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現代城市中新建生活小區中的水、電、氣等設施通常是統一規劃、集中管理，而如何高效地進行管理則充分體現了小區智能化程度的高低。國內外陸續提出了一系列的解決方案，其中以建立在智能儀表上的自動抄表系統為關注的重點。隨著Internet和Intranet的快速發展和普及，Web技術彌補了傳統監控系統的不足，致使運用Web技術實現設備的遠程監控，已經越來越多地成為設備監控系統不可或缺的一部分。同樣，微電子技術也在不斷地創新和進步，嵌入式系統成為計算機應用的一個新領域，具有功能強、實時性強、可靠性高和結構小巧等優點。基于嵌入式Web的遠程監控在傳統遠程監控的基礎上又融合Web技術和嵌入式技術，可提供比傳統遠程監控系統更為強大的功能，將成為今后遠程監控技術發展的主流方向。 1 基于Web服務器的自動抄表系統 1.1 抄表方式的分類 國內外已開發出多種自動化抄表系統，按抄表方式的不同將它們大致分為3類：儲值卡(TM卡、IC卡或射頻卡)智能儀表抄表系統、無線電抄表系統、遠傳智能儀表有線聯網抄表系統。實際應用中多采用遠傳有線聯網自動抄表系統。這種抄表方式是將各種儀表的計量信息通過饋線傳送到一個數據集中采集器上，若干個數據集中采集器再相互連接組成一個局域網，然后在某個特定區域內建立一個工作子站，通過子站中的Web服務器經過網關與以太網相連。自動抄表系統結構如圖1所示。 本文中通過在現場抄表器中嵌入Web服務器，實現對現場數據進行數據采集、數據存儲、數據轉發及與遠程主機的數據交互。抄表器通過嵌入式Web服務器可以直接連接到Internet上。由于嵌入式系統有著實時性強、可靠性高、結構小巧等特點，將它用于抄表系統有如下優點：一個嵌入Web服務器的抄表器出現故障，不會影響到其他的現場抄表器的抄表，具有較好的可靠度和適應性。 1.2 抄表器功能分析 本文是基于嵌入式Web服務器的自動抄表器的設計。該抄表器功能可分為2個部分：前端數據采集、數據存儲和通訊功能。 (1)前端數據采集：前端數據采集主要是抄表器通過RS 485讀取智能儀表數值的過程。 (2)數據存儲：采集到的數據要存儲在抄表器的非易失存儲器內。 (3)通訊功能：嵌入式Web服務器實現TCP／IP協議棧。它主要實現的功能有： ①響應瀏覽器的請求，解析瀏覽器提交的表單，讀出控制數據，將控制數據通過串口傳送到前端數據采集控制子系統，再根據從串口接收到的數據生成動態網頁返回給瀏覽器。也就是抄表器響應上位機軟件的請求，將從串口接收到的數據按規定格式發送到上位機，上位機再對接受的數據進行處理。 ②考慮到嵌入式Web服務器的資源有限，不可能用作數據庫服務器，所以必須在以太網或Internet上有一臺數據庫服務器，用來存儲采樣數據，嵌入式Web服務器根據上位機的請求，將緩沖區內的數據通過以太網或Internet傳送到數據庫服務器。 2 抄表器的硬件設計 2.1 整體硬件設計 該抄表器選取Winbond(華邦)公司的8位單片機W78E516B作為整個抄表器的主芯片，并配以簡單的外圍電路實現抄表器的以下功能。因為要將TCP／IP協議嵌入到單片機中，使用網卡芯片實現單片機的上網和數據傳輸，需要選用有較大的程序存儲空間和數據存儲空間的芯片，所以采用Winbond(華邦)公司的8位單片機W78E516B，它自帶64 kB的FLASH ROM，256 B的RAM和256 B XRAM，免去了外部擴展程序存儲器的麻煩。抄表器硬件設計原理如圖2所示。 2.2 主要外圍電路設計 (1)數據存儲器：為了有較大的數據存儲區存放接收的和發送的數據包，需要外部擴展32 kB的SRAM，這樣可提高單片機的數據傳輸速度，并處理復雜的TCP／IP。同時外部的RAM也用做串行口的輸入輸出緩沖。所以本設計采用HY62256。 (2)非易失存儲器：在程序中用來存儲嵌入式Web系統的網絡參數設置(IP地址、子網掩碼、默認網關、物理地址、數據庫服務器IP地址)和數據采集參數設置(采樣間隔、采樣通道、數據被送到數據庫服務器的時間間隔)等。本設計采用的X5045是8管腳的非易失性存儲器，內部集成4 kb的可用存儲區間，具有看門狗的功能。使用SPI總線與單片機連接。 (3)以太網控制器：為了完成對網絡數據的發送和接收，本設計選用的以太網控制器為RTL8019AS，單片機通過RTL8019AS連接入以太網，并且選用脈沖變壓器20F001N，用來對網絡上的脈沖進行轉換和濾波。RJ45接口用來連接網絡，可直接連接到HUB。 (4)數據采集端通訊接口：采用RS 485總線，采用半雙工通信來實現通信。 3 軟件設計部分 整個下位機采集系統其實是一個多機通信系統，為了避免總線沖突，小區抄表器與智能儀表之間采用主從式通信。主機發送的信息傳送到各個從機或指定從機，而各個從機發送的信息只能發送給主機。在主機發送命令后，從機將對接收到的命令幀的地址代碼進行判斷，只有當命令幀中的地址代碼與本機地址一致時，從機才接收命令幀，并對命令幀進行報頭、報文長度、累加和和報尾等校驗，所有校驗通過，從機才根據具體的命令代碼向主機發送相應的應答幀。同理，主機接收到從機的應答幀后也作相應的校驗來決定是否向從機重發命令幀，以保證主機與從機數據通信的準確性。抄表系統軟件部分如圖3所示。 4 結 語 本文討論內嵌TCP／IP協議棧抄表器的設計。并對其相應的自動抄表系統進行了簡介，與傳統抄表系統相比，結構更清晰、組網更簡潔，可降低抄表系統的網絡建設和管理成本。 |
