电能表无线数据采集方案设计

仪器仪表用户

格式进行通信, 报文I D 长度为11b it 。

1) CAN 初始化程序设计

对CAN 控制器进行初始化, 实际上就是对位定时器和邮箱进行初始化设置, 位定时器主要由BCR 1和BCR 2两个寄存器组成。对邮箱的初始化主要是设置邮箱的标志符, 以及对发送的数据区赋初值。通过初始化位定时器和邮箱就完成了对CAN 控制器的初始化, 只要满足一定的条件, 相应的邮箱就能进行正常的发送和接受操作。程序流程图如图4、图5所示。

科研设计成果

因此, 下位节点采集数据后或收到数据发送请求报文后, 以广播方式向总线发送报文。当通过滤波验收的数据报文被接收后, 将有两种操作方式:一种是中断方式, 另一种是查询方式。由于汽车控制网络实时性要求较高, 因此系统接受采用中断方式, 发送采用查询方式对数据进行处理。

4 结束语

C AN 总线系统结构简单、应用灵活、可靠性高, 混合动力公交客车的各部件根据本文提出的控制策略在CAN 总线下协同工作, 能满足节能、减排和稳定柴油机转速的要求。

参考文献

[1]陈清泉, 孙逢春. 现代电动汽车技术[M].北京理工大学出版

社, 2002.

[2]李飞鹏. 内燃机构造与原理[M].中国铁道出版社, 2003. [3]邬宽明. CAN 总线原理和应用系统设计[M].北京航空航天

大学出版社, 1996.

[4]刘和平. DSP C 语言开发应用[M].北京航空航天大学出版

社, 2003.

[5]史久根, 张培仁, 陈真勇. CAN 现场总线系统设计技术[M].国防工业出版社, 2004.

[6]求是科技. 单片机通信技术与工程实践[M].人民邮电出版

社, 2005.

[7]张浩军. 计算机网络操作系统[M ].中国水利水电出版

社, 2006.

图4 初始化位定时器 图5 初始化邮箱

2) CAN 报文处理程序设计

CAN 协议只关心报文内容, 而不必关心报文的目的地址。

作者简介:张振英(1981-), 女, 硕士研究生, 研究方向:城市轨道交通与车辆。

收稿日期:2008-10-18(8533)

文章编号:1671-1041(2009) 02-0027-03

电能表无线数据采集方案设计

陈文宇, 刘泽禧

摘要:介绍一种基于433MH z 电能表无线数据采集系统设计与具体实现方案。该系统利用无线通讯的方式, 解决了采集终端与电能表通讯的问题, 节省了RS 485线布线带来的成本, 提高了经济效益。有很好的推广价值。

关键词:无线抄表; CC 1020; 采集系统中图分类号:TP 274 文献标示码:A

1

2

(1. 惠州供电局, 广东惠州516001; 2. 广东移动有限公司惠州分公司, 广东惠州516001)

已在500多个小区使用, 总用户数量约为11万户。我局目前

采用主要方案为:上行通讯通道采用P S TN 电话公共网; 下行信道组网方式采用多种技术方案:如RS485总线组网方案; 低压电力线载波组网方案; RS485总线与低压电力线载波混合组网方案其组网结构图见图1。

The design of w ireless energy m eter

data acquisition

CHEN W en yu 1, L I U Z e x 2i

(1. H ui zhou E l ectric pow er Developmen t Co . , H uizhou 516001,

Chi na; 2. Chi na M ob il e Comm uni cati on C orporati on H uizhou L td . ,

H ui zhou 516001, Chi na) Abstrac :t I n this paper , it present s the des i g n and the m i p l e menta

tion of power w irless da t a acquis iti o n sys t em . The sys t e m uses w ire less way of deali n g t he ener gy me t er co mmun i c ati o n prob l e ms w ith t he coll e ction ter m ina, l saves the RS 485line w iring costs and m i proves econom ic e ffic i e ncy . There are ver y good pro moti o nal va l u e . Key w or ds :w ireless meter read i n g ; CC 1020; acqu i s iti o n syste m

图1 低压集抄系统组网结构图

0 引言

惠州供电局于98年开始使用低压集中抄表系统。至今, 系统底层采用R S485专线通讯, 抄表速度快、通讯可靠,

可以保证每天24小时实时通讯。其缺点是:系统需要铺设专

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科研设计成果

用的RS485通讯线路。

近年来, 随着无线组网技术的广泛应用, 无线技术提供了一个解决问题的好办法. 本文提出了基于CC1020无线射频芯片无线电表采集系统的设计方案。

仪器仪表用户

然而这是实际情况不允许的, 为解决以上描述的问题, 本系统采用了如图4的 电表-中继-采集终端 的三层组网模式。

1 电能表无线采集系统设计

系统主要采用信道如下:集中器和主站之间的通讯采用公用电话网或GPRS , 集中器与采集终端之间的通讯采用R S485总线或低压电力线载波, 采集终端(或采集模块) 通过无线信道接收电能表发出的信号。

