此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 摘 要 針對電力遠程抄表系統對數據可靠性和實時性的要求 提出了一種基于 Mobitex無線通信技術的電力遠程抄表系統 Mobitex是一種專用無線數據網絡 它以蜂窩技術位基礎 尊循 MASC Mobitex Asynchronous Communication Protocol 協議 使用分組交換來 實現最高效率 在窄帶無線數據通信領域中處于世界領先地位 本文詳細介紹了該抄表系統的工作原理以及軟 硬件結構設計 該系統 采用M3000無線通信模塊 通過Mobitex無線數據專用網絡實現對數據的實時 采集和傳輸 具有傳輸穩定 可靠性高 實時性強等特點 完全能夠滿足電 力遠程抄表系統的需求 有著很好的市場應用和推廣前景 關鍵詞 關鍵詞 Mobitex 遠程抄表 MASC協議 M3000 系統設計 Abstract In view of the request of electric remote meter reading system to data reliability and real time an electric remote meter reading system based on the Mobitex wireless communication technology is presented Mobitex is a special wireless data communication network It bases on the honeycomb technique and follows the MASC Mobitex Asynchronous Communication Protocol protocol It achieves the first rate efficiency by grouping switching and id advanced in the narrowband wireless data communication domain in the word The operating principle of the system and the design of software and hardware structure is explained in detail This system adopts the M3000 wireless communication consists It realizes the data real time gathering and the transmission by Mobitex wireless data special network It has the characteristics of 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 steady transmission high reliability and strong real time thus it can satisfy the needs of electric remote meter reading system completely and there is a very good market foreground Key words Mobitex meter reading system MASC M3000 meter reading software meter reading hardware 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論 1 1 1 無線抄表系統的概述 1 1 2 抄表器的幾種常用通信技術 1 1 2 1電力線載波通信 1 1 2 2無線擴頻通信 1 1 2 3復合通信 2 1 3 本文主要工作及內容安排 2 第二章第二章 MOBITEXMOBITEX 技術原理及應用技術原理及應用 3 2 1 MOBITEX技術概述 3 2 1 1 系統概要 3 2 1 2 網絡結構 3 2 2 OSI 系統模型 4 2 3 MASC 協議 5 2 3 1 控制幀 5 2 3 2 信息幀格式 6 2 4 MPAK 協議 8 2 5 MOBITEX無線抄表器系統 9 2 5 1前端采集子系統 10 2 5 2 通信子系統 10 2 5 3 中心處理子系統 10 第三章第三章 MOBITEX 無線抄表器的硬件無線抄表器的硬件 1 3 1 