遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)

名稱： 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計 目 錄第1章電力載波抄表系統(tǒng)總體設(shè)計.1.1 自動抄表系統(tǒng)的組成第2章 數(shù)字電表的設(shè)計.2.1系統(tǒng)功能需求分析 2.1.1主要性能參數(shù) 2.1.2 應(yīng)完成的主要功能2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.2.1電能計量模塊設(shè)計 2.2.2 液晶顯示模塊選擇2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計2.4 本章小結(jié)第3章 介紹低壓電力線載波通訊方案.3.1電力載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)功能分析3.2 系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計思路3.3 系統(tǒng)的組成和各部分的功能3.4 本章小結(jié)第4章 電力線載波抄表系統(tǒng)集中器軟件的設(shè)計.4.1通信協(xié)議的制定4.2集中器軟件設(shè)計4.2.1主程序設(shè)計4.2.2 集中器向上位機的數(shù)據(jù)傳輸4.3本章小結(jié)第5章 介紹上位機管理軟件的設(shè)計思路、繪制程序流程圖.5.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計及工作原理5.1.1系統(tǒng)硬件方案設(shè)計5.1.2 通訊方式選擇5.2 傳輸接口和協(xié)議選擇5.3 實時串行通訊程序設(shè)計5.4 數(shù)據(jù)庫的建立5.5 利用Data 數(shù)據(jù)控件訪問數(shù)據(jù)庫5.6 使用DBGrid 控件瀏覽數(shù)據(jù)庫5.7本章小結(jié) 結(jié)論.參考文獻.第一章 電力載波抄表系統(tǒng)總體設(shè)計1.1自動抄表系統(tǒng)的組成圖3-1是基于電力線調(diào)制解調(diào)器的自動抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)以供電局的計算機抄表中心為主站，以電力變壓器10KV/380V供電的每個小區(qū)為相對獨立的子系統(tǒng)，在這些子系統(tǒng)中，集中器又相當(dāng)于主站，電能表以及數(shù)據(jù)采集器為從站。采集器的作用是采集多個用戶的電表數(shù)據(jù)，通過電力Modem的調(diào)制解調(diào)，并經(jīng)22OV低壓電力網(wǎng)用載波方式送到集中器，集中器再通過公用電話網(wǎng)或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)(如光纖或無線電通信等)把數(shù)據(jù)傳送到供電局的計算機抄表中心。 由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖可知，自動抄表系統(tǒng)是將電表數(shù)據(jù)從下而上逐級傳送完成，也可以根據(jù)實際情況的需要進行數(shù)據(jù)雙向傳輸，該系統(tǒng)可分為五個主要組成部分：(1) 電能用戶表；(2) 數(shù)據(jù)采集器；(3) 電力線Modem；(4) 集中器；(5) 計算機抄表中心。 ModemModem電話網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)電力線Modem采集器集中器低壓/電力網(wǎng)電力線Modem供電局計算機抄表中心電能表 圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4抄表系統(tǒng)各組成部分的功能是:(1) 電能用戶表對于電磁式電能表，需在表內(nèi)加裝一只傳感器或光電模塊，將電能表的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號輸出；對于電子式電能表，則可以直接利用表的電脈沖輸出。(2) 數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器實際上是計一費終端和數(shù)據(jù)集中器中間的一個橋梁，它的主要功能在于同時采集多個用戶電能表的電量脈沖信息，并經(jīng)過處理和存儲，通過電力線Modem沿低壓電網(wǎng)送到集中器上。并且當(dāng)接收到上層的命令時，數(shù)據(jù)采集器能夠向計費終端發(fā)出抄表或者斷電的命令。(3) 電力線Modem主要是對采集器送來的數(shù)據(jù)進行調(diào)制和解調(diào)，增強對低壓電網(wǎng)的抗干擾性和減低信道傳輸?shù)恼`碼率。(4) 數(shù)據(jù)集中器數(shù)據(jù)集中器是安裝在小區(qū)的配電站區(qū)的，它的功能是向采集器發(fā)出命令，抄收計費終端的數(shù)據(jù)，然后再通過公用電話網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)集中器能夠接收的數(shù)據(jù)中心的命令，并把相關(guān)命令再轉(zhuǎn)發(fā)給轄區(qū)內(nèi)的指定的數(shù)據(jù)采集器。此外，數(shù)據(jù)集中器還可以定時抄收計費終端的數(shù)據(jù)，并把抄收到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器中。(5) 計算機抄表中心通過通信網(wǎng)對集中器送來的電量數(shù)據(jù)進行分類和儲存、校對抄錄時間、設(shè)置用戶編號和抄表時間、發(fā)布抄錄命令以及統(tǒng)計和計價、為收取電費、線損計算、負(fù)荷控制提供服務(wù)。