该系统主要由用户端带无线数据传输功能的电能表、敷设在户外或楼道内的带无线数据传输功能的采集终端以及楼道内的有/无线通信网络、楼宇之间的无线(或有线) 通信网络及小区配电房集中器几大部分组成。其结构如图2。

图3 两层组网模式 图4 两层组网模式

图2 无线电表采集系统机构框图

2 无线组网

目前, 市场上推出应用于近距离通信技术主要有:蓝牙(B l uetooth), 无线局域网802. 11(Wi F i) 和红外数据传输(Ir DA ) 。同时还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准, 它们分别是:Z i gB ee 、W M i edia 、专用无线系统等。它们或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求; 或着眼于功能的扩充性; 或符合某些单一应用的特别要求; 或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。本系统采用了基于cc1020与433MH z 的无线通讯。表1给出了以上各种技术的对比。

表1 各种短距离无线通讯的对比

无线通讯技术

蓝牙W i F i Z i g Bee W M i edi a

本系统基于CC1020的无线通讯技术

频段2. 4GH z 2. 4GH z

2. 4GH z/868MHz /915M H z

1~10. 6G H z 433MH z

距离10m 左右

100m 左右100m 左右3~10m 1000m 左右

功耗低高低高低

成本高高中高低

速率1M b/s 11M b /s250kb/s 480M b/s 1200~115200bps

本系统选用了基于cc1020的无线通讯技术, 该技术最大的特点就是功耗低, 成本低, 应用灵活, 通讯距离合适。最大的缺点是没有标准组网规范(采用自己的专用标准) 来制定M AC 层、链路层和网络层的通信协议。但是用户可以灵活的设计自己的通讯组网协议, 根据自己的需求设计适合自己的通讯标准。

2. 1 网络结构

无线组网是本系统的核心, 如何解决通讯距离与通讯可靠性是本节讨论的重点。下面将给出无线组网面临的问题与具体的实现办法。2. 1. 1 问题描述

如果组网方式采用 电表~采集终端 的两层模式, 如图3所示。该模式优点是硬件易于实现, 生产成本低, 安装简单, 但是在实际使用中缺点相当突出, 对二层模式下形成的系统进行测试, 将电表放住于各个楼层(1-15层) 不同位置, 进行数据采集, 发现数据漏读现象, 电表在某些位置由于离采集终端距离太远或前方障碍物太多而接收不到采集终端发出的信号。 2. 1. 2 组网实现

本系统组网将采取 电表-中继-采集终端 三层模式, 中继器把电表数据采集好, 发送给采集终端, 采集终端再转发到小区工作站。由于无线模块传输频带的惟一性, 不可避免地产生总线冲突。为了避免数据冲突本文采用了如下方案:首先, 中继-电表 , 如图1, 一个 中继-电表 单元采用一个频率, 如F 1M H z 的频率, 其它单元各采用互不相同的频率, 这样首先解决了不同单元间的干扰问题, 把复杂的网络简单化。在 中继-电表 单元中, 我们采用争抢信道的通讯方式。中继向电表发送广播命令, 广播命令就相当于帧同步信号, 说明当期信道为空闲, 为了减少发生碰撞的概率, 各电表就要执行退避算法, 在这里我们采用与802. 11相同的二进制指数退避算法, 就是, 弟i 次退避就是22+i 个时序总随机数中选择一个。当某个电表想发送数据使用退避算法选择了争用窗口中的某个时隙后, 就根据该时隙的位置设置一个退避计时器。当时间减少到零时, 就开始发送数据。如果当退避计时器的时间还未到零就侦测到信道为忙时, 就冻结退避计数器的数值, 重新等待信道变为空闲。某电表在通讯完收到中继的确认后在一段固定时间内不会争抢信道减小其它电表的争抢概率。这样就避免了 中继-电表 单元中的数据碰撞。其次, 就是中继间, 中继与采集终端的数据碰撞问题。在上面 中继-电表 单元中, 中继保存本单元电表信息于本地FLA S H 。把频率转换为BF (MHz), 等待采集终端轮询。中继采用固定地址, 终端根据地址轮询中继, 找到中继后建立连接, 这样保证了数据不被漏采。如果不能被直接轮询的中继, 终端将通过查找离其最近的中继, 从而找到指定地址中继达到全部中继被终端覆盖的目的。

2. 2 无线数据传输实现

要实现无线数据采集, 必须采用具有无线收发模块的电能表, 它的具体实现原理如下:

无线收发模块采用了Ch i pcon 无线射频收发芯片CC1020, 其最高输出功率可达13dB m, 它是一种点对点应用解决方案, 接收距离大于1000米, 工作温度范围为-40~85 。CC1020能被设置成三种不同的数据传输模式:同步NRZ 模式、同步曼彻斯特模式和异步传输UART 模式。为了增加抗干扰能力, 本系统把CC1020配置成了曼彻斯特模式。另外CC1020提供了非常灵活的电源管理。低功耗模式通过MA I N 寄存器和POW ERDOW N 寄存器控制。M A I N 寄存器中有独立的位, 用于控制接收、发送、频率合成和晶振, 这种独立的控制方式使得各个应用的功耗可以优化为最小, 这个在本系统中显示了很好的应用效果。

