住宅小區(qū)自動(dòng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)，因此我選用第一種方案。 系統(tǒng)概述自動(dòng)抄表技術(shù)是一種把多個(gè)分散單元信息（電表，水表，氣表等）準(zhǔn)確傳送到一個(gè)基站（信息管理中心）的通訊技術(shù)。它一般分為三個(gè)部分：前端數(shù)據(jù)采集處理裝置、傳輸線路、信息管理中心。在這里分別對(duì)它們進(jìn)行大體介紹。 前端數(shù)據(jù)采集處理裝置前端數(shù)據(jù)采集處理裝置指的是從現(xiàn)場(chǎng)采集器到信號(hào)集中器的部分。目前，遠(yuǎn)傳三表基本上是在原有機(jī)械基表上加裝傳感電路形成的。下面對(duì)幾種遠(yuǎn)傳電路進(jìn)行闡述： 1. 光電轉(zhuǎn)換型 這種傳感形式一般是在基表的旋轉(zhuǎn)部件上加裝一面反射鏡面，在與反射鏡面相對(duì)應(yīng)的部位固定安裝一只光電傳感器，當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件上鏡面轉(zhuǎn)至傳感器位置時(shí)，傳感器就產(chǎn)生光感應(yīng)，發(fā)出一次脈沖信號(hào)。這種傳感形式有四個(gè)缺點(diǎn)：a、傳感器本身要耗電，不利于后備電池的微耗供電。b、反射面污染退色后反射失靈。c、在反射面的邊緣上顫動(dòng)產(chǎn)生誤信號(hào)。d、至少4條引線。2. 霍爾傳感型 在基表旋轉(zhuǎn)部件上加裝感應(yīng)磁鋼，在與感應(yīng)磁鋼相對(duì)應(yīng)的位置上固定安裝一只霍爾元件。3. 干簧管傳感型 是目前應(yīng)用最多的一種形式，其最大優(yōu)點(diǎn)在于無需耗電。但仍存在感應(yīng)點(diǎn)顫動(dòng)誤發(fā)信號(hào)和外磁人為干擾問題，外加一只防磁報(bào)警干簧管也解決不了不發(fā)信號(hào)的問題，且常常引發(fā)“是系統(tǒng)不可靠誤報(bào)警還是磁干擾偷水”的糾紛。 這種傳感器雖在目前應(yīng)用最多，但從現(xiàn)場(chǎng)使用情況看，也是出問題最多的。4. 自保持開關(guān)型 具有A、B兩個(gè)感應(yīng)頭，若A頭感應(yīng)使開關(guān)打開了，開關(guān)就一直打開著。直到B頭轉(zhuǎn)來后開關(guān)才閉合，再到A頭轉(zhuǎn)來再打開，、磁干擾、耗電、引線多的所有缺點(diǎn)，僅用兩條線就可實(shí)現(xiàn)信號(hào)開、信號(hào)關(guān)、斷線、短線四種狀態(tài)的檢測(cè)，是目前最為理想的遠(yuǎn)傳傳感方式。在電表、水表、氣表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程抄錄方面，電表在技術(shù)上較為成熟，通常是采用專用的電能數(shù)據(jù)采集模塊計(jì)量電度的脈沖信號(hào)(來自電能計(jì)量的專用集成電路芯片)，而這個(gè)電能數(shù)據(jù)采集器通常就是采用的單片機(jī)系統(tǒng)，將脈沖信號(hào)通過光電耦合和斯迷特觸發(fā)器整形后送入51單片機(jī)的記數(shù)輸入端T0或T1進(jìn)行采集。但技術(shù)無法移植到氣表、水表抄收系統(tǒng)中。水表和氣表的戶外抄表工作難度較大，主要用于水表和氣表本身沒有供電電源， 如采用傳統(tǒng)的脈沖累計(jì)法，則要連續(xù)不斷地讀取數(shù)據(jù)，還要額外增加供電線路。如供電中斷或出現(xiàn)讀數(shù)故障，則會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。而且只要是采用對(duì)脈沖信號(hào)的積累計(jì)量來采集用戶的水、電、氣用量有兩個(gè)無法避免的缺陷。第一必須使用電子水表，電子電表，電子煤氣表，以上三種表均為電子脈沖輸出，對(duì)表的計(jì)量只需累計(jì)電子表輸出的脈沖數(shù)即可，在抄表節(jié)點(diǎn)中只需用數(shù)字I/O口即可實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)。固而它的缺陷是很明顯的，就是必須進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，這對(duì)供電系統(tǒng)的依賴性高，一旦出現(xiàn)如供電中斷或出現(xiàn)讀數(shù)故障，則會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，而且丟失的數(shù)據(jù)無法恢復(fù)，會(huì)出現(xiàn)用戶讀表數(shù)與系統(tǒng)讀數(shù)產(chǎn)生誤差。