(6) 集中器與數(shù)據(jù)中心之間的通信數(shù)據(jù)集中器與數(shù)據(jù)中心之間的通訊采用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為通訊媒介，自動抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)集中器之間的通訊主要是電話線Modem模塊之間的通訊，在電力線載波集中抄表器的設(shè)計中，我們利用單片機進行兩地間的數(shù)據(jù)通信，通過單片機及對應(yīng)的控制電路和FSK(移頻鍵控)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）相結(jié)合，借助現(xiàn)有的公用電話交換網(wǎng)（PSTN進行傳輸，來實現(xiàn)兩地之間的數(shù)據(jù)通信功能。PCMODEMRS-232/TTL轉(zhuǎn)換電話網(wǎng)接口單片機電話線接口MODEM圖3-2 集中器與上位機的通信框圖【7】發(fā)送端從PC的RS-232口出來，經(jīng)RS-232/TTL電平轉(zhuǎn)換芯片將RS-232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平送到調(diào)制解調(diào)器，調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)調(diào)制成音頻信號，通過電話通信網(wǎng)傳到對方的調(diào)制解調(diào)器，對方的調(diào)制解調(diào)器將音頻信號解調(diào)成數(shù)據(jù)，再送到對方的單片機中，進行數(shù)據(jù)處理。反之亦然(7) 數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)集中器之間的通信低壓電力線載波數(shù)據(jù)不能夠跨越變壓器，所以數(shù)據(jù)集中器基本上是被設(shè)置在住宅小區(qū)配電站以內(nèi)，數(shù)據(jù)采集器與集中器之間的通訊采用低壓電力線載波通信方式。 第二章 數(shù)字電表的設(shè)計2.1系統(tǒng)功能需求分析本系統(tǒng)是遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的前端部分,主要包括電能的計量、液品顯示.RS-485通信和供電電源四部分。電能計量部分的核心是計量芯片; 前端采樣應(yīng)分別采集電流和電壓信號并數(shù)字化處理輸入給單片機:單片機完成數(shù)據(jù)處理后控制液品顯示用電量,抄表通信時單片機控制串口通信芯片與中繼器進行數(shù)據(jù)交換。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集，自動傳輸。2.1.1主要性能參數(shù)工作電壓 :220Vt 10%測量范圍: 5A40A,Ib=5A,Imax=40A,符合用戶常用要求。儀表常數(shù): 3200imp/kwh測量精度: 1.0級(誤差s1%)功率損耗; <1W顯示方式: 用電量顯示8位有效數(shù)字，6位整數(shù)，2位小數(shù); 通信時的漢字注釋顯示2.1.2 應(yīng)完成的主要功能(1)計量芯片功能電能計量使用小信號采樣,高精度計量,模數(shù)轉(zhuǎn)換和長頻轉(zhuǎn)換高度集成的芯片，實現(xiàn)電最的脈沖輸出，并配以發(fā)光二極管做脈沖輸出指示。(2)液晶顯示功能液品顯示在顯示初期為OOOOOO在用電量到0.01W時，顯OOOOOO 用電量增加時，顯示相應(yīng)增加。開始串口通信時，液晶顯示“通信開始”字樣，通信完成若成功則顯示“通信成功”字樣，若失敗則顯示“通信失敗”字樣。(3)電源功能電源電路除采用雙路電源外，還設(shè)有電池做備用電源，防止在停電時保存的電量丟失。(4)通信功能RS-485的差分通信方式增強了抗干擾性，其外圍電路的設(shè)計提高了通信的穩(wěn)定性1231。.2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計2.2.1電能計量模塊設(shè)計該模塊包括電流采樣，電壓采樣，脈沖輸出和輔助電路。該模塊是獨立電源供電，使用光電耦合器向單片機傳輸數(shù)字信號,有效抑制電網(wǎng)的強干擾對單片機控制系統(tǒng)的影響。2.2.2 液晶顯示模塊選擇采用北京青云創(chuàng)新科技有限公司的液晶顯示模塊(1)液晶模塊選擇LCM19264120。該類液品顯示模塊均是使用KS0108B 及其兼容控制驅(qū)動器，同時使用KS0107B及其兼容驅(qū)動器。因為KS0107B不與MPU發(fā)生聯(lián)系只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動信號和各種同步信號。(2)液晶顯示電路根據(jù)液品管腳功能，繪制單片機與液品模塊連接圖。 2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件應(yīng)用靈活，修改方便，具有較強的移植性，可以允分?jǐn)U展系統(tǒng)的功能。本系統(tǒng)的軟件功能程序包括電能表初始化主程序，電能計量中斷子程序，液品顯示子程序，RS-485通信中斷子程序。2.3.1電能表主程序設(shè)計電能表主程序主要功能是完成單片機的初始化，中斷初始化，液晶顯示初始化等細(xì)節(jié)程序。2.3.2 電能計量子程序設(shè)計電量存儲在30H33H 單元內(nèi)，以BCD碼的形式存儲，每個字節(jié)存儲電量數(shù)的兩位。例如，30H內(nèi)低四位存儲的是電量小數(shù)部分的百分位，高四位存儲+分位。