基于LonWorks智能小区抄表系统的设计

摘要：介绍了一种基于Lonworks的智能小区自动抄表系统方案。

关键词：Lonworks 智能小区　自动抄表系统　设计开发

中图分类号：TP273　文献标识码：B　文章编号：1002－2422(2008)03－0018－02

1　系统方案设计

系统中采用脉冲计量表，系统的抄表采集模块分为表头信号采样模块和抄表采集器两部分。表头信号采样模块完成各表读数值的采集计算及信息反馈；抄表采集器中将Neuron芯片作为通信芯片，完成通信处理功能，扩展微控制器AT89C51芯片完成数据的采集功能。

系统采用Lonworks现场总线进行网络化管理。智能小区分三层结构，即管理中心、Lonworks网络和智能控制器有机结合在一起。管理中心是小区网络管理控制中心和小区局域网连接Internet的通道；Lonworks网络是传输各种数据的通道；智能控制器是智能网络上的节点，用于采集数据。

智能小区管理中心计算机运行小区管理软件和Lon－works网络管理工具。每个路由器通过Lonworks网络连接居民楼的智能控制器，管理中心通过路由器和每个用户家里的智能控制器相连接。智能控制器由Neuron芯片扩展的主控制模块及89C51单片机扩展CPU组成。Lonworks主控制模块是智能节点的基本构成单元，以Neuron芯片为核心，通过固件完成LonTalk协议的数据传输。其中的IO8引脚输出同步时钟；IO9引脚是串行数据输出；IO10引脚为串行数据输入；选择IO5引脚作为片选信号输出。Lonworks总线主控制模块与AT89C51的通信采用RS232同步串行方式，使用Neuron主控方式，AT89C51接收同步时钟输入，两者的通信连线如图1所示。主控制模块用于通信和控制，其中的收发器负责将智能节点连入Lonworks网络。微控制器AT89C51对输入/输出数据的处理及驱动功能，对脉冲输入信号计数，并完成与主控制模块的数据传输。

2　智能小区抄表系统硬件设计

智能控制器中的单片机扩展系统，其硬件构成以微控制器AT89C51为核心，8259A控制器及输入和中断响应电路组成前端通道，连接水、电、煤气及其他测控信号，RS232串行标准总线实现系统与Neuron芯片的联接并通过Lon－works网络与小区管理中心通信。8259A每片可接受八级中断源，超过此数时，可采取级连方式。系统中，8259A中断控制器配合89C51微处理器控制外部中断源，为微处理器分析、判断、决定中断请求信号的优先权。原理如图2所示。

此单片机扩展系统的双CPU主要功能有：

(1)集水表、电表、煤气表三路脉冲表的信号于一体，可支持单触点、双触点等多种输入方式，可同时支持三种不同的脉冲表：

(2)能采集脉冲宽度>10 ms的脉冲信号：

(3)具有内、外部时钟，可进行分时段计费：

(4)具有掉电保护电路，保证停电时计数数据不丢失；

(5)具有低电压检测电路，电压低于一定值时，向中心计算机传输重要数据并报警；

(6)能向外部提供12 V/100mA或5 V/100 mA电源。

其工作过程为：系统采用的各表为脉冲计量表，当用户使用各能源时，各计量表将用户使用量以脉冲形式通过8259A芯片传给单片机，并记录各表数据。各表输出脉宽可变化的脉冲信号，经输入电路处理后送到8259A，在8259A中进行逻辑判断，经判断允许某一路优先权最高的中断源向89C51提出申请，而其余的中断申请信号排队等待并得以保存。这样脉冲信号不会丢失，从硬件电路方面能够确保系统采集信号的准确度，得到中断请求的89C51会比较当前运行程序与中断申请的优先级别，经中断申请与响应电路向8259A发出中断响应信号，INTA系统根据各表输出脉冲数计算实际使用量的公式如下：

(1)用水量=脉冲数×每个脉冲代表的流量

(2)用电量=脉冲数×每个脉冲代表的电度数

(3)用气量=脉冲数×每个脉冲代表的煤气量

此外，系统还扩展了LCD显示、EEPROM存储器、外部时钟芯片、看门狗电路、掉电检测和报警电路等。

3　智能小区抄表系统软件设计

单片机系统的软件主要由主程序、掉电中断程序、数据采集子程序、数据显示子程序、串行中断子程序等组成。系统采用模块化设计方法，并用51C语言编制，充分利用C语言强大的计算功能，提高编程效率和软件的可读性、可扩展性。这里主要介绍初始化和数据采集处理模块。初始化中包括8259A的初始化；数据采集部分，主程序采取循环采集数据的方式，并对接收到的命令进行分类，然后转相应的命令处理子程序，如图3所示。

4　结束语

系统采用了中断方式的数据采集方案，扩展系统采集数据误差小、网络可靠性高、结构简单、维护方便。