180医院新宿舍楼光电远传水表抄表系统的设计和实现.docVIP

精品论文 参考文献 180医院新宿舍楼光电远传水表抄表系统的设计和实现 郭亮仁 　　中国人民解放军第180医院 　　摘 要：本文综合运用光电技术、单片微机技术、电子技术、网络通讯技术等详细探讨和介绍了无源光电直读水表的构成和工作原理、数据集中器的组成和功能以及远程抄表管理系统的M-bus通讯和组网的实现。 　　关键词：光电、单片微机、M-bus、通讯 　　1、引言 　　光电直读水表是近几年快速发展起来的一种无源直读式水表，是在原有的普通机械水表上增加光电读取字轮位置的电路模块而制成，平常无需电源支持，抄表累积数等于机械表读数。解放军第180医院新建宿舍楼对265间集体宿舍安装了光电水表，实现了住户用水远程自动化管理，减轻了后勤员工管理负担，降低了抄表成本，开启了医院用水管理的数字化、智能化。下面对无源光电直读水表进行详细介绍和探讨。 　　2、光电直读水表工作原理 　　2.1设计思想 　　光电直读水表框架图如图2-1-1所示，经水表计量腔体的水，推动叶轮旋转，叶轮顶部齿轮啮合计数器齿轮，齿轮按10的n次方逐级分布为10-4，10－3，10－2，10－1组成小数点位数的读数，10－1齿轮与个位数字轮的齿轮啮合，每前面一个字轮旋转一周齿轮推动下一个位数字轮旋转36deg;，字轮的进位以此类推。水流动时叶轮旋转，带动字轮旋转，水静止，叶轮停，字轮止，利用光电直读原理，用电子装置直接读取机械字轮上面的读数，需要读表数据时，数据传输设备给出一个脉冲电流瞬间读取字轮代码，单片机解析代码给出字轮面上的数字，这就是光电直读水表读表原理。 　　图2-1-1电直读水表框架图 　　2.2光电模块的组成 　　四位光电直读模块是一个以单片机为核心的嵌入式采集系统，下面进行介绍。 　　图2-2-1光电直读模块框架图 　　光电直读模块关键之处是与光电直读表的机械字轮相配合的光电发射和接收管控制功能单元，每一个机械字轮都有对射的光发射管和光接收管来对其位置进行识别，单片机通过逐一驱动光发射管发光，接收管接收到红外光束后电平产生变化，接收管没有接收到光束电平不变，接收管电路图[1]参照图2-2-2。接收管导通后，单片机迅速解析，以此来断定字轮的实际位置。单片机的IO口为光电控制模块的数据采集口。 　　图2-2-2接收管电路图 　　MBUS专用模块用于智能水表同上位设备通讯，该模块是无极性连接，功耗低，具有动态电平识别的接收逻辑和防掉电功能，可提供稳压电源和支持远程供电，使智能水表由总线供电，半双工下波特率可达9600bps，通讯距离可达2.4Km[2]。 　　本智能水表还设计了阀控功能，单片机接到上位机开关阀命令后可以驱动控制水阀开关，阀门选用结构简单、水阻小的电动球阀。水表电机引出5根线，其中2根作为电源线，2根作为开、关检查线，1根作为公共地线，电源线由单片机通过L91105芯片引出，如图2-2-3所示。 　　图2-2-3阀门驱动电路图 　　2.3数字化编码原理 　　在旋翼式水表中，并排安装有四个相同的字轮，如图2-3-1所示，在每个字轮上印有相同的数据：O，1，2，3，4，5，6，7，8，9，这些数据以相等间距均匀地分布在字轮的周边，按照一定的规则在圆面上开透光孔，在水表计数的每个字轮一侧安装5组红外传感器件（发射管）, 在另一侧与传感器件相对应的位置上装上5组感应装置（红外接收管）。传感器按照一定的规则在同一圆周上分布,红外发射管发射红外光束，接收管接收到光束而引起电平变化，记为1，否则为0，直读水表的个、十、百和千位都是通过这种方式直接判定。 　　图2-3-1字轮构造及装配示意图 　　字轮中心轴位置不会移动，只有数字会按固定半径顺时针方向递进，这样通过五个编码组管的通断状态,得到字轮相应的转角位置和五位字码，译码后显示与水表窗口示值相同的数字，表2-3-1是模拟字轮位置的读取信息。 　　表2-3-1传感器状态组合与水表显示数字间的对应关系 　　3、远程集中抄表组网技术 　　3.1整体结构 　　远程集中抄表系统主要由上位机管理系统、集中器和智能水表等三级网络构成。它的网络拓扑结构如图3-1-1所示： 　　图3-1-1远程抄表网络拓扑结构图 　　上位机至集中器采用TCP/IP或RS-232通讯。TCP/IP协议即在数据链路层上增加网络层和传输层，网络层使用IP协议，传输层使用UDP或TCP协议，将从集中器接收的信息转换为适合于网线传输的信号。 　　RS-232串口通信是一种以字节为传输单元的异步通信方式，是PC机及工业通信中应用最广泛的一种串行接口形式[4]，通信时在发送端将数据以字节为单位进行封装，即为每一字节增加起始比特和停止比特，必要时也可增加奇偶校验比特。串口通信数据传输字节格式如图3-1