2.3.3 液晶顯示子程序設(shè)計液品顯示子程序比較復(fù)雜，將液晶分位左，中，右三列，分別對應(yīng)寫指令，寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)形式基本一樣，只以寫指令為例。2.4 本章小結(jié)本章進行遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)前端部分的功能設(shè)計，該部分實現(xiàn)了用電量計量，用電量的液品顯示和RS-485 通信的功能。通過理論分析的方法，完成該系統(tǒng)功能的可行性分析。說明了系統(tǒng)元器件的選擇原則，器件的功能，器件的參數(shù)計算，化京下業(yè)人學(xué)下積碩十論文以及系統(tǒng)的工作原理; 繪制系統(tǒng)軟件框圖，用匯編語言編制源程序，實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)預(yù)定的功能。在完成總體設(shè)計的理論分析之后，試制樣機，以樣機為平臺，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，最終使系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到用電量的計最精度小于1%,儀表常數(shù)3200imp/kwh; 液品顯示用電量位數(shù)為8 位，品示6 位整數(shù)，2 位小數(shù): 用電量的數(shù)據(jù)通過RS-485 總線準(zhǔn)確無誤的傳送到中維器。使系統(tǒng)的各項性能參數(shù)指標(biāo)都達(dá)到網(wǎng)家標(biāo)準(zhǔn)要求。第3章 介紹低壓電力線載波通訊方案利用低壓電力線來傳輸用戶用電數(shù)據(jù),實現(xiàn)及時有效收集和統(tǒng)計，提高電力系統(tǒng)對供電質(zhì)量監(jiān)控能力和管理水平，是目前因內(nèi)外公認(rèn)的一個最佳方案。低壓電力線是最為廣泛的一種通訊媒介網(wǎng)絡(luò),采用合適技術(shù)充分用好這一現(xiàn)成的媒介，使低壓電力線載波抄表系統(tǒng)達(dá)到實用化的需求，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效率是顯而易見的。3.1電力載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)功能分析低壓電力線載波通信，是自動抄表系統(tǒng)(集中抄表系統(tǒng))的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié),其解決方案的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)水平和實用性。一個合理的解決方案必須是在充分地考慮了以下問題的基礎(chǔ)上提出:(1)采用合適的工作頻段早在20 世紀(jì)90 年代初期，歐洲就提出了目前全世界范圍內(nèi)在低壓電力線上的任何方式載波都遵循的BSEN50065標(biāo)準(zhǔn),此標(biāo)準(zhǔn)對在低壓電力線上的載波信號的頻段、頻帶和電平等做出了具體的規(guī)定。此標(biāo)準(zhǔn)的第一部分即: BSEN50065-1對頻段的規(guī)定3kHz9kHz為電力公司專用頻段，9kHz-95kHz 為電力公司和經(jīng)電力公司許可的用戶使用的頻段，95kHz-148.5kHz為其它用戶使用的頻段10。鑒于此，抄表系統(tǒng)所使的載波頻段應(yīng)選擇在95kHz以下.關(guān)于這一點，在我國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低玉電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件(DL/T698-1999) 中也已明確提出。(2)達(dá)到可靠的傳輸速率(波特率)的- -項重要技術(shù)指標(biāo)，也是載波通信技術(shù)水平的- -項重要標(biāo)志。對于抄表系統(tǒng)而言，考慮到成本的因素，不宜追求很高的傳輸速率，在性價比合適的前提下，通常速率應(yīng)在2400bps 以下。對實際使用來講，從.300bps-2400bps 都是可行的,但如果太低(比如300bps以下),僅僅用于抄表尚可以使用，但如果系統(tǒng)具備較強的管理功能，比如: 多費率數(shù)據(jù)、相位平衡數(shù)據(jù)、線損數(shù)據(jù)和頻繁抄表等,太低的傳輸速率就無法滿足了。另一方面，速率太低，多數(shù)情況下需要設(shè)備(電表端和集中器) 長時間地處于發(fā)送狀態(tài)，整體功耗就會很大。(3)實現(xiàn)雙向通信功能在抄表系統(tǒng)中，低壓載波通信必須是雙向的，這是因為: 0通信中繼的需要。低壓電網(wǎng)上豐富的噪聲是客觀存在的，對載波信號所呈現(xiàn)出阻抗也是動恣的，而且在用電負(fù)荷很大時，陰抗是很小的(1Z/<1S2是可能的)。因此，設(shè)計通信時必須面對這個客觀，再加上其他因素的影響，數(shù)據(jù)通信的成功率會受到較大的影響，有時甚至?xí)斐蓮募衅鞯奖矶嗽O(shè)備通信的持續(xù)性失敗，這種情況下就需要系統(tǒng)有中繼的功能，而切實可行的中繼方法是表端設(shè)備(采集模塊或采集終端)在集中器的于預(yù)下進行中繼，這就要求從集中器到表端的載波通信必須是雙向，否則將會嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的完整性，有時會因為通信的原因迫使用戶更換采集模塊，其麻煩程度和經(jīng)濟損失是不言而喻的。2 多費率和管理的需要。比如校時、修改時段、斷電等功能，要求通信必須是雙向的".(4)采用窄帶調(diào)制解調(diào)方法出于電力線信道中存在著大最的無規(guī)律干擾源，有窄帶的，也有寬帶的，且電力線的阻抗隨機變化,對載波信號的裒減很大。