无线抄表系统的设计与实现

2024-02-27 来源：乌哈旅游

自动化技术彭远强:无线抄表系统的设计与实现无线抄表系统的设计与实现

彭远强

(广西大学电气工程学院　广西南宁　530004)

摘　要:长期以来,水电供应部门对用户电表、水表、煤气计量都采用传统的手工抄表方式,该方法费时、费力,缺乏准确性和及时性,不利于供应部门进行更深层次的分析和管理决策,在行业信息化过程之中,户表数据的自动化抄送具有非常重大的意义。提出一种基于蓝牙协议的无线网络的抄表技术,从硬件设计和软件设计两方面提出无线抄表技术的解决方案。

关键词:无线抄表;蓝牙技术;无线传感器;数据

中图分类号:TP274　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1004373X(2006)0911003

DesignandImplementofWirelessReadingMeterSystem

PENGYuanqiang

(SchoolofElectricEngineering,GuangxiUniversity,Nanning,530004,China)

Abstract:Ithasbeenalongtimethatsupportdepartmentadoptedtraditionalmethodtoreadthedatafromammeter,watermeterandgasmeter,thiswaycostsalotoftimeandforce,lackveracityandpunctuality.Itisn′tconvenienttoanalyseandmanageforprovider.withmoreandmoredeparmentsrelyoninformationtechnologytoday,Itisveryimportanttoreaddatafrommeterbyautomaticmeans.InthispaperwepresentawirelessreadingmetertechnicalbasedonBluetoothprotocol,anddiscusshowtoimplementfromhardwareandsoftware.

Keywords:wirelessreadingmeter;Bluetoothtechnology;wirelesssensor;data

1　引　言

长期以来“,三表”数据抄送问题一直是相关供应部门非常想解决但又得不到切实解决的问题。在行业信息化过程之中,户表数据的自动化抄送具有非常重大的意义,因为户表数据是相关行业销售过程中最原始的数据,这个数据的准确度和及时性直接影响了行业内部其他信息化水平。传统的手工抄表费时、费力,准确性和及时性得不到可靠的保障,这导致了相关营销和企业管理类软件不能获得足够详细和准确的原始数据。一般手工抄表都按月抄表,对于用户计量来说是可行的,但对于相关供应部门进行更深层次的分析和管理决策却不够。

无线抄表系统对无线通讯数据的传输和保存有着很高的要求,即数据可靠性要求很高。由于用电池供电,因此对功耗要求也很苛刻。无线抄表系统可以摆脱人工抄表的办法,利用数据通讯协议传输数据。基于以上原因,本文提出一种基于蓝牙协议的无线传感网络自动无线远程抄表系统,该系统具有计量准确、通信可靠、抄表方便、功耗低等远程抄表系统的优点,以及节省人力、远程监控、远程维护的功能。

收稿日期:20051026

[1]

2　系统设计思路

以PIC单片机为核心,以无线电波作为信息传递的媒介,在电表的基础上把水、煤气的测量加上把三表集成为一体。物业部门的主控机与下位单片机之间可实现双向无线传递数据。一方面将购费额及其他信息传入单片机,另一方面又将存储器中的耗能数据以及仪表工作状态等信息传给物业管理部门,单片机根据处理后的数据情况向限电、限气装置发出开或关的指令。物业部门通过接收装置接收信息并把相关数据显示在界面上,以PIC单片机为核心进行数据采集及处理和控制。正常用水、用电、用气时,单相电子式电度表直接输出的脉冲信号及由舌簧管输出的脉冲信号经低通滤波器滤去高频干扰后送至微处理器,微处理器分别对输入的水、电、气脉冲进行采集、计数、存储,并将购费余额通过液晶显示模块显示出来。并可选择通过RS485,PTR2000无线通信模块、电力线载波方式与上位机进行双向数据通信。有电情况下,该控制器由电源电路供电,电源电路将220V交流电变压、整流、稳压后输出5V的直流电。停电时切换电路自动将供电电源由电源电路切换到后备电池,保证停电时仍能对水、燃气的消耗量进行正常计数;电源掉电检测电路检测到掉电信息后,微处理器进入空闲工作方式,同时液晶显示模块关闭,以保证整个控制电路由后备电池供电时的低功耗要求。

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《现代电子技术》2006年第9期总第224期微处理器根据用户欠费与否通过光祸向磁保持继电器发出控制信号,从而控制市电的关断与接通,达到欠费限电、缴费给电的目的。为提醒用户及时缴费,当欠费时蜂鸣器可发出报警信号。3　系统硬件结构

