基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)

1、摘 要 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一種基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。系統(tǒng)以GPRS分組數(shù)據(jù)作為遠(yuǎn)程信號(hào)的傳輸平臺(tái)，對(duì)遠(yuǎn)程抄表體系結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)的講解。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)集中器和數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)集中器數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送是通過(guò)AT指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，講述了常見的AT指令及其使用方法。數(shù)據(jù)采集器是依據(jù)具體的通信協(xié)議和M-BUS協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，對(duì)主要硬件GPRS模塊和STC12C5A08S2單片機(jī)及其外圍電路進(jìn)行了詳細(xì)的講述。系統(tǒng)分為兩個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心站和遠(yuǎn)程采集分站：數(shù)據(jù)中心站硬件包括STC12C5A08S2單片機(jī)，GPRS通信模塊SIM300，兩者通過(guò)RS232連接；遠(yuǎn)程抄表分站硬件包括RS485或

2、無(wú)線射頻通信模塊，STC12C5A08S2單片機(jī)系統(tǒng)，TTL-M-BUS電平轉(zhuǎn)換單元。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)中心站軟件（MCU-GPRS）和遠(yuǎn)程抄表分站軟件設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)中心站軟件完成了數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送等功能。遠(yuǎn)程抄表分站主要完成高一層次的通信協(xié)議進(jìn)行規(guī)定和實(shí)現(xiàn)，軟件包括單片機(jī)初始化、主程序、數(shù)據(jù)采集程序、通過(guò)串口的接收和發(fā)送程序。論文的最后部分以GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出一套基于GPRS數(shù)據(jù)系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： STC12C5A08S2單片機(jī)；GPRS；通信協(xié)議；遠(yuǎn)程抄表目 錄1 緒論11.1 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)產(chǎn)生的背景和意義11.2 總體要求和規(guī)劃2 數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)構(gòu)圖3 遠(yuǎn)程抄表結(jié)構(gòu)圖32

3、 GPRS網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)和GPRS通信原理52.1 GPRS通信技術(shù)簡(jiǎn)介52.2 通信指令A(yù)T指令6 用于GPRS模塊的AT命令62.3 SIM300無(wú)線通信模塊73 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)93.1系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.2 暖表采集器電路設(shè)計(jì)103.2.1 STC12C5A08S2單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)103.2.2 數(shù)據(jù)采集器電源電路設(shè)計(jì)133.2.3 TTL-MBUS電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)143.3 數(shù)據(jù)集中器系統(tǒng)設(shè)計(jì)163.3.1 STC12C5A08S2單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)163.3.2 SIM300及其外圍電路設(shè)計(jì)173.3.3 數(shù)據(jù)集中器電源設(shè)計(jì)194 軟件部分204.1 系統(tǒng)總軟件設(shè)計(jì)

4、流程204.2 數(shù)據(jù)采集器程序設(shè)計(jì)204.2.1初始化內(nèi)容204.2.2 通信協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)214.2 數(shù)據(jù)集中器程序設(shè)計(jì)25結(jié) 論28參考文獻(xiàn)29致 謝30附錄1：整體電路圖31附錄2：源程序331 緒論1.1 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)產(chǎn)生的背景和意義 長(zhǎng)期以來(lái)，暖氣用戶的取暖收費(fèi)管理依靠人工抄表或按居住面積收費(fèi)的，這種傳統(tǒng)收取方式費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，效率低，常常出現(xiàn)用戶欠費(fèi)、遲繳或漏繳暖費(fèi)的問(wèn)題，而且對(duì)居民生活也是一種干擾，有時(shí)還給不法分子入室犯罪以可乘之機(jī)。隨著改革的深入，住宅商品化的發(fā)展，住宅單元個(gè)性化和獨(dú)立性的增強(qiáng)，這種能耗計(jì)量收費(fèi)方式愈來(lái)愈顯得與社會(huì)發(fā)展不相適應(yīng)。另一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們物質(zhì)文

5、化生活水平的提高，住宅中的家用電器數(shù)量、種類、容量日益增加，相應(yīng)地水、電、煤氣等生活能耗量也將顯著提高。同時(shí)國(guó)家建設(shè)部在居民住宅的有關(guān)技術(shù)規(guī)定中已明確要求3表(水表、電表、煤氣表)必須出戶。因此為適應(yīng)國(guó)家用水制度的改革，研究和利用現(xiàn)代化智能技術(shù)對(duì)自來(lái)水使用實(shí)行自動(dòng)監(jiān)控，用現(xiàn)代化科技手段改變供水管理體制的落后現(xiàn)狀，具有十分重要的實(shí)踐意義。 目前，國(guó)內(nèi)智能電表從結(jié)構(gòu)上大致可分為機(jī)電一體化式和全電子式兩大類。 機(jī)電一體化式，即在原機(jī)械式電度表上附加一定的部件使其既完成所需功能，又降低造價(jià)且易于安裝，一般而言其設(shè)計(jì)方案是在不破壞現(xiàn)行計(jì)量表原有的物理結(jié)構(gòu)，不改變其國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感裝置，變成在

6、機(jī)械計(jì)度的同時(shí)亦有電脈沖輸出的智能表。 全電子式則從計(jì)量到數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長(zhǎng)期使用的機(jī)械部件，具有體積小，精度高，耗電少等優(yōu)越性。在水電氣管理方面采用自動(dòng)抄表技術(shù)不僅能節(jié)約人力資源更重要的是可提高抄表的準(zhǔn)確性，減少因估計(jì)或謄寫而造成賬單出錯(cuò)的現(xiàn)象 使水 電 氣管理部門能及時(shí)準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)信息，另外用戶不再需要與抄表者預(yù)約上門抄表時(shí)間 還能迅速查詢帳單 所以這種技術(shù)越來(lái)越受到用戶歡迎。針對(duì)目前市場(chǎng)上自動(dòng)抄表系統(tǒng)價(jià)格不菲的現(xiàn)狀 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸總線選用M-BUS,傳輸速度快、距離遠(yuǎn)、可靠性高。儀表總線(meter bus，M-Bus)是一種新型總線結(jié)構(gòu)，M-Bu

