毕业设计（论文）-Mobitex无线抄表器的设计.doc

华北电力大学学士学位论文 摘 要 针对电力远程抄表系统对数据可靠性和实时性的要求，提出了一种基于 Mobitex无线通信技术的电力远程抄表系统。 Mobitex是一种专用无线数据网络。它以蜂窝技术位基础，尊循 MASC(Mobitex Asynchronous Communication Protocol)协议，使用分组交换来 实现最高效率，在窄带无线数据通信领域中处于世界领先地位。 本文详细介绍了该抄表系统的工作原理以及软、硬件结构设计。该系统 采用M3000无线通信模块，通过Mobitex无线数据专用网络实现对数据的实时 采集和传输。具有传输稳定，可靠性高、实时性强等特点，完全能够满足电 力远程抄表系统的需求，有着很好的市场应用和推广前景。 关键词：关键词：Mobitex；远程抄表；MASC协议；M3000；系统设计 Abstract In view of the request of electric remote meter reading system to data reliability and real-time, an electric remote meter reading system based on the Mobitex wireless communication technology is presented. Mobitex is a special wireless data communication network . It bases on the honeycomb technique, and follows the MASC (Mobitex Asynchronous Communication Protocol) protocol. It achieves the first-rate efficiency by grouping switching ,and id advanced in the narrowband wireless data communication domain in the word . The operating principle of the system and the design of software and hardware structure is explained in detail. This system adopts the M3000 wireless communication consists. It realizes the data real-time gathering and the transmission by Mobitex wireless data special network. It has the characteristics of 华北电力大学学士学位论文 steady transmission, high reliability and strong real-time, thus it can satisfy the needs of electric remote meter reading system completely, and there is a very good market foreground. Key words：Mobitex; meter reading system; MASC; M3000；meter reading software；meter reading hardware 华北电力大学学士学位论文 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 无线抄表系统的概述.1 1.2 抄表器的几种常用通信技术.1 1.2.1电力线载波通信.1 1.2.2无线扩频通信.1 1.2.3复合通信.2 1.3 本文主要工作及内容安排.2 第二章第二章 MOBITEXMOBITEX 技术原理及应用技术原理及应用.3 2.1 MOBITEX技术概述.3 2.1.1 系统概要.3 2.1.2 网络结构.3 2.2 OSI 系统模型.4 