蓝牙遥控器系统的核心是蓝牙遥控器和遥控设备收发器。其中蓝牙遥控器为用户随身携带,带有液晶显示屏、键盘输入口以及RS232口,以实现电台操作功能和显示电台当前状态等功能;遥控设备收发器通过电台扩展的

RS232口与电台主控板连接,一方面,他负责接收蓝牙遥

　󰃞测试・测量・自动化󰃜遥控设备收发器的硬件由4部分组成,其主要功能模块有:

214GHz射频功率放大器　为增大信号覆盖范围,采

用214GH2射频功率放大器将通信距离扩展到100m。

蓝牙模块　蓝牙模块完成射频和基带功能。他通过

RS232口与微处理器系统相连,交换数据。

RS232接口　与背负式电台的主控板相连,负责向

电台传递接收到的遥控命令,并将主控板的应答和状态回送。

微处理器系统　蓝牙接入设备的核心部件,控制和协调各功能模块的工作,并完成蓝牙接入设备的高层协议。

为了减小投资、加快研发进程,用蓝牙模块上的嵌入式CPU和RS232接CZ实现了电台通过RS232电台接口和蓝牙模块的直接相连。蓝牙模块上的嵌入式CPU系统采用的是多任务操作系统,有空余的处理能力来代替遥控设备收发器中的微处理器系统功能。4　基于标准和协议的传感器结构模型基于IEEE1451.2和蓝牙协议的无线网络化传感器由STIM蓝牙模块和NCAP三部分组成,其体系结构如图1所示,此方案的实现相当于在IEEE145112的结构模型上取代了原有的TII接口。采用无线的蓝牙协议实现连接,类似于实现了一个无线的STIM和无线NCAP,接收终端的模式通过在原有的STIM和NCAP中嵌入了蓝牙模块,构成的无线NCAP和无线STIM一点对多点在蓝牙匹克网以主从方式实现相互通信,与典型的有线方式相比上述无线网络模型增加了两个蓝牙模块。对于蓝牙模块部分,标准的蓝牙对外接口电路一般使用RS232或

USB接口,而TII是一个控制链接到他的STIM的串行接

控器传来的控制命令,并将其转发给电台主控板,实现对电台的控制;另一方面,他还负责将电台主控传来的遥控应答及电台状态送回蓝牙遥控器。

通过在蓝牙遥控器和遥控设备收发器中嵌入蓝牙模块,完成蓝牙遥控器和遥控设备收发器之间的通信。

Bluetooth模块完成射频和基带功能,其中蓝牙遥控器设

置成主动连接的蓝牙单元,负责建立并管理遥控器与遥控设备收发器之间的连接、跳频的同步和所有的通信,遥控设备收发器则设置为被动连接的蓝牙单元。蓝牙遥控器硬件主要由8个部分构成,其主要功能模块有:

214GHz射频功率放大器　为了增大通信范围,采用2.4GHz射频功率放大器将通信距离扩展到100m。

Bluetooth模块　Bluetooth模块完成射频和基带功

能。他通过RS232接口与微处理器相连,以接收和发送数据。

微处理器系统　作为Bluetooth无线接入设备的核心部件,一方面控制和协调各功能模块的工作,另一方面完成Bluetooth的高层协议。

液晶显示　用以指示设备的工作状态,同时作为功能选择莱单。

输入键盘　用户操作命令输入键盘。

USB接口　与数据终端的通信口。RS232接口　与数据终端的通信口。

口,因此必须设计一个类似于TII接口的蓝牙电路构造一个专门的处理器来完成控制STIM和转换数据到蓝牙主控制接口HCI(HostControlInterface)的功能[2,3]。

电池电源管理　蓝牙遥控器采用3V电池供电。为了给用户提供友好的人机界面,加快研发进程,将蓝牙技术和目前流行的PDA技术结合,采用双模块结构,使蓝牙遥控器不仅具备遥控器的全部面板功能,还具备

PDA的功能。实际上,PDA模块代替了上述的微处理器

图1　基于蓝牙协议的无线网络化传感器体系结构

基于上述无线传感器结构模型给出的无线抄表传感器的结构原理如图2所示,整个传感器核心部件是实现数据采集的前端STIM部分和实现网络接口的NCAP部分,

STIM完成数据的采集和处理(滤波校准等),NCAP完成

系统、液晶显示、输人键盘、USB接口、RS232接口、电池电源管理等6个部分的功能,与Bluetooth模块共同完成蓝牙遥控器的硬件功能的实现,与Bluetooth模块之间的接口采用串行RS232方式。PDA模块可以采用Motorola