7、s主要特點(diǎn)是僅用2條無(wú)極性傳輸線來(lái)同時(shí)供電和傳輸串行數(shù)據(jù)，而各個(gè)子站(以不同的ID確認(rèn)) 并連在M-Bus總線上。將M-Bus用于各類儀表或相關(guān)裝置的能耗類智能化管理系統(tǒng)中時(shí)，可對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)或信號(hào)進(jìn)行采集并傳遞至集中器，然后再通過(guò)相應(yīng)的接口傳送至主站。利用M-Bus可大大簡(jiǎn)化住宅小區(qū)、辦公場(chǎng)所等能耗智能化管理系統(tǒng)的布線及連接，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、可靠性高等特點(diǎn)。由M-Bus構(gòu)成的能耗智能化管理系統(tǒng)由終端數(shù)據(jù)或信號(hào)采集子站及其M-Bus收發(fā)電路、M-Bus總線、主站及其M-Bus轉(zhuǎn)換器等組成。對(duì)于基于TSS721的M-Bus子站介紹也比較多，但對(duì)于計(jì)算機(jī)到M-Bus轉(zhuǎn)換所需要的轉(zhuǎn)換器介紹的則

8、比較少，M-Bus總線通訊的具體實(shí)現(xiàn)介紹更少。盡管M-Bus定義了物理層的借口和電氣特性，但它沒有對(duì)高一層次的通信協(xié)議進(jìn)行規(guī)定，高一層的通信協(xié)議留給用戶自己去實(shí)現(xiàn)。本文就集中器的設(shè)計(jì)當(dāng)中有軟件實(shí)現(xiàn)暖氣熱能表無(wú)線抄寫數(shù)據(jù)功能及其中通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)做了詳細(xì)介紹。 GPRS技術(shù)-通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service， 簡(jiǎn)稱GPRS)是在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入新的部件而構(gòu)成的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)， 它使用分組交換技術(shù)， 能兼容GSM并在網(wǎng)絡(luò)上更加有效地傳輸高速數(shù)據(jù)和信令。GPRS是一個(gè)以分組交換為基礎(chǔ)的系統(tǒng)， 它具有與其他分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)一樣的特性， 特別適合突發(fā)性分組數(shù)據(jù)

9、的傳輸， 由于使用了分組交換技術(shù)， 在無(wú)線接口上可以按需分配信道資源， 一方面， 每個(gè)用戶可以根據(jù)需要同時(shí)使用多個(gè)信。1.2 總體要求和規(guī)劃 無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的思想是：在內(nèi)部加裝智能模塊的戶用計(jì)量?jī)x表，具有對(duì)采集的脈沖信號(hào)進(jìn)行分析判斷，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)脈沖進(jìn)行累計(jì)存儲(chǔ)等功能，最終以標(biāo)準(zhǔn)的電氣通訊模式，按一定的通訊規(guī)約將數(shù)據(jù)送入GPRS通信模塊，模塊將數(shù)據(jù)組成GPRS分組，通過(guò)GPRS和Internet送到服務(wù)器。服務(wù)器除了接收上傳的數(shù)據(jù)外，也可通過(guò)Internet和GPRS網(wǎng)絡(luò)向終端發(fā)出指令，并且具有外部IP。對(duì)GPRS模塊進(jìn)行GPRS附著過(guò)程和PDP（Packet Data Pro

10、tocol,分組數(shù)據(jù)協(xié)議）上下文激活過(guò)程，即可用GPRS進(jìn)行系統(tǒng)的通信。2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體方案規(guī)劃及實(shí)現(xiàn) 目前的無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信信道包括服務(wù)器與集中器（又稱為數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備）的通信信道和集中器與采集器的通信信道。無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體都采用分布式體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)分上下兩層： 上層（服務(wù)器與集中器之間）數(shù)據(jù)采集采用星型結(jié)構(gòu)，其信道采用了GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和InterNet；下層（集中器與采集器之間）數(shù)據(jù)采集采用總線型結(jié)構(gòu), 其信道采用RS-485總線或CAN總線或射頻無(wú)線模塊。服務(wù)器與集中器構(gòu)成上層通信系統(tǒng),底層通信系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng),包括戶用計(jì)量?jī)x表、采集器和集中器。采集器

11、通過(guò)RS-485串行總線把采集到的數(shù)據(jù)傳送給集中器，而集中器的主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、匯總和轉(zhuǎn)發(fā)。本系統(tǒng)集中器主要是由微控制器MCU（Micro Control Unit）和通信模塊構(gòu)成,采集器用RS-485總線把比較接近集中器的數(shù)據(jù)匯總過(guò)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，并利用通信模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器。因此，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總和轉(zhuǎn)發(fā)，集中器具有兩部分通信功能：一是采集器和集中器之間的短距離通信，主要由RS-485總線來(lái)完成；二是控制器和通信模塊之間的RS-232總線串行通信，通過(guò)RS-232串行接口微控制器可發(fā)送AT指令來(lái)控制通信模塊以實(shí)現(xiàn)集中器和服務(wù)器之間的遠(yuǎn)距離無(wú)線通信。本文中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體方案的

