智能小区水电气三表集抄系统研究

摘　要：住宅小区的智能化要求作为智能小区重要组成部分的自来水表、电能表、天然气表等三种表具（简称三表）的管理智能化、网络化。针对目前三表集抄系统的优缺点，设计出本系统，该系统由中心计算机、数据集中器、数据采集器和智能表具4部分组成，发扬了现有系统的优点，克服了现有系统的缺点。
关键词：三表集抄　80C52　智能小区
    随着科技的进步，人民生活水平的提高，对住宅区的管理提出了智能化，网络化的要求。其中作为重要子系统的自来水表、电能表、天然气表等三种表具（简称三表）的管理也要实现智能化、网络化。智能小区的“三表出户”在欧洲很流行，覆盖90%的中高档智能小区。依据中国国情，建设部提出了新建小区全部智能化，老城区执行智能化改造的方案。新建小区的智能化和老城区智能化改造都提出了三表集中管理的需求，这是一个很大的新兴市场。目前，这个领域流行的系统主要由集中器和计算机管理中心组成。集中器负责将表具数据集中，再将数据集中上传到计算机管理中心，由计算机管理中心进行处理、存储、显示等功能。
    由于系统中有水表和天然气表，所以要求系统具有备用电源。目前，流行系统基本采用铅蓄电池供电的方案，考虑成本，采用集中供电的方案，即同一单元的集中器用一个蓄电池供电。这系统的优点在于结构简单，集中器的设计和实现容易。缺点有：由于集中器直接连接表具，所以系统中的集中器数量庞大，并且现有系统基本采用485组网模式，庞大的节点会造成485网络的不稳定；集中蓄电池供电风险大，如果一个蓄电池出现问题，会造成一个单元的数据异常；由于集中器没有存储功能，一旦出现停电或者异常复位，会造成管理中心抄收间隔内的用量数据丢失。
参照中国国情，配合新建智能小区和老城区的智能化改造，总结现有系统大的优缺点，本课题准备研究设计一款智能小区三表运行数据的集中管理系统，满足市场需求。
 
1　系统结构
本系统主要由智能表具、数据采集器、数据集中器和数据计算机组成的硬件系统和抄表管理软件系统构成，其系统结构如图1所示。

                                                        
                                                                   图1　系统结构示意图
此系统具有很好的兼容性和扩展性，既能实现一种表具的信息管理，又可对水电气三表进行管理。智能表具将用户的用量数据以脉冲方式输出，数据采集器将脉冲信号进行采集、统计、存储，数据集中器将采集器中的数据采集上来，并传送给中心计算机，中心计算机实现用户用量数据的抄收、统计、存储和显示等，并实现数据和相关部门营业管理软件进行数据交互。
 
2　硬件设计
系统主要由中心计算机、数据集中器、数据采集器和智能表具4部分组成。其一，智能表具，负责将用户的用量数据以脉冲方式输出。其二，数据采集器。采用单片机80C52负责采集、存储用户用量信息、用户表具信息，独立备用供电。其三，数据集中器，负责数据采集器和中心计算机的通讯中转。隔离中心计算机和数据采集器的网络。数据集中器和其下的数据采集器可以构成一个系统，独立运行。其四，中心计算机负责实现用户用量数据的招收、存储、显示、统计等功能；负责和外部各个能源部门的营业机构的数据库进行交互。
 
3　硬件设计
3.1　数据采集器
                     
                                                                        图2　数据采集器功能框图
       数据采集器如图2所示：由CPU、电源、数据存储器和485通讯管理芯片组成。
CPU采用低功耗的AT80S52，AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器。电源采用市电加备用电池的方案，备用电池采用可充电电池，在保证系统正常运行的同时，降低设备成本。数据存储器采用FM25CL64。FM25CL64是采用先进的高可靠性的铁电材料加工制成的8K字节的铁电非易失性存储器铁电随机存储器或FRAM是非易失性的，并且可以像RAM一样的快速读写数据。在掉电后可以保存10年。并且它比EEPROM和其他非易失性记忆体系统可靠性更高，结构更简单功耗低等优点。485通讯管理芯片采用Maxim的Max1487E。Max1487E是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。MAX1487的驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。这些收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120mA至500mA之间。另外，、MAX1487具有低电流关断模式，仅消耗0.1µA。所有器件都工作在5V单电源下。
3.2　数据集中器
       数据集中器由电源、CPU、2个485通讯控制模块组成，其中的2个485模块主要用于与数据采集器和数据中心计算机通讯。
CPU采用飞利浦公司的P89C668，P89C668用先进的CMOS工艺制造，是80C51单片机家族的衍生品，其指令集和80C51 相同。单片机内带64kB Flash存储器，8kB Ram。该存储器既可并行编程，在系统编程ISP中也可串行编程，在实际的成型产品中可通过ISP升级用户程序。 该单片机有四个8位I/O口，三个16位定时器/事件计数器，多中断源，四个优先级，可嵌套中断结构，一个增强型UART和片内振荡器以及时序电路。
由于本方案的备用电源已经分散到数据采集器中，故数据集中器中不再设计备用电源。
 
4　总结
本方案设计了一款低成本，高可靠性，便于实现的智能小区三表集中管理系统。在设计中规避了现有系统的集中供电和数据集中管理的弊端，采用易于实现的485组网方式，将小区的水、电、气三表纳入智能管理，提升了小区的智能化水平。经过对现有小区的调研，均对此方案表示了极大的关注。