基于CAN總線的智能小區自動抄表系統

張躍峰　盧涵宇　王成義

摘要：隨著智能小區的不斷發展，傳統的人工抄表已經不能滿足現狀， CAN總線智能抄表在智能小區中廣泛使用。本文以CAN總線為基礎，設計一個智能小區的自動抄表系統，從系統的結構、功能、硬件設計、軟件設計進行研究，最終實現在小區的微機管理中心得到相應表的數據，進行計費和結算，解決了傳統抄表的弊端，提高小區智能化。

關鍵詞：智能小區;CAN總線;自動抄表;DELPHI

中圖分類號： TP208 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）14-0179-03

Abstract： With the continuous development of intelligent community， the traditional manual meter reading can not meet the current situation. CAN bus intelligent meter reading is widely used in intelligent community. Based on CAN bus， this paper designs an automatic meter reading system in an intelligent community. It studies the structure， function， hardware design and software design of the system. Finally， it realizes that the data of the corresponding meter can be obtained in the computer management center of the community， and the data can be billed and settled. It solves the drawbacks of traditional meter reading and improves the intelligence of the community.

Key words： Intelligent village; CAN bus;Automatic meter reading; DELPHI

隨著社會進步和經濟的快速發展，現在城鎮化智能化應用越來越廣。由于用電、水、煤氣的規模急劇膨脹，管理和抄表的工作任務日益加劇，加上智能小區的發展，傳統的手工抄表已經滿足不了現況，基于CAN總線的智能遠程自動抄表技術可以代替人工抄表，遠程自動抄表技術具有快速、準確、及時、直接與小區微機管理中心聯網等突出的優點，使用自動抄表系統可以減輕儀表讀數工作人員工作量，降低讀表的誤差，給用戶帶來極大的方便，也給供應電、水、煤氣的企業提高了經濟效益。

本文利用CAN總線技術，來設計一個智能小區水、電、煤氣表的抄表系統，包括該系統的設計、組成以及實現方法。方案的選擇到總體構思，設計系統的電路以及電路硬件器件的選擇，設計系統軟件來實現抄表的功能。。

1系統整體設計

本次設計系統的整體設計框圖如圖1所示。該方案由小區管理微機、智能終端、CAN現場控制網絡和樓宇主機構成。是一個分層分布式結構，安裝與維護很簡單，減少了現場在接線時可能發生的錯誤。與主從方式的RS-485現場總線不同，CAN是一種對等式現場總線網絡，利用CAN總線的各種優點，數據采集器自動采集表的信息，即是表工作是累積脈沖數目，再都由CAN總線傳送到主計算機中去統一計算和處理。最后小區管理中心得到數據并可以進行計費查詢、結算、控制等。

該系統可以大規模的使用，靈活配置，穩定性極好，抗干擾能力強。有自診斷功能，可以診斷系統的故障，所在位置，方便維修，只有兩個通訊線。使用電纜線少，安裝簡單，維護也方便，能遠程監控。

2 ?硬件設計

2.1 小區管理微機系統

本設計的小區管理微機系統的功能是對小區日常抄表、能源控制、危險報警、信息查詢等工作。系統由主計算機、外圍的一些設備和人機接口設備組成，可以實現資源共享、控制以及管理等功能，在網絡方面，可以將小區的與外網連接，提高小區網絡化;在安全方面，如果小區發生火災以及其他危險，可以自動報警，提醒居民安全防范。小區管理微機系統是一個現代化的智能系統，為人們提供了一個安全舒適、穩定可靠、網絡信息化的小區。

2.2 CAN總線適配卡的硬件設計

CAN通信適配卡結構框圖如圖2所示。

（1）雙口RAM及其控制電路

雙口RAM是具有數據出、入兩個口的SRAM，為防止讀和寫的數據發生沖突，內部有硬件端口總線仲裁電路，雙機可以同步地讀或寫存儲器中的任意單元。在CAN通信適配卡中，為了PC機和CAN控制器之間的數據順暢傳送，雙向數據交換通道的建立一般利用雙口RAMIDT7130，IDT7130是一種高速雙端口靜態RAM。

（2）微控制器電路

微控制器采用的是ATMEL公司的89C52器件，在CPU方面，同MCS51系列全部兼容，在系統中帶有8k字節的可編程FLASH MEMORY，該系統要增擴8kB的片外RAM，用來滿足89C52與CAN總線之間的通信。

（3）CAN通信控制電路

該通信控制器采用SJAl000，是PHILIPS公司生產的高性能通信控制器，物理層和數據鏈路層的全部功能由簡單總線相接的SJAl000完成，與連接CPU時，存儲器映像把SJAl000作為外圍設備。CAN總線收發接口電路使用驅動器82C250，作用是加強CAN總線的差動發送以及接收能力。

2.3 CAN總線接口硬件電路的設計

該硬件電路主要由CAN總線收發器與物理總線的接口電路、CAN通信控制器與微處理器組成。該電路的核心是CAN通信控制器，它的作用是完成CAN的通信協議，使用的CAN總線收發器的優點是，擴大通信半徑，使得系統的瞬間抗干擾能力得到提高，保護了總線，使得射頻干擾減少，有熱防護作用等。CAN總線接口框圖如圖3所示。