12、實(shí)現(xiàn)成為本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成原理圖如圖2所示。本系統(tǒng)由采集模塊、MCU、GPRS模塊、GPRS網(wǎng)絡(luò)、Internet等部分組成。其中，采集的數(shù)據(jù)在MCU里進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，處理后的數(shù)字信號(hào)傳送給GPRS模塊并由其發(fā)射出去，經(jīng)過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet送到服務(wù)器。 數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)構(gòu)圖 GSM/GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 目前本系統(tǒng)中采用G P R S網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)、 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息的遠(yuǎn)程傳輸，并采用短消息業(yè)務(wù)發(fā)送參數(shù)變化、 報(bào)警信息等到監(jiān)控中心作為補(bǔ)充。 系統(tǒng)可按照C / S的結(jié)構(gòu)即客戶+ 服務(wù)器的模式來(lái)設(shè)計(jì)。 由于G P R S絡(luò)工作方式是以I P

13、地址尋址為基礎(chǔ)的，所以監(jiān)控中心作為網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器端，需指定固定的I P 和端口號(hào)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為客戶機(jī)， 只需要簡(jiǎn)單接入I n te rn et ， 并具備公網(wǎng)分配的I P地址即可。同時(shí)， 因?yàn)镚 P R S終端產(chǎn)品本身由網(wǎng)絡(luò)提供商動(dòng)態(tài)地分配地址，在未進(jìn)入連接待機(jī)狀態(tài)時(shí)，其本身是不具備I P地址的。客戶機(jī)即各監(jiān)測(cè)點(diǎn)需主動(dòng)定時(shí)的向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。 上位機(jī)（PC）GPRS模塊Internet 圖2-1 數(shù)據(jù)中心整體框圖 遠(yuǎn)程抄表結(jié)構(gòu)圖整個(gè)系統(tǒng)的硬件分為數(shù)據(jù)集中器、采集器以及M-BUS通信3部分。如下圖2-1所示： GSM/GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)集中器有無(wú)線RS-485總線采集器n.采集器

14、1M-BUSM-BUSM-BUS采集表n.采集表1采集表 圖2-2 抄表系統(tǒng)整體框圖 數(shù)據(jù)集中器硬件電路主要有：STC12C5A08S2單片機(jī)，電源電路，GPRS模塊，無(wú)線模塊采集器硬件電路主要有：電源電路，STC12C5A08S2單片機(jī)，無(wú)線模塊，TTL到M-BUS的電平轉(zhuǎn)化電路。主要功能有：1：其中實(shí)現(xiàn)TTL電平轉(zhuǎn)M-bus電平的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)從05V到1236V的轉(zhuǎn)換。2：采用無(wú)線通信，實(shí)施遠(yuǎn)程抄表，在無(wú)障礙時(shí)傳輸距離可達(dá)1000米。 2 GPRS網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)和GPRS通信原理2.1 GPRS通信技術(shù)簡(jiǎn)介 通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新無(wú)線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)，目的是給

15、移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP或X.25服務(wù)。在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS與其他無(wú)線方式的應(yīng)用比較如下： 傳輸方式比較內(nèi)容GPRS 短消息無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)覆蓋范圍全國(guó)全國(guó)不大于20KM建設(shè)費(fèi)用一般低高施工難度較低低高施工周期較短較短長(zhǎng)計(jì)費(fèi)方式流量無(wú)月租或流量包月條/0.1元占頻費(fèi)運(yùn)行費(fèi)用較低較高一般通信速率較高一般低誤碼率較低較高高可靠性較高一般低群收群發(fā)支持不支持不支持傳輸時(shí)延短長(zhǎng)短網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持不支持不支持維護(hù)成本低低高GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40100Kbit/s，GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)

16、占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。GPRS永遠(yuǎn)在線，按流量計(jì)費(fèi)，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點(diǎn)多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。2.2 通信指令A(yù)T指令 AT 即 Attention AT 命令集是從 TETerminal Equipment 或 DTEData Terminal Equipment 向TATerminalAdapter 或 DCEData Circuit Terminating

17、 Equipment 發(fā)送的通過(guò) TATE 發(fā)送 AT 命令來(lái)控制 MSMobile Station的功能與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶可以通過(guò) AT 命令進(jìn)行呼叫短信電話本數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)補(bǔ)充業(yè)務(wù)傳真等方面的控制同時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊可以與GPRS模塊通信，使其通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心。2.2.1 用于GPRS模塊的AT命令 命令 功能描述 AT+CIPSTART 連接到服務(wù)器 AT+CIPSEND 發(fā)送數(shù)據(jù) AT+CIPCLOSE 關(guān)閉TCP/UDP 連接 AT+CIPSHUT 關(guān)閉移動(dòng)場(chǎng)景 AT+CLPORT 設(shè)置本地端口號(hào) AT+CSTT 啟動(dòng)任務(wù)并設(shè)置APN, user name,

18、 password AT+CIICR 激活移動(dòng)場(chǎng)景 AT+CIFSR 獲得本地IP 地址 AT+CIPSTATUS 查詢目前狀態(tài) AT+CDNSCFG 配置DNS 的IP 地址 AT+CDNSGIP 域名解析, 獲取IP 地址 AT+CDNSORIP 設(shè)置連接域名或IP 地址 AT+CIPHEAD 設(shè)置接收的數(shù)據(jù)頭 AT+CIPATS 設(shè)置自動(dòng)發(fā)送時(shí)間 AT+CIPSPRT 設(shè)置在AT+CIPSEND 后是否返回發(fā)送提示符> AT+CIPSERVER 配置為服務(wù)器 AT+CIPCSGP 設(shè)置為CSD 或GPRS 連接以及相關(guān)參數(shù) AT+CIPCCON 設(shè)置當(dāng)前的連接 2.3 SIM300