目前市場銷售產(chǎn)品的調(diào)制解調(diào)方法大致分為點頻和擴頻，而擴頻又分為窄帶擴頻和寬帶擴頻。通常點頻方式需要較大的發(fā)送功常，載波信號幅度有可能超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。寬帶擴頻容易提高傳輸速率，但成本較高，而且占用較寬的頻帶也是資源的浪費。窄帶擴頻是一種比較經(jīng)濟的方法。為了排除以上所述的各類干擾，選擇適合電力網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的通信技術(shù)是關(guān)鍵。在目前的PL通信產(chǎn)品中，主要使用兩種方式，即窄帶通信方式和擴頻通信方式。因為窄帶通信技術(shù)價格低廉并且較為容易實現(xiàn)，所以在以往的應(yīng)用中比較流行。然而，要實現(xiàn)用于家庭或經(jīng)濟產(chǎn)品上的通信與控制網(wǎng)絡(luò)，需要更為可靠的多用戶環(huán)境的PL通信技術(shù)。因此，擴頻載波通信技術(shù)就當(dāng)仁:不讓稱為目前電力線載波通信的首選。擴頻通信相對于窄帶通信而言具有一定技術(shù)上的優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在抗干擾方面。因為擴頻我波信號的帶寬通常較大(幾十至幾百kHz),所以其受干擾的頻率范圍所占比例相對減小，換句話講，就是各種噪聲僅能影響到- 一小部分所要傳輸?shù)男盘?而大多數(shù)的信號都能夠完整、正確的到達(dá)目的地，所以對于各種類型的F擾都只有較強的抵抗性。3.2 系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計思路設(shè)計以經(jīng)濟實用,滿足人們需要為目的,以制作實用價值的產(chǎn)品為設(shè)計理念。本系統(tǒng)選擇的元器件幾乎全部是通用器件，使硬件電路搭建方便: 并且盡量樂縮硬件使用數(shù)量，軟件可以實現(xiàn)的功能就不使用硬件,保證了最小量干擾或破壞因素對硬件電路的影響。從用戶和管理者使用便利方面著手功能設(shè)置，免去人工操作,實現(xiàn)自動化，電能表自動完成電能計量,數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)真正意義上的自動化，為人們的生活創(chuàng)造最大的便利空間.3.3 系統(tǒng)的組成和各部分的功能數(shù)字電表: 主要包括電能的計量、液品顯示、RS-485通信和供電電源四部分。電能用計量芯片采集電流和電壓，傳送到單片機計數(shù)器的端口,單片機完成數(shù)據(jù)處理后控制液品顯示用電最，抄表通信時單片機控制RS485 芯片與中繼器進行數(shù)據(jù)交換。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集,自動傳輸.通訊部分:以微處理器與專用電力線載波芯片構(gòu)成中維站,能通過RS-485 總線實現(xiàn)中繼站與電表實現(xiàn)主從式通訊; 通過RS-232 總線實現(xiàn)中繼站與上位機進行一對一通訊。中繼站是整個通訊部分的主體，再配合外圍電路，構(gòu)成了抄表系統(tǒng)的通訊部分。系統(tǒng)通訊模塊以生產(chǎn)現(xiàn)場的雙絞線為通訊媒介，上位機利用的通訊控件實現(xiàn)與下位機的遠(yuǎn)程實時通訊。上位機處理部分:在監(jiān)測現(xiàn)場，為了降低系統(tǒng)的成本,采用單片機系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集和記錄單元。在中央控制中心，利用上位機來完成人機會話，實現(xiàn)監(jiān)測現(xiàn)場的通信。上位機的通訊程序用VB 專門實現(xiàn)串行通訊的MSCOMM控件編寫，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問.3.4 本章小結(jié)本章介紹低壓電力載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的功能需求，說明本系統(tǒng)在工作中存在的基本問題，提出解決現(xiàn)存問題的技術(shù)方案; 闡述本系統(tǒng)總體設(shè)計思想和設(shè)計方案，介紹數(shù)據(jù)數(shù)字電表、中繼器、傳輸模塊和上位機模塊的主要功能。第四章 電力載波抄表系統(tǒng)集中器軟件的設(shè)計電力線載波抄表系統(tǒng)的硬件水平由于擴頻技術(shù)的發(fā)展使其成為可能，而軟件中繼技術(shù)的應(yīng)用使這種可能變成了現(xiàn)實。要使這種建立在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層面上的通信系統(tǒng)得以正確實施，優(yōu)秀的軟件和良好的協(xié)議是必不可少的。系統(tǒng)中各個單元都有對應(yīng)的軟件，整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計既是一個整體，又相互獨立，其間靠通信協(xié)議相互聯(lián)系。本章首先介紹集中器與上位機以及集中器與載波電表之間的通信協(xié)議，然后介紹集中器的軟件設(shè)計。4.1通信協(xié)議的制定本協(xié)議是參照電力部門規(guī)定的通信協(xié)議來編寫的，在某些具體的數(shù)據(jù)格式上采用了特有的組織方式。協(xié)議的規(guī)定是為了使用方便、系統(tǒng)可靠。4.2集中器軟件設(shè)計集中器系統(tǒng)軟件使用匯編語言進行編寫，這種語言具有功能浮點運算、編程靈活和移植性好等優(yōu)點。