尤其是水，電的計(jì)量，在停電是用戶仍然可以用水用氣，而數(shù)據(jù)采集模塊卻無法對(duì)其使用量進(jìn)行計(jì)量，從而會(huì)使水，氣經(jīng)營(yíng)公司無可避免的蒙受損失。第二個(gè)缺陷就是目前所有的脈沖表均有一定的誤差（%1%），這是因?yàn)楫?dāng)電度表的常數(shù)和脈沖常數(shù)確定后，通過計(jì)算可得一度電，一噸水，一方氣對(duì)應(yīng)輸出的脈沖數(shù)K為常數(shù)，，既有K/10個(gè)脈沖到來，水、電、。，因?yàn)镵/10不一定正好為整數(shù)，若舍去小數(shù)或者對(duì)小數(shù)進(jìn)行進(jìn)位取整，必然產(chǎn)生累計(jì)誤差。長(zhǎng)時(shí)間后累計(jì)誤差較大， 傳統(tǒng)的做法是在PC機(jī)中進(jìn)行修改，這將導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，且差別會(huì)越來越大。因而傳統(tǒng)得脈沖計(jì)量精度是有很大得不可靠性，促使我們想要選擇其它得采集計(jì)量方式，以提高計(jì)量精度。 傳輸線路在這里，傳輸線路有兩部分，一部分是從信息集中器到信息管理中心的上層傳輸線路，另外一部分是從表頭到數(shù)據(jù)集中器的底層傳輸線路。 上層傳輸線路在這里簡(jiǎn)要介紹目前投入實(shí)用的幾種傳輸技術(shù)：電力線載波通訊、衛(wèi)星通訊、電話線通訊、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?. 電力線載波通訊電力線載波抄表已經(jīng)使用了較長(zhǎng)時(shí)間，其間也經(jīng)歷了一些反復(fù)。其遠(yuǎn)抄遠(yuǎn)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一為數(shù)據(jù)的傳遠(yuǎn)，通過電力線載波通信傳遠(yuǎn)有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)，比如，采用原有的電力線作為通信媒質(zhì)，節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力資源；電力線遍布城鄉(xiāng)，組網(wǎng)方便；所采用的擴(kuò)頻技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾和抗衰減能力等等。高頻載波在高壓輸電線上對(duì)繼電控制信號(hào)和聲音信息傳送方面的應(yīng)用十分成功。高壓輸電線輸送距離長(zhǎng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、被很好的維護(hù)，所以高頻載波在其上應(yīng)用效果非常好。用電力線傳輸優(yōu)點(diǎn)是比較節(jié)省開支，用于自動(dòng)抄表的集中器位置固定，不必移動(dòng)抄表。但是電力載波系統(tǒng)在配電線上的傳輸可能會(huì)遇到諸多困難。由于支線和分接頭、線路從高架到地下的過渡、電容箱、甚至負(fù)荷自身大小等都將或多或少改變網(wǎng)絡(luò)阻抗，從而引起高頻波的偏離。所有上述偏離在一些地方有增強(qiáng)的傾向，而另一些地方會(huì)抵消，這都使高頻電力載波在經(jīng)常變化的配電線上非常難以預(yù)料和控制。為了解決這一問題，配電線上的電力載波系統(tǒng)逐漸向低頻方向發(fā)展，頻率已從100kHz范圍降到10kHz范圍。100Hz范圍的紋波控制系統(tǒng)已經(jīng)被極好地普及，曾經(jīng)成功地應(yīng)用在大負(fù)荷管理方面許多年。這都曾使電力載波技術(shù)的應(yīng)用更容易，但一個(gè)一直未被解決的問題就是輸送距離還不夠長(zhǎng)。固而載波通訊的缺點(diǎn)也是很突出的: 噪音大，受電網(wǎng)干擾誤碼較嚴(yán)重；低壓載波只能局限在一個(gè)變壓器的范圍內(nèi)，無法跨越變壓器通訊；如果不同的用戶的三表安裝在不同的相線上，隔相信號(hào)衰減大于40db，通信質(zhì)量很差。如安裝電纜到煤氣表和水表會(huì)帶來附加的安全問題。目前已有幾種用于電力線載波通信的模塊或產(chǎn)品，但總的來說通信的可靠性較差。2. 電話線通訊基于電話的自動(dòng)抄表技術(shù)的應(yīng)用已超過25年了。電表脈沖或編碼信號(hào)通過安裝在現(xiàn)場(chǎng)的遙測(cè)接口單元（TIU）采集。電話線允許雙向通訊，用電數(shù)據(jù)可從現(xiàn)場(chǎng)到接收器及客戶之間來回傳送，因此在程序控制的訪問時(shí)間里能夠通過電話傳送信號(hào)或先記錄然后傳送信號(hào)。