?本文主要提出一種小區(qū)電能表自動抄表的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

隨著智能化建筑在許多國家應(yīng)運(yùn)而生。自動抄表系統(tǒng)是大力發(fā)展中的智能建筑、樓宇自動化的重要組成部分，是家庭自動化的必然，因而日益受到關(guān)注。與傳統(tǒng)抄表方式相比，智能抄表系統(tǒng)具有方便快捷、節(jié)省人力物力、提高工作效率、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，自動抄表系統(tǒng)主要由電能表、數(shù)據(jù)采集器、集中器、數(shù)據(jù)傳輸通道和后臺管理服務(wù)器等組成；其中電能表主要是在傳統(tǒng)機(jī)械式電表基礎(chǔ)上將轉(zhuǎn)盤適當(dāng)改造，以便能將其轉(zhuǎn)動圈數(shù)被數(shù)據(jù)采集器采集轉(zhuǎn)化為電脈沖數(shù)，以達(dá)到數(shù)據(jù)采樣的目的；采集器主要完成將電表用電量轉(zhuǎn)換成電脈沖信號以完成數(shù)據(jù)的采集，同時還具備將采集的數(shù)據(jù)保存、通過CAN總線傳輸給集中器轉(zhuǎn)發(fā)給后臺管理系統(tǒng)、顯示用戶剩余電度數(shù)以及根據(jù)情況切斷用戶電路等功能。數(shù)據(jù)集中器則是通過CAN總線收集各用戶電表上傳數(shù)據(jù)，并通過無線GSM網(wǎng)絡(luò)傳送給后臺管理服務(wù)器系統(tǒng)，同時數(shù)據(jù)集中器亦可將后臺管理服務(wù)器各項(xiàng)命令轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)電表數(shù)據(jù)收集器，并完成相應(yīng)控制。通過以上功能基本可以實(shí)現(xiàn)抄表管理收費(fèi)一體化等工作。

圖1 系統(tǒng)集成示意圖

數(shù)據(jù)采集器硬件組成

數(shù)據(jù)采集器硬件原理如圖2所示，數(shù)據(jù)采集器主要包括數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)保存電路以及數(shù)據(jù)傳輸CAN總線節(jié)點(diǎn)電路，同時根據(jù)其他功能擴(kuò)展（如預(yù)付費(fèi)功能）增加了剩余電度數(shù)顯示以及通過繼電器對用戶電路切斷和接通電路。

圖2 遠(yuǎn)程抄表數(shù)據(jù)采集器硬件原理圖

采集器采用單片機(jī)89C51，其內(nèi)部有4KB的ROM，128字節(jié)的RAM以及32個I/O口。P1口與串行器件24C02和顯示、繼電器電路連接。其中的顯示模塊采用串行方式進(jìn)行通信，分別采用P1.0、P1.1、P1.2模擬時鐘信號線和數(shù)據(jù)信號線。24C02用來存儲用戶電度表不同時段消費(fèi)電度數(shù)和用戶電度表采集器編號（CAN節(jié)點(diǎn)標(biāo)號）。P0口主要用來與CAN總線控制器SJA1000相連，用作數(shù)據(jù)線。監(jiān)控電路采用DS1232芯片，它是看門狗定時器，功能是上電和掉電時給89C51、CAN控制器SJA1000產(chǎn)生復(fù)位信號；看門狗對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，防止死機(jī)不能恢復(fù)。日歷時鐘電路采用時鐘芯片PCF8583完成，由于系統(tǒng)中需要對用電實(shí)行分時按峰、谷、平不同時段進(jìn)行節(jié)計(jì)費(fèi)，因此系統(tǒng)中必須建立不間斷供電（電池供電），以便提供實(shí)時鐘。

數(shù)據(jù)采集電路采用開關(guān)型霍爾傳感器A44L對加裝過小磁鐵的電表轉(zhuǎn)盤進(jìn)行將所轉(zhuǎn)的圈數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳感器A44L工作原理如圖3a所示，集成霍爾開關(guān)是由穩(wěn)壓器A、霍爾電勢發(fā)生器(即硅霍爾片)B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個基本部分組成。(1)，(2)，(3)代表集成霍爾開關(guān)的三個引出端點(diǎn)。在輸入端（1）輸入電壓Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾發(fā)生器的兩端。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處于磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會有一個霍爾電勢差VH輸出，該VH信號經(jīng)放大器放大以后送至施密特觸發(fā)器，使觸發(fā)器整形，成為方波輸送到OC門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到“工作點(diǎn)（即Bop）”時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時，OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為“開”。當(dāng)施加的磁場達(dá)到“釋放點(diǎn)（即Brp）”時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使OC門輸出高電壓，這時稱其為“關(guān)”態(tài)，這樣兩次高電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。Bop與Brp的差值一定，此差值Bh=Bop-Brp稱為磁滯，在此差值內(nèi)，Vo保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠。其輸出特性如圖3b和圖3c所示。

圖3 霍爾傳感器工作原理及輸出特性圖