应用于远程抄表系统的智能集中器研制

发布时间：2017-04-02 06:17

  本文关键词：应用于远程抄表系统的智能集中器研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：从2003年开始,我国北方供暖由按面积收费变为按热计费,而作为热计量的唯一仪表,热量表由于可以直接测量供暖系统中的热量值,得到了迅速的普及,形成了庞大的热量表网络。对热量表的信息进行人工读取、传递和管理显然不切实际,远程抄表系统的开发与完善变得至关重要。然而,传统抄表系统中,服务器拥有唯一抄表权,抄表效率低下；此外,传统的抄表系统中M-Bus集中器只能传输小字节数据,严重制约了热量表数据的采集速率。传统抄表系统已经无法满足日益庞大的热量表网络的抄表需求。因此,本文提出了一种用于大字节数据传输的高效远程抄表系统方案,自主研发了智能集中器硬件及配套的软件系统,智能集中器通过获取抄表主动权,极大地提高了新型抄表系统的抄表效率。此外,该系统可以传输和备份大字节数据,增大了系统的传输容量,进一步增强了抄表系统的通讯能力。本文主要完成了以下工作：(1)智能集中器软硬件系统的稳定性设计。智能集中器以单片机为主控、外部实时时钟计时、SD卡备份大字节数据、GPRS模块远程上传,实现了自动抄表、定时存储抄表数据、按时向服务器回传抄表数据等功能。此外,智能集中器的电源进行了防反插设计,实时时钟添加了备份电源。特别针对GPRS模块,设计了静电保护和接口匹配电路,设计了心跳机制以解决GPRS模块易掉线等难题。(2)智能集中器的大字节数据传输设计。设计了基于单片机实时调整电路特性的M-Bus主机模块,大大提高了智能集中器大字节数据传输的可靠性,降低了其功耗并简化了其硬件电路。(3)智能集中器的可靠性测试。经测试,智能集中器M-Bus主机端实现了不少于64个字节的大数据正常通讯,GPRS模块掉线后20秒重连、SD卡备份数据。采用了智能集中器的新型抄表系统日抄表300万台,效率是传统抄表系统的100倍。
【关键词】：远程抄表 智能集中器 M-Bus主机 GPRS模块 稳定性设计
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH81
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 智能集中器的研究背景与意义10-16
• 1.1.1 热量表市场的新形势10-11
• 1.1.2 远程抄表系统介绍11-12
• 1.1.3 传统透明型远程抄表系统及其抄表容量12-14
• 1.1.4 新型非透明远程抄表系统及其抄表容量14-16
• 1.2 应用于远程抄表系统的集中器研究现状16-18
• 1.2.1 应用于传统透明型远程抄表系统的M-Bus集中器16-17
• 1.2.2 应用于新型非透明远程抄表系统的智能集中器17-18
• 1.3 本文所完成的内容18-19
• 1.3.1 课题来源与研究目的18
• 1.3.2 本文所完成的主要内容18-19
• 1.4 本章小结19-20
• 2 智能集中器的硬件设计与开发20-36
• 2.1 硬件方案总体架构设计21
• 2.2 单片机硬件资源设计21-24
• 2.3 实时时钟电路的双电源供电设计24-25
• 2.4 存储模块的高速接口电路设计25-27
• 2.4.1 存储模块的小型化设计25-26
• 2.4.2 microSD卡的SPI作模式电路图26-27
• 2.5 GPRS远程无线通讯电路设计27-33
• 2.5.1 内嵌TCP/IP协议的双频GPRS模块27-28
• 2.5.2 DC/DC降压电源电路设计28-29
• 2.5.3 上电自启开机电路设计29-30
• 2.5.4 模块工作状态的LED展示电路设计30
• 2.5.5 Micro SIM卡接口电路及其防静电保护设计30-31
• 2.5.6 单片机与模块通讯接口电路的可靠性设计31-33
• 2.5.7 天线的阻抗匹配设计33
• 2.6 LDO降压电源电路设计33-34
• 2.7 本章小结34-36
• 3 智能集中器的软件设计与开发36-59
• 3.1 软件方案总体架构设计36
• 3.2 智能集中器的通讯协议36-40
• 3.2.1 制定通讯协议36-38
• 3.2.2 运用通讯协议38-40
• 3.3 主函数main()的外设初始化设计40-44
• 3.3.1 单片机片内硬件资源初始化41-42
• 3.3.2 来自服务器的命令中断42-43
• 3.3.3 抄表周期中断43
• 3.3.4 存储周期中断43-44
• 3.3.5 上传周期中断44
• 3.4 时序设计microSD卡驱动程序44-50
• 3.4.1 单片机的SPI时钟的极性和相位选择44-45
• 3.4.2 microSD卡的SPI模式初始化流程图45-47
• 3.4.3 microSD卡的读写数据块的接口设计47-50
• 3.5 字符串设计GPRS模块驱动程序50-56
• 3.5.1 GPRS远程连接组网方案50
• 3.5.2 AT指令字符串输出的模块化设计50-53
• 3.5.3 透明模式的TCP/IP连接状态图编程实现53-55
• 3.5.4 心跳掉线后软硬件重连的稳定性设计55-56
• 3.6 实时时钟的读写日历时间的时序设计56-57
• 3.7 本章小结57-59
• 4 用于大字节数据通讯的M-Bus主机设计59-74
• 4.1 M-Bus总线介绍59-60
• 4.2 传统非智能M-Bus集中器及其弊端60-65
• 4.2.1 传统非智能M-Bus集中器介绍60-63
• 4.2.2 传统非智能M-Bus集中器的弊端63-65
• 4.3 大字节数据通讯M-Bus主机模块工作原理65-69
• 4.3.1 升压电路65-66
• 4.3.2 主机发送电路66-67
• 4.3.3 主机接收电路67-68
• 4.3.4 报警电路68-69
• 4.4 M-Bus主机接收电路的软件设计69-73
• 4.4.1 ADC采样编程69-71
• 4.4.2 PWM模拟DAC71-73
• 4.5 本章小结73-74
• 5 智能集中器的测试74-81
• 5.1 抄表效率测试74-75
• 5.2 GPRS模块测试75-76
• 5.2.1 GPRS模块大字节数据通讯能力测试75-76
• 5.2.2 GPRS模块掉线重连时间76
• 5.3 M-Bus主机测试76-79
• 5.3.1 携带多从机的性能测试76-78
• 5.3.2 大字节数据包的性能测试78-79
• 5.4 microSD卡测试79-80
• 5.4.1 microSD卡备份抄表数据测试79-80
• 5.4.2 microSD卡备份配置参数测试80
• 5.5 本章小结80-81
• 6 总结与展望81-83
• 6.1 总结81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-86

【参考文献】

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本文编号：282019