(1) 軟件設(shè)計思想在設(shè)計應(yīng)用軟件時應(yīng)考慮以下幾個方面：(a) 程序承擔(dān)的任務(wù)：任何一個系統(tǒng)的設(shè)計，都有其具體的應(yīng)和明確的工藝要求，程序設(shè)計的首要任務(wù)就是確定程序承擔(dān)的任務(wù)；(b) 程序的時序性:單片機是按時序運行的，所以程序設(shè)計到抄表任務(wù)的執(zhí)行順序和時間要求；(c) 程序的適應(yīng)性：所謂適應(yīng)性，就是要求設(shè)計出來的程序靈活性，主要考慮將來系統(tǒng)擴展時必要的修改，增加通用性。本文采用模塊化設(shè)計思想，將一個完整的程序分成若干個可以成某些任務(wù)的功能模塊，各模塊又分為若干子模塊，各子模塊之間立，又受主程序模塊的控制。使整個系統(tǒng)層次分明，邏輯清楚，便的編制、調(diào)試、修改和查錯。利用模塊化技術(shù)，可以將錯誤控制限在模塊內(nèi)部而不影響整體，提高了系統(tǒng)的可靠性、靈活性和可維護性。(2) 軟件設(shè)計任務(wù)根據(jù)集中器要完成的功能，軟件結(jié)構(gòu)主要包括：主程序模塊(集中器接收上位機的命令、集中器抄收下位載波電表的數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)塊、等。(a)上位機下發(fā)給集中器的指令全抄指令：上位機與集中器建立通信鏈路后下發(fā)的全抄指令，應(yīng)將存儲在RAM中的所有電表數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機；集中器和載波電表的通信主要指集中器根據(jù)上位機下載的定時抄收電表數(shù)據(jù)；根據(jù)上位機下發(fā)指令實時抄收電表數(shù)據(jù)。(b)數(shù)據(jù)存儲模塊集中器會將抄收回來的電表數(shù)據(jù)進行處理、存儲。當(dāng)上位機下發(fā)抄表指令后，集中器便將存儲在RAM的所有電表數(shù)據(jù)讀出并發(fā)送至上位機。4.3本章小結(jié)本章簡單介紹了集中器的軟件系統(tǒng)。包括集中器與上位機以及集中器與載波電表之間的通信協(xié)議、集中器主程序的流程圖、集中器向上位機的數(shù)據(jù)傳輸流程圖。由于軟件設(shè)計不是本文的主要任務(wù)，在此不做詳細(xì)介紹。第五章 介紹上位機管理軟件的設(shè)計思路、繪制程序流程圖在許多實時監(jiān)測系統(tǒng)中，經(jīng)常需要接收距離較遠(yuǎn)的測控點數(shù)據(jù),如何快速可靠的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸是監(jiān)測系統(tǒng)必須解決的問題。在監(jiān)測現(xiàn)場，為了降低系統(tǒng)的成本，往往采用單片機系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集和記錄單元。在中央控制中心，通常利用上位機來完成人機會話，實現(xiàn)監(jiān)測現(xiàn)場的通信。本系統(tǒng)將詳細(xì)介紹在VB 環(huán)境下上位機與單片機之間實現(xiàn)串行通訊的軟硬件方案上位機的通訊程序使用VisualBasic編寫,VB 是Microsoft 公司推出的Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具，因其界面友好,編程簡便,VisualBasic6.0版本帶有專門實現(xiàn)串行通訊的MSCOMM控件等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)通訊模塊以生產(chǎn)現(xiàn)場的雙絞線為通訊媒介,上位機利用VB 6.0 的通訊控件MSComm 實現(xiàn)與下位機的遠(yuǎn)程實時通訊，下位機應(yīng)用現(xiàn)場取得了滿意效果。5.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計及工作原理5.1.1系統(tǒng)硬件方案設(shè)計目前的上位機都有串行通訊RS-232 端口，該端口可實現(xiàn)兩臺計算機之間的通訊，RS-232 的邏輯電平用正負(fù)電壓表示，且信號使用負(fù)邏輯,邏輯0的電壓范圍是+5V+15V,而邏輯1的電壓范圍是-5V-15V,RS-232端口是計算機與其他設(shè)備溝通的最常用的接口，不但操作簡單，而且價格便宜。在8031單片機的內(nèi)部有- 一個全雙工的異步串行V/O 口,它的輸入和輸出使用5V 邏輯而不是RS-232 電壓，如何進行兩種信號的轉(zhuǎn)換，是連接時需要解決的問題，事實上,解決的方法很簡單，只需使用一個諸如MAX232這樣的專用芯片即可。MAX-232 包含兩個將TTL輸入轉(zhuǎn)換成RS-232輸出的驅(qū)動器，還包含兩個將RS-232輸入翻譯成CMOS輸出的接收器，這些驅(qū)動器和接收器具有反向的功能。4個外置的電容大小為1uF,如果使用極化電容,注意極性，引牌6的電壓為負(fù)，因此它的電容的正極連接到地，電瓜等級至少為15V。5.1.2 通訊方式選擇控制中心作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE (Da2taTeminal Equipment),負(fù)責(zé)實現(xiàn)對遠(yuǎn)端單片機系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)進行判別、存儲等。上位機通過232通訊電纜與遠(yuǎn)端單片機裝置相連，其傳輸速率為4800bps.端口數(shù)據(jù)傳輸速率可根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)為1200bps19200bps.