智能远程抄表系统的设计

张幸

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南714000）

新经济常态,人们的生活水平持续增长,人民对生活质量的要求越来越高,但由于需求不同,在冬日供暖过程中涉及到的收费问题便日益严重。从当前发展状况来看,传统的集中供暖收费方式存在着一定的弊端,而按户计量、按热量收取供暖费用的方式将成为今后的发展趋势[1-3]。

1 抄表系统概述

在冬日取暖过程中,用户可以按照各自需要进行调节温度及流量,这将是今后采暖系统的发展趋势,但用户各自按需调节温度,为收取供暖费用造成了困难。智能远程抄表系统的设计和使用将解决这一问题,可以为用户提供按户计量、按热量收费的计量方式。智能远程抄表系统,则是主站借助信道全面、如实抄读用户热量表数据的一种系统。改系统由三部分构成：SCADA主站、集中器、用户热量表[4]。

1.1 热量表。热量表是一种计量表,主要针对于使用热量进行计数,在供暖过程中,将以热量表的计数为依据进行收费,用户使用的热量流量为计数对象。由于所处环境及作用的特殊性,热量表由高精度传感器及微控制器为主要部件组成,具有较为复杂的结构。其中传感器包含温度传感器和流量传感器,温度传感器用来测量水流的温度及温度差,而流量传感器主要用来测量水流的流速及流量。

1.2 集中器。集中器是对热量表计量数据进行采集、处理及传输的装置,可以实现信息的采集汇总、存储、以及传输的功能,其传输方式可采用有线信道传输或无线信道传输。通过集中器广泛收集每一个用户热量表真实信息,借助信道将其第一时间传递到主站接受有效处理,从而使数据进行保存,因此,集中器为传输信息的通道。

1.3 SCADA主站。SCADA主站为智能远程抄表系统的监控中心,能够实现对远方用户终端的监视、测量、控制及信息采集。在系统使用过程中,监控中心实时采集数据,并全面统计与保存全部数据。当用户缴费时,能够把相关数据从数据库中调出进行查询。此外,SCADA主站还有完善的数据库管理功能, 能够处理远方用户的数据信息,准确计算、如实保存、全面监控、细致检查数据,以此来确保系统的正常运行。

2 集中器总体设计

根据设计需求, 集中器主要包括了如下几个模块：1.GPRS通信模块；2.信息处理模块；3.M-BUS 模块；4.供电部分。其中,GPRS 模块工作时可将热量表中的信息通过网络传输到监控中心,进行数据的储存和管理。信息处理模块可以对采集到的信息进行处理,并对集中器的动作进行指挥。M-BUS可以实现电平的相互转换。供电部分为系统的正常运行提供电源。图1 为集中器的结构图。

图1 集中器结构图

集中器在系统中实现了实时采集数据的功能,可以利用网络进行数据传输；同时,实现了根据流量计算电费的功能。针对同一用户,可广泛收集用户接受与发送的一系列数据,以此来计算出相对应的费用。如果用户并未传输数据,即便是用户在线,也同样不会计费。为了精确计费,集中器的数据采集功能具有高速传输性能,能够将用户的数据流量信息快速传递到监控中心进行统计储存,同时快速向用户发送指令,保证系统的正常运行。

2.1 M-BUS模块设计。M-BUS模块所具有的功能都是借助模拟电路才可获取, 这一模块的功能则是把单片机采用的TTL 电平信号转换成能够识别的M-BUS电平信号[4]。在电平信号转换中,基于电路的不同作用可将其分为发送电路、接收电路、辅助功能电路三个部分。本研究重点论述了发送电路和接收电路。

2.2 发送电路。BUS 总线为两线制,M-BUS 中的逻辑“1”为高电平,使用12V 的电压来表示,其电压比逻辑“0”电平高,此种表示方式为M-BUS 协议标准规定, 所以, 当总线上两根导线上出现了12v的压差,便可以逻辑“1”和逻辑“0”表示信号。发送电路实现的功能则是输入一个TTL的逻辑“0”或“1”电平时,基于输入信号输出端便会出现一个0v 或12v 的改变, 进而将TTL 电平顺利地转换为M-BUS 电平。当终端设备、集中器介入用户向主站设备传递相关数据的情况下,电流通过发送电路的电阻R7 时,便会出现一个压降的情况。通过相关测试,当热量表无法传递数据时,应配备2mA 电流。若将100 只或者更多个热量表加入终端时,这时R7 上便会出现压降。同时根据M-BUS 总线协议,用户或终端设备向主站设备传递数据时需借助负载电流信号变化。在这一情况下,主站设备继续产生常逻辑“1”信号,当设备发出逻辑“0”时,总线电流需提高10～20mA。通过以上的分析,当输出电压出现拉低情况,必然会导致集中器逻辑信息出现错误,进而诱发逻辑错误[4]。为避免上述问题的产生,设计了发送电路,能够有效解决压降问题,同时保证输出信号的准确性。

2.3 接收电路。作为一种底层用户设备,热量表并不具有向集中器发送信息的主动功能, 只是被动接收集中器传递的各种命令,然后把所检测到的信息发送给集中器。M-BUS 协议指出,当从机设备将信息传递给主机设备时,需电流发生变化才可实现。

图2 集中抄表流程

3 抄表软件设计

当数据中心主站同集中器相连接后,对于UART串口1,MCU对其进行动态监测,不间断地接受数据中心传递的各种命令,并借助UART串口2 将其传递到M-BUS总线[4]。接到命令后,用户端热量表便迅速把所收集的信息传递给集中器。然后,接受到数据后,集中器借助GPRS模块迅速把数据传输到中心站[4]。在集中器将命令传递给热量表时,集中器传递一次命令后会暂停一会,如果不间断发送3 次命令后,仍然没有得到热量表传输回来的数据信息,集中器便会停止传递信息, 并将传递时代的信息及时反馈给数据中心站。抄表过程如图2。

4 结论

本文介绍了一种智能远程抄表系统,其中重点介绍了集中器的设计功能,满足了不同用户的需求,实现了冬日供暖系统中,按户计量、按热量收取供暖费用的方式。