MOBITEX無線抄表器硬件構成 1 3 2 主控模塊 2 3 3 通信模塊 3 3 3 1 Modem通信模塊 3 3 3 2 RS485通信模塊 5 3 4 時鐘模塊 6 3 5 存儲模塊 7 3 6 看門狗模塊 8 第四章第四章MOBITEXMOBITEX 無線抄表器的軟件無線抄表器的軟件 1 4 1 抄表系統軟件設計 1 4 2 軟件模塊 1 4 2 1 數據采集模塊 1 4 2 2 設置控制模塊 2 4 2 3 數據處理模塊 3 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 4 3 MODEM的軟件設計 3 4 3 1 通信模塊 3 第五章第五章 結束語結束語 5 參考文獻參考文獻 1 致致 謝謝 1 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 第一章第一章 緒論緒論 1 1 無無線線抄抄表表系系統統的的概概述述 無線抄表系統是當代微電子技術 智能儀器 通信 計算機技術等多項專業范圍內 先進技術的集成 是為提高供電部門現代化管理的水平 近年來逐步發展起來的一項新 興技術 它以全自動的抄表收費方式取代了傳統的人工抄表收費方式 實時采集信息 對數據實現統一管理 集中存儲 極大地提高了工作效率和計量的準確率 它將計算機 網絡和營業管理系統有機的結合 對用電狀況進行監控和管理 給有關管理部門提供的 各種信息進行收費與統計分析 并可以與銀行計算機聯網 實現銀行票據自動劃撥 有 效地確保企業及用戶的合法權益 方便用戶 降低企業的經營成本 提高了企業管理的 科技水平和經濟效益 使管理更科學 更可靠 為有關部門的決策提供依據 它是今后 抄表技術的發展方向 1 2 抄抄表表器器的的幾幾種種常常用用通通信信技技術術 1 2 1 電電力力線線載載波波通通信信 電力線載波通信 是將信息調制為高頻信號 一般為 50 500 kHz 并疊加在電力線路上 進行通信的技術 其優勢是利用電力線作為通信信道 不必另外鋪設通信信道 大大節 省投資 維護工作量少 可靈活實現 即插即用 目前 國內 10 KV 以上電壓等級的高 壓電力線載波技術已經較成熟 但低壓電力網絡上的載波通信還未能達到令人滿意的水 平 這在一定程度上制約了電能計量自動抄表技術在我國的實際應用 1 2 2 無無線線擴擴頻頻通通信信 擴頻技術是一種無線通信方式 把發送的信息轉換為數字信號 然后由擴頻碼發生 器產生的擴頻碼序列去調制數字信號 以擴展信號的頻譜 通過相關接收 用相同的頻 碼序列解擴 最后經信息解調 恢復出原始信息 擴頻通信距離一般可達幾十千米 其 最大的優點在于抗干擾能力較強 因此具有較強的安全保密性 擴頻技術在電能計量自 動抄表系統的典型應用方式是 采集器通過電力線載波把數據傳至集中器 再由設置在 集中器附近的擴頻電臺把數據發送給中央處理站的接收電臺 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 1 2 3 復復合合通通信信 在應用于電能計量自動抄表系統中的所有通信模式中 各種通信模式都有優缺點 任何一種采用單一通信技術的方案均很難完全滿足需要 為解決這類矛盾 提出了復合 通信方案 復合通信方案是在自動抄表的不同通信階段采用不同的通信方式 組成實現電能自 動抄表的復合通信網絡 在數據傳輸量不太大 傳輸距離較近的底層數據采集階段 電能 表到采集器 采集器到集中器 可以采用如紅外 低壓電力線載波甚至點對點的通信方 式 而在集中器到中央處理站段 則可采用電纜 電話線或無線通信等 選擇什么樣的 復合方式 需根據實際情況統籌考慮 混合使用的各種通信方式之間要有很好的相容性 不能相互干擾 這其中涉及到運籌學 最優規劃等方面的研究與設計 1 3 本本文文主主要要工工作作及及內內容容安安排排 本篇文章主要是在現有的電力抄表系統的基礎上 又介紹了新的抄表方式 運用更 可靠更廉價的網絡系統對分散的電表進行抄表 第一章簡單的介紹了無線抄表系統的形成及實用價值 同時介紹了抄表器的幾種常 用通信技術 第二章主要介紹了 Mobitex 技術原理及應用 技術原理從網絡結構 OSI 系統模型 MASC 協議 MPAK 協議幾方面進行了介紹 后介紹了 Mobitex 無線抄表在電力系統中的 應用 Mobitex 無線抄表系統主要由前端采集子系統 通信子系統和中心處理子系統等三 部分組成 第三章先對 Mobitex 無線抄表器硬件構成圖進行了說明 再進一步介紹了硬件的各 主要模塊的結構 功能及作用 主要模塊有主控模塊 通信模塊 時鐘模塊 存儲模塊 看門狗模塊 第四章介紹了抄表系統軟件設計 