2.3 MASC 协议.5 2.3.1 控制帧.5 2.3.2 信息帧格式.6 2.4 MPAK 协议.8 2.5 MOBITEX无线抄表器系统.9 2.5.1前端采集子系统.10 2.5.2 通信子系统.10 2.5.3 中心处理子系统.10 第三章第三章 MOBITEX 无线抄表器的硬件无线抄表器的硬件.1 3.1 MOBITEX无线抄表器硬件构成.1 3.2 主控模块.2 3.3 通信模块.3 3.3.1 Modem通信模块.3 3.3.2 RS485通信模块.5 3.4 时钟模块.6 3.5 存储模块.7 3.6 看门狗模块.8 第四章第四章MOBITEXMOBITEX 无线抄表器的软件无线抄表器的软件.1 4.1 抄表系统软件设计.1 4.2 软件模块.1 4.2.1 数据采集模块.1 4.2.2 设置控制模块.2 4.2.3 数据处理模块.3 华北电力大学学士学位论文 4.3 MODEM的软件设计.3 4.3.1 通信模块.3 第五章第五章 结束语结束语.5 参考文献参考文献.1 致致 谢谢.1 华北电力大学学士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 无无线线抄抄表表系系统统的的概概述述 无线抄表系统是当代微电子技术、智能仪器、通信、计算机技术等多项专业范围内 先进技术的集成。是为提高供电部门现代化管理的水平，近年来逐步发展起来的一项新 兴技术。它以全自动的抄表收费方式取代了传统的人工抄表收费方式，实时采集信息， 对数据实现统一管理、集中存储，极大地提高了工作效率和计量的准确率；它将计算机 网络和营业管理系统有机的结合，对用电状况进行监控和管理，给有关管理部门提供的 各种信息进行收费与统计分析，并可以与银行计算机联网，实现银行票据自动划拨，有 效地确保企业及用户的合法权益，方便用户，降低企业的经营成本，提高了企业管理的 科技水平和经济效益，使管理更科学，更可靠，为有关部门的决策提供依据，它是今后 抄表技术的发展方向。 1.2 抄抄表表器器的的几几种种常常用用通通信信技技术术 1.2.1 电电力力线线载载波波通通信信 电力线载波通信，是将信息调制为高频信号(一般为 50500 kHz)并叠加在电力线路上 进行通信的技术。其优势是利用电力线作为通信信道，不必另外铺设通信信道，大大节 省投资，维护工作量少，可灵活实现“即插即用” 。目前，国内 10 KV 以上电压等级的高 压电力线载波技术已经较成熟，但低压电力网络上的载波通信还未能达到令人满意的水 平，这在一定程度上制约了电能计量自动抄表技术在我国的实际应用。 1.2.2 无无线线扩扩频频通通信信 扩频技术是一种无线通信方式，把发送的信息转换为数字信号，然后由扩频码发生 器产生的扩频码序列去调制数字信号，以扩展信号的频谱，通过相关接收，用相同的频 码序列解扩，最后经信息解调，恢复出原始信息。扩频通信距离一般可达几十千米，其 最大的优点在于抗干扰能力较强，因此具有较强的安全保密性。扩频技术在电能计量自 动抄表系统的典型应用方式是：采集器通过电力线载波把数据传至集中器，再由设置在 集中器附近的扩频电台把数据发送给中央处理站的接收电台。 华北电力大学学士学位论文 2 1.2.3 复复合合通通信信 在应用于电能计量自动抄表系统中的所有通信模式中，各种通信模式都有优缺点， 任何一种采用单一通信技术的方案均很难完全满足需要。为解决这类矛盾，提出了复合 通信方案。 复合通信方案是在自动抄表的不同通信阶段采用不同的通信方式，组成实现电能自 动抄表的复合通信网络。在数据传输量不太大、传输距离较近的底层数据采集阶段(电能 表到采集器，采集器到集中器)，可以采用如红外、低压电力线载波甚至点对点的通信方 式；而在集中器到中央处理站段，则可采用电缆、电话线或无线通信等。选择什么样的 复合方式，需根据实际情况统筹考虑。混合使用的各种通信方式之间要有很好的相容性， 不能相互干扰，这其中涉及到运筹学、最优规划等方面的研究与设计。 1.3 本本文文主主要要工工作作及及内内容容安安排排 本篇文章主要是在现有的电力抄表系统的基础上，又介绍了新的抄表方式，运用更 可靠更廉价的网络系统对分散的电表进行抄表。 