DragonBal

VZ328处理器,主频为33MHz,具有两个串

传感器的网络接口实现对PSTN电话网互连STIM和

NCAP之间用蓝牙无线接口连接,STIM选用8位处理器

实现,而NCAP的网络接口通过8位的处理器和内嵌

Modem的形式实现。

行口。

111

自动化技术彭远强:无线抄表系统的设计与实现物业管理计算中心等数据计算中心。通过数据采集模块实现对各社区电表、水表、煤气表的数据采集与传输[4,5]。

图2　蓝牙抄表传感器结构原理

抄表传感器NCAP硬件部分选用的处理器、蓝牙模块和内置Modem分别是Winbond公司的W78E58处理器、

Erricsson公司ROK101

008系列蓝牙模块以及OKI公

司的调制解调芯片MSM7512B。由于系统中蓝牙模块接口采用的是RS232串口,同时处理器和内置Modem的通信接口也要用到RS232串口,因此选用W78E58处理器,该处理器具有双串口ROK101

008系列,蓝牙模块遵从

图3　抄表系统软件体系结构

蓝牙111规范,是一个点对多点的通信模块,该模块可以同时和在其范围内使连接的7个蓝牙从设备实现数据传输。MSM7512B为OKI公司推出的FSK模式,调制解调器芯片通过设置引脚MOD2和MOD1选择4种工作模式的一种。MT8888C作为DTMF接收器时,DTMF信号从

IN+和IN-输入,一旦信息被写入到接收寄存器中,MT8888C将置位状态寄存器中接收寄存器满标志位和IRQ/CP端电平,来通知控制器准备接收数据;MT8888C6　结　语

该种新型无线抄表系统采用先进的无线数传模块和可靠的传输协议,抄表快速、准确、使用方便、成本低、有一定的抗干扰能力,还可根据需要进行软件的更新升级,非常适合用于城市小区建设,具有广阔的市场前景。该系统经过少量、适当的改动就可适用于其他应用场合,例如工业遥控、遥测,交通管制等。

参　考　文　献

[1]金纯,许光辰,孙睿.蓝牙技术[M].北京:电子工业出版

作为DTMF发送器时,数据被写入发送寄存器,经内部转换合成DTMF信号,从TONE端输出。本处采用中断方式检测DTMF振铃信号。5　软件体系结构

整个抄表软件系统结构示意如图3所示。一个抄表传感器STIM部分对应一个电表,多个STIM完成和同一传感器的NCAP无线连接。蓝牙抄表传感器NCAP部分的安放位置应根据具体住宅的情况进行选择,要使其能采集到范围内所有抄表传感器STIM部分的电表数据,抄表传感器STIM部分和安置于每一处的电表相接,同时需注意的是远程抄表中心PC还应完成客户端软件开发,实现数据接收。其中,抄表中心可以包含电力公司计算中心、自来水公司计算中心、煤气公司计算中心、银行计算中心、

社,2001.

[2]卢伟国,童明俶.基于蓝牙的无线数据采集系统[J].电测与

仪表,2002,39(9):2629.

[3]李凤保,刘金,古天祥.网络化传感器技术研究[J].传感器

技术,2002,21(7):6264.

[4]霍春宝,张健,全国庆,等.一种基于无线通讯与公用电话网

的智能抄表系统[J].电子技术应用,2003,29(5):6163.

[5]赵阳,周海军,邵世祥.一种远程自动电话抄表系统[J].电

子技术,2001,28(5):2629.

[6]周长红,刘敬彪.智能抄表系统的设计和实现[J].现代电子

技术,2004,27(5):3536,38.

作者简介　彭远强　男,1972年出生,柳州职业技术学院讲师,广西大学在读研究生。主要从事电力自动化研究。

　　(上接第109页)

交换外,当然也适用于传统关系数据库间的信息交换。用XML作为数据交换的中介,给系统的实现带来极大的灵活性。系统可以屏蔽掉后台的多种数据源,用统一的XML文档呈现给用户。接收数据方根据数据XML文档的类型可以对数据XML文档进行任意的业务处理。

参　考　文　献

[1]WorldWideWebConsortium.ExtensibleMarkupLanguage

(XML)110W3CRecommendation,1998,10[2]WonKim,Ki

JoonChae.Component

February.

45.

basedKnowledge

EngineeringArchitecture.JOOP,1999,12(6):44

[3]李丽,田敬军,梁娟.构建基于XML的Web分布式体系结

构[J].现代电子技术,2004,27(2):107108.

[4]王捷,林锦国.XML数据交换技术在电子商务系统中的应

用[J].南京化工大学学报,2001,23(5):36404.

[5]BenChang.Oracle,XML开发手册[M].高波,王琰译.北

京:机械工业出版社,2001.

112

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