將無線抄表系統的軟件劃分為三大模塊 數據采 集模塊 設置控制模塊 數據處理模塊 同時介紹了 Modem 的軟件設計 主要研究了通 信模塊部分的軟件設計 第五章就本文所做的主要工作進行了簡單的總結 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 第二章第二章 MobitexMobitex 技術原理技術原理及應用及應用 2 1 Mobitex 技技術術概概述述 2 1 1 系系統統概概要要 Mobitex 是由愛立信公司推出的 它 頻道有 12 5KHZ 帶寬 支持 8kb s 傳輸速率 的無線窄帶雙向數據傳輸網 它采用分組交換方式的專用無線數據傳輸系統 頻譜利 用率高 信息傳送安全快捷 已用于醫療急救 火災搶險 交通疏導 警察執勤 車 輛跟蹤及各領域的企業運營中 提供無線數據傳輸服務 目前全球基于Mobitex 的網 絡已有 30 個 其專業用戶已達 120 萬 Mobitex 是一個開放系統 支持基于 IP 的移動數據應用 為數據傳輸提供了高安 全性和可靠性環境 它具有很好的靈活性和健壯性 在確保危機時刻通信重要性的意識 越來越高的今天 Mobitex 網絡無干擾的通信 在 911 恐怖襲擊 地震 洪水和其他 災難中 都得到了證明 2 1 2 網網絡絡結結構構 Mobitex 為在移動終端之間傳輸移動無線數據提供了一種安全可靠的方法 它采用 分層交換機和基站來路由用戶之間的數據包 主要由 網絡控制中心 NNC 主交換機 MHX 區域交換機 MOX 基站 BSS 和通信終端組成 如圖 2 1 所示 網絡控制中心 NNC 用于網絡的配置 控制 管理 監視和操作 同時它也提供 通信量和告警的統計功能 主交換機 MHX 路由區域交換機間的通信量 并且提供網 絡與網絡控制中心的連接 區域交換機 MOX 為連接在其上的無線基站和固定終端提 供包交換 并且提供 Mobitex 和其他網絡 如 X 25 網絡 的連接功能 基站 BSS 是移動終端的接入點 它路由在其覆蓋范圍內的終端流量 實現終端間的通信 通信終 端就是各種固定或移動的數據通信設備 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 圖 2 1 Mobitex 網絡結構圖 2 2 OSI 系系統統模模型型 目前在全球有 30 個基于 Mobitex 的網絡 其中一些屬于公有網絡 即任何人都可 以通過當地經營商購買網絡服務 而另一些是私有網絡 可根據公司自身的需要來拓展 網絡和開發升級應用 因而具有較好的組網靈活性和較寬廣的應用空間 對網絡進行配 置和管理方便 更能保證數據傳輸的可靠性和安全性 Mobitex 自身定義了兩個協議 MASC 協議和 MPAK 協議 它們分別對應 OSI 系統模型中鏈路層和網絡層的協議 如圖 2 2 所示 圖 2 2 Mobitex 對應 OSI 結構示意圖 Mobiex 包含 OSI 模型中 1 3 層 應用開發商完成第 4 層及其以上各層的服務器 端和客戶端的任務 V 24 是無線 Modem 與 PC 的物理接口 而他們間的通信接口為 MASC Mainly V 24 MPAKMPAK MASC V 24 MPAK MASC Mobitex 物理層 MPAK MASC Mobitex 物理層 MPAK HDLC X 21 bis HDLC X 21 bis MPAK PC無線 Modem 無線移動終端 Mobitex 網絡 固定終端 客戶應用 客戶應用 7 應用 層 6 表示 層 5 會話 層 4 傳輸 層 3 網絡 層 2 鏈路 層 1 物理 層 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 MASC 協議 Mobitex Asynchronous Communication 即 Mobitex 異步通信 它是鏈 路層協議 MASC 協議本身簡單 提供協議的標準功能和控制 進行簡單的幀處理 確 保主機與無線 Modem 間的正常通信 無線 Modem 與 Mobitex 網絡間的接口為 MPAK Mobitex Packet 協議 它是第三層網絡層協議 完成 Mobitex 中的路由選擇 將信息從發送者路由到指定的接收者 處理可能發生的各種交互錯誤 MASC 和 MPAK 協議的應用使得數據在網絡中被處理的過程對高層應用來說是可知的 高層應用可以通 過這種可知性對被丟棄的數據采取相應的重傳機制 在數據傳輸的整個過程中保證了數 據傳輸的可靠性 2 3 MASC 協協議議 MASC 接口是為 PC 與無線 Modem 的連接而設計的 