第一章简单的介绍了无线抄表系统的形成及实用价值，同时介绍了抄表器的几种常 用通信技术。 第二章主要介绍了 Mobitex 技术原理及应用，技术原理从网络结构、OSI 系统模型、 MASC 协议、MPAK 协议几方面进行了介绍， 后介绍了 Mobitex 无线抄表在电力系统中的 应用，Mobitex 无线抄表系统主要由前端采集子系统、通信子系统和中心处理子系统等三 部分组成。 第三章先对 Mobitex 无线抄表器硬件构成图进行了说明，再进一步介绍了硬件的各 主要模块的结构、功能及作用，主要模块有主控模块、通信模块、时钟模块、存储模块、 看门狗模块。 第四章介绍了抄表系统软件设计，将无线抄表系统的软件划分为三大模块: 数据采 集模块，设置控制模块，数据处理模块；同时介绍了 Modem 的软件设计，主要研究了通 信模块部分的软件设计。 第五章就本文所做的主要工作进行了简单的总结。 华北电力大学学士学位论文 3 第二章第二章 MobitexMobitex 技术原理技术原理及应用及应用 2.1 Mobitex 技技术术概概述述 2.1.1 系系统统概概要要 Mobitex 是由爱立信公司推出的，它 频道有 12.5KHZ 带宽，支持 8kb/s 传输速率 的无线窄带双向数据传输网 ，它采用分组交换方式的专用无线数据传输系统，频谱利 用率高、信息传送安全快捷， 已用于医疗急救、火灾抢险、交通疏导、警察执勤、车 辆跟踪及各领域的企业运营中，提供无线数据传输服务。目前全球基于Mobitex 的网 络已有 30 个，其专业用户已达 120 万。 Mobitex 是一个开放系统，支持基于 IP 的移动数据应用，为数据传输提供了高安 全性和可靠性环境，它具有很好的灵活性和健壮性，在确保危机时刻通信重要性的意识 越来越高的今天， Mobitex 网络无干扰的通信，在 911 恐怖袭击、地震、洪水和其他 灾难中，都得到了证明。 2.1.2 网网络络结结构构 Mobitex 为在移动终端之间传输移动无线数据提供了一种安全可靠的方法，它采用 分层交换机和基站来路由用户之间的数据包，主要由 网络控制中心（ NNC） 、主交换机 （MHX） 、区域交换机（MOX） 、基站（BSS）和通信终端组成。如图 2-1 所示。 网络控制中心（NNC）用于网络的配置、控制、管理、监视和操作，同时它也提供 通信量和告警的统计功能；主交换机（ MHX）路由区域交换机间的通信量，并且提供网 络与网络控制中心的连接；区域交换机（ MOX）为连接在其上的无线基站和固定终端提 供包交换，并且提供 Mobitex 和其他网络（如 X.25 网络）的连接功能；基站（ BSS） 是移动终端的接入点，它路由在其覆盖范围内的终端流量，实现终端间的通信；通信终 端就是各种固定或移动的数据通信设备。 华北电力大学学士学位论文 4 图 2-1 Mobitex 网络结构图 2.2 OSI 系系统统模模型型 目前在全球有 30 个基于 Mobitex 的网络，其中一些属于公有网络，即任何人都可 以通过当地经营商购买网络服务；而另一些是私有网络，可根据公司自身的需要来拓展 网络和开发升级应用，因而具有较好的组网灵活性和较宽广的应用空间，对网络进行配 置和管理方便，更能保证数据传输的可靠性和安全性。 Mobitex 自身定义了两个协议， MASC 协议和 MPAK 协议，它们分别对应 OSI 系统模型中链路层和网络层的协议，如图 2-2 所示。 图 2-2 Mobitex 对应 OSI 结构示意图 Mobiex 包含 OSI 模型中 13 层，应用开发商完成第 4 层及其以上各层的服务器 端和客户端的任务。 V.24 是无线 Modem 与 PC 的物理接口，而他们间的通信接口为 MASC (Mainly) V.24 MPAKMPAK MASC V.24 MPAK MASC Mobitex 物理层 MPAK MASC Mobitex 物理层 MPAK HDLC X.21 bis HDLC X.21 bis MPAK PC无线 Modem 无线移动终端 Mobitex 网络 固定终端 客户应用 客户应用 7应用 层 6表示 层 5会话 层 4传输 层 3网络 层 2链路 层 1物理 层 华北电力大学学士学位论文 5 MASC 协议（Mobitex Asynchronous Communication，即 Mobitex 异步通信） ，它是链 路层协议。