如图5所示, 电表的数据采集模块直接采集电子式电能表的电量信息, 当接收到M CU 控制模块的读表指令时, 通过R S232串行口把电表读数发送给M C U 控制器。其功能主要是开机读取24C01A 的系统配置信息, 配置CC1020工作频率, 初始化串口波特率。读取电表数据, 通过收发模块将电表信息发送到中继器。

tt p e cn

仪器仪表用户

参考文献

科研设计成果

定可靠, 且易于实现, 具有良好的理论价值与实用价值。

[1](DL/T698 1999) 低压电力用户集中抄表系统技术条件

[S].

[2]孙利民, 李建中等. 无线传感器网络[M]. 北京:清华大学出

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路由协议研究[J]. 微计算机信息, 2006, 22(5 3):124 126. 作者简介:陈文宇(1982-), 女, 助理工程师; 刘泽禧, 男, 研究生, 毕业于广东工业大学信息工程。收稿日期:2008-09-18(8482)

图5 两层组网模式

3 结束语

采用无线技术组建小区无线电表采集系统具有很大的优势, 大大降低了系统构造成本, 尤其是采用电池供电, 给安装带了很大的灵活性。本系统的总体特点是成本低、功耗低、稳文章编号:1671-1041(2009) 02-0029-02

基于C 8051单片机的步进电机控制系统

孙 健, 张国玉, 刘大勇

1

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(1. 长春理工大学光电学院, 长春130022; 2. 吉林大学电子科学与工程学院, 长春130012)

摘要:步进电机由于其精确性及其良好的性能得到广泛的应用。本文介绍了以C 8051系列单片机为核心所设计的步进电机的控制系统, 主要阐述了系统的硬件电路以及软件的设计方法。经过实际应用证明, 该控制系统的抗干扰能力以及稳定性都非常好。关键词:步进电机; C 8051单片机; 控制系统中图分类号:TP 368. 1 文献标识码:A

The stepping m otor control syste m using

C 8051single chip m icroco mputer

SUN Jian 1, ZHANG G uo yu 1, LI U Da yon g 2

(1. Changchun U ni versity of Sci ence and Techno l ogy , Changchun 130022, Chi na ; 2. Jili n U ni vers it y, Chang chun 130012, Chi na) Abstrac :t Because ofaccuracy and we ll capabilit y , The s t epp ingm o t or ar e used in many fiel d . The paper intr oduces the contro l sys t e m of a st epping m ot or based on C 8051single chi p m ic r oco mput er and int erpret t he circuit of har dware and the design o f so ft w are about t he control syste m. From prac tice , we can bear out t hat both of t he ca pab ilit y of anti ja mm i n g and the stabilit y are all righ. t Key w ords :stepp i n g mot or ; C 8051s ingle chip m icrocomput er ; con trol sys t em

冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件, 具有快速启动和停止的能力, 在非超载的情况下, 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数, 而不受负载变化的影响, 即给电机加一个脉冲信号, 电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在, 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点, 使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

微处理器与微计算机的先进技术和低廉的价格, 给步进电机的控制开创了一个新的局面。人们完全可以借助于软件来对步进电机实施控制, 从而实现复杂而成本又不高的控制系统。

图1 控制系统基本工作原理图

0 引言

步进电机在机电一体化的领域中有着广泛的应用, 因此设计一款精度高, 稳定性好的步进电机控制系统有非常重要的意义。本文主要以C8051F226单片机为核心, 对三项混合式步进电机进行精确控制。

C8051F2xx 系列器件是一种高集成度的混合信号系统M C U 的芯片, 与其他的51系列单片机相比, 它对指令的处理能力大大增强。

1 控制系统的硬件电路设计

本文电机采用三项混和式步进电机。步进电机是将电脉如图1所示, 硬件电路的主控元件是C8051F226单片机, 通过3 3行列式键盘向单片机发送相应的执行命令。C8051单片机的电源电压为2. 7V -3. 6V, 其他引脚耐压均为5V, 所以在电路中我们使用电源转换芯片LT 1764A 将输入的5V 电压转换为3V 给单片机。由于系统刚上电时各引脚为高电平, 所以在电路中增加了74AL 04反向器, 使初始电路为低电平, 防止步进电机失步, 提高系统的稳定性。在系统中还使用了光电耦合器, 它将电路中各绕组的电源在线路上进行隔离, 这样可以保证系统工作的安全性, 也增强了系统抗噪声干扰的能力。

步进电机的控制系统主要实现三个基本功能:1) 脉冲信号输出;

2) 控制步进电机反向的转换; 3) 控制步进电机转动速度。

控制脉冲输出, 也就是驱动脉冲。步进电机的转动是通过脉冲来控制, 驱动器给一个脉冲, 步进电机就转一步, 两个脉冲

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