导言
传统的手艺抄表费时、吃力，准确性、及时性等都得不到牢靠的确保，且不利于科学管理，给城市管网的建模、剖析、规划等都带来很大的困难。为处理上述问题，可以将耗能表计量数据主动搜集、传输和处理的主动抄表体系越来越多的被选用。
主动抄表体系首要由主站体系、数据传输通道、数据集中器、数据搜集器构成，其间数据集中器不只要完结通讯协议的转化，还要完结指令下达、数据存储、数据上传等功用，是个好像不起眼但技术含量很高、现场服务量大的重要环节。
1 体系组成
主动抄表体系结构如图1 所示。数据集中器处于抄表体系的中间层，是抄表体系的中枢，既完结对下级搜集器的数据搜集，也可以呼应主站指令，完结数据通讯使命。
数据集中器与数据搜集器选用CAN 总线的通讯方法。
CAN 总线比较其它的数据通讯方法具有杰出的牢靠性、实时性和灵活性。数据集中器还可经过红外方法与手持设备通讯，用于本地抄表及现场设备调试与装备。
2 数据集中器的硬件规划
数据集中器选用模块化规划，依据其功用分为不同的模块，它的结构框图如图2 所示：
图2 数据集中器的硬件结构图
数据集中器运用了uPD78F0881 单片机，它是NEC 公司推出一种高功用价格比8 位单片机，其根本特性如下：1.8~5.5V 的宽作业电压规模;最低1A 的作业电流(中止形式下);内置上电清零(POC)电路、低电压检测器(LVI)和看门狗守时器，合理运用这些功用可有用进步体系牢靠性;内置CAN 总线操控器，简化了CAN 总线的电路规划一起下降了本钱;2 通道串行接口、8 路外部中止、2 个16 位守时/计数器、4 个8 位守时/计数器。
下面就集中器中一些首要电路的规划作扼要介绍。
2.1 CAN 总线电路规划
图3 CAN 总线节点硬件电路原理图
在本主动抄表体系中，数据集中器与数据搜集器是经过CAN 总线通讯的，规划了如图3 所示的CAN 总线接口电路。从图中可以看出，电路首要由3 部分组成：单片机uPD78F0881、CAN 总线驱动器TJA1040、高速光电耦合器6N137 和光电耦合器PS2501.
TJA1040 的STB 经光耦2501 阻隔后连接到uPD78F0881的P17.P17 为1 时可使TJA1040 处于待机形式，在该形式下可大大降低功耗，此刻TJA1040 的接纳与发送器都会封闭，一起监督总线状况，一旦检测到显性位则将RXD 置0.而RXD 的改动会使uPD78F0881 将P17 置0,这就使TJA1040 从头作业在了正常形式。
为增强CAN 总线节点的抗搅扰才能，uPD78F0881 的CTXD 和CRXD 是经过高速光耦6N137 与TJA1040 相连的，且光耦两边电路经过选用小功率电源阻隔模块完结了电源的彻底阻隔，很好的完结了总线上各CAN 节点间的电气阻隔，进步了节点的稳定性和安全性。
TJA1040 的CANH 和CANL 引脚各自经过一个0.2A 的自恢复稳妥与CAN 总线相连，这样可维护TJA1040 免受过流冲击。CANH 和CANL 与地之间各自接了一个30pF 的小电容及一个瞬态电压按捺二极管(TVS)。小%&&&&&%可以起到滤除总线上的高频搅扰和必定的防电磁辐射的才能。瞬态电压按捺二极管可维护TJA1040 免受瞬变搅扰和瞬态高能量的冲击。
2.2 红外通讯电路规划
红外通讯电路由发射电路与接纳电路组成，如图4 所示。
其间SE303 是用于发射红外线的二极管，波长为940 nm ,TL0038 是一体化红外接纳器。
图4 红外数据通讯电路原理图
uPD78F0881 的TXD0 发送串行数据信号，并经过三极管驱动SE303.TO00 输出38kHz 的脉冲序列作为载波信号，经过三极管对红外信号进行调制。为增强红外发射电路的功用，运用单片机输出的脉冲信号占空比可调的特性，下降信号的占空比来进步发射电流起伏。
TL0038 将接纳到的38kHz 红外光调制信号解调为二进制数字信号，提供给单片机处理。接纳器的数据输出端接到uPD78F0881 的串行数据接纳端RXD0.