2.4 智能終端設計

本文的智能終端軟件系統能自動抄表，通過小區微機管理中心，進行結算、劃價和管理。

脈沖表作為用戶的水電、電表、煤氣表采用方式，脈沖發出的脈沖信號后由智能終端采集，脈沖數與表的計度值成正比。采集的電子計數器通常要滿足以下關系：

累計值=累計脈沖數/儀表常數+儀表初值

以電表為例，儀表常數是耗電量1kWh時電能表輸出的脈沖數目，用戶第一次安設儀表的指示值稱為儀表初值。對于數字儀表，它的脈沖輸出接口方式有以下兩種：電表采用集電極開路方式;水表和煤氣表普遍采用無源方式，電脈沖輸出是由磁感應方式機械傳感器來完成，用光電隔離來消去干擾。智能終端由一片微控制器89C51芯片、輸入接口、A/D轉換器、CAN總線的接口電路、電表、水表、煤氣表、電磁繼電器和電動閥門等組成，如圖4所示，微控制器89C51采集三表的信息數據，由FEPROM保存計量的信息。數據是由智能終端采集起來，然后將三表的累積在一起，用CAN總線將數據送達樓宇主機。

2.5 樓宇主機

樓宇主機與小區管理微機之間會進行相應的信息傳遞，當它們之間數據通信時，會產生一些受控指令，這些受控指令會對智能終端發出信號，這些通常為啟閉信號;智能終端的任務是完成對各種傳感器信息及表的數據接收，并對接收到的各種數據進行相應處理，智能終端將會把處理后的各種數據發送給小區管理微機，也包括各種故障信號等信息。樓宇主機的構成主要為：微控制器89C51和CAN總線接口電路，分布式控制系統由多個樓宇主機共同組成，許多的智能終端將被該系統控制。實現小區的智能化。

3系統軟件設計

本系統的軟件設計主要可分適配卡軟件設計、CAN總線接口軟件設計、智能終端軟件設計三大模塊。

3.1 適配卡軟件設計

適配卡主要任務是轉發PC機和CAN節點間的信息數據，其軟件設計有兩部分：一是設計PC機與雙口RAM之間通信程序，即相應的PC機端應用程序。為了對雙口RAM進行讀寫、中斷的處理、和應用程序的通信，運行時還需要開發虛擬設備驅動程序（VxD）。二是單片機與雙口RAM、單片機與CAN控制器之間的通信程序設計，采用FranklinC51編寫。

3.2 CAN總線接口軟件設計

CAN接口通信軟件有三部分：CAN初始化、數據發送、數據接收。CAN初始化主要是設置CAN 的通信參數。所有的CAN控制寄存器都需要初始化，只有在CAN控制器處于復位狀態下，方能訪問這幾個寄存器。數據發送程序的主要任務是將即要發送的數據從數據存儲區中取出，組成各種信息幀，將幀頭填入主機的ID地址，之后CAN控制器的發送緩沖區將會接收信息幀，發送程序在接收到主機的發送請求后，開始啟動工作。CAN控制器可以發送信息到總線，這個過程是主動完成的。CAN總線到CAN控制器的接收緩沖區之間的信息傳遞，也是CAN控制器自動完成的，接收程序的作用是接收和存從儲緩沖區讀取到信息。

3.3 智能終端軟件設計

在本次設計中，軟件設計包括小區管理中心、智能終端、樓宇主機等相應軟件設計，這里介紹關鍵的小區管理中心微機的程序設計，該程序是采用 DELPHI編寫的。

自動抄表可以設置自動抄錄日期，在小區管理中心實現小區電表、水表、煤氣表的自動抄錄，管理中心記錄相應表的數據，通過結算，并可以打印表單。煤氣泄漏可通過遠程監控來報警和自動關閉閥門，對智能終端通訊出現中斷，傳感器發生斷線、短路，煤氣閥門運行出故障時，以及電壓長時間處于欠壓狀態下，能進行報警通知，當樓宇主機的通訊中斷時，也會報警處理。另外還可以有其他的使用，如為供應電、水、煤氣的企業提供了控制措施，長期欠費不繳納或不合理的行為，可控制電、水、煤氣的是否開閉等措施，供應部門可利用該系統實現辦卡交費，網上繳費等;另一方面，如發生地震、火災等緊急情況或居民外出忘記關閉閥門，存在安全隱患情況，管理微機中心監測并自動關閥，降低安全隱患，確保安全。用戶可以在網上查詢自己的水、電、煤氣使用的情況。 通過聯網收費可以提高小區智能化，網上預付費方式大大方便用戶，同時減輕小區管理人員的工作量。明細表打印實現用戶對電、水、煤氣使用情況打印出來，作為憑據，簡單明了，不需要人工整理和管理，提高了小區的管理效率。

4結論

本文采用CAN總線設計該系統，系統信息傳輸的很安全、具有精準和實時傳遞，抗干擾能力強，系統對電表、水表、煤氣表的數據自動采集 ，做到抄表不進戶，減少抄表工作量，提高小區管理效率，實現了小區的智能化，為居民們創造一個安全舒適的環境。系統穩定性高，可靠性強，實用便捷。

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【通聯編輯：光文玲】