采用異步 串行數據傳輸 是鏈路層協議 在鏈路層中 對等層之間信息傳輸是以幀的形式進行 MASC 協議包 含兩種類型的幀 信息幀和控制幀 信息幀用作傳輸命令和其他信息 控制幀用作控 制信息幀流量 MASC 規定信息幀必須在前一幀被確認后才能發下一幀 2 3 1 控控制制幀幀 控制幀分為以下 5 種類型 ACK NACK RACK SENS 和 SACK 控制幀結構 如圖 2 3 所示 圖 2 3 控制幀結構 1 ACK 幀 ACK 用來確認正確接收了信息幀 其幀結構如圖 2 4 所示 當接收 的信息幀滿足以下條件 接收方將發送 ACK 幀進行確認 以 開始 信息中包含冒號 校驗字段和長度字段有正確的值 任何字段或整個幀的最大字符數都沒有超過 規定長度 以結束字符 CR 結束 對于每一個發送的幀 sequ 字段值應該 0 和 1 交替 除非最后一個 ACK 是應 RACK 的請求重復的 在這種情況下 將重傳最后一個值 第一次發送ACK 時 sequ 值為 0 如果在發出一個 ACK 之前就接收到了一個 RACK sequ 字段應包含 減號 只有在這種情況下 sequ 的值才為 減號 圖 2 4 ACK 幀結構 2 NACK 幀 NACK 用來確認接收到不正確信息幀 其幀結構如圖 2 5 所示 當 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 不能發送 ACK 幀或者接收的信息幀滿足以下條件 接收方將發送NACK 幀進行確認 以 開始 信息中有且僅有一個冒號 總長度大于 10 以結束字符 CR 結束 如果接收到的幀既不滿足發送 ACK 幀的標準 也不滿足發送 NACK 的標準 接收方 不給任何回應 該幀將被發送單元中的超時函數復制重發 圖 2 5 NACK 幀結構 3 RACK 幀 RACK 幀用來請求重復發送最后一個 ACK 幀 其幀結構如圖 2 6 所示 如果一個信息幀發送后 10 秒內 沒接收到 ACK 就會發送 RACK 單元接收 到 RACK 后必須以復制發送最后一個 ACK 響應 復制的 ACK 必須包含最后使用的 順序值 圖 2 6 RACK 幀結構 4 SENS 幀 SENS 幀用作鏈路層控制 其幀結構如圖 2 7 所示 當無通信量時 發送 SENS 幀檢查通信鏈路 發送方決定何時發送 SENS 幀 兩個 SENS 幀之間至少 要相隔 10 秒 當發送了一個 SENS 幀后 10 秒內將收到一個回復 SACK 幀 如果 10 秒內沒有收到回復 將發送一個新的 SENS 幀 當發送了兩個 SENS 幀后無回復 或者信息幀不能正確傳輸 則認為通信鏈路失效了 必須通過發送INIT 幀進行重啟 重啟必須通過發送 SENS 幀的單元進行初始化 如果未發送 SENS 但接收到 SACK 則忽略 SACK 圖 2 7 SENS 幀結構 5 SACK 幀 該幀用于對 SENS 幀進行確認 其幀結構如圖 2 8 所示 圖 2 8 SACK 幀結構 2 3 2 信信息息幀幀格格式式 信息幀用來在 PC 和無線 Modem 之間傳送命令和數據 其幀結構如圖 2 9 所示 信息幀中的文本字段包含了與幀用途有關的信息 如命令和參數 在不同Mobitex 終 端間傳輸的文本和數據都包含在數據字段中 信息幀中各個字段及其描述如表2 1 所 示 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 圖 2 9 信息幀結構 字段描述 start 幀以符號 0 x5E 開始 在開始字符之前收到的所有字符應 該被忽略 length 幀的大小 字節數 必須用 4 個字節的數在該字段中指定 最 低有效位為第 4 個字節 幀大小包括開始字符和結束字符在內 的所有字節 在長度字段中允許的字符有 0 9 A F text 文本字段中包含了有效幀的命令和參數 文本字段中最少包含 1 個字符 最多包含 256 個 數字信息 如命令參數 用相應的 0 F 間的數表示 允許在文本字段中出現的字符有 所有在空格 SP 0 x20 和反大括弧 0 x7d 間的字符 除了 std 0 x3a 和 start 0 x5E 字符 std 數據開始 文本字段和數據字段由冒號隔開 0 x3a 即 使數據字段為空 也必須使用冒號 data 數據字段由數據組成 數據字段用十六進制編碼 因此可以進 行透明傳輸 每個字節被分為兩個部分傳送 每次傳送4 個 比特 在數據字段中的每 4 個比特就用 0 F 表示 因此 在數 據字段中每個輸入字節用兩個字符 字節 表示 數據字段最 多包含 1120 個字符 數據字段中允許的字符有 0 9 