基于现场总线的远程抄表系统

赵 明

(辽宁地质工程职业学院，辽宁 丹东 118008)

基于现场总线的远程抄表系统

赵 明

(辽宁地质工程职业学院，辽宁 丹东 118008)

介绍了一种基于CAN总线的小区有线远程抄表系统。以单片机AT89C51和CAN控制器SJA1000构成主要通信硬件，结合相应软件接口程序。本方案经实用证实完全可行，具有自动化程度高、抗干扰性强等优点，可为相关应用提供较强的参考价值。

CAN总线；单片机；有线远程抄表；SJA1000

随着工业发展和通信技术的进步，现场总线已到了越来越广泛的应用。在现有的现场总线中，由于在数据通信方面具备相对于其他总线诸多的优势，CAN总线在包括工业控制过程等多个领域得到了大量应用。CAN总线由德国博世公司研发，最初是应用于汽车控制系统的一种串行通信网络，后经不断完善发展至今天已形成国际标准。CAN总线与其他几种常见总线技术相比，以其高性能、高可靠性以及高性价比受到开发者的重视。

目前，随着社会发展，由于传统的人工抄表存在着效率低下、错漏率高和扰民性等不足，越来越多的中高档智能化小区的抄表工作表现了朝着远程自动化发展的趋势。现阶段的远程抄表系统从原理上可分为无线和有线两类。相对来说有线远程抄表具有稳定性较好的优点，其中部分地区采用的RS-485总线方案数据传输的可靠性在实用中受到限制。而基于CAN总线构成的远程抄表系统具有较强的应用优势，且目前国内关于此方面的应用较少，这也是本文研究的内容。

1 系统方案设计

1.1 方案构成

小区远程抄表系统属于多用户集中抄收系统，主要由主控机、仪表数据采集器、采集服务器、中继站构成。工作时，每个仪表数据采集器都被系统分配唯一一个ID，各种采集仪表测得的流量的数据被传至系统总线，再通过总线传至小区物业管理计算机即主控机。主控机完成对整个小区内每一个仪表的数据监控和采集，有关部门和小区物管能够实时掌握每户的用量和缴费情况，从而有利于集中和实时管理。主控机通过调制解调器拨号进入市话网，与水、电、煤气等有关部门交换数据。

在现代小区中，居民住宅楼普遍在设计时，将水、电、煤气各表引入每单元，为共用主管道节约建筑设计成本，水表和煤气表一般引入各户管道，而每单元的电表集中在单元供电箱一处。针对于此，各户的水表和煤气表由各自的数据采集器独立计量后，直接通过总线送到楼下通用节点服务器，可避免计量信号经普通电缆传输时易受干扰和扩容受限的缺点。而各户的电表采用集中就近采集方式。系统构成如图1所示。

在此CAN总线网络中，每个节点服务器负责完成仪表计量数据的收集和传送，并具有唯一的地址标识，所有节点服务器都采用统一命令格式，由小区物业管理计算机统一管理和协调[1]。所有节点都是开放的。通用节点服务器通过下一级总线与各户的水表和煤气表数据采集器挂接，完成水表和煤气表数据的采集和发送。

图1 远程抄表系统结构框图

1.2 CAN总线优点

由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的通讯总线相比，它的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性[2]。其特点可概括如下：

● CAN是到目前为止唯一有国际标准(ISO 11898)的现场总线；

● CAN总线所有的节点都不分主从，在工作过程中只要总线空闲时都能主动向总线上其它节点传送数据，构成全分布式网络备份系统；

● CAN采用非破坏性总线仲裁技术。当2个以上的节点向总线上同时输出数据的情况下，低优先级节点会主动中断数据输出，最高优先级节点则没有任何影响的继续向总线上发送数据，这样明显的提高了总线数据传送效率，缩短了总线数据仲裁所需的时间。即使总线数据的负荷较重，也不会发生电路信息超负荷而导致总线瘫痪；