3 数据集中器的软件规划
程序中设置了一个单片机忙标志位，单片机忙时置位该标志位，空闲时被复位。正常形式时主程序中会不断检测该标志位，一旦检测到该标志位被复位行将单片机转入待机形式来下降功耗。主程序流程图如图5 所示。
软件功用的完结由各个子程序完结。首要的子程序有CAN总线通讯子程序、红外通讯子程序、GPRS 通讯子程序、存储器操作子程序、实时时钟操作子程序。这儿只介绍CAN 总线通讯子程序，它由初始化程序、数据发送程序及数据接纳程序组成。
(1)初始化程序。
uPD78F0881 中集成了CAN 操控器，其间有16 个长度为8字节的数据缓冲区，这些数据缓冲区既可独自运用又可联合运用，大大进步了运用的灵活性。初始化程序首要包含对操控寄存器、总线传输速率寄存器、中止使能寄存器及各数据缓冲区的操控寄存器、检验码寄存器和检验屏蔽寄存器等的设置。
(2)数据发送程序。
数据的发送是由CAN 总线操控器主动完结的，用户只需将待发送数据送入数据缓冲区，再发动发送指令即可。经过查询相应的标志位即可得知发送状况。
(3)数据接纳程序。
数据的接纳选用中止方法，接纳程序在CAN 操控器发生接纳中止后，从数据缓冲区中读取接纳到的数据，再进行相应处理即可。
4 通讯协议规划
4.1 上位机与数据集中器通讯帧格局
上位机与数据集中器之间为主从结构的半双工通讯方法。
上位机为主站，数据集中器为从站。每个数据集中器均有各自的地址。通讯链路的树立与免除均由主站来操控。协议中规则了三种帧格局，分别是：指令帧、播送帧及应对帧。
(1)指令帧。
指令帧由上位机发送给数据集中器，由地址、指令、数据和校验码组成。
地址长2 字节，标明将接纳该帧的数据集中器。指令长1字节，标明该帧的功用。数据长1~9 字节，其内容随指令帧的功用改动。校验码长2 字节，为从帧开始到校验码之前的一切字节的CRC16 校验码，用于数据校验。
(2)播送帧。
播送帧也是由上位机宣布的，它用来向数据集中器发送校时及数据冻住指令。其格局中不含地址域，其它与指令帧相同。
(3)应对帧。
应对帧是数据集中器对上位机发来的指令的呼应，格局与指令帧相同，地址中为数据集中器本身地址。
4.2 数据集中器与数据搜集器通讯帧格局
CAN 总线的技术规范只界说了数据链路层和物理层，因而要完结体系的通讯就需要依据实际情况独自规划使用层的通讯协议。
协议中有指令帧、应对帧、数据帧和报警帧四种帧格局。其间指令帧由数据集中器宣布，含有一个数据搜集器辨认地址。
应对帧是搜集器对集中器所发指令的呼应。当集中器宣布的地址与某个搜集器地址共同时，该搜集器会发送应对帧。因为CAN 总线选用的是短帧结构，每帧数据最多8 字节，当搜集器要上报的数据大于8 字节时就要在应对帧之后再传送数据帧直到一切数据发送完结。报警帧是搜集器呈现断线、数据存储犯错等毛病时宣布的报警信号。
(1)指令帧。
指令帧由地址、指令、数据组成。因为CAN 总线本身具有15 位CRC 校验，其校验强度彻底可以满意本体系对通讯牢靠性的要求，故没有设置校验部分。各个部分的详细意义与约好如下：1)地址标明要与哪一个搜集器通讯，每个搜集器仅有对应一个地址。地址为1 个字节，可运用标识符ID.0~ID.7 记载此地址，这样就可经过CAN 操控器的设置由硬件主动完结地址过滤。2)指令为1 个字节，用于指定详细的指令内容。不同的内容对应不同的指令代码。3)数据部分长度一般为1~8 字节。
(2)应对帧。
应对帧格局根本与指令帧格局相同，只不过其地址部分是本身地址，而不是意图地址。
(3)数据帧。
该帧是紧跟在某些应对帧之后发送的，因而只要地址和数据两部分。
(4)报警帧。
报警帧格局与应对帧格局相同，它的数据部分为1 个字节，标明晰毛病类型。
4.3 过失操控
为确保数据传输的牢靠性，树立了上位机与数据集中器之间、数据集中器与数据搜集器之间的过失操控。
当上位机或数据集中器宣布指令帧后，在规守时间内假如未收到数据集中器或数据搜集器的应对帧，即以为传输犯错，并重发从前的指令帧。重发最多3 次，当重发3 次仍无法收到应对帧时，宣布相应的提示信息。
5 结束语
以上述方法规划的数据集中器具有低功耗、牢靠性高和本钱低价的特色，特别合适作为主动抄表体系中数据集中器规划的一种处理方案被推行和使用。在试验条件下对所规划的体系进行测验，测验标明所规划的体系运转平稳、功耗低，可以牢靠地完结抄表体系数据搜集需求，达到了规划要求，具有很好的使用远景。