遠(yuǎn)端單片機裝置性能檢測系統(tǒng)通過光電編碼器和AD 轉(zhuǎn)換器對現(xiàn)場設(shè)備的性能參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，采用MAX-232 芯片與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸從而實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制和數(shù)值的傳輸。5.2 傳輸接口和協(xié)議選擇本項目用Intel586/120PC機為上位機，通識程序使用VB 丌發(fā)，用8031單片機作數(shù)據(jù)采集的下位機，上位機作數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理中心站，下位機實時采集數(shù)據(jù)之后，進行簡單的數(shù)據(jù)平均計算,當(dāng)收到上位機發(fā)來的發(fā)送指令之后，開始向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。上位機無線通訊接口使用的是計算機的COM 口,COM 與MAX-232 相連,單片機的數(shù)字信號經(jīng)過串口送入上位機。系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，并非點對點的通訊，而是一點對多點的廣播式通訊方式，因此,我們在通訊協(xié)議中增加站點識別碼，每個站有自己特定的識別碼，給下位機編碼可以保證網(wǎng)絡(luò)通訊的有序性。在下位機中有32KB的NVRAM,可以保存32KB的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以由上位機發(fā)送清除命令的方法清楚掉,當(dāng)32KB滿了以后,最早放入的數(shù)據(jù)就會丟掉，本系統(tǒng)采樣速率不高,兩天的時間才能存滿，這樣不論上位機或下位機出現(xiàn)斷電、死機等問題，數(shù)據(jù)不會丟失。在發(fā)送過程中，由于干擾的原因數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤，上位機不給下位機發(fā)送清楚命令，數(shù)據(jù)保存在NVRAM 中，下次上位機發(fā)送傳輸命令之后，這些數(shù)據(jù)還會重新發(fā)送到上位機，這樣可以避免線路帶來的數(shù)據(jù)損失。下位機向上位機傳送的代碼有ASCI碼和BCD碼，測量數(shù)據(jù)部分用的是BCD碼，為了節(jié)省資源，由上位機向下位機發(fā)送的命令均為ASCII碼。在通訊過程中，除了規(guī)定合理的協(xié)議之外，為了保證通訊的正確性，在數(shù)據(jù)發(fā)送時適當(dāng)?shù)卦黾友訒r是必要的。當(dāng)速度較慢的計算機向速度較快的計算機發(fā)送數(shù)據(jù)時應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾友訒r。5.3 實時串行通訊程序設(shè)計5.3.1通訊控件MScomm 的使用上位機利用VB6.0進行編程，用VB6.0 開發(fā)串行通訊程序普遍采用兩種方法:一種是利用Windows的API麗數(shù); 另一種是采用VB的通訊控件MSComm.利用API 函數(shù)編寫串行通訊程序較為復(fù)雜，需要調(diào)用許多繁瑣的API 函數(shù)，而VB6.0的MSComm通訊控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、事件和方法，用戶不必了解通信過程中的底層操作和API函數(shù)，從而比較容易、高效的實現(xiàn)了串口通信。MSComm 控件提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通訊屬性和方法的。使用它可以建立起應(yīng)用程序與串行端口的聯(lián)接。為實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，還甫要把調(diào)制解調(diào)器與串行端幾通過RS-232 接口連接，這樣，在應(yīng)用程序中發(fā)出AT命令，就可以達(dá)到控制調(diào)制解調(diào)器的月的，進行遠(yuǎn)程通訊。(1)MSComm控件的加入在項目中加入MSComm控件啟動Visual Basic,建立一個新項目。選Projeet 菜單,從中選擇Components 子菜單。在彈出的Components對話框里的Controls標(biāo)簽下選擇MicrosoftCommControl5.0項。(2)MSComm 控件的屬性與程序設(shè)計有關(guān)的MSComm 控件屬性CommPort設(shè)置或返回通訊端口號，設(shè)置或返問波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位和停止位、設(shè)置并返回通訊端口的狀念(打開或關(guān)閉),返回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流。設(shè)置并返回從接收緩沖區(qū)中每次讀取的字符數(shù)等屬性。確定在通訊時是否計算機發(fā)送到調(diào)制解調(diào)器的信號，指示計算機準(zhǔn)備就緒，可以開始傳輸數(shù)據(jù)。(3)MSComm 控件的OnComm 事件 過程MSComm 控件的OnComm 事 件通訊控件產(chǎn)生的唯-事件是OnComm 事件。每當(dāng)有通訊錯誤或某事件發(fā)生時，通訊控件就會產(chǎn)生此事件。事件或錯誤的數(shù)字代碼放在CommEvent屬性中。5.3.2 通訊協(xié)議(1)通訊中數(shù)據(jù)的組成一楨數(shù)據(jù)由1位起始位,8位數(shù)據(jù)位，1位校驗位，1位停止位共11位組成。