19、無(wú)線通信模塊 數(shù)據(jù)采集模塊的微處理器收集到電表的數(shù)據(jù)信息后，要通過(guò)GPRS通信網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。系統(tǒng)中完成通信工作的GPRS模塊采用國(guó)產(chǎn)化的SIM300模塊，該模塊接口簡(jiǎn)單、使用方便且功能強(qiáng)大。模塊只需要單一的3.44.5V電源即可工作，但需要注意的是其電流比較大(尖峰電流大于2A)。SIM300 是一款三頻段 GSM/GPRS模塊，可在全球范圍內(nèi)的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三種頻率下工作，能夠提供 GPRS多信道類型多達(dá) 10 個(gè)，并且支持 CS-1、CS-2、CS-3 和 CS-4 四種 GPRS編碼方案。 SIM300 結(jié)構(gòu)小巧，外

20、形尺寸僅 40mm*33mm*2.85mm，幾乎可滿足所有對(duì)產(chǎn)品尺寸有要求的工業(yè)應(yīng)用，比如智能電話，掌上電腦和其他移動(dòng)設(shè)備。 模塊與移動(dòng)應(yīng)用設(shè)備通過(guò)一個(gè) 60 引腳的板板連接器相連，它提供了除了 RF 天線接口的其他所有模塊與開發(fā)板的硬件接口。 SIM300 內(nèi)部功能模塊有： 鍵盤和 SPI 類型的 LCD接口，方便用戶開發(fā)自己的應(yīng)用設(shè)備。 具有調(diào)試和數(shù)據(jù)輸出兩個(gè)串口，幫助開發(fā)人員更容易開發(fā)產(chǎn)品。 雙音頻通道，包含兩個(gè)麥克風(fēng)輸入和兩個(gè)話筒輸出，可方便的由 AT 指令配置其工 作模式。 SIM300 有兩種 RF天線接口： 一種是天線連接器、 一種是天線焊點(diǎn)。 天線連接器型號(hào)為 MURATA M

21、M9329-2700，或者用戶也可以通過(guò)天線焊點(diǎn)自己焊接天線。 SIM300 具有低功耗設(shè)計(jì)，睡眠模式下的電流消耗僅為 2.5mA。 SIM300 內(nèi)部集成了 TCP/IP 協(xié)議棧，并且擴(kuò)展了 TCP/IP AT 指令，使用戶利用該模塊開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備變得特別簡(jiǎn)單、方便。主要硬件電路如圖2.3.1。 3. 應(yīng)用程序接口 SIM300 除了RF接口，其他所有硬件接口都通過(guò)一個(gè) 60 引腳、引腳間距為 0.5mm的板板連接器與用戶移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)連接，板板連接器的子接口有如下特征： · 電源供電（115,34,17） · 雙串行接口（28,3849） · 兩個(gè)模擬音頻接口

22、（36,5060） · SIM 卡接口（16，1925） ·一般用途輸入輸出（18,26,2933,35,37,） 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為3部分：數(shù)據(jù)中心、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)集中器中和現(xiàn)場(chǎng)采集器。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集部分由物理層M-Bus總線負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)暖表信號(hào)，經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后直接以數(shù)字形式傳送給STC12C5A08S2單片機(jī)。單片機(jī)取得相應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)后經(jīng)主程序分析，然后將有效信息通過(guò)RS485或無(wú)線射頻模塊上傳到數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器將得到的信息通過(guò)GPRS模塊傳回?cái)?shù)據(jù)中心。另外，STC12C5A08S2單片機(jī)也通過(guò)數(shù)據(jù)中心控制信

23、息，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象的管理和控制。監(jiān)控中心主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)量設(shè)備狀態(tài)，并對(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳的各種信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理。若接收到異常狀態(tài)數(shù)據(jù)，服務(wù)器提供報(bào)警顯示，管理維護(hù)。 智能數(shù)據(jù)集中器由中興的SIM300模塊、STC12C5A08S2模塊、RS-485通信模塊或射頻無(wú)線模塊構(gòu)成。采集器則由STC12C5A08S2模塊、RS-485通信模塊或射頻無(wú)線模塊構(gòu)成。圖3-1為此數(shù)據(jù)集中器系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，圖3-2為此數(shù)據(jù)采集器硬件結(jié)構(gòu)框圖。串口1串口2485總線 控制中心STC12C5A08S2GPRS模塊 圖3-2 數(shù)據(jù)采集器暖表MBUS總線TTL轉(zhuǎn)MBUS模塊 控制中

24、心STC12C5A08S2串口1485總線串口2 圖3-1 數(shù)據(jù)集中器采集器 圖3-2 數(shù)據(jù)采集器3.2 暖表采集器電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)由STC12C5A08S2單片機(jī)及其外圍電路、TTL-MBus、電源電路構(gòu)成。 STC12C5A08S2單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì) 在此設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)STC12C5A08S2，在數(shù)據(jù)采集器器中它的主要任務(wù)是采集對(duì)象的數(shù)據(jù)，然后對(duì)其進(jìn)行協(xié)議編碼，通過(guò)通信模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)集中中心；同時(shí)接收來(lái)自數(shù)據(jù)集中器的指令短消息，對(duì)其解碼后執(zhí)行相應(yīng)的操作。 STC12C5A08S2單片機(jī)是大陸本土深圳宏晶科技有限公司的典型8位單片機(jī)產(chǎn)品，采用了增強(qiáng)型8051內(nèi)核（STC是1時(shí)鐘周期/機(jī)

25、器周期8051單片機(jī)，同樣的工作頻率，速度是普通8051單片機(jī)的812倍），片內(nèi)集成了8KB程序Flash、512B Data Flash（EEPROM）、1280字節(jié)RAM兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口等豐富的片上資源。STC12C5A08S2單片機(jī)的所有指令和標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核完全兼容，并具有不在系統(tǒng)可編程(ISP)功能,具有良好的兼容性和很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，所以完全可以勝任數(shù)據(jù)處理與傳輸場(chǎng)合。( 1 ) 工作溫度：-40 85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）； ( 2 ) 儲(chǔ)藏溫度：-65 +15； ( 3 ) 任一引腳對(duì)地電壓：-1.0V +7.0V； ( 4 ) 最高工作電壓：6.6V； ( 5 ) 直流輸