當(dāng)傳送抄表數(shù)據(jù)時(shí)，可以提供新的訪問時(shí)間表給TIU數(shù)據(jù)，傳送次數(shù)可以在現(xiàn)場(chǎng)重新編程，也可以在遠(yuǎn)方重新編程。因?yàn)殡娫捑€早已存在，電話撥入抄表系統(tǒng)（從電表端到目的地）是最經(jīng)濟(jì)的和使用面最廣泛的。這意味著電話系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)由當(dāng)?shù)氐碾娫捁矩?fù)責(zé)，因此安裝費(fèi)用和每月的服務(wù)費(fèi)用可以節(jié)省下來，對(duì)于住宅、商業(yè)及工業(yè)客戶，電話撥入通信是適宜的。（1）請(qǐng)求式電話抄表有兩種請(qǐng)求抄表方法，如果本地公共交換電話網(wǎng)（PSTN）已經(jīng)使用了“無鈴”（或UTS）技術(shù)，不需電話振鈴，抄表請(qǐng)求電話能夠直接與現(xiàn)場(chǎng)通信。如果沒有使用UTS，則在預(yù)定振鈴數(shù)響起的時(shí)候，要求客戶不要拿起電話聽筒，這個(gè)特定的振鈴數(shù)即是向TIU發(fā)出開始傳送抄表數(shù)據(jù)的信號(hào)。此撥出抄表系統(tǒng)（從數(shù)據(jù)接收器到電表端）限制了用途，并買斷了電話專線。當(dāng)大量信息在工作期間按要求被匯集時(shí)，這種技術(shù)是優(yōu)選的。此撥出抄表系統(tǒng)運(yùn)行和客戶電話使用沒有沖突，并且與“非測(cè)試”及公用遙測(cè)中繼（UTT）交換技術(shù)兼容。在這些情況下，都能良好運(yùn)行。（2）一種無干擾的系統(tǒng)基于電話的自動(dòng)抄表系統(tǒng)通訊是相互無干擾的。即他們運(yùn)行時(shí)，與客戶使用電話沒有沖突。使用電話檢查器來識(shí)別電話是否占線或客戶是否拿起電話聽筒，如果系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，客戶電話占線，系統(tǒng)自動(dòng)停止傳送，稍后重新聯(lián)系傳送。一個(gè)合理安排的基于電話的自動(dòng)抄表系統(tǒng)節(jié)省成本之處，可以通過許多方面說明，首先一點(diǎn)就是避免了無線電、光纜、電纜及其他系統(tǒng)的高成本大規(guī)模基本的建設(shè)，因?yàn)榛陔娫挼南到y(tǒng)使用了現(xiàn)存的通信網(wǎng)絡(luò)。基于電話的自動(dòng)抄表系統(tǒng)諸多重要的優(yōu)點(diǎn)之一是能在任意場(chǎng)所安裝自動(dòng)抄表裝置，而不必在鄰近現(xiàn)場(chǎng)安裝。此系統(tǒng)還避免了為支撐大量電表群體的基礎(chǔ)建設(shè)（一項(xiàng)造價(jià)昂貴的遠(yuǎn)程抄表方式）。但是這種造價(jià)相對(duì)低廉，而且性能良好的自動(dòng)抄表系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)卻尚未得到過推廣，甚至知道的人也很少，究其原因，應(yīng)該和中國(guó)電信的長(zhǎng)期壟斷經(jīng)營(yíng)，以及我國(guó)特殊的水、電、氣經(jīng)營(yíng)管理體制不無關(guān)系。因?yàn)樗霈F(xiàn)的時(shí)期正是我國(guó)改革之初。所以沒有得到發(fā)展也就不足為怪了。在今天網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，利用電話進(jìn)行自動(dòng)抄表技術(shù)對(duì)智能小區(qū)是不太適應(yīng)了，但是可以廣泛利用于舊式住宅的抄表系統(tǒng)的改造。（3）無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)無線抄表在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)早已盛行，抄表車在用戶電表附近行走一遍，電表的各種數(shù)據(jù)就抄入抄表車電腦中。然而無線抄表在國(guó)內(nèi)才剛起步，在集抄過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵰?guī)約，也是多種多樣。雖然電力部在1998年發(fā)布了其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——多功能電能規(guī)約，但由于各種原因，到目前普及并不理想。主要原因是實(shí)現(xiàn)無線數(shù)傳的包容性和開放透明還有待加強(qiáng)。我國(guó)運(yùn)行的眾多電能表通信規(guī)約，固而必須有一個(gè)統(tǒng)一的，與當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。