数据采集器的研究和设计.docx

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数据采集器的研究和设计

数据采集器的研究和设计

中文摘要

自动抄表系统的实施，大大降低能源损失，提高企业的经济效益和能源管理水平。

具体目标包括：

系统应能够排除人为因素，全面、准确、直接、实时监控各种能源信息；系统应为能源的合理调度和成本考核提供决策支持；系统具有事故报警功能，并可提供事故处理方案支持。

自动抄表系统由主站、信道、集中器、采集器、485模块和电能表构成。

主信道（上行）采用公用电话网（PSTN），采集器和电能表之间采用屏蔽双绞线（485总线），用于采集电能表数据。

数据采集器在整个抄表系统中占这非常重要的一部分。

主要负责对指定仪表进行数据采集和处理，并将数据通过网络汇总到通讯工作站。

包括一下几个方面：

1、主站PC将数据查询命令发给数据通讯及处理工作站。

收到命令后，发送数据采集命令给相应的现场数据采集设备。

2、现场数据采集设备收到命令后，完成相应仪表数据的采集，并将数据上传给数据通讯及处理工作站。

主站PC收到数据后，对数据进行组织完，以相应方式显示。

3、现场数据采集设备按系统设定的采集频度读取现场各仪表数据并进行处理，若有报警信息，即刻将报警信息上传数据通讯及处理工作站。

该系统由于采用了双485总线结构，故数据传输速率高，可靠性高，又因为电能表采用内置式485转换模块，脉冲传输更为可靠[1]。

关键词：

采集器，单片机，电能表，通讯协议

DataAcquisitionSystemResearchandDesign

Abstract

Theimplementationofautomaticmeterreadingsystems,andgreatlyreduceenergylossandimprovetheeconomicefficiencyofenterprisesandenergymanagementlevel.Specificobjectivesinclude:

systemsshouldbeabletoremoveman-madefactors,comprehensive,accurate,direct,real-timemonitoringofenergyinformationsystemfortherationalmanagementofenergyandcostassessmenttoprovidedecisionsupport;accidentalarmsystemisfunctional,andprovidetreatmentoptionsaccidentsupport.

Automaticmeterreadingsystemfromthemainstation,channel,andconcentrate,Collector,485modulesandameter.Themainchannel（uplink）usingthepublictelephonenetworks（PSTN）,theacquisitionanduseofmeterbetweenunshieldedtwistedpair（485totalLine）willbeusedtocollectmeterdata.

Dataacquisitionsysteminthewholeofthisveryimportantpart.Mainlyresponsiblefor

thedesignatedinstrumentfordatacollectionandprocessing,anddatacommunicationsthroughthenetworktoworkstationssummary.Includingafewareas:

1,themainstationforPCdatatothedatacommunicationandcommandandprocessing

workstationsReceivedorders,orderssenttothecorrespondingdatacollectionfielddataacquisitionequipment.

2,fielddataacquisitionequipmentordersreceivedaftercompletionofthecorrespondinginstrumentdatacollection,anduploaddatatothedatacommunicationandprocessingworkstations.MainStationPCreceiptofdata,dataorganizationEndtothecorresponding

format.

3,fielddatacollectionequipmentsystemsetbythefrequencyofcollectionatthemeterreadinganddataprocessing,ifthepoliceinformation,thepolicewillinstantlyuploaddatacommunicationandinformationprocessingworkstations.

Becausethesystemusesdual-485structure,thehighdatarates,highreliability,andbecausebuilt-meterby485convertermodule,pulsetransmissionmorereliable.

Keywords：

Collector,microcontroller,meters,communicationprotocol

第1章绪论

1.1引言

长期以来，各行业（电、水、气、）管理部门对客户所使用的有关量值均采用人工抄表方式或用户自抄自报方式。

实践结果，无论是管理部门管理人员还是委托、雇佣他人，只要手工抄表都存在不按时，不到位，估抄、错抄、漏抄现象，抄表周期长，资金回流慢，当然自抄自报更是不好考证了，对于发生窃（电、水、气）无法实时监控、及时查处，从而造成企业损失严重。

1.2研究背景及意义

随着计算机技术和通讯技术的飞速发展，远程自动抄表已成为发展必然趋势，其应用领域极为广阔。

自动抄表（AutomaticMeterReading-AMR）是指采用通讯和计算机网络等技术,通过专用设备对表计自动读取和处理表计数据的过程。

通过系统的实施，降低能源损失，提高企业的经济效益和能源管理水平，作好实施ERP的前期准备工作。

整个系统主要包括现场数据采集系统（现场仪表、现场数据采集设备）、通讯信道、主站系统、信息浏览等四个部分。

自动抄表系统是一个综合性的应用系统，牵涉工业现场数据采集、数据传输、网络应用、数据库技术、信息发布与共享等方面的技术应用；对技术的先进性以及系统的实时性、安全性和可靠性均要求较高；同时还要考虑到与ERP系统的连接。