A F check 通過對包括開始字符和在校驗字段之前的所有字符執行布爾型 操作 or 計算縱向的校驗和 校驗字段由兩個十六進制數組成 第二字節為最低有效位 校驗字段中能出現的字符有 0 9 A F end 幀以回車字符 CR 0 x0D 結束 未用結束字符結束的幀被 忽略 type 控制幀的類型用一個字符進行說明 使用了以下字符 0 x2A 0 x3F 0 x21 0 x23 通過 網絡的存儲 轉發技術及網絡證實功能 確保數據傳輸的可靠性 通過優先級設置 最 低路由等保證傳輸的實時性 2 5 3 中中心心處處理理子子系系統統 中心處理子系統主要由中心處理工作站以及相應的軟件構成 是整個無線抄表系統 的最上層 所有用戶的用電信息通過信道匯集到通信前置機 前置機進行協議解析后將 數據存入數據庫 數據庫負責實時數據和歷史數據的管理維護 安裝在控制中心的軟件 調用數據庫中的數據進行匯總和分析 管理人員根據匯總和分析結果做出相應的決策 實現了抄表系統的自動化管理 在Mobitex 網絡中 移動終端 通過基站相互發送 接 收數據 用戶發送的數據可以發到固定終端和其他移動終端 但是端到端的直接通信是 不可能的 即使發送者和接收者都在同一基站覆蓋范圍內 數據也必須經過基站進行轉 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 發 所以如何根據其覆蓋范圍 用戶數量 地理區域選擇基站的建設地點是組建Mobitex 網絡的關鍵問題 基站地址選擇一方面關系到網絡的數據傳輸效率及實時性問題 另一 方面關系到網絡建設的投資問題 因此需要一種科學的分析方法來確定基站的建設點 從而既保證數據的正確 實時的傳輸又實現網絡建設的最佳性價比 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 第三章第三章 Mobitex 無線抄表器的硬件無線抄表器的硬件 3 1 Mobitex 無無線線抄抄表表器器硬硬件件構構成成 利用 Mobitex 無線數據網絡進行數據傳輸 實時方便 性能可靠 節省費用 Mobitex 無線抄表器硬件構成如圖 3 1 所示 由主控模塊 通信模塊 時鐘模塊 存儲模 塊 看門狗模塊等 圖 3 1Mobitex 無線抄表器硬件構成圖 圖 3 1 中 電表通過對指定線路的原始信號進行分析處理后 得出相應的電能參數 然后通過串口傳輸給單片機 在單片機處理后 通過無線Mobitex 網絡發送到系統中 心站 電表從生產廠家直接選取 為 全電子式電能表 電表和單片機之間通過 RS485 通信 另需提供功率足夠的 12V 直流電源 單片機選用 Intel 公司的 51 系列的 8 位 機 最好帶內置存儲器 這里可根據通信功能和控制功能采用 2 片單片機 從而減 輕單片機的數據處理量 提高運算速度 單片機提供鍵盤 顯示 存儲器擴展 串口擴 展等功能 擴展串口中一個接 Mobitex 的無線 Modem 用于無線的數據傳輸 實現遠 程配置 在線升級 應用程序和監測數據上傳 另一個接紅外通信接口 通過該接口可 當地修改設備參數 實現紅外維護 手持紅外抄表器抄表 和在線升級應用程序功能 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 單片機外部加設時鐘記錄具體時間和設鬧鐘 另加設看門狗電路 按操作規程使用時 系統可以永不死機 確保高可靠性 3 2 主主控控模模塊塊 無線抄表器的主控模塊選用 Intel 公司的 51 系列的單片機 其引腳及引腳功能如圖 3 2 所示 它由數據線 8 位 地址線可為 8 位或 16 位 應內置程序存儲器 可根據通信 功能和控制功能采用 2 片單片機 從而減輕單片機的數據處理量 提高運算速度 單片 機提供鍵盤 顯示 存儲器擴展 串口擴展等功能 擴展串口中一個接 Mobitex 的無線 Modem 用于無線的數據傳輸 實現遠程配置 在線升級應用程序和監測數據上傳 另 一個接紅外通信接口 通過該接口可當地修改設備參數 實現紅外維護和在線升級應用 程序功能 圖 3 2 MCS 51 系列單片機引腳及總線結構 a 引腳圖 b 引腳功能分類 MCS 51單片機存儲器分類及配置 MCS 51單片機存儲器的分類從物理結構上可分為 片內 片外程序存儲器 8031和 8032沒有片內程序存儲器 與片內 片外數據存儲器4個部分 從尋址空間分布可分為 程序存儲器 內部數據存儲器和外部數據存儲器3大部分 從功能上可分為 程序存儲器 內部數據存儲器 特殊功能寄存器 位地址空間和外部數據存儲器5大部分 