而且收費(fèi)汽車在行走中通過無線信號(hào)抄表，缺點(diǎn)是相當(dāng)明顯的：準(zhǔn)確度不高，準(zhǔn)確性可低到70%。而這是抄表系統(tǒng)最為重要的性能指標(biāo)，而且占用無線電資源，設(shè)備投資也大。無線抄表還有一種方式，既近距離紅外線抄表。而這種方式對(duì)表的要求高，投資大，尤其對(duì)用戶來講，他們是很不原接受這種昂貴的電表。所以使用的更不廣泛。對(duì)于無線抄表技術(shù)，成熟的是對(duì)于用電的計(jì)量。對(duì)于水表、氣表的無線抄送技術(shù)并不成熟，所以應(yīng)用于智能小區(qū)暫不可行的。 底層傳輸線路底層傳輸線路即表頭到集中器的一段線路，通常使用的裝置是單片機(jī)。IBMPC機(jī)和MCS51單片機(jī)是我國(guó)目前應(yīng)用最廣泛的兩種微型計(jì)算機(jī)。MCS51單片機(jī)功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、開發(fā)應(yīng)用方便， 尤其是單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使單片機(jī)的應(yīng)用水平達(dá)到了一個(gè)新的高度。在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、家用電器等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。由于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)人機(jī)對(duì)話和外圍設(shè)備比較薄弱，沒有像磁盤一樣永久保存大量信息的存儲(chǔ)設(shè)備，因此，由多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)一般都使用IBMPC機(jī)作為上位機(jī)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般采用總線分布式結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)通信總線又稱為外總線，用于控制機(jī)和各終端設(shè)備，儀器或其他設(shè)備間通信，主要分為并行總線和串行總線兩種。并行總線數(shù)據(jù)傳輸速率高，適用于短距離傳輸，缺點(diǎn)是與串行總線相比要用較多的導(dǎo)線或電纜，成本較高。而串行總線適合遠(yuǎn)距離通信，缺點(diǎn)是速率比并行總線滿，但成本底。考慮到本抄表系統(tǒng)的通信控制模塊與采集模塊距離較遠(yuǎn)，以及現(xiàn)在的單片機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能和經(jīng)濟(jì)上為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程串行通信特別是多機(jī)系統(tǒng)提供了很好的條件，所以我們決定采用串行通信總線作為本系統(tǒng)的通信方式。1. 串行通行總線標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口有以下幾類:RS232C，RS232E；RS449(RS422，RS423，RS485)；20mA電流環(huán)。所謂標(biāo)準(zhǔn)接口，就是明確定義若干信號(hào)線，使接口電路標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，借助串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，不同類型的數(shù)據(jù)通信設(shè)備可以很容易的實(shí)現(xiàn)它們之間的串行通信連接。RS232C是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用的最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線。它包括了按位串行傳輸?shù)碾娖骱蜋C(jī)械方面的規(guī)定。適合于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場(chǎng)合，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速度和通信距離，EIA又公布了RS422，RS423，RS485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。20mA電流環(huán)是一種非標(biāo)準(zhǔn)的串行接口電路，但由于它具有簡(jiǎn)單，對(duì)電器噪聲不敏感的優(yōu)點(diǎn)，因而在串行通信領(lǐng)域也得到了廣泛使用，但是該總線標(biāo)準(zhǔn)不適用于多站互聯(lián)，故不選用。