M-bus智能远传水表及其集中器设计与实现

发布时间：2020-07-29 22:48

【摘要】：长期以来,自来水公司对用户水表抄表都是采用的人工抄读的形式,这种方式不仅费时费力,而且不能准确及时的掌握用户的用水情况。近些年来出现了多种智能水表的产品,有的使用直读式,有的使用脉冲式。直读式智能水表一直无法摆脱高成本的缺点,而脉冲式也一直都有脉冲累计误差的缺点。抄表网络传输又有无线和有线之争,都制约着抄表系统的发展。本文研究了传感器、无线数据通信,M-bus,总线通信的设计和实现,总结现有智能水表抄表系统中的优点和缺点,提出了针对性的解决方案。针对干式磁传水表设计了红外反射式传感器,采用M-bus总线协议、红外数据传输技术和超低功耗嵌入式系统设计了智能水表。同时设计并实现了M-bus总线主机硬件电路及其嵌入式系统软件。本文首先介绍了智能水表和M-bus集中器的硬件设计。智能水表的设计主要包括红外反射式传感器的硬件设计,实现对干式磁传水表的码盘进行检测的功能,还包括红外数据通信电路的设计和M-bus总线从机电路的设计。M-bus集中器的硬件设计主要包括数据发送和数据接收电路设计,对其中的电源问题、数据接收滤波问题和动态负载问题提出了相应的解决方案。然后介绍了智能水表和M-bus集中器的软件设计。智能水表主要根据超低功耗和提供可靠的数据交互的要求进行软件设计,同时对M-bus数据传输协议进行了研究和设计实现。M-bus集中器软件实现了M-bus,总线短路、过载保护功能和动态的阈值设定功能。最后,进行智能水表和M-bus集中器联合测试情况分析。首先单独进行了智能水表的低功耗测试和数据抄读的测试,并进行了情况分析。然后进行智能水表和M-bus集中器联合的测试,主要进行数据传输情况分析和M-bus总线带多负载情况下,数据接收电路的适应性测试,并进行了分析比较,为后续的改进提供有力的依据。本文在现有的智能水表远传集抄系统上,针对其中的问题进行了智能水表和M-bus集中器软硬件改良设计,兼顾功能和成本的要求,提高数据采集的准确性和实时性,具有广阔的市场推广前景。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814.2
【图文】：

逡逑）外部通讯接口：邋Ｍ－ｂｕｓ集中器适应不同的需求、不同的通巧协议、方式，外部需要提供通讯和配置端口给用户。逡逑）过载恢复功能：当总线出现过载、错误，实现总线自动恢复的功于Ｍ－ｂｕｓ总线的智能远传水表集抄系统的总体设计逡逑主要针对Ｍ－ｂｕｓ总线的智能远传水表集抄系统的Ｍ－ｂｕｓ智能远传水ｓ集中器设计进行了主要的设计。一个智能水表的远传集抄系统包括终端产品，中层的集抄数据汇总系统，上层的数据系统管理系统。及底层数据终端产品和中层集中器的硬件设计，并没有涉及上位机统。本文重点介绍了智能水表的软硬件设计，Ｍ－ｂｕｓ集中器的软硬

智能水表的硬件部分根据功能要求主要分为ＭＣＵ核也模块、红外数据通逡逑信模块、Ｍ－ｂｕｓ总线通信模块、光电检测模块和外部唤醒和ＬＥＤ状态显示模块。逡逑如图２－２所示。逡逑外部唤醒模块逡逑５逦逦：：逦■邋［ｌｅｄ逡逑Ｓ逦态逡逑Ｚ逦＊？——ＭＣＵ孩．１：、模块逦——＊显逡逑Ｉ逦示逡逑ｉ邋Ｌ……＇————叮柣逡逑}外数据通信邋［ｆ＾ｕｓ总线通信逡逑图２－２智能水表硬件设计整体框架图逡逑ＭＣＵ核也模块大部分时间处于低功耗状态，通过光电检测模块进行定时的逡逑水流量检测。当Ｍ－ｂｕｓ集中器采集数据时Ｍ－ｂｕｓ通信模块唤醒ＭＣＵ核也模块逡逑１０逡逑

２．３．２邋Ｍ－ｂｕｓ集中器硬件部分总体设计逡逑Ｍ－ｂｕｓ集中器根据需求分析划分的功能主要分为电源模块、ＭＣＵ核也模块，逡逑过载检测模块，Ｍ－ｂｕｓ数据发送和接收模块，状态显示模块。如图２－３所示，逡逑Ｍ－ｂｕｓ集中器既可Ｗ外部设备通过串口通过透传的方式对智能水表进行远程集逡逑抄，又可Ｗ通过配置的方式进行远程集抄。Ｍ－ｂｕｓ集中器的核也部分为Ｍ－ｂｕｓ逡逑数据转换模块，ＭＣＵ核也模块为Ｍ－ｂｕｓ数据转换模块提供检测和控制信号，电逡逑源模块为ＭＣＵ核也模块和Ｍ－ｂｕｓ数据转换模块提供３７Ｖ、２０Ｖ、１２Ｖ、５Ｖ、－５Ｖ逡逑电源，过载检测模块为检测Ｍ－ｂｕｓ总线电流是否过载，为Ｍ－ｂｕｓ集中器提供保逡逑护和过载报警。逡逑■ｈ逦电源模块逡逑２２０Ｖ突o叩纾叔义希担皱澹。у逶说凑饷珏危保玻皱澹祝皱澹

本文编号：2774607