Ｍ－ＢＵＳ在遠程水表集中抄表系統中的應用

徐　純　劉　云

[摘要]介紹基于M-BUS的遠傳水表抄表系統主要組成采集器的內部結構和設計,闡述其主程序、中斷程序的流程圖,并介紹其單片機的開發環境。

[關鍵詞]遠傳水表系統 M-BUS TSS721A MSP430F449

中圖分類號:TP7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0920042-02

M-BUS總線是歐洲專為家用儀表數據傳輸而設計的總線制系統,在智能小區的自動抄表系統中有廣泛的應用。其具有對電壓不穩的適應性強,可靠性高,成本較低,施工布線容易等優勢,且結構靈活,直線型、環形、星型或幾種接線方式混合均可,用2根電纜連接,與極性和拓撲結構無關,安裝方便,傳輸距離達到幾公里,傳輸速率為300-9600b/s。

一、M-BUS系統構成

遠程水表抄表系統由水表、采集器、集中器和計算機組成。圖1為系統圖:

抄表數據、控制命令通過采集器和集中器的處理用M-BUS數據總線傳輸,最終數據進入管理中心的數據服務器,按照系統設定的方式存儲、備份,方便各種業務程序查詢、調用,集中器采集用戶水表表碼數據。同時在每個收費中心建立一個收費站,進行收費及打單工作。

二、采集器和集中器硬件設計

主要是一個內置M-BUS通信標準(EN1434-2)的TSS721A芯片單片機、一個MSP430F449控制的數據采集系統紅外收發模塊和存儲模塊等組成。

TSS721A是TI公司開發的芯片,其帶有抗極性顛倒功能,并可采用總線遠程供電方式,還能提供總線電壓故障指示等功能。

MSP430F449負責數據采集和A/D轉換。內部具有看門狗、模擬比較器A、定時器A/B、串口0/1、硬件乘法器、液晶驅動器、10位/12位ADC、16位Sigma-Delta AD、直接尋址模塊、端口O～6、基本定時器等的一些外圍模塊的不同組合。系統共有一種活動模式(AM)和五種低功耗模式(LPM0～LPM4)。在系統正常運行下,一般保持在低功耗狀態,當運行程序時,才啟動AM模式。

MSP430對TSS721芯片參數設置和數據讀取,接收水表傳送來的數據,并將其存儲、處理并進一步傳送給上位機。

紅外通信模塊,是對遠傳水表抄表系統的一種補充。在系統出現故障或地區偏遠且用戶群較少的情況下的一種抄表方式。紅外發射和接收裝置部分結構圖如圖3所示。

當RX出輸入信號的時候,LED就會發出紅外線。通過與電源相連的可變電阻器來調節紅外線強度。

當有紅外線信號時,Q接受紅外并轉成脈沖信號,從TX口輸出后,通過相應芯片(例如CX20106芯片)對紅外PIN管送來的脈沖信號進行放大,然后將信號送限幅放大器,使其變為矩形脈沖,在由濾波器進行頻率選擇,濾除干擾信號,由檢波器濾掉載頻檢出原始信號,在經整形后,輸出送到微控器MSP430F449芯片的RXD端口。

集中器的存儲器選用AT24CXX系列的EEPROM存儲器,用來存儲水表的數據以及狀態,方便上位機管理系統進行查詢。具有64Khit的容量,可用電擦除,可編程自定時寫周期(包括自動擦除時間不超過10ms,典型時間為5ms)。在AT24C46和主控芯片MSP430F449的硬件電路圖中,由于只使用一個存儲器,所以AO、Al、A2等三個管腳接地。WP寫保護管腳接地,能夠進行正常的讀/寫操作。SDA串行數據她址管腳通過一個上拉電阻RZ接到VCC端,具體電路圖如圖4所示。

三、M-BUS系統軟件流程

M-BUS系統本系統的采集器和集中器構成一樣,其軟件程序主要分為兩部分:數據采集端主程序和中斷程序。主程序主要是主控芯片初始化、中斷設置等,平時遠傳水表抄表系統處于LPM3低功耗模式。如圖5所示。

在MSP430系列單片機軟件設計中,采用中斷方式是降低功耗的重要手段。平時遠傳水表抄表系統處于低功耗模式,當水表進行采集數據、數據通信等工作時,進入中斷程序進行處理。當中斷處理完成后,重新進入到低功耗模式。在本次設計中,中斷服務程序包括水表采集中斷、電源中斷、通信中斷等。中斷服務程序的流程圖如圖6所示。

開發環境是IAR公司LAR Embedded Workbench嵌入式工作臺以及調試器C-SP。一個適應各種不同MSP430系列單片機的目標系統開發集成環境,采用與標準C語言基本兼容的C編譯軟件進行軟件設計。用C語言程序設計來實現嵌入式系統的應用軟件開發,可大大提高開發調試工作的效率,其中大量使用編譯預處理功能,包括宏定義(#define)、文件包含(#include)、條件編譯(#ifdef,#endif)。對于MSP430各系列的芯片,都需要一個相應的頭文件(.h)作定義,這些頭文件在軟件包中均有提供。如下面MSP430F449自帶的USART其中的USART0模塊的初始化程序所示。

#include

Void Init_UART0(void)

{U0CTL=0x00; //寄存器清零

U0CTL+=CHAR;//數據位為8位

U0TCTL=0x00;//寄存器清零

U0TCTL+=SSTL1;//波特率發生器選擇SMCLK

U0BR0=0x45; //波特率為9600

U0BR1=0x00;

U0MCTL=0x49;//調整波特率

return;}

四、結束語

M-BUS布線的靈活性以及它的可靠和實時性使其優于傳統的RS系列和Lonwork總線方式,也使的它有較廣的發展前景,特別是對住宅小區智能化建設具有重要意義。隨著M-BUS總線在遠傳水表抄表系統中的推廣應用,將給我們的日常生活帶來更多方便。

參考文獻:

[1]沈建華、楊艷琴、翟曉曙,《MSP430系列16位超低功耗單片機原理及應用洲》,清華大學出版社,2004.1.

[2]魏小龍,《MSP430系列單片機接口技術及系統設計實例》,北京航空航天大學出版社,2002.11.

[3]胡大可,《MSP430系列單片機C語言程序設計與開發》,北京航空航天大學出版社,2003.1.

作者簡介:

徐純(1984-),女,漢族,安徽安慶人,工程碩士,就職于北京交通大學電子信息工程學院;劉云(1955-),女,博士,教授,博士生導師,就職于北京交通大學。