● CAN总线具有通过全局广播、一点对多点及点对点等几种模式来实现数据的发送和接收；

● 当速率不超过5 kbps时，CAN总线的直接通信距离最大值是10千米，而当传输速率为最大值1 Mbps时，CAN总线的通信距离就缩短到40米；

● 根据CAN总线具体的不同驱动能力，节点数目最大能够达到110个，若加中继器的话，目前可

达256个以上；

● CAN的节点报文帧长度较短，帧结构为11bit ID或29bit ID+8字节数据8字节长，压缩了数据传输所需时间，从而使总线上数据受意外干扰而出错的概率明显降低；

● CAN总线上的每帧报文通过CRC冗余校验和其他纠错机制，具备可靠的错误检测效果；

● CAN节点当数据错误严重时，具备自动关闭功能，以避免对总线整体工作产生影响；

● CAN总线支持光纤、同轴电缆和双绞线等多种材料作为通信介质，便于根据实际需要灵活选择；

● CAN总线器件的性价比总体较高。器件的型号和功能丰富，有CAN控制器、CAN I/O器件、CAN收发器和带CAN的单片机等，价格也较为低廉，且可使用现有的单片机工具进行开发。

2 系统硬件设计

系统的主要硬件由主控机、仪表数据采集器和采集服务器组成，其中各仪表采用的是国内生产的高精度数字表，所转换后的流量数据通过CAN总线进行传输。各仪表采集器是以在嵌入式系统广泛采用的ATMEL公司的微控制器AT89C2051为核心设计的，主要功能是与采集服务器进行通信。采集服务器功能框图如图2所示。

图2 采集服务器功能框图

CAN总线通信节点模块由PHILIPS公司的CAN控制器SJA1000与单片机AT89C51和CAN总线驱动器82C250组成，硬件电路如图3所示。

图3 CAN总线通信节点模块硬件图

SJA1000是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。它内建BASIC CAN协议，可工作于PeliCAN模式[3]，这也是本系统设计的工作模式。

3 系统软件设计

系统软件主要分为上位机部分和下位机两个部分。上位机部分主要是小区物管计算机管理部分，包括数据库管理系统。下位机部分是指仪表数据采集和通信部分，软件编程主要是对AT89C51进行编程。程序主要由系统初始化子程序，语音数据接收存储子程序，CAN数据发送子程序，CAN数据接收子程序组成，包括如错误处理、波特率设置等内容。

系统工作时，上位机先发出各CAN节点检测命令，下位机的各CAN节点进行软件应答。上位机将所有完成应答的节点视为有效节点，对其进行抄表。对于应答不成功的节点做错误标志，可进行记录以备检修。

4 结束语

这种基于CAN总线的有线远程抄表系统，已由本地新建小区运行证明该方案完全可行，大大提高了抄表工作效率并有较高的稳定性。系统一次性安装成功率高，维护调试方便，扩展性大，运行成本低，随着智能化小区的普及，具有极大的应用前景。

[1] 孙炳阳.基于CAN总线的居民小区自动抄表系统[J].计算机工程，2003，29(12):159-161.

[2] 高强，郭娟，郝建.基于局域网的校园节能控电系统[J].无线互联科技，2014(6):30-31.

[3] 王洪坡，李杰，常文森.基于CAN_BUS的控制器调试系统的设计[J].电子技术应用,2004，30(8):30-33.

Wired Remote Meter Reading System Based on Fieldbus

Zhao Ming

(LiaoningGeologyEngineeringVocationalCollege,DandongLiaoning118008,China)

The paper mainly introduces a wired remote meter reading system for districts based on CAN bus. The system takes the microprocessor AT89C51 and CAN-controller SJA1000 as main communication hardware combining with the relative software interface-program. The system solution is proved by practical application, and it has the advantages of high degree of automation and strong anti-interference, which can provide a strong reference value for related applications.

CAN bus; microprocessor; wired remote meter reading; SJA1000

2016-11-09

赵 明(1976- )，男，山东莱州人，副教授，工程硕士，研究方向：控制工程。

1674- 4578(2017)01- 0019- 03

TP273

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