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 MCS 51系列單片機存儲器的配置除如表3 1 所示的片內ROM 或EPROM 和RAM外 另外還有128個字節的RAM區作為特殊功能寄存器 SFR 區 片內 片外程序存儲器和數 據存儲器各自總容量為64 KB MCS 51系列單片機存儲器系統空間結構如圖3 3所示 表3 1 MCS 51系列單片機配置一覽表 圖 3 3 MCS 51 單片機存儲器空間結構圖 a 程序存儲器 b 內部數據存儲器 c 外部數據存儲器 3 3 通通信信模模塊塊 通信模塊主要由 M3000 無線 Modem 通信模塊和 RS485 通信模塊組成 3 3 1 Modem 通通信信模模塊塊 Modem 通信模塊使用 M3000 系列 它是愛立信公司生產的一種無線 Modem 用于 從 Mobitex 網絡接收和發送數據 它的設計非常適用于 高容量低成本產品 非常易于 集成到新設備中 其 最大的特色是 無需使用計算機或者筆記本 就能獨立與 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 Mobitex 網絡通信 大大方便了行業客戶的應用 由于無線功能僅占用 M3000 一小部 分的處理器和內存容量 因而它可以支持嵌入式Java 應用 具有極高的通用性 M3000 系列 Mobitex 無線調制解調器包括 M3090 900MHz 和 M3080 800MHz 兩款產品 考慮到國外在配電系統工程中 主要采用 800MHz 這一頻率 因其具有運行費用低 能 抗大氣干擾 網絡容量大等優點 因此本文選用了該系列中的M3080 其發送頻率為 819 825MHz 接收頻率為 864 870MHz 在通信時 M3000 將發送數據打包成 MPAKs 或將接收的 MPAKs 包還原成數據 M3000 的主功能模塊圖如圖 3 4 所示 從圖中 可以看出它主要包含了發送 接收 數字信號處理 微處理 存儲和 I O 接口模塊 發送模塊將數據傳送至 Mobitex 網絡 接收模塊除了接收 MPAKs 包外 還從網絡中接收各種控制信號 比如用于選擇無線信 號更強的基站的控制信號 微控制器主要完成 MASC 協議 實現主機與 Mobitex 網絡 的通信 在儲存模塊中將 Modem 的軟件存儲在 Flash 中 而 EEPROM 中主要存儲 Modem 的配置數據 圖 3 4 M3000 的主功能模塊圖 M3000 與 Mobitex 網絡通信時是半雙工方式 采用串行通信的方式與主機通信 通 過 CCITT V 24 標準定義的接口支持全雙工方式 并且具有溢出檢測 奇偶校驗和幀差 錯檢驗的功能 支持 MASC 協議定義的各種波特率 對 M3000 的開發有兩種方式 分別為 MASC 和 OBA 方式 如果將 M3000 用作 MASC Modem 它將按照 MASC 協議通過串口與外部處理器通信 在這種情況下 外部處理器 將完成所有的數據處理工作 而 M3000 僅作為普通的無線 Modem 使用 在 OBA 方式下 M3000 除了完成基本的無線功能外 還能完成一些其他功能 不需要外部處理器 在這 兩種方式中 硬件都是使用 M3000 軟件上卻有不同 與 MASC 方式相比 OBA 方式具 有很多優點 比如在一般情況下 需要的設備將減少 降低了成本 由于沒有外部處理 器 系統的體積減小 功耗降低 啟動時間短等 考慮到 TTU 的具體設計情況 本文 選用了 OBA 方式 具體的程序實現見第四章軟件設計部分 M3000 共有 30 個管腳 在 OBA 方式下 30 個管腳均有效 M3000 部分管腳功能表 如表 3 2 所示 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 管腳名稱 I O 功能 2AD INI 用戶模擬輸入 3AD OUTO 用戶模擬輸出 6 DOWNLOADI 下載 用于固件或配置升級 7BIN4 OUTO 二進制輸出 4 9BIN2 INI O 二進制輸入 2 10BIN3 OUTO 二進制輸出 3 12BIN1 INI O 二進制輸入 1 13SCLO I2C 時鐘 14SDAO I2C 數據 22 DTRI 主機顯示是否準備好操作 用于使 能 MASC 通信 23TDI 發送數據 26RDO 接收數據 28 RESETI 重啟 表 3 2 M3000 部分管腳功能表 3 3 2 RS485 通通信信模模塊塊 串口通信方式采用 RS 485通信模塊 它是一種多發送器的電路標準 它擴展了RS 422A的性能 允許雙絞線上一個發送器驅動32個負載設備 