基于Proteus的遠程抄表系統(tǒng)設計與仿真

隨著生活水平的提高，人們對資源的消費日益增長，資源消費的計量、管理和收費工作日益繁雜，提高管理層次和自動化水平的產(chǎn)品因此應運而生。但以往耗能表的抄收為人工方式，不能保證數(shù)據(jù)的準確性和實時性，還會造成大量人力、物力及時間的浪費，同時帶來錯抄、漏抄、估抄的現(xiàn)象。因此傳統(tǒng)超標方式已經(jīng)越來越不能適應今后住宅的發(fā)展需求和人們的生活需求，取而代之的將是是戶外的遠程抄表系統(tǒng)，即利用傳感、控制、網(wǎng)絡等技術(shù)將每個用戶的耗能表數(shù)據(jù)自動采集到采集器中，再由采集器將數(shù)據(jù)傳送到戶外的集控器中，然后通過網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)傳送到上位監(jiān)控主機中，進行分析、計量和儲存。最后，能源供給公司再根據(jù)上位機計算出來的住戶消費費用進行電子收費。這種方法既節(jié)省人力、物力、時間，又能保證準確性和實時性。

系統(tǒng)組成及其工作原理
該遠程抄表系統(tǒng)主要是由PC上位機、集控器和采集器三部分組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框架圖

從上圖中可以看出，抄表系統(tǒng)分三個層次，最上層為小區(qū)中央處理機，用來全面監(jiān)控；中間層由小區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)(以太網(wǎng))構(gòu)成，是數(shù)據(jù)傳送的大通道；最底層為四表數(shù)據(jù)采集層，由RS485網(wǎng)絡構(gòu)成，完成四表的數(shù)據(jù)采集、集中并向上位機傳送的功能。上層是利用VB語言設計的一個界面友善、操作方便的軟件系統(tǒng)，用戶只需要簡單的按鍵操作就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)口進行遠程收發(fā)。發(fā)送的命令，經(jīng)內(nèi)部局域網(wǎng)傳送到遠端的網(wǎng)口轉(zhuǎn)串口設備。中層的集控器主要負責對命令識別并實現(xiàn)該命令的相關(guān)操作，如全抄表、單用戶抄表和定時抄表命令。下達的命令經(jīng)RS485總線網(wǎng)絡傳送給各個用戶家中的采集器中，然后對脈沖表（如煤氣表、水表、電表等）進行讀取并存儲，最后再經(jīng)RS485總線上傳。

系統(tǒng)主要硬件電路設計
本系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能使四表數(shù)據(jù)通過小區(qū)內(nèi)局域網(wǎng)傳輸。其采用了臺灣摩挲公司的串口上網(wǎng)接口設備Nport Express DE-311，它是一種單片機網(wǎng)絡接入設備，有兩個端口，一個是RS232或RS485電平的輸入接口，另一個是網(wǎng)絡接口，內(nèi)部自動對數(shù)據(jù)進行TCP/IP封裝，對用戶來說是完全透明的，如圖2所示。該設備在市面上已經(jīng)非常普及。

圖2  Nport應用圖

集控器的硬件電路設計主要包括CPU、外圍存儲模塊和數(shù)據(jù)上傳/下載模塊，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。本設計中，CPU選用的是AT89C51；外圍存儲模塊選用了串行E2PROM的24C02芯片，它是基于I2C-BUS 的存儲器件，遵循二線制協(xié)議，具有接口方便、體積小、數(shù)據(jù)掉電不揮發(fā)等特點，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應用。系統(tǒng)設計采用了脈沖抄表的原理，四表都是脈沖式的數(shù)字表，主要由霍爾傳感器組成。數(shù)字表內(nèi)的感應器每旋轉(zhuǎn)一周，發(fā)出一個脈沖，使耗費量和脈沖數(shù)成正比，可根據(jù)脈沖數(shù)來確定用量的具體值。采集模塊主要由ULN2003、74LS378、7411、CD40174等四個芯片組成，最多可采集6路數(shù)據(jù)，由于本設計中只采集四表數(shù)據(jù)，所以有兩路懸空未用。

圖3 集控器的硬件電路

CD40174芯片的Q0～Q3分別接至AT89C51的P1.0～P1.3。同時，7411芯片產(chǎn)生的負脈沖信號送至單片機的INT0，以便有智能終端脈沖產(chǎn)生時，使CPU能產(chǎn)生中斷，進行采集。對P1.0～P1.3進行循環(huán)查詢，則可知采集的脈沖數(shù)來自哪個數(shù)字表，采集程序流程如圖4所示。

圖4 采集程序流程圖

系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設計
系統(tǒng)的軟件設計主要包括兩部分，一是采集器和集控器的C語言編程，二是上位機的控制程序編程。這里主要介紹上位機程序編程。上位機操作平臺采用VB編程，與網(wǎng)絡的聯(lián)系通過一個通用控件Winsock來完成。Winsock控件對用戶來說是不可見的，它提供了訪問TCP和UDP網(wǎng)絡服務的方便途徑，通過設置控件的屬性并調(diào)用就可輕易連接到一臺遠程機器上去，并且還可雙向交換數(shù)據(jù)。它提供了兩種傳輸模式，即TCP和UDP。由于TCP模式是一種面向連接的傳送方式，在傳送數(shù)據(jù)前，通信雙方必須都收到對方的回應信號才能啟動數(shù)據(jù)的傳輸，因而占用了大量的時間用來完成握手信號的傳送，而UDP模式是一種快速存取數(shù)據(jù)的通信方式，發(fā)送與接收都不需要重新建立聯(lián)機，節(jié)省聯(lián)機的時間，本設計中采用UDP模式。軟件系統(tǒng)設計選擇了用Vista透明窗體風格，主要包括軟件登陸模塊、用戶管理模塊、系統(tǒng)設置模塊、抄表設置模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、計費設置模塊等部分，其中大部分模塊設計中都涉及到了數(shù)據(jù)庫操作。

結(jié)語
該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)有線抄表方式的弊端，傳輸數(shù)據(jù)量大、準確性高、通信費用低。其基于Proteus技術(shù)，組網(wǎng)靈活、易于擴展,使設計與施工的難度和成本得以降低，具有良好的開放性、可靠性和可擴充性，有著重要的現(xiàn)實意義與廣闊的發(fā)展前景。