RS485總線在集中抄表中的應(yīng)用

摘 要：傳統(tǒng)的集中抄表每個(gè)集中器都有GPRS通信模塊，這種方式費(fèi)用太高不利于普及。本文使用縱橫通信方式，只需一個(gè)GPRS通信模塊并利用RS485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，降低了系統(tǒng)成本。RS485是一種極具性價(jià)比、數(shù)據(jù)傳輸速度極快、通信傳輸距離較遠(yuǎn)、抑制噪聲效果較好等優(yōu)點(diǎn)其在集中抄表得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：集中抄表；RS485總線；十字相連通信

目前，隨著我國(guó)改革開放幾十年的持續(xù)發(fā)展國(guó)人的生活質(zhì)量不斷提高。居民小區(qū)越建越多伴隨著是水表使用量的增多和集中，為抄表員抄表帶來了麻煩。傳統(tǒng)的抄表方式抄表員需要每月挨家挨戶抄表收費(fèi)，不僅抄表效率不高而且給居民帶來許多麻煩。由于各種原因?qū)е碌某韱T抄表數(shù)據(jù)往往出現(xiàn)偏差。為了解決上述種種問題，集中抄表技術(shù)呈現(xiàn)了一個(gè)良好可行的解決方案。

集中器與水表通信時(shí)集中器作為主機(jī)，水表作為從機(jī)，使用雙絞線掛接水表和集中器[1-2]。在以前的集中抄表通信只是單純的采取縱向通信方式即集中器與水表間的通信，這種通信方式需要每個(gè)集中器都要連接GPRS通信模塊，大大增加了成本不利于集中器的普及。本文采用縱橫通信方式，即增加了集中器與集中器間的通信。集中器與集中器和集中器與水表通信鏈路采用“十字相連”通信鏈路。

1 集中器結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1為集中器功能結(jié)構(gòu)圖。圖1中，UATR通信就是下行通信信道，即集中器與集中器和集中器與水表通過RS485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。集中器上行通信信道采用GPRS無線通信。集中器的工作原理[3]為：小區(qū)的物業(yè)管理中心每天都會(huì)定時(shí)通過上行通信信道（GPRS無線通信）向集中器發(fā)布傳送數(shù)據(jù)的命令，集中器接到命令后向主站發(fā)送存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。集中器定時(shí)采集所接水表中的數(shù)據(jù)，通過下行通信信道與水表進(jìn)行雙向通信向水表發(fā)送指令，抄讀、保存水表中數(shù)據(jù)。

2 通信鏈路設(shè)計(jì)

LPC1574有4個(gè)UART接口，UART2，UART1應(yīng)用在集中抄表系統(tǒng)的下行通信信道UART1和UART2 通過MAX485芯片實(shí)現(xiàn)將TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS485電平信號(hào)，通常波特率設(shè)置為9600。

在本文設(shè)計(jì)中集中器通過一對(duì)雙絞線利用RS485數(shù)據(jù)信號(hào)差分傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行通信。根據(jù)RS485總線特點(diǎn)[4]，連接方式可為主從式方式。集中器與水表通信時(shí)集中器作為主機(jī)，水表作為從機(jī)，使用雙絞線掛接水表和集中器。為了區(qū)別各水表，在系統(tǒng)中為每個(gè)水表都分配唯一的地址號(hào)。集中器與集中器通信時(shí)把每棟樓的第一單元的集中器作為主集中器，其余單元的集中器作為從集中器。集中器與集中器和集中器與水表通信鏈路采用“十字相連”通信鏈路，如圖2所示。

集中器與水表一次完整的通信過程為：集中器主動(dòng)呼叫水表并向其發(fā)送包含水表地址碼的控制指令要求讀取數(shù)據(jù)，水表在監(jiān)聽總線隨時(shí)準(zhǔn)備響應(yīng)總線的指令。一旦水表接收到的地址碼和自己的地址碼相同時(shí)向集中器發(fā)送數(shù)據(jù)，集中器接收數(shù)據(jù)。我們把主集中器稱為目的集中器其余的集中器稱為源集中器。集中器與集中器一次完整的通信過程為：主集中器主動(dòng)呼叫從集中器并向其發(fā)送控制碼要求讀取該集中器所接水表的全部數(shù)據(jù)，源集中器接到命令后向目的集中器發(fā)送數(shù)據(jù)。

3 通信協(xié)議制定

3.1 集中器與水表通信幀格式說明：

（1）目的集中器為主集中器，源集中器為從集中器，都是有8位2進(jìn)制數(shù)組成。（2）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度L為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)，當(dāng)L=0時(shí)表示無數(shù)據(jù)。（3）校驗(yàn)碼CS為所有各字節(jié)模256的和，即各字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，忽略超過256的溢出值[5-6]。

3.2 集中器與水表通信幀格式說明：

3.2.1 幀起始符標(biāo)志一幀信息的開始，結(jié)束符標(biāo)志著一幀信息的結(jié)束。

3.2.2 地址域A0～A7是水表的地址號(hào)，由8位2進(jìn)制數(shù)組成。當(dāng)?shù)刂窞镕FH時(shí)，為廣播地址。控制碼是執(zhí)行相關(guān)操作的依據(jù)。

4 通信線路防雷措施

由于集中抄表系統(tǒng)的通信線路較長(zhǎng)，而且傳輸線通常暴露在戶外極易因?yàn)槔讚舳脒^電壓導(dǎo)致燒壞通信芯片。為了能較大程度上防止雷擊本文對(duì)通信線路設(shè)計(jì)五層防護(hù)措施：（1）傳輸線置于金屬護(hù)管中。（2）采用屏蔽雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（3）在電路中加入放電管。（4）加保護(hù)電阻。（5）瞬間過壓保護(hù)二極管[6]。

5 結(jié)論

通過采用“十字相連”通信鏈路以及橫向、縱向都是通過RS485總線連接，大大降低了系統(tǒng)的成本有利于集中抄表的普及。通信鏈路防雷措施的設(shè)計(jì)能有效的減輕遭到雷擊時(shí)對(duì)通信芯片的破壞。

參考文獻(xiàn)

[1]李治.利用其它領(lǐng)域成果推動(dòng)自動(dòng)抄表進(jìn)步[J].電測(cè)與儀表，2001（11）：5-8.

[2]李晶.居民小區(qū)自動(dòng)抄表系統(tǒng)集中器的研究與設(shè)計(jì)[D]沈陽：沈陽理工大學(xué)，2007.

[3]陳永利.一種遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J].中國(guó)科技博覽，2004（11）：15-17.

[4]John Howard.RS232/485 converter has automatic flow control[J].Electrical Design News， 2001（8）：25-31.

[5]朱榮華.CRC并行計(jì)算原理及實(shí)現(xiàn)方法[J].電子學(xué)報(bào)，1999，27（4）：143-145.

[6]王根義.CRC校驗(yàn)碼算法的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，1012（9）：38-39.

作者簡(jiǎn)介：王澤華（1986-），男，遼寧大連人。