負載設備可以是被動發送器 接收器或收發器 RS 485最大傳輸距離為1200m 最大傳送速率可達10Mb s 因此 RS 485 在遠程通信和多機總線系統中具有很大的吸引力 MAXIM公司生產的MAX48X 49X系列收發 器芯片 適合RS 485通信標準 工作原理如圖3 5 在實際設計中得到了廣泛應用 圖 3 5 MAX485 工作電路 MAX485芯片主要有以下特點 單 5V電源供電 低功耗 工作電流120 500uA 驅動過載保護 通信傳輸線上可掛32個收發器方便組成半雙工通信電路 共模輸入電壓范圍 7V 12V MAX485為8腳封裝 引腳配置如圖3 6 所示 各引腳功能說明如表3 3 所示 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 圖 3 6 引腳配置 表 3 3 引腳功能說明 3 4 時時鐘鐘模模塊塊 時鐘模塊采用DS1337型芯片 它是一種超小型的串行實時時鐘芯片 除了具有其他 時鐘芯片所具有的記錄秒 分 時 星期 日 月 年 鬧鐘 可編程方波輸出外 最 大的特點 是體積小 連線少 性能良好 DS1337 芯片的封裝圖如圖3 7 所示 考慮不同的使用場合 DS1337 芯片有二種不 同的封裝形式 8 p in 大小為300m il 的DP I 封裝和8 p in 的LSO P 大小為150m il 封裝 二種封裝的引腳排列相同 后者體積明顯縮小 DS1337 芯片的引腳功能描述 如表3 4 所示 典型的工作電路如圖3 8 所示 圖中的SDA SCL及IN TA 均為漏極開路 輸出 所以使用時 在外部需接上拉電阻 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 圖 3 7 DS1337 封裝圖 表 3 引腳功能描述 圖 3 8 DS1337 時鐘芯片的典型應用 3 5 存存儲儲模模塊塊 存儲模塊采用可擦除可編程只讀存儲器 EEPROM 該存儲器采用雙層柵 二層 poly 結 構 工作原理結構如圖 3 9 所示 圖 3 9 EEPROM 原理圖 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 存儲器使用 24C1024 芯片 24C1024 存儲容量為 8k 1024 bit 芯片的封裝圖如圖 3 10 所示 圖 3 10 24C1024 封裝圖 24C1024 芯片的 EEPROM 總共 8 個管腳 三個為芯片地址腳 A0 A1 A2 在主控模塊 對它進行操作時 從 SDA 輸入 A0 A1 A2 數據和芯片外部 A0 A1 A2 所接地址需一一 對應 一個為芯片寫保護腳 WP WP 腳接低電平時 芯片可進行讀寫操作 WP 腳接高時 芯片只可進行讀 不可進行寫 另外兩個管腳為電源腳 Vcc Vss 用主控模塊對 24C1024 芯片進行控制時 它得外部管腳 Vcc Vss WP A0 A1 A2 根據需要 對應接 上 SDA SCL 接到主控模塊控制腳上 其引腳功能描述如表 3 5 所示 表 3 5 引腳功能描述 3 6 看看門門狗狗模模塊塊 在設計看門狗模塊時主要考慮了系統的可靠性 選用了 Maxim 公司推出的專用于復 位的看門狗型復位芯片 MAX813 芯片的封裝圖如圖 3 12 所示 其引腳功能描述如表 3 6 所示 它是一種性能優良的低功耗 CMOS 監控電路芯片 其內部電路由上電復位 可重 觸發 看門狗 定時器及電壓比較器等組成 MAX813 只要在 1 6 秒時間內檢測到 WCI 引腳有高低電平跳變信號 則 看門狗 定時器清零并重新開始計時 若超出 1 6 秒后 WCI 引腳仍無高低電平跳變信號 則 看門狗 定時器溢出 WDO 引腳輸出低電平 進而 觸發 MR 手動復位引腳 使 MAX813 復位 從而使 看門狗 定時器清零并重新開始計時 WDO 引腳輸出高電平 MAX813 的 RST 復位輸出引腳輸出大約 200 ms 寬度的低電平脈沖 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 使單片機控制系統可靠復位 重新投入正常運行 復位電路分為手工復位與上電復位 上電復位利用比較器產生觸發信號觸發觸發器 以此產生復位信號 同時 對時基產生的脈沖進行定 當復位時間達 140 毫秒時 Reset 發生器產生一脈沖使復位信號無效 上電復位時 只要電壓低于 4 63V 復位信號 Reset 就有效 當電源電壓超過 4 63V 時 Reset 信號仍將繼續保持 140 毫秒左右 以保證 CPU 復位可靠后無效 手動復位時 