MASC 协议本身简单，提供协议的标准功能和控制，进行简单的帧处理，确 保主机与无线 Modem 间的正常通信。无线 Modem 与 Mobitex 网络间的接口为 MPAK（Mobitex Packet）协议，它是第三层网络层协议，完成 Mobitex 中的路由选择， 将信息从发送者路由到指定的接收者，处理可能发生的各种交互错误。MASC 和 MPAK 协议的应用使得数据在网络中被处理的过程对高层应用来说是可知的，高层应用可以通 过这种可知性对被丢弃的数据采取相应的重传机制，在数据传输的整个过程中保证了数 据传输的可靠性。 2.3 MASC 协协议议 MASC 接口是为 PC 与无线 Modem 的连接而设计的， 采用异步、串行数据传输， 是链路层协议。在链路层中，对等层之间信息传输是以帧的形式进行，MASC 协议包 含两种类型的帧：信息帧和控制帧 。信息帧用作传输命令和其他信息，控制帧用作控 制信息帧流量。MASC 规定信息帧必须在前一帧被确认后才能发下一帧。 2.3.1 控控制制帧帧 控制帧分为以下 5 种类型：ACK、NACK、RACK、SENS 和 SACK。控制帧结构 如图 2-3 所示： 图 2-3 控制帧结构 1. ACK 帧：ACK 用来确认正确接收了信息帧。其帧结构如图 2-4 所示。当接收 的信息帧满足以下条件，接收方将发送 ACK 帧进行确认：以 开始；信息中包含冒号 （：） ；校验字段和长度字段有正确的值；任何字段或整个帧的最大字符数都没有超过 规定长度；以结束字符（ CR）结束。 对于每一个发送的帧， sequ 字段值应该 0 和 1 交替，除非最后一个 ACK 是应 RACK 的请求重复的，在这种情况下，将重传最后一个值。第一次发送ACK 时， sequ 值为 0。如果在发出一个 ACK 之前就接收到了一个 RACK，sequ 字段应包含 “” （减号） 。只有在这种情况下， sequ 的值才为“” （减号） 。 图 2-4 ACK 帧结构 2. NACK 帧：NACK 用来确认接收到不正确信息帧。其帧结构如图 2-5 所示。当 华北电力大学学士学位论文 6 不能发送 ACK 帧或者接收的信息帧满足以 下条件，接收方将发送 NACK 帧进行确认： 以开始；信息中有且仅有一个冒号 （：） ；总长度大于 10；以结束字符（ CR）结束。 如果接收到的帧既不满足发送 ACK 帧的标准，也不满足发送 NACK 的标准，接收方 不给任何回应，该帧将被发送单元中的超时函数复制重发。 图 2-5 NACK 帧结构 3. RACK 帧：RACK 帧用来请求重复发送最后一个 ACK 帧。其帧结构如图 2-6 所示。如果一个信息帧发送后 10 秒内，没接收到 ACK，就会发送 RACK。单元接收 到 RACK 后必须以复制发送最后一个 ACK 响应。复制的 ACK 必须包含最后使用的 顺序值。 图 2-6 RACK 帧结构 4. SENS 帧：SENS 帧用作链路层控制。其帧结构如图 2-7 所示。当无通信量时， 发送 SENS 帧检查通信链路。发送方决定何时发送 SENS 帧。两个 SENS 帧之间至少 要相隔 10 秒。当发送了一个 SENS 帧后，10 秒内将收到一个回复（ SACK 帧） 。如果 10 秒内没有收到回复，将发送一个新的 SENS 帧。当发送了两个 SENS 帧后无回复， 或者信息帧不能正确传输，则认为通信链路失效了。必须通过发送INIT 帧进行重启。 重启必须通过发送 SENS 帧的单元进行初始化。如果未发送 SENS 但接收到 SACK， 则忽略 SACK。 图 2-7 SENS 帧结构 5. SACK 帧：该帧用于对 SENS 帧进行确认。其帧结构如图 2-8 所示。 图 2-8 SACK 帧结构 2.3.2 信信息息帧帧格格式式 信息帧用来在 PC 和无线 Modem 之间传送命令和数据。其帧结构如图 2-9 所示。 信息帧中的文本字段包含了与帧用途有关的信息，如命令和参数。在不同Mobitex 终 端间传输的文本和数据都包含在数据字段中。