基于CAN总线的智能小区自动抄表系统

张跃峰　卢涵宇　王成义

摘要：随着智能小区的不断发展，传统的人工抄表已经不能满足现状， CAN总线智能抄表在智能小区中广泛使用。本文以CAN总线为基础，设计一个智能小区的自动抄表系统，从系统的结构、功能、硬件设计、软件设计进行研究，最终实现在小区的微机管理中心得到相应表的数据，进行计费和结算，解决了传统抄表的弊端，提高小区智能化。

关键词：智能小区;CAN总线;自动抄表;DELPHI

中图分类号： TP208      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）14-0179-03

Abstract： With the continuous development of intelligent community， the traditional manual meter reading can not meet the current situation. CAN bus intelligent meter reading is widely used in intelligent community. Based on CAN bus， this paper designs an automatic meter reading system in an intelligent community. It studies the structure， function， hardware design and software design of the system. Finally， it realizes that the data of the corresponding meter can be obtained in the computer management center of the community， and the data can be billed and settled. It solves the drawbacks of traditional meter reading and improves the intelligence of the community.

Key words： Intelligent village; CAN bus;Automatic meter reading; DELPHI

隨着社会进步和经济的快速发展，现在城镇化智能化应用越来越广。由于用电、水、煤气的规模急剧膨胀，管理和抄表的工作任务日益加剧，加上智能小区的发展，传统的手工抄表已经满足不了现况，基于CAN总线的智能远程自动抄表技术可以代替人工抄表，远程自动抄表技术具有快速、准确、及时、直接与小区微机管理中心联网等突出的优点，使用自动抄表系统可以减轻仪表读数工作人员工作量，降低读表的误差，给用户带来极大的方便，也给供应电、水、煤气的企业提高了经济效益。

本文利用CAN总线技术，来设计一个智能小区水、电、煤气表的抄表系统，包括该系统的设计、组成以及实现方法。方案的选择到总体构思，设计系统的电路以及电路硬件器件的选择，设计系统软件来实现抄表的功能。。

1系统整体设计

本次设计系统的整体设计框图如图1所示。该方案由小区管理微机、智能终端、CAN现场控制网络和楼宇主机构成。是一个分层分布式结构，安装与维护很简单，减少了现场在接线时可能发生的错误。与主从方式的RS-485现场总线不同，CAN是一种对等式现场总线网络，利用CAN总线的各种优点，数据采集器自动采集表的信息，即是表工作是累积脉冲数目，再都由CAN总线传送到主计算机中去统一计算和处理。最后小区管理中心得到数据并可以进行计费查询、结算、控制等。

该系统可以大规模的使用，灵活配置，稳定性极好，抗干扰能力强。有自诊断功能，可以诊断系统的故障，所在位置，方便维修，只有两个通讯线。使用电缆线少，安装简单，维护也方便，能远程监控。

2  硬件设计

2.1 小区管理微机系统

本设计的小区管理微机系统的功能是对小区日常抄表、能源控制、危险报警、信息查询等工作。系统由主计算机、外围的一些设备和人机接口设备组成，可以实现资源共享、控制以及管理等功能，在网络方面，可以将小区的与外网连接，提高小区网络化;在安全方面，如果小区发生火灾以及其他危险，可以自动报警，提醒居民安全防范。小区管理微机系统是一个现代化的智能系统，为人们提供了一个安全舒适、稳定可靠、网络信息化的小区。

2.2 CAN总线适配卡的硬件设计

CAN通信适配卡结构框图如图2所示。

（1）双口RAM及其控制电路

双口RAM是具有数据出、入两个口的SRAM，为防止读和写的数据发生冲突，内部有硬件端口总线仲裁电路，双机可以同步地读或写存储器中的任意单元。在CAN通信适配卡中，为了PC机和CAN控制器之间的数据顺畅传送，双向数据交换通道的建立一般利用双口RAMIDT7130，IDT7130是一种高速双端口静态RAM。

（2）微控制器电路

微控制器采用的是ATMEL公司的89C52器件，在CPU方面，同MCS51系列全部兼容，在系统中带有8k字节的可编程FLASH MEMORY，该系统要增扩8kB的片外RAM，用来满足89C52与CAN总线之间的通信。

（3）CAN通信控制电路

该通信控制器采用SJAl000，是PHILIPS公司生产的高性能通信控制器，物理层和数据链路层的全部功能由简单总线相接的SJAl000完成，与连接CPU时，存储器映像把SJAl000作为外围设备。CAN总线收发接口电路使用驱动器82C250，作用是加强CAN总线的差动发送以及接收能力。

2.3 CAN总线接口硬件电路的设计

该硬件电路主要由CAN总线收发器与物理总线的接口电路、CAN通信控制器与微处理器组成。该电路的核心是CAN通信控制器，它的作用是完成CAN的通信协议，使用的CAN总线收发器的优点是，扩大通信半径，使得系统的瞬间抗干扰能力得到提高，保护了总线，使得射频干扰减少，有热防护作用等。CAN总线接口框图如图3所示。