26、出電流：15.0mA。 STC12C5A08S2單片機(jī)有40引腳，其各引腳都有各自的功能，其大致可以分為以下3類。1.外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，既把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。2.控制或與其它電源復(fù)用引腳RST、ALERESET復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器

27、時(shí)，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。如果需要的話，通過(guò)對(duì)專用寄存(SFR)區(qū)中8EH單元的D0位置數(shù)，可禁止ALE操作。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一條MOVX或MOVC指令期間，ALE才會(huì)被激活。另外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，該設(shè)定禁止ALE位無(wú)效。3.輸入/輸出引腳 (P0.0P0.7、P1.0P1

28、.7、P2.0P2.7、P3.0P3.7和P4.0P4.7)P0端口（P0.0P0.7）P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL輸入，對(duì)端口寫1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問(wèn)期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。 在Flash編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0P1.7）P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把

29、端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。作輸入口時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)Flash編程和程序驗(yàn)證時(shí)，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7）P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。P2作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX DPIR指令）時(shí)，P2送出高8位地址在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX RI

30、指令）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容(就是專用寄存器(SFR)區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容)，在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。在對(duì)Flash編程和程序驗(yàn)證期間，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3端口（P3.0P3.7）P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位這時(shí)可用作輸入口。P3作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口使用，功能和操作方法與P1口相同。P4端口（P4.0P4.7）的某些端口具有復(fù)用功能，可配置成SPI通信線、

31、捕捉/比較/脈寬調(diào)制、第二串口線等。STC12C5A08S2單片機(jī)的所有I/O口均可由軟件配置成4種工作模式之一：準(zhǔn)雙向口（標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)輸出模式）、推免輸入/輸出、僅為輸入（高阻）或開漏輸出功能。每個(gè)口的工作模式由兩個(gè)控制寄存器中的相應(yīng)位控制。STC12C5A08S2單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部件，串口1連接TTL-MBUS，負(fù)責(zé)接收TTL-MBUS采集的數(shù)據(jù)。串口2連接MAX485將信息發(fā)送到數(shù)據(jù)集中器（通過(guò)RS485總線）。主要包括采用MAX485接口的串行通信電路圖、復(fù)位電路。如圖3-3為單片機(jī)整體外圍控制電路。電路系統(tǒng)包括:STC單片機(jī)最小系統(tǒng)，串口通信模塊、RS485模塊（MA

32、X485）、TTL-MBUS電平轉(zhuǎn)換電路。 圖圖3.3 采集器電路 STC12C5SS D 數(shù)據(jù)采集器電源電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)需為以上電路提供+5V、+12V、+24V、+36V本設(shè)計(jì)是由二個(gè)穩(wěn)壓電源電路組成的，因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)需要分別提供一個(gè)36V、24V、12V電壓和一個(gè)5V,0.5A的單片機(jī)及其外圍電路電壓，所以根據(jù)設(shè)計(jì)需要經(jīng)過(guò)變壓器變壓整流后接了一個(gè)穩(wěn)壓電源電路。一個(gè)是由LM2576穩(wěn)壓芯片組成的開關(guān)電源電路得到+36V，然后由7812、7824三端正穩(wěn)壓器得到+12V、+24V。另一個(gè)是由LM7805三端穩(wěn)壓芯片組成的電源電路其輸出電壓值為5V。LM7805、LM7812、LM7824三端正穩(wěn)

33、壓器具有內(nèi)部過(guò)流、熱過(guò)載和輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)功能，電路使用安全可靠，供電輸出電壓+5V、+12V、+24V，最大輸出電流0.5A。加散熱片時(shí)驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1A，輸出電流200300mA時(shí)，7805、7812、7824溫度在50度左右，并且有過(guò)溫切斷輸出起到保護(hù)功能。該系列芯片技術(shù)成熟，所需的外圍器件少，性價(jià)比高，運(yùn)用的非常廣泛。開關(guān)電源體積小、重量輕、變換效率高，因此，廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、控制裝置及家用電器等電子設(shè)備中7。目前各國(guó)正在努力開發(fā)新器件、新材料以及改進(jìn)裝連方法，進(jìn)一步提高效率、縮小體積、降低價(jià)格，以解決開關(guān)電源面臨的新課題。隨著變頻調(diào)速技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用，對(duì)各種變頻器用開

34、關(guān)電源的要求也越來(lái)越高，不同條件下對(duì)開關(guān)電源的要求也各不相同。LM2576系列是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（52kHz）和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（1.23V），并具有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。提供有3.3V（-3.3）、5V（-5.0）、12V（-12）、15V（-15）及可調(diào)（-ADJ）等多個(gè)電壓檔次產(chǎn)品8。此外，該芯片還提供了工作狀態(tài)的外部控制引腳。 LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下： 最大輸出電流：3A； 最高輸入電壓：40V； 輸出電壓：3.3V、5V、12V、1

35、5V和ADJ（可調(diào)）等可選； 振東頻率：52kHz； 轉(zhuǎn)換效率：75%88%（不同電壓輸出時(shí)的效率不同）； 控制方式：PWM； 工作溫度范圍：- 40°C +12°C； 工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制； 工作模式控制：TTL電平兼容； 所需外部元件：僅四個(gè)（不可調(diào)）或六個(gè)（可調(diào)）； 器件保護(hù)：熱關(guān)斷及電流限制； 封裝形式：TO-220或TO-263。兩穩(wěn)壓電源電路圖如圖3-4所示圖3-4復(fù)S2單片機(jī)內(nèi)部集成了1K字節(jié)的數(shù) 使用時(shí)，建議同一次修改的數(shù)t據(jù)放在同一個(gè)扇區(qū)，不 220V的交流電壓經(jīng)變壓器T后降為42V的交流電壓。四個(gè)整流二極管組成了橋式整流，把42V的交

