1 引言

　　目前，全球都處于能源緊缺的狀態，節約能源對于中國的可持續發展具有非常重要的意義。國務院令2003年9月1日提出，供水、電、氣、熱單位要抄表到戶，實現抄表到戶是必然趨勢。同時電力、自來水、煤氣、熱力以及物業管理等部門出于對數據統計及收費管理的需要，也迫切要求對傳統的人工上門抄表方式進行變革。

　　傳統的抄表（水、電、氣、熱）需要抄表人員定期挨家挨戶抄取數據,結算出費用后,再到各家索取,這樣的抄表方式誤差大、工作量大,既不方便又不安全。將計算機技術、網絡技術和微電子技術的研究成果應用于抄表系統，不需要人員到達現場就能完成數據自動采集、定時發送和實時監控,節省了時間、人力、物力,提高了工作效率。同時,實時的用戶使用數據,有利于管理部門實現能源的監控管理,提高使用效益,是將來實現能源配送自動化的基礎,并有助于提高管理部門管理現代化水平。

2系統結構和總體方案設計

　　目前我國已建成的小區基本上都采用的是一戶一表制，這就決定了抄表系統具有如下主要特點：系統數據采集點多,數據量大,具有分散性；系統是一個覆蓋面很廣的通信網絡。本文針對以上特點，采用分布式體系結構設計網絡化自動抄表系統。圖1為自動抄表系統總體結構，系統下層由用戶計量儀表、智能數據采集器、監控中心和通信信道構成。基于嵌入式系統的智能數據采集器，用于數據采集和住戶耗能設備的控制。監控中心實現對用戶儀表的使用的監控、計量和計費，形成數據文件并定期以短信或郵件形式向用戶發送繳費通知。本系統的通信信道主要包括監控中心與智能數據采集器之間的通信信道和智能數據采集器與用戶計量儀表之間的通信信道。下層（智能數據采集器與用戶計量儀表之間）采用短程無線通訊方式；上層（監控中心與智能數據采集器之間）采用GPRS無線通信方式。
　　　　　　　　　　　　　


　　

3智能數據采集器設計

　　本系統基于嵌入式系統設計智能數據采集器，該數據采集器作為整個系統的核心起到橋梁作用。智能數據采集器采用SUMSUNG公司的S3C44B0X芯片作為硬件的核心，并配以簡潔的外圍電路實現“四表合一”的數據采集及住戶耗能表設備的控制功能，即：①通過籃牙通訊模塊與各計量儀表進行無線通信。采集調理過的脈沖輸入信號和電流、電壓模擬輸入信號，整理保存儀表數據等待抄送。②數據采集器將數據打成IP包，再通過GPRS接口接入GPRS網絡，將數據傳送到監控中心。③接收來自監控中心的控制信號，同時通過各種傳感器監視房間內是否有煤氣泄漏、火災或長時間家中無人等情況，當出現用戶欠費或異常等情況時控制用戶耗能設備關斷。

　　基于嵌入式系統的智能數據采集器的硬件構成主要包括：中央處理單元、數據采集存儲模塊、無線通信模塊、各類傳感器監測單元、耗能設備控制模塊和狀態顯示部分。智能數據采集器的外圍電路與S3C44B0X芯片的連接方法如圖2所示。

3.1數據采集存儲模塊

　　在綜合考慮了產品性價比的基礎上，本系統選取三星公司的 32 位微處理器S3C44B0X芯片。選擇一片AMD公司的FLASH芯片 AM29V160作為數據存儲部件，設定其地址從0x0000,0000到0x001f,ffff。扇區（sector）分布為：工作在雙字節模式下，共36個扇區，除前8個扇區的大小為8KB外，剩余扇區的大小均為64KB。在數據采集器中要運行一個小型操作系統，因而比一般的單片機系統對內存的要求要高。本系統選用HYUNDAI公司的HY57V641620的SDRAM,容量16ⅹ4Mbit，數據寬度共8MB。設定其地址從0x0c00,0000到0x0c7f,ffff。只需要設置S3C44B0X的兩個寄存器（BWSCON和BANKCON6）就可使其正常工作。