MR Manual Reset 接地時間不小于 150 納秒 則可產 生一個手動復位過程 即在復位端產生 140 毫秒的有效復位信號 高電平有效 若將 WDO 端與 MR 連接 則可組成上電復位及看門狗復位電路圖 3 11 所示 圖 3 11 MAX813 封裝圖 表 3 6 引腳功能描述 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 第四章第四章 MobitexMobitex 無線抄表器的軟件無線抄表器的軟件 4 1 抄抄表表系系統統軟軟件件設設計計 典型的抄表軟件具有如下功能 遠程設定抄表集中器和采集器內的參數 抄收整個系統中所有電表的數據 使控制中心可遠程地對用戶電表進行斷電和送電控制 運行數據庫 生成用電量日報 月報表 進行電費結算 4 2 軟軟件件模模塊塊 根據以上功能要求 將自動抄表系統的軟件劃分為大模塊 數據采集模塊 設置 控制模塊 數據處理模塊 4 2 1 數數據據采采集集模模塊塊 該模塊負責數據的接收與發送 它與下級的集中器以選定的通信協議進行通信 實 現電表數據的采集 數據采集模塊是整個軟件系統的關鍵 它要實現的是一點對多點的 通信 要處理成百上千個電表的數據 因此如果該模塊設計不合理就會成為系統通信的 瓶頸 在我們的設計中就運用了多線程技術和雙向鏈表技術實現數據采集模塊 首先 我們為每個集中器創建兩個線程 接收線程和發送線程 這樣每個集中器之間是獨立工 作的 而它的數據接收與指令發送又是無不干擾的 這種設計可以提高數據采集模塊處 理海量數據的效率 另外 我們在數據采集模塊中設計了一個雙向鏈表 它用于保存接 收到的所有集中器數據 由于是一種一對多的通信 這種設計就可以避免下級集中器的 發送速度比通信模塊數據處理速度快時產生阻塞 影響系統整體工作效率 測試證明這 種設計確實是非常有效的 通信模塊的接收和發送線程處理流程如圖4 1 圖4 2 所示 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 圖 4 1 接收線程處理流程 圖 4 2 發送線程處理流程 4 2 2 設設置置控控制制模模塊塊 該模塊要實現遠程設定抄表集中器和采集器內的參數以及處理控制中心的遠程控制 命令 它的實現就是將控制中心發送的參數設置命令和遠程控制命令以各自指定的協議 格式打包發送到遠端 由于控制命令屬于優先發送命令 因此我們在設計時就在控制指 令前加入優先級字段 指令發送前先進行優先級判斷 這樣既保證控制指令的及時發送 此文檔收集于網絡 如有侵權 請聯系網站刪除 精品文檔 又能根據用戶需要設置多種優先級 實現多級控制 4 2 3 數數據據處處理理模模塊塊 該模塊包括數據庫和上層軟件 數據庫完成抄表數據的管理和二次處理 包括定期 更新和刪除數據 數據統計等 上層軟件則通過數據庫訪問技術從數據庫提取數據 將 數據匯總分析結果以表格 圖形的方式顯示出來 另外 上層軟件還應具有定期生成報 表及打印報表功能 還可以在負荷超限時發出報警信號 4 3 Modem 的的軟軟件件設設計計 抄表器和 Mobitex 網絡之間必須經過 Modem 通信模塊 M3000 來實現通信 因此 M3000 的的軟件部分所需要完成的功能主要有數據采集功能 數據傳輸功能 應答功能 定時功能以及存儲功能等等 按照這些功能的要求 可以將基于 M3000 的軟件設計部分 分為三大模塊 通信模塊 定時模塊和存儲模塊 這三個模塊之間按照一定的控制應答 機制協調工作 完成相應的數據采集 傳輸功能 我們主要研究了通信模塊部分的軟件 設計 4 3 1 通通信信模模塊塊 要完成通信模塊的設計 首先要了解各部分之間進行通信的規約 而通信模塊的主要 功能就是按照事先規定好的協議完成電表和 M3000 之間以及 M3000 與 Mobitex 網絡之間 的通信 其中電表和 M3000 之間的通信是串口通信 M3000 與 Mobitex 網絡之間的通信是 無線口通信 1 電能表與 M3000 之間的通信 電能表與 M3000 之間是按照 645 規約進行通信的 當 M3000 內部的定時模塊到達預定 的時間時 就通過 RS 485 接口將電能表此刻的信息 包括電流 電壓等 采集過來 放 到 M3000 的 Flash 中 M3000 會自動判斷 Flash 中否有數據 如果有就調用由愛立信公司 提供的 API 封裝函數 對數據進行打包 然后通過無線口上傳到后臺處理中心 2 M3000與業務主站的通信規約 本文設計的抄表系統是基于 Mobitex 傳輸網絡的 在該無線專網中 M3000 與后臺數 據處理中心之間的數據傳輸采用的通