36、流電壓整流為直流脈沖電壓。一路經(jīng)電容C1（濾高頻）、C2濾波后得到直流電源。再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓集成塊LM2576和R1、R2后得到可調(diào)的直流電壓其范圍為1.23V 37V最大輸出電流可達(dá)3A，在經(jīng)D2穩(wěn)壓管進(jìn)行穩(wěn)壓，最后經(jīng)電感電阻和電容再次濾波得到一個(gè)需要的輸出電源。本電路為一個(gè)穩(wěn)定的36V直流電源。C3、C4也起到濾波的作用。另一路，經(jīng)C5濾波得到直流電源經(jīng)LM7805后到得到一個(gè)+5V。 3.2.3 TTL-MBUS電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 電平轉(zhuǎn)換電路由兩部分構(gòu)成：發(fā)送器和接收器。 MBUS電平特點(diǎn)： 由集中器向終端儀表終端傳輸?shù)男盘?hào)采用電壓值的變化來(lái)表示，即集中器向終端儀表終端發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流是一種電壓

37、脈沖序列，用+36 V表示邏輯“1”，用+24V表示邏輯“0”。在穩(wěn)態(tài)時(shí)電平保持“1”狀態(tài)。 從終端儀表向集中器傳輸?shù)男盘?hào)采用的是電流值的變化來(lái)表示，即由儀表終端向集中器發(fā)送的數(shù)據(jù)流是一種電流脈沖序列，通常用1.5mA的電流值表示邏輯“1”，當(dāng)傳輸“0”時(shí)，由終端儀表控制電流值增加到11-20Ma。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，線路上的值為持續(xù)“1”狀態(tài)。當(dāng)終端儀表接收信號(hào)時(shí)，其電流應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)“1”，在接收信號(hào)時(shí)，其電流處于穩(wěn)態(tài)“1”接收器：輸入的電流脈沖經(jīng)R10后變?yōu)殡妷盒盘?hào)，經(jīng)U6構(gòu)成的電壓放大器信號(hào)放大。然后分兩路進(jìn)入U(xiǎn)7構(gòu)成的反相輸入單值比較器。一路經(jīng)R11、CS2構(gòu)成的積分電路進(jìn)入負(fù)相端，一路經(jīng)D6、R

38、12進(jìn)入正相端構(gòu)成基準(zhǔn)點(diǎn)壓。此比較器的輸入基準(zhǔn)電壓是可變的，隨外部表的數(shù)量而變，集成運(yùn)放工作在非飽和區(qū)輸出高時(shí)電壓接近+24V。所以可實(shí)現(xiàn)不同數(shù)目表的接入。輸出電壓經(jīng)分壓后輸入Q3構(gòu)成的反相器，得到TTL電平。 圖3-5 TTL-MBUS電平轉(zhuǎn)換電路3.3 數(shù)據(jù)集中器系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集中器主要完成與數(shù)據(jù)采集器的信息傳遞，同時(shí)控制GPRS實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳與接收。其中RS-232實(shí)現(xiàn)與GPRS通信，RS-485總線實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集器通信。如圖3-6所示為單片機(jī)外圍電路部分，圖3-7為GPRS部分，圖3-9為數(shù)據(jù)集中器電源部分。3.3.1 STC12C5A08S2單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì) 本部分應(yīng)

39、用STC12C5A08S2單片機(jī)雙串口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和上傳。其中串口1依據(jù)一定的通信協(xié)議與采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)與命令通信，串口2控制GPRS進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)上傳。 圖3-6 SIM300及其外圍電路設(shè)計(jì) SIM300 是一款三頻段 GSM/GPRS模塊，可在全球范圍內(nèi)的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三種頻率下工作，能夠提供 GPRS多信道類型多達(dá) 10 個(gè)，并且支持 CS-1、CS-2、CS-3 和 CS-4 四種 GPRS編碼方案。 SIM300 結(jié)構(gòu)小巧，外形尺寸僅 40mm*33mm*2.85mm，幾乎可滿足所有對(duì)產(chǎn)品尺寸有要求的工業(yè)應(yīng)用，比如智

40、能電話，掌上電腦和其他移動(dòng)設(shè)備。 模塊與移動(dòng)應(yīng)用設(shè)備通過(guò)一個(gè) 60 引腳的板板連接器相連，它提供了除了 RF 天線接口的其他所有模塊與開發(fā)板的硬件接口。 SIM300 內(nèi)部功能模塊有： · 鍵盤和 SPI 類型的 LCD接口，方便用戶開發(fā)自己的應(yīng)用設(shè)備。 · 具有調(diào)試和數(shù)據(jù)輸出兩個(gè)串口，幫助開發(fā)人員更容易開發(fā)產(chǎn)品。 · 雙音頻通道，包含兩個(gè)麥克風(fēng)輸入和兩個(gè)話筒輸出，可方便的由 AT 指令配置其工作模式。 SIM300 有兩種 RF天線接口： 一種是天線連接器、 一種是天線焊點(diǎn)。 天線連接器型號(hào)為 MURATA MM9329-2700，或者用戶也可以通過(guò)天線焊點(diǎn)自己

