上海交通大學，2013.endprint