基于RS485总线的远程抄表系统采集终端的设计与实现
0 2022-11-30

  1引言

  远程抄表系统不仅能够节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准确性,减少因估计或誊写而造成的帐单出错,所以这种技术越来越受到用户欢迎。远程抄表系统一般包括3个部分:上位机、集中器和采集终端。其中采集终端是介于集中器和电能表之间的中间设备,主要具有电量数据采集、处理、存储及转发等功能;根据电能表的不同,电量采集终端以智能通信方式(规约)或脉冲采集方式采集数据,并以一定的算法或程式将采集数据加以周期性和选择性的存储,同时将实时或历史电量数据以集中器要求的格式和内容传递给集中器。

  由于基于RS485总线的远程抄表系统不仅成本比较低,而且具有数据传输稳定、可靠性高、传送距离较远、速度快、抗干扰能力强等优点,所以本文介绍一种基于RS485总线的远程抄表系统采集终端的设计,这种采集终端不仅能够采集脉冲式电能表的电量数据,而且能够采集带RS485接口的电能表的电量数据。

  2采集终端的硬件设计与实现

  2.1采集终端的总体设计

  采集终端的硬件结构如图1所示。


  图1采集终端的硬件结构框图

  采集终端的微处理器采用菲利浦的一款基于ARM7内核的控制器LPC2131,他有8kB的片内静态RAM和32kB的片内FLASH程序存储器,有2个32位的定时器,2个16C550工业标准UART和2个高速I2C总线,此外,他还在片内集成了看门狗和实时时钟。

  此采集终端用两个UART扩展了2个RS485接口,其中RS485接口1和集中器进行通信,RS485接口2和带RS485接口的电能表进行通信。

  存储器采用串行E2PROMAT24C256,串行E2PROM具有体积小、功耗低、硬件接口简单等特点,他可以直接挂接在LPC2131的I2C总线上。

  本采集终端通过SPI接口来扩展I/O,其中扩展16路I/O输入用于16路脉冲输入,另外扩展16路I/O输出用于数码显示电路。

  采集终端的地址用8个地址开关来进行设置,另外用一个模式选择开关来选择采集终端是工作在脉冲式电能表模式还是工作在RS485电能表模式。

  2.2脉冲采集电路的设计与实现

  本采集终端的脉冲采集电路用SPI接口扩展I/O输入来实现。其硬件电路图如图2所示。


  图2脉冲采集电路

  SPI接口通过两片74HC165来进行I/O扩展。74HC165是一种8位并入串出的移位寄存器,其中CLK和CLKIN为其时钟输入端;QH和QH为一对逻辑电平相反的串行数据输出端;SER为级联输入端;SH/LD为预置控制端,他为低电平时,并行数据端的数据置入74HC165的内部寄存器,为高电平时,则进行串行移位操作。两片74HC165之间通过级联方式进行连接,他们的CLK和SPI接口的SCK相连,由于此SPI接口还要通过两片74HC595来扩展数码显示电路,为了使SPI时序能够同时满足这两种芯片的时序要求,所以SPI的SCK直接和74HC595的SCK相连,而通过反相器和74HC165的CLK相连,通过一条I/O线nCS来对数据输入和移位操作进行控制。当nCS输出低电平时,则16路脉冲量进入74HC165的内部寄存器,而当nCS输出高电平时,则16路脉冲数据通过串行输入端MISO输入。在脉冲输入时为了消除抖动,特意在输入时加上电容和施密特触发器进行消抖处理。

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