41、焊接天線。 SIM300 具有低功耗設(shè)計(jì)，睡眠模式下的電流消耗僅為 2.5mA。 SIM300 內(nèi)部集成了 TCP/IP 協(xié)議棧，并且擴(kuò)展了 TCP/IP AT 指令，使用戶利用該模塊開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備變得特別簡(jiǎn)單、方便。SIM300的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它固有的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，硬件握手信號(hào)用RTSO/CTSO，波特率在300bps115kbps之間可選，軟件流量控制在XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集18。圖3-6為本設(shè)計(jì)的TC35I的外圍電路。工作頻段 SIM300 具有三個(gè)頻段：EGSM90

42、0、DCS1800、PCS1900。頻段頻率置，默認(rèn)頻段是 EGSM900和 DCS1800。 與 GSM Phase 2/2+兼容。 GSM 類型 小型移動(dòng)基站（MS） 發(fā)射功耗 在頻率 EGSM900 CLASS 4 下2W 在頻率 DCS1800 和 PCS1900 CLASS 1下 1W GPRS連接 GPRS多時(shí)隙 10 級(jí) GPRS移動(dòng)電臺(tái) B 級(jí) 工作溫度 z 正常工作溫度：-22+55 極限工作溫度：-25-20，+55+70 存儲(chǔ)溫度：-40+80 GPRS數(shù)據(jù)傳輸 z GPRS下行數(shù)據(jù)傳輸最大 85.6kbps GPRS上行數(shù)據(jù)傳輸最大 42.8kbps 編碼方案：CS-1

43、，CS-2，CS-3，CS-4 SIM300 支持PAP（密碼驗(yàn)證）協(xié)議，此協(xié)議通常用于 PPP 連接 此模塊是實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是難點(diǎn)，只有實(shí)現(xiàn)此電路模塊的功能才能實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，才能通過(guò)接口RS323與單片機(jī)連接編輯AT指令實(shí)現(xiàn)通信;接發(fā)所需短消息,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。 圖3-7 SIM300外圍電路 GPRS模塊SIM300通信接口采用的是CMT-DZ01提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行接口，用戶可以通過(guò)串行口使用AT命令完成對(duì)模塊的操作。由于RS-232標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯，而一般單片機(jī)均為0 5V的正邏輯，為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的通信，在電路上采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實(shí)現(xiàn)正電壓、負(fù)電壓的轉(zhuǎn)

44、換。MAX232芯片是包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片，適用于各種通信接口。芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，它可以完全MAX323和AT89S52間的電壓轉(zhuǎn)換，電壓轉(zhuǎn)換范圍是-10V +5V或+5V +10V14。所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電壓就可以了。此設(shè)計(jì)模塊的MAX232的接口電路如圖3-8所示。 圖3-8 MAX232接口電路3.3.3 數(shù)據(jù)集中器電源設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是由兩個(gè)穩(wěn)壓電源電路組成的，因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)需要分別提供一個(gè)4.2V,3A的GPRS模塊電壓，所以根據(jù)設(shè)計(jì)需要經(jīng)過(guò)變壓器變壓整流后接了一個(gè)穩(wěn)壓電源電路。一個(gè)是由LM2576穩(wěn)壓芯片組成的開關(guān)電源電路。 圖 3-9

45、 4 軟件部分4.1 系統(tǒng)總軟件設(shè)計(jì)流程 系統(tǒng)軟件分為兩部分：數(shù)據(jù)集中器部分和數(shù)據(jù)采集器部分。其中數(shù)據(jù)集中器部分，完成與GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信它要完成的基本功能包括以下任務(wù)：通過(guò)現(xiàn)有的終端數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)(如RS-485)采集數(shù)據(jù)：GPR模塊初始化，即模塊本身的資源初始化和通信波特率的設(shè)置等：?jiǎn)?dòng)GPRS無(wú)線通訊模塊的CPIP功能設(shè)置，建立連接；接收管理微機(jī)的抄表命令、預(yù)置數(shù)命令等。子站數(shù)據(jù)采集器完成與M-Bus總線通信與數(shù)據(jù)集中器通信包括以下任務(wù)：對(duì)上位機(jī)命令進(jìn)行協(xié)議解析，完成抄表命令、參數(shù)設(shè)置等； 對(duì)用戶暖表進(jìn)行監(jiān)控、地址設(shè)置等。4.2 數(shù)據(jù)采集器程序設(shè)計(jì)4.2.1初始化內(nèi)容1)設(shè)置串口P3

46、.1為輸出,使串口不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),為高電平2)定時(shí)器設(shè)定(1)定時(shí)器0用作系統(tǒng)復(fù)位定時(shí)(2)定時(shí)器1用作串口1(P3)波特率發(fā)生器 2400bps(3)BRT定時(shí)器用作串口2(P1)波特率發(fā)生器 2400bps3)串口初始化(1)串口19位數(shù)據(jù),波特率可變(2)串口28位數(shù)據(jù),波特率可變4)中斷初始化允許定時(shí)器0中斷每記滿一次約0.07秒,Count_Timer加15)P3.1輸出高電平4.2.2 通信協(xié)議具體實(shí)現(xiàn) 1.對(duì)從數(shù)據(jù)中心得到的信息的處理主要是具體協(xié)議的解析，對(duì)相關(guān)功能碼的響應(yīng)。一下為協(xié)議分析過(guò)程： 從數(shù)據(jù)中心得到具體的數(shù)據(jù)格式為：發(fā)送數(shù)據(jù): 0F 小區(qū)地址 源地址 目的地址 上個(gè)中繼