信息帧中各个字段及其描述如表2-1 所 示。 华北电力大学学士学位论文 7 图 2-9 信息帧结构 字段描述 start 帧以符号（0 x5E）开始。在开始字符之前收到的所有字符应 该被忽略。 length 帧的大小（字节数）必须用 4 个字节的数在该字段中指定。最 低有效位为第 4 个字节。帧大小包括开始字符和结束字符在内 的所有字节。 在长度字段中允许的字符有： 0-9，A-F。 text 文本字段中包含了有效帧的命令和参数。文本字段中最少包含 1 个字符，最多包含 256 个。 数字信息，如命令参数，用相应的 0-F 间的数表示。 允许在文本字段中出现的字符有：所有在空格（ SP，0 x20） 和反大括弧（，0 x7d）间的字符，除了 std（：，0 x3a）和 start（，0 x5E）字符。 std 数据开始。文本字段和数据字段由冒号隔开（：， 0 x3a） 。即 使数据字段为空，也必须使用冒号。 data 数据字段由数据组成。数据字段用十六进制编码，因此可以进 行透明传输。每个字节被分为两个部分传送，每次传送4 个 比特。在数据字段中的每 4 个比特就用 0-F 表示。因此，在数 据字段中每个输入字节用两个字符（字节）表示。数据字段最 多包含 1120 个字符。 数据字段中允许的字符有： 0-9，A-F。 check 通过对包括开始字符和在校验字段之前的所有字符执行布尔型 操作 or，计算纵向的校验和。校验字段由两个十六进制数组成， 第二字节为最低有效位。 校验字段中能出现的字符有： 0-9，A-F。 end 帧以回车字符（CR，0 x0D）结束。未用结束字符结束的帧被 忽略。 type 控制帧的类型用一个字符进行说明。使用了以下字符： *（0 x2A） ，？（0 x3F） ，！（0 x21） ，（0 x23） ， 通过 网络的存储、转发技术及网络证实功能，确保数据传输的可靠性; 通过优先级设置、最 低路由等保证传输的实时性。 2.5.3 中中心心处处理理子子系系统统 中心处理子系统主要由中心处理工作站以及相应的软件构成，是整个无线抄表系统 的最上层，所有用户的用电信息通过信道汇集到通信前置机，前置机进行协议解析后将 数据存入数据库，数据库负责实时数据和历史数据的管理维护，安装在控制中心的软件 调用数据库中的数据进行汇总和分析，管理人员根据汇总和分析结果做出相应的决策， 实现了抄表系统的自动化管理。在Mobitex 网络中，移动终端，通过基站相互发送、接 收数据，用户发送的数据可以发到固定终端和其他移动终端，但是端到端的直接通信是 不可能的，即使发送者和接收者都在同一基站覆盖范围内，数据也必须经过基站进行转 华北电力大学学士学位论文 11 发。所以如何根据其覆盖范围、用户数量、地理区域选择基站的建设地点是组建Mobitex 网络的关键问题。基站地址选择一方面关系到网络的数据传输效率及实时性问题，另一 方面关系到网络建设的投资问题，因此需要一种科学的分析方法来确定基站的建设点， 从而既保证数据的正确、实时的传输又实现网络建设的最佳性价比。 华北电力大学学士学位论文 1 第三章第三章 Mobitex 无线抄表器的硬件无线抄表器的硬件 3.1 Mobitex 无无线线抄抄表表器器硬硬件件构构成成 利用 Mobitex 无线数据网络进行数据传输，实时方便，性能可靠，节省费用。 Mobitex 无线抄表器硬件构成如图 3-1 所示，由主控模块、通信模块、时钟模块、存储模 块、看门狗模块等。 图 3-1Mobitex 无线抄表器硬件构成图 图 3-1 中，电表通过对指定线路的原始信号进行分析处理后，得出相应的电能参数， 然后通过串口传输给单片机，在单片机处理后，通过无线Mobitex 网络发送到系统中 心站。电表从生产厂家直接选取，为 全电子式电能表，电表和单片机之间通过 RS485 通信，另需提供功率足够的 +12V 直流电源；单片机选用 Intel 公司的 51 系列的 8 位 机（最好带内置存储器） ，这里可根据通信功能和控制功能采用 2 片单片机，从而减 轻单片机的数据处理量，提高运算速度；单片机提供键盘、显示、存储器扩展、串口扩 展等功能；扩展串口中一个接 Mobitex 的无线 Modem，用于无线的数据传输，实现远 程配置、在线升级 应用程序和监测数据上传，另一个接红外通信接口， 通过该接口可 当地修改设备参数 ，实现红外维护、 手持红外抄表器抄表 和在线升级应用程序功能。 