2.4 智能终端设计

本文的智能终端软件系统能自动抄表，通过小区微机管理中心，进行结算、划价和管理。

脉冲表作为用户的水电、电表、煤气表采用方式，脉冲发出的脉冲信号后由智能终端采集，脉冲数与表的计度值成正比。采集的电子计数器通常要满足以下关系：

累计值=累计脉冲数/仪表常数+仪表初值

以电表为例，仪表常数是耗电量1kWh时电能表输出的脉冲数目，用户第一次安设仪表的指示值称为仪表初值。对于数字仪表，它的脉冲输出接口方式有以下两种：电表采用集电极开路方式;水表和煤气表普遍采用无源方式，电脉冲输出是由磁感应方式机械传感器来完成，用光电隔离来消去干扰。智能终端由一片微控制器89C51芯片、输入接口、A/D转换器、CAN总线的接口电路、电表、水表、煤气表、电磁继电器和电动阀门等组成，如图4所示，微控制器89C51采集三表的信息数据，由FEPROM保存计量的信息。数据是由智能终端采集起来，然后将三表的累积在一起，用CAN总线将数据送达楼宇主机。

2.5 楼宇主机

楼宇主机与小区管理微机之间会进行相應的信息传递，当它们之间数据通信时，会产生一些受控指令，这些受控指令会对智能终端发出信号，这些通常为启闭信号;智能终端的任务是完成对各种传感器信息及表的数据接收，并对接收到的各种数据进行相应处理，智能终端将会把处理后的各种数据发送给小区管理微机，也包括各种故障信号等信息。楼宇主机的构成主要为：微控制器89C51和CAN总线接口电路，分布式控制系统由多个楼宇主机共同组成，许多的智能终端将被该系统控制。实现小区的智能化。

3系统软件设计

本系统的软件设计主要可分适配卡软件设计、CAN总线接口软件设计、智能终端软件设计三大模块。

3.1 适配卡软件设计

适配卡主要任务是转发PC机和CAN节点间的信息数据，其软件设计有两部分：一是设计PC机与双口RAM之间通信程序，即相应的PC机端应用程序。为了对双口RAM进行读写、中断的处理、和应用程序的通信，运行时还需要开发虚拟设备驱动程序（VxD）。二是单片机与双口RAM、单片机与CAN控制器之间的通信程序设计，采用FranklinC51编写。

3.2 CAN总线接口软件设计

CAN接口通信软件有三部分：CAN初始化、数据发送、数据接收。CAN初始化主要是设置CAN 的通信参数。所有的CAN控制寄存器都需要初始化，只有在CAN控制器处于复位状态下，方能访问这几个寄存器。数据发送程序的主要任务是将即要发送的数据从数据存储区中取出，组成各种信息帧，将帧头填入主机的ID地址，之后CAN控制器的发送缓冲区将会接收信息帧，发送程序在接收到主机的发送请求后，开始启动工作。CAN控制器可以发送信息到总线，这个过程是主动完成的。CAN总线到CAN控制器的接收缓冲区之间的信息传递，也是CAN控制器自动完成的，接收程序的作用是接收和存从储缓冲区读取到信息。

3.3 智能终端软件设计

在本次设计中，软件设计包括小区管理中心、智能终端、楼宇主机等相应软件设计，这里介绍关键的小区管理中心微机的程序设计，该程序是采用 DELPHI编写的。

自动抄表可以设置自动抄录日期，在小区管理中心实现小区电表、水表、煤气表的自动抄录，管理中心记录相应表的数据，通过结算，并可以打印表单。煤气泄漏可通过远程监控来报警和自动关闭阀门，对智能终端通讯出现中断，传感器发生断线、短路，煤气阀门运行出故障时，以及电压长时间处于欠压状态下，能进行报警通知，当楼宇主机的通讯中断时，也会报警处理。另外还可以有其他的使用，如为供应电、水、煤气的企业提供了控制措施，长期欠费不缴纳或不合理的行为，可控制电、水、煤气的是否开闭等措施，供应部门可利用该系统实现办卡交费，网上缴费等;另一方面，如发生地震、火灾等紧急情况或居民外出忘记关闭阀门，存在安全隐患情况，管理微机中心监测并自动关阀，降低安全隐患，确保安全。用户可以在网上查询自己的水、电、煤气使用的情况。 通过联网收费可以提高小区智能化，网上预付费方式大大方便用户，同时减轻小区管理人员的工作量。明细表打印实现用户对电、水、煤气使用情况打印出来，作为凭据，简单明了，不需要人工整理和管理，提高了小区的管理效率。

4结论

本文采用CAN总线设计该系统，系统信息传输的很安全、具有精准和实时传递，抗干扰能力强，系统对电表、水表、煤气表的数据自动采集 ，做到抄表不进户，减少抄表工作量，提高小区管理效率，实现了小区的智能化，为居民们创造一个安全舒适的环境。系统稳定性高，可靠性强，实用便捷。

参考文献：

[1] 张均，卢涵宇.可编程控制器原理及应用[M].中国铁道出版社，2009.

[2] 熊小萍，卢涵宇.模拟电子技术[M].哈尔滨工程大学出版社，2009.

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[6]Pilips.APPlication Note SJA1000 Stand-alone CAN controller[S].Pilips，1997.12.

【通联编辑：光文玲】