　　S3C44B0X內部集成了一個10位CMOS數模轉換器ADC，它包括一個8通道的模擬輸入、自動過零比較器、時鐘發生器、10位連續近似寄存器（SAR）和輸出寄存器，并提供軟件選擇的運行模式。本系統充分利用 S3C44B0X片內所帶ADC與儀表前端互感器的輸出端相連，將采集到的標準模擬信號引入成為系統重要的輸入部分，為系統數據分析和傳送的信息來源。需要注意的是，這個片內ADC并沒有采樣/保持電路，因此輸入信號頻率的范圍規定在0-100HZ之間。如果實在需要采集更高頻率的輸入信號時，則可在外部增加一個采樣/保持電路。

3.2無線通訊模塊

　　在智能數據采集器與用戶計量儀表之間通過短程無線通訊方式進行數據傳輸，系統采用Nordic公司的收發芯片 nRf401。nRf401是工作在433MHZISM頻段的單片UHF無線收發芯片，它采用FSK調制解調技術，工作速度可達20kbps，發射功率可調，為+10dBm.天線接口設計為差分天線，便于使用低成本的PCB天線。該芯片具有待機模式，可以更省電和高效。nRf401通過串口直接與S3C44B0X連接，其電路原理如圖3所示。
　　　　　　


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 nRf401電路原理圖

　　　監控中心與智能數據采集器之間采用GPRS無線通信方式。考慮性價比，選用SIEMENS公司的TC45模塊。TC45模塊是一款基于GSM/GPRS引擎的無線通信模塊。可工作于900MHz和1800MHz兩種頻率。帶有九個通用接口、兩個串口以及語音模塊。該模塊內嵌TCP/TP 協議，通過J2ME平臺，用戶可以直接對TC45模塊進行軟件開發。TC45通信模塊硬件組成見圖4。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4 TC45通信模塊硬件組成框圖
　　　　　　　　　　


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5 系統軟件功能框圖

3.3各類傳感器監測單元

　　采用等離子感煙探測器火災信號, 采用一氧化碳探測器監測煤氣泄露信號,采用紅外探測器監測房間是否有人。將各類傳感器監測信號通過S3C44B0X的通過無線傳輸方式送入智能數據采集終端,作為控制耗能設備的依據。

3.4 耗能設備控制模塊

　　通過S3C44B0X的通用I/O端口分別接水、電、氣、熱控制設備.根據住戶交費情況和是否有意外發生.控制相應設備的通斷.實現家庭能源自動管理.尤其是室內長時間無人時停水停電進行節能控制。

4 系統管理軟件功能

　　該系統中，以 DELPHI為工具開發管理軟件，通過無線通訊網絡對儀表進行數據采集和參數設置，并將得到的數據進行處理和分析以對儀表進行檢測和控制。

　　系統中管理計算機與數據采集器之間為一主多從的通信結構,管理計算機可與每個數據采集器通信。系統采用多點輪詢的通信方式,即管理計算機按數據采集器地址呼叫, 數據采集器接收后,把按照通信規約存儲的數據上傳到管理計算機。系統軟件功能框圖如圖5所示。系統管理軟件主要由遠程自動抄表、數據庫管理、用戶查詢、聯網收費、遠程監控、繳費通知和報表打印等部分組成。

5 結論

　　本文所設計的網絡化自動抄表系統，采用藍牙短程無線通信技術、GPRS無線通訊技術和嵌入式系統等先進技術。該系統通過無線通訊網絡實現數據信息的傳輸，具有無需布線、工作量小、傳輸數據量大、準確性高、通信費用低等特點，具有廣泛的應用前景并能創造很高的社會效益和經濟效益。