(2)波特率波特率的- 一致性波特率為4800bps.測試系統(tǒng)的單片機的串口選用UARTO進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，為了得到準(zhǔn)確的波特率,ARM單片機采用振蕩頻率為6MHZ的品振。上位機串口波特率通過VB通訊控件MSComm的Stting屬性設(shè)置，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性,兩者的波特率必須一致。(3)通訊方式系統(tǒng)采用異步通訊方式,上位機通過令牌傳遞總線(token-passingbus)方式與遠(yuǎn)端單元進行通訊.上位機發(fā)送的信息為固定4個字節(jié)。第1個字節(jié)和第2個字節(jié)分別為起始標(biāo)志符和遠(yuǎn)端單元的具體地址號,第3 個字節(jié)表示發(fā)送的是令牌還是命令，第4個字節(jié)為結(jié)束標(biāo)志符。5.3.3 遠(yuǎn)端單片機控制系統(tǒng)的串行通訊程序設(shè)計控制中心上位機始終在循環(huán)發(fā)送令牌當(dāng)遠(yuǎn)端單元接收到與本機地址相同的令牌時，置接受數(shù)據(jù)標(biāo)志,接收到自己的令牌后，遠(yuǎn)端單元開始上傳數(shù)據(jù)到上位機,與此同時上位機停止發(fā)送令牌并處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，等到接收數(shù)據(jù)完畢并檢驗數(shù)據(jù)合格后發(fā)送確認(rèn)命令到此遠(yuǎn)端單元，如果沒收到數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)不合格發(fā)送錯誤標(biāo)志到此遠(yuǎn)端單元。如果收到的令牌與本機地址不同時,程序返中斷入口處，繼續(xù)執(zhí)行其他操作。這樣可保證遠(yuǎn)端單元把數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地發(fā)送到上位機。5.4 數(shù)據(jù)庫的建立5.4.1可視化數(shù)據(jù)管理器管理數(shù)據(jù)庫隨著計算機的月益發(fā)展和普及，微機監(jiān)控在各種系統(tǒng)及其自動化方面得到了廣泛的應(yīng)用。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)上位機軟件采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，設(shè)計的軟件模塊主要有6個功能模塊組成，它們是: 1.系統(tǒng)設(shè)置; 2、數(shù)據(jù)接收: 3.數(shù)據(jù)管理; 4.信息查謝; 5.數(shù)據(jù)分析; 6.數(shù)據(jù)維護。在啟動可視化數(shù)據(jù)管理器之前，首先打開一個新的工程,并且將工程的名改為“電力部門管理系統(tǒng)”。然后在Visual Basic6.0集成開發(fā)環(huán)境中選擇“外接程序”菜單下的“可視化數(shù)據(jù)管理器”選項，啟動可視化管理器。創(chuàng)建的是一個MiscrosoftAcces類型的數(shù)據(jù)庫。具體步驟如下:在管理器窗體中選擇“文件”菜單,然后在彈出的菜單中選擇“新建”子菜單中的Miserosof AccessVersion7.0MDB 選項。系統(tǒng)會自動彈出“選擇要創(chuàng)建的Miscrosoft Access 數(shù)據(jù)庫”對話框,輸入power.mdb到文件名”文本框中，選擇存儲路徑。單擊“保存“按鈕。5.4.2 建立數(shù)據(jù)表用鼠標(biāo)右鍵單擊管理器中的“數(shù)據(jù)窗口”，然后從彈出的上下文菜單中選擇“新建表”菜單命令。利用該對話框可以創(chuàng)建、查看和修改表結(jié)構(gòu)。在添加完后，在“表結(jié)構(gòu)”對話椎底部的“索引列表”列表框中列出了當(dāng)前數(shù)據(jù)庫表中的所有索引項。為了在選中的表中添加索引,用鼠標(biāo)單擊“表結(jié)構(gòu)“”對話框中的“添加索引”按鈕，打開“添加索引”對話框，在該對話框中，你可以指定數(shù)據(jù)庫表單索引項。添加完后,單擊“確定”按鈕建立索引，然后單擊“關(guān)閉“按鈕對話框。會發(fā)現(xiàn)剛才建立的對話框已經(jīng)在“表結(jié)構(gòu)”對話框中了。5.4.3 建立查詢用SQL語句窗口直接輸入、修改和保存SQL查詢。5.4.4 創(chuàng)建數(shù)據(jù)窗體在管理其中選擇“實用程序數(shù)據(jù)窗體設(shè)計器”菜單命令，啟動“數(shù)據(jù)窗體設(shè)計器”對話框。在“窗體名稱”文本框中輸入要創(chuàng)建的窗體名稱，這里我們設(shè)定窗體的名稱為power,表示創(chuàng)建的窗體用于處理有關(guān)電力的數(shù)據(jù)。Visualbasic將在紀(jì)錄源下拉列表中列出當(dāng)前數(shù)批庫中的表和SQL語句。在列表中選擇表“電力管理”。當(dāng)你在紀(jì)錄源列表中選擇了合適的表或SQL語句以后，系統(tǒng)將在“可用的列表”中列出被選中的可用字段。用鼠標(biāo)選中要出現(xiàn)在窗體中的字段，然后單擊列表右邊的“按鈕，將該字段添加到“包括的字段”列表中。也可以單擊“<“"按鈕，將該字段從列表中去掉。重復(fù)上述操作，直至選完所需的所有字段。單擊“生成窗體”命令按鈕，最后單擊“關(guān)閉“按鈕關(guān)閉“數(shù)據(jù)窗體設(shè)計器”對話框，然后選擇“文件退出”菜單命令，關(guān)閉可視化數(shù)據(jù)管理器，這樣- 一個新的數(shù)據(jù)庫就生成了。