智能遠程抄表系統的設計

張幸

（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南714000）

新經濟常態,人們的生活水平持續增長,人民對生活質量的要求越來越高,但由于需求不同,在冬日供暖過程中涉及到的收費問題便日益嚴重。從當前發展狀況來看,傳統的集中供暖收費方式存在著一定的弊端,而按戶計量、按熱量收取供暖費用的方式將成為今后的發展趨勢[1-3]。

1 抄表系統概述

在冬日取暖過程中,用戶可以按照各自需要進行調節溫度及流量,這將是今后采暖系統的發展趨勢,但用戶各自按需調節溫度,為收取供暖費用造成了困難。智能遠程抄表系統的設計和使用將解決這一問題,可以為用戶提供按戶計量、按熱量收費的計量方式。智能遠程抄表系統,則是主站借助信道全面、如實抄讀用戶熱量表數據的一種系統。改系統由三部分構成：SCADA主站、集中器、用戶熱量表[4]。

1.1 熱量表。熱量表是一種計量表,主要針對于使用熱量進行計數,在供暖過程中,將以熱量表的計數為依據進行收費,用戶使用的熱量流量為計數對象。由于所處環境及作用的特殊性,熱量表由高精度傳感器及微控制器為主要部件組成,具有較為復雜的結構。其中傳感器包含溫度傳感器和流量傳感器,溫度傳感器用來測量水流的溫度及溫度差,而流量傳感器主要用來測量水流的流速及流量。

1.2 集中器。集中器是對熱量表計量數據進行采集、處理及傳輸的裝置,可以實現信息的采集匯總、存儲、以及傳輸的功能,其傳輸方式可采用有線信道傳輸或無線信道傳輸。通過集中器廣泛收集每一個用戶熱量表真實信息,借助信道將其第一時間傳遞到主站接受有效處理,從而使數據進行保存,因此,集中器為傳輸信息的通道。

1.3 SCADA主站。SCADA主站為智能遠程抄表系統的監控中心,能夠實現對遠方用戶終端的監視、測量、控制及信息采集。在系統使用過程中,監控中心實時采集數據,并全面統計與保存全部數據。當用戶繳費時,能夠把相關數據從數據庫中調出進行查詢。此外,SCADA主站還有完善的數據庫管理功能, 能夠處理遠方用戶的數據信息,準確計算、如實保存、全面監控、細致檢查數據,以此來確保系統的正常運行。

2 集中器總體設計

根據設計需求, 集中器主要包括了如下幾個模塊：1.GPRS通信模塊；2.信息處理模塊；3.M-BUS 模塊；4.供電部分。其中,GPRS 模塊工作時可將熱量表中的信息通過網絡傳輸到監控中心,進行數據的儲存和管理。信息處理模塊可以對采集到的信息進行處理,并對集中器的動作進行指揮。M-BUS可以實現電平的相互轉換。供電部分為系統的正常運行提供電源。圖1 為集中器的結構圖。

圖1 集中器結構圖

集中器在系統中實現了實時采集數據的功能,可以利用網絡進行數據傳輸；同時,實現了根據流量計算電費的功能。針對同一用戶,可廣泛收集用戶接受與發送的一系列數據,以此來計算出相對應的費用。如果用戶并未傳輸數據,即便是用戶在線,也同樣不會計費。為了精確計費,集中器的數據采集功能具有高速傳輸性能,能夠將用戶的數據流量信息快速傳遞到監控中心進行統計儲存,同時快速向用戶發送指令,保證系統的正常運行。

2.1 M-BUS模塊設計。M-BUS模塊所具有的功能都是借助模擬電路才可獲取, 這一模塊的功能則是把單片機采用的TTL 電平信號轉換成能夠識別的M-BUS電平信號[4]。在電平信號轉換中,基于電路的不同作用可將其分為發送電路、接收電路、輔助功能電路三個部分。本研究重點論述了發送電路和接收電路。

2.2 發送電路。BUS 總線為兩線制,M-BUS 中的邏輯“1”為高電平,使用12V 的電壓來表示,其電壓比邏輯“0”電平高,此種表示方式為M-BUS 協議標準規定, 所以, 當總線上兩根導線上出現了12v的壓差,便可以邏輯“1”和邏輯“0”表示信號。發送電路實現的功能則是輸入一個TTL的邏輯“0”或“1”電平時,基于輸入信號輸出端便會出現一個0v 或12v 的改變, 進而將TTL 電平順利地轉換為M-BUS 電平。當終端設備、集中器介入用戶向主站設備傳遞相關數據的情況下,電流通過發送電路的電阻R7 時,便會出現一個壓降的情況。通過相關測試,當熱量表無法傳遞數據時,應配備2mA 電流。若將100 只或者更多個熱量表加入終端時,這時R7 上便會出現壓降。同時根據M-BUS 總線協議,用戶或終端設備向主站設備傳遞數據時需借助負載電流信號變化。在這一情況下,主站設備繼續產生常邏輯“1”信號,當設備發出邏輯“0”時,總線電流需提高10～20mA。通過以上的分析,當輸出電壓出現拉低情況,必然會導致集中器邏輯信息出現錯誤,進而誘發邏輯錯誤[4]。為避免上述問題的產生,設計了發送電路,能夠有效解決壓降問題,同時保證輸出信號的準確性。

2.3 接收電路。作為一種底層用戶設備,熱量表并不具有向集中器發送信息的主動功能, 只是被動接收集中器傳遞的各種命令,然后把所檢測到的信息發送給集中器。M-BUS 協議指出,當從機設備將信息傳遞給主機設備時,需電流發生變化才可實現。

圖2 集中抄表流程

3 抄表軟件設計

當數據中心主站同集中器相連接后,對于UART串口1,MCU對其進行動態監測,不間斷地接受數據中心傳遞的各種命令,并借助UART串口2 將其傳遞到M-BUS總線[4]。接到命令后,用戶端熱量表便迅速把所收集的信息傳遞給集中器。然后,接受到數據后,集中器借助GPRS模塊迅速把數據傳輸到中心站[4]。在集中器將命令傳遞給熱量表時,集中器傳遞一次命令后會暫停一會,如果不間斷發送3 次命令后,仍然沒有得到熱量表傳輸回來的數據信息,集中器便會停止傳遞信息, 并將傳遞時代的信息及時反饋給數據中心站。抄表過程如圖2。

4 結論

本文介紹了一種智能遠程抄表系統,其中重點介紹了集中器的設計功能,滿足了不同用戶的需求,實現了冬日供暖系統中,按戶計量、按熱量收取供暖費用的方式。