47、地址 下個(gè)中繼地址 字長(zhǎng) + 命令字 + 數(shù)據(jù)位 + CRC接收數(shù)據(jù): F0 小區(qū)地址 源地址 目的地址 上個(gè)中繼地址 下個(gè)中繼地址 字長(zhǎng) + 命令字 + 數(shù)據(jù)位 + CRC1)以3ms為一段接收PC消息,接收到進(jìn)行其它處理,否則進(jìn)行下一段2)收到的第一個(gè)字節(jié)必須為0F,AA,55中的一個(gè),否則繼續(xù)等待PC消息3)格式1: 0F Dist_Addr(小區(qū)地址)+ PC_Addr（中心地址）+ Des_Addr（目標(biāo)采集器地址）+ Src_Relay（原中繼地址）+ Des_Relay（中繼地址）+ Num_Follow（后繼字節(jié)數(shù)）+ Fun_Code（功能碼）+ Code_1 . （數(shù)據(jù)）C

48、RC_Lo（CRC低）+ CRC_Hi（CRC高） 前兩個(gè)字節(jié)正確就接收全部字節(jié),然后判斷是否是目標(biāo)地址或者目標(biāo)中繼地址,然后校驗(yàn);Fun_Code（功能嗎簡(jiǎn)紹）: 01命令: (用表地址讀取數(shù)據(jù))發(fā)送: 01 + 表地址接收: 成功: 01 + 4位表編號(hào) + 表地址 + 2位生產(chǎn)廠家 + 1位狀態(tài) + 4位累積熱量 + 4位累積流量 + 3位瞬時(shí)熱量 + 3位瞬時(shí)流量 + 2位進(jìn)水溫度 + 2位出水溫度 失敗: 01 + 00Mbus校驗(yàn)和錯(cuò)誤: 06 + 0202命令:(修改無(wú)線頻段)發(fā)送: 02 + 頻段號(hào)接收:成功: 02 + 01失敗: 02 + 0003命令:(設(shè)小區(qū)地址,采集器

49、地址,上一跳地址,下一跳地址)發(fā)送: 03 + 小區(qū)地址 + 采集器地址 + 上一跳地址 + 下一跳地址接收:成功: 03 + 01失敗: 03 + 0004命令:(讀取參數(shù)小區(qū)地址,采集器地址,上一跳地址,下一跳地址,無(wú)線頻段)發(fā)送: 04接收:成功: 04 + 小區(qū)地址 + 采集器地址 + 上一跳地址 + 下一跳地址 + 無(wú)線頻段失敗: 04 + 0005命令:(無(wú)線設(shè)地址)發(fā)送: 05 + 4位表編號(hào) + A7 + 32 + 04 + 03 + 表地址接收:成功: 05 + 01失敗: 05 + 00其它: 05 + 0206命令:(用4位編號(hào)讀取數(shù)據(jù))發(fā)送: 06 + 4位表編號(hào) +

50、A7 + 32 + 04 + 03接收:成功: 06 + 4位表編號(hào) + 表地址 + 2位生產(chǎn)廠家 + 1位狀態(tài) + 4位累積熱量 + 4位累積流量 + 3位瞬時(shí)熱量 + 3位瞬時(shí)流量 + 2位進(jìn)水溫度 + 2位出水溫度失敗: 06 + 00Mbus校驗(yàn)和錯(cuò)誤: 06 + 0207命令:(初始化)發(fā)送: 07接收:成功: 07 + 01失敗: 07 + 00格式2: AA Dist_Addr格式3:55 Collector_Addr Dist_Addr只處理這3種格式的消息2. 當(dāng)采集器由于物理原因無(wú)法與集中器通信時(shí)，采集子站用中繼功能實(shí)現(xiàn)命令傳遞。 中繼設(shè)置說(shuō)明:(人工模式)1)如果在中心點(diǎn)

51、可以直接讀到的采集器,不需修改 0F 01 00 08 00 08 02 01 xx CRC 可以直接讀到8號(hào)采集器的數(shù)據(jù) 2)如果在中心點(diǎn)不可以直接讀到,可以使用任意其它可以直接讀到的采集器做中繼7號(hào)不可以讀到,8號(hào)可以直接讀到0F 01 00 07 00 08 02 01 xx CRC 以8號(hào)為中繼讀取7號(hào)采集器的數(shù)據(jù) 8號(hào)向7號(hào)發(fā)送：0F 01 00 07 08 07 02 01 xx CRC3)如果使用方式2(跳一次方式)也不能讀到，則用跳兩次的方法及用兩次中繼如果7不能直接讀到,6也不能直接讀到,但6可以讀到7,8可以讀到6 首先,修改8的中繼模式和下一中繼地址 0F 01 00 0

52、8 00 08 02 21 06 CRC 設(shè)置8的中繼模式為非正常模式（RELAY_MODE=0）, 下一中繼為6，以 中心->8->6->7的方式讀取采集器7的數(shù)據(jù) PC給8號(hào)發(fā)送：0F 01 00 07 00 08 02 01 xx CRC 8號(hào)給6號(hào)發(fā)送：0F 01 00 07 08 06 02 01 xx CRC 6號(hào)給7號(hào)發(fā)送：0F 01 00 07 06 07 02 01 xx CRC 7號(hào)給6號(hào)返回?cái)?shù)據(jù)：F0 01 00 07 07 06 + 字長(zhǎng) + 命令字 + 數(shù)據(jù)位 + CRC 6號(hào)給8號(hào)返回?cái)?shù)據(jù)：F0 01 00 07 06 08 + 字長(zhǎng) + 命令字 + 數(shù)據(jù)位 + CRC 8號(hào)給PC返回?cái)?shù)據(jù)：F0 01 00 07 08 00 + 字長(zhǎng) + 命令字 + 數(shù)據(jù)位 + CRC 兩次以上的中繼同樣的方法設(shè)置,但不具實(shí)用性,并且中繼的方式為線式,由一個(gè)起始中繼只能確定一個(gè)中繼路線。3. 系統(tǒng)參數(shù) 系統(tǒng)參數(shù)分別為：小區(qū)地址（0255）、采集器地址（0255）、表地址（0255），分別配置了不同的地址域。 主程序流