5.5 利用Data 數(shù)據(jù)控件訪問數(shù)據(jù)庫首先打開一個新工程，然后對工程中的數(shù)據(jù)窗體進行布局設(shè)置。具體步驟如下：在Visual Basic 的集成開發(fā)環(huán)境中選擇“文件新建工程“菜單命令，打開一個新工程,并且將工程保存為“電力部門管理系統(tǒng)”,將默認(rèn)產(chǎn)生的窗體保存為power.fm 文件。雙擊工具箱中的Data控件按鈕，在窗體上添加一個Data控件對象，其缺省名稱 為 Datal.設(shè)置Datal 控件的Databasename 屬性為“C: lwb6powers.mdb",Rccordset 屬性為“電力管理”。由于Access類型的數(shù)據(jù)庫是VisualBasic的內(nèi)嵌數(shù)攏庫,因此這里不設(shè)置Connect屬性。設(shè)定窗體的Caption屬性為“電力部門管理系統(tǒng)”，然后在窗體上放置十個命令按鈕(command),并且將其Caption風(fēng)性分別設(shè)置為“增加”、“修改”、“查詢”、“刪除”、“上一個”、“下一個"、“繳費記錄”、“退出“、“確定”和“取消”。其中“確定”和“取消”兩個按鈕的Visible 屬性為False,且分別放置在“增加”和“修改”上面。這樣的目的是為了使其開始時不可見，而當(dāng)用戶單擊“增加”或“修改”按鈕時，使其覆蓋這兩個按鈕。5.6 使用DBGrid 控件瀏覽數(shù)據(jù)庫由于不用編寫任何代碼就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫表中數(shù)據(jù)的瀏覽,因此用DBGrid控件來瀏覽數(shù)據(jù)庫表中的數(shù)據(jù)是程序員常用的方法。下面我們簡單介紹-下如何使用DBGrid控件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫瀏覽功能,具體少驟如下:在集成下發(fā)環(huán)境中選擇“文件新建工程”菜單命令，打開一個新的工程，并且將工程的Name屬性設(shè)置為DBGridDemo.然后保存工程為pridbgrid.vbp文件。在屬性窗口中，將系統(tǒng)默認(rèn)提供的窗體的Name屬性設(shè)置為frmgrid,Caption屬性設(shè)置為“使用DBGrid控件瀏覽數(shù)據(jù)庫”。在新窗體中添加- 一個Data 控件，并且將它的DatabaseName 屬性設(shè)置為*e:vb6powers.mdb".RecorSou 屬性設(shè)置為“電力管理”，Name 屬性設(shè)置為Data1.由于DBGrid控件是Active控件，因此在使用DBGid控件之前，首先要將該控件添加到當(dāng)前的工具箱中。具體步驟如下:在VisualBasic 的集成開發(fā)環(huán)境中選擇“工程部件”菜單命令,系統(tǒng)將自動彈出“部件 ”對 話 框。在窗體中添加DBGrid控件，并設(shè)置其DataSoure屬性為剛創(chuàng)建的Datal。用鼠標(biāo)右件單擊DBGid控件的表而，從彈出上下文菜單中選擇“檢索字段”命令，系統(tǒng)將自動檢索與DBGrid控件相連按的表的字段，并且將這些字段添加到DBGrid 控件中。在默認(rèn)情況下，DBGrid 控件中的列表名就是數(shù)據(jù)庫表中的字段名。將DBGrid 控件拖放成于窗體一樣大小，以便于充分顯示數(shù)據(jù)庫表中的字段名。如果希望在程序運行過程中能夠調(diào)整列的大小，允許用戶添加、刪除表中的記錄，可以打開控件的“屬性頁”對話框，根據(jù)需要進行設(shè)置。設(shè)置光DBGrid控件的屬性以后，保存剛才所做的工作，然后按F5鍵運行應(yīng)用程序。應(yīng)用程序運行時，指定的數(shù)據(jù)庫表將完整地與列表(米自Data 控件記錄集的) 和滾動條一起顯示在DBGrid里?？梢詥螕艨丶疫叺臐L動條直接瀏覽表中所有的記錄和字段，還可編輯表甲的任意單元表格，而當(dāng)移動到新的一行時，它被自動地更新(假設(shè)記錄集是可更改的，且DBGrid控件的“允許新添加”屬性為True)。如果將控件的AllowAddNew和AllowDelet屬性設(shè)置為True,則用戶可以通過選擇并刪除整行就能刪除記錄。5.7本章小結(jié)本章主要對利用MSComm 控件開發(fā)串行通信程序做了闡述，串行通訊原理已經(jīng)得到實驗驗證?？紤]到將來對系統(tǒng)實時性的要求，采用了MSComm控件的查詢處理機制，避免了中斷處理機制的不穩(wěn)定和不連續(xù)性。經(jīng)實驗驗證,通訊網(wǎng)絡(luò)部分運行平穩(wěn),數(shù)據(jù)傳輸誤碼率低，傳輸速度符合要求效率高，操作簡單，組網(wǎng)方便，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)檢測和控制要求。6 結(jié)論6.1總結(jié)本系統(tǒng)具有技術(shù)水平高、可靠性好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、適應(yīng)性強、功能全、模塊體積小、功耗低，系統(tǒng)操作界面簡單易懂、安裝維護方便。這套系統(tǒng)的使用極大地減少電力部門的勞動量，同時提高了電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平，有很好的社會效益和經(jīng)濟效益，對系統(tǒng)稍加擴充，便可完成對煤氣表、自來水表的自動抄收，從而推進智能化小區(qū)的建設(shè)。但在運行中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如與集中器連網(wǎng)的電話線有時出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的抄表成功率有時不高，這還有待改進。