為了保證可靠性高的通信要求，在選擇接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須注意兩點(diǎn)：1)通信速度和通信距離。2)抗干擾能力。同時(shí)出于本系統(tǒng)的需要還要考慮該接口標(biāo)準(zhǔn)是否適合于多站互聯(lián)。下面將簡(jiǎn)要分析 RS232總線標(biāo)準(zhǔn)。2. RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口目前最常用的串行通信總線接口是EIA于1969年推薦的RS232C。RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口的全稱是：使用二進(jìn)制進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的接口。計(jì)算機(jī)，外設(shè)，顯示等都屬于數(shù)據(jù)終端設(shè)備，而調(diào)制解調(diào)器則是數(shù)據(jù)通信設(shè)備。常用的連接方式如圖23所示。 DTE RS232 DCE 電話線 DCE RS232C DTE 25線 25線 25線 圖 23 RS232C接口電路RS232C定義了20根信號(hào)線，通常使用25芯的接插件(DB25插頭和插座)來實(shí)現(xiàn)RS232C的標(biāo)準(zhǔn)接口的連接。3. RS232C的電氣特性表 21 RS232C主要電氣特性不帶負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電平V025V(25～+25V)負(fù)載電阻Rl范圍3～7KΩ負(fù)載電容(包括線間電容)Cl2500pF空號(hào)(space)或邏輯“0”時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電平+15V～+5V在負(fù)載端+3V傳號(hào)(mark)或邏輯“1”時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電平5～15V在負(fù)載端3V輸出短路電流驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換速率30V/μS驅(qū)動(dòng)器輸出電阻R0300Ω(斷電條件下)由于RS232C是早期(1969年)為了促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平對(duì)地是對(duì)稱的，與TTL、MOS邏輯電平完全不同。邏輯0電平規(guī)定為+5V～+15V之間，邏輯1電平為5V～15V 之間，因此RS232C與TTL電平連接必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。RS232C由于發(fā)送器和接受器之間有公共信號(hào)地，不能使用雙端信號(hào)，因而共模噪聲會(huì)耦合到信號(hào)系統(tǒng)中，這是迫使RS232C使用較高傳輸電壓的原因。即使如此，該標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)傳輸速率也只能達(dá)到20Kb/s。而且最大距離僅15m。只有在這種條件下才可能可靠的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。上表21列出RS232C的主要電氣性能。 信息管理中心系統(tǒng)的信息管理中心就是通常所指的物業(yè)管理中心計(jì)算機(jī)。物業(yè)中心計(jì)算機(jī)控制各單元的數(shù)據(jù)集中器，經(jīng)過某種傳輸線路把數(shù)據(jù)傳送到小區(qū)物業(yè)管理的計(jì)算機(jī)，由能耗管理軟件作處理，輸出計(jì)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)讀表、計(jì)費(fèi)、銀行交費(fèi)的一條龍服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下：上層傳輸?shù)讓觽鬏斁€路線路底層傳輸?shù)讓觽鬏斁€路線路信息管理中心信號(hào)集中器1信號(hào)集中器n現(xiàn)場(chǎng)采集器1現(xiàn)場(chǎng)采集器n現(xiàn)場(chǎng)采集器1現(xiàn)場(chǎng)采集器n圖24 總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在此系統(tǒng)中，每一個(gè)單元要設(shè)置一個(gè)抄表箱，我們?cè)诔硐渖显O(shè)置了一個(gè)面板，方便住宅用戶