先进性：

企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架。

采用以太网技术，确保系统在同行业中具有先进水平。

实用性：

按照每个公司的实际条件，选用合适的装备。

在满足设计目标的前提下，控制投资规模。

开放性：

建立开放的系统平台，方便地扩充。

任何符合标准的系统或设备可以无缝接入；可以与企业内部其它系统，如ERP等方便地连接。

可靠性：

系统必须稳定、可靠，功能完善，系统所选用的设备及配件必须满足国家相关标准。

安全性：

采取相关措施确保数据信息不丢失，并能够抵御非法用户的入侵。

1.3本文主要研究内容

本文主要研究的方向是自动抄表系统中的数据采集部分。

第2章简要介绍了自动抄表的原理和结构示意图；第3章重点介绍数据采集器的设备和结构，以及数据采集器结构原理框图和常见故障处理；第4章分析数据采集器的硬件结构和主从机的电路原理图；第5章软件（主、从）部分程序流程图；第6章调试软件的介绍和界面操作分析。

第2章自动抄表系统

2.1自动抄表系统的构成

自动抄表系统主要由采集器、电能表、集中器、数据传输通道、主站系统构成。

自动抄表系统是一个综合性的应用系统，牵涉工业现场数据采集、数据传输、网络应用、数据库技术、信息发布与共享等方面的技术应用；对技术的先进性以及系统的实时性、安全性和可靠性均要求较高；同时还要考虑到与ERP（企业资源规划）系统的连接。

2.2自动抄表的原理及框图

1、系统总体方案设计主要采用以下技术：

（1）采用先进的以太网技术。

它能够满足工业自动化系统对实时性的要求以及分布化、智能化的发展方向，并可与Intranet/Internet信息应用技术紧密结合。

（2）采用多层防护技术，确保系统的安全。

系统的安全性包含：

不被网络病毒侵害。

采用网络防病毒软件，保护系统不受网络病毒侵害;不受非法、恶意的网络攻击。

采用防火墙技术，隔离对系统的非法、恶意的攻击。

应用程序有严格的身份及权限确认机制。

（3）实现统一时刻的现场数据采集。

采用GPS（GlobalPositionSystem,全球定位系统）时钟作为系统的标准时钟。

主站系统的计算机通过GPS获取准确时钟。

现场数据采集设备利用广播命令，在统一时刻“冻结”仪表数据，然后逐个采集已“冻结”的数据。

（4）利用分布采集、集中管理的技术，使水、电、汽能源数据集中到同一系统平台。

系统将水、电、汽能源数据分布采集并集中到主站系统，集中处理和维护，减少了中间环节，也就减少了系统的不稳定因素。

相对集中的一个系统平台，也为系统维护、数据共享提供了诸多便利。

（5）通过开放的架构和标准数据接口，实现与ERP系统的连接。

能源实时监控与信息管理系统所有采集的数据以及相关的统计、计算结果都可以提供给ERP系统共享使用。

从ERP系统角度出发，能源实时监控与信息管理系统实质上构成了ERP的一个重要子系统。

与ERP系统的无缝连接主要依靠两个技术因素：

能源实时监控与信息管理系统从现场数据采集到主站系统都是采用开放的以太网络架构，它与ERP系统遵循相同的网络体系结构。

两者都连到有安装数据采集器公司的光纤主干网上，在物理上可以实现互联。

能源实时监控与信息管理系统的主站系统采用ORACLE数据库系统，它遵循国际上通用的数据库访问标准ODBC（OpenDatabaseConnectivity,开发式数据库互联）。

ODBC最主要的特点就是开放和互联。

开放的意思是遵循ODBC标准的前台开发工具可以访问任何一种遵循ODBC接口标准的数据库产品。

互联的意思是遵循ODBC标准的数据库产品可以互联互通。

目前，主流的软件开发工具和数据库都支持ODBC标准。

ERP系统可以通过ODBC访问《能源实时监控与信息管理系统》的数据库，获取所需的数据[2]。

图2-1抄表系统的组成结构示意

第3章数据采集器的概述

3.1数据采集器结构框图和分析

图3-1现场数据采集器的结构框

数据采集器结构分析：

（1）中央处理器:

它是现场数据采集设备的控制中心。

运行内部固化的指令代码，控制、协调其它部件的运行。

内部固化的代码，具有加密机制，安全、可靠。

（2）以太网接入设备:

它负责现场数据采集设备与以太网的连接。

从主站系统下传的命令通过它到达现场数据采集设备内部，现场数据采集