华北电力大学学士学位论文 2 单片机外部加设时钟记录具体时间和设闹钟，另加设看门狗电路，按操作规程使用时， 系统可以永不死机，确保高可靠性。 3.2 主主控控模模块块 无线抄表器的主控模块选用 Intel 公司的 51 系列的单片机，其引脚及引脚功能如图 3-2 所示，它由数据线 8 位，地址线可为 8 位或 16 位，应内置程序存储器。可根据通信 功能和控制功能采用 2 片单片机，从而减轻单片机的数据处理量，提高运算速度；单片 机提供键盘、显示、存储器扩展、串口扩展等功能；扩展串口中一个接 Mobitex 的无线 Modem，用于无线的数据传输，实现远程配置、在线升级应用程序和监测数据上传，另 一个接红外通信接口，通过该接口可当地修改设备参数，实现红外维护和在线升级应用 程序功能。 图 3-2 MCS51 系列单片机引脚及总线结构 (a) 引脚图；(b) 引脚功能分类 MCS51单片机存储器分类及配置： MCS51单片机存储器的分类从物理结构上可分为: 片内、片外程序存储器（8031和 8032没有片内程序存储器）与片内、片外数据存储器4个部分; 从寻址空间分布可分为: 程序存储器、内部数据存储器和外部数据存储器3大部分; 从功能上可分为: 程序存储器、 内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间和外部数据存储器5大部分。 华北电力大学学士学位论文 3 MCS51系列单片机存储器的配置除如表3-1 所示的片内ROM（或EPROM）和RAM外， 另外还有128个字节的RAM区作为特殊功能寄存器（SFR）区。片内、片外程序存储器和数 据存储器各自总容量为64 KB。MCS51系列单片机存储器系统空间结构如图3-3所示。 表3-1 MCS51系列单片机配置一览表 图 3-3 MCS51 单片机存储器空间结构图 （a）程序存储器; （b）内部数据存储器; （c）外部数据存储器 3.3 通通信信模模块块 通信模块主要由 M3000 无线 Modem 通信模块和 RS485 通信模块组成。 3.3.1 Modem 通通信信模模块块 Modem 通信模块使用 M3000 系列，它是爱立信公司生产的一种无线 Modem，用于 从 Mobitex 网络接收和发送数据，它的设计非常适用于 高容量低成本产品，非常易于 集成到新设备中，其 最大的特色是，无需使用计算机或者笔记本，就能独立与 华北电力大学学士学位论文 4 Mobitex 网络通信，大大方便了行业客户 的应用。由于无线功能仅占用 M3000 一小部 分的处理器和内存容量，因而它可以支持 嵌入式 Java 应用，具有极高的通用性。 M3000 系列 Mobitex 无线调制解调器包括 M3090(900MHz)和 M3080(800MHz)两款产品， 考虑到国外在配电系统工程中，主要采用 800MHz 这一频率，因其具有运行费用低，能 抗大气干扰，网络容量大等优点，因此本文选用了该系列中的M3080，其发送频率为 819825MHz，接收频率为 864870MHz。 在通信时，M3000 将发送数据打包成 MPAKs，或将接收的 MPAKs 包还原成数据。 M3000 的主功能模块图如图 3-4 所示。从图中，可以看出它主要包含了发送、接收、 数字信号处理、微处理、存储和 I/O 接口模块。发送模块将数据传送至 Mobitex 网络。 接收模块除了接收 MPAKs 包外，还从网络中接收各种控制信号，比如用于选择无线信 号更强的基站的控制信号。微控制器主要完成 MASC 协议，实现主机与 Mobitex 网络 的通信。在储存模块中将 Modem 的软件存储在 Flash 中，而 EEPROM 中主要存储 Modem 的配置数据。 图 3-4 M3000 的主功能模块图 M3000 与 Mobitex 网络通信时是半双工方式，采用串行通信的方式与主机通信，通 过 CCITT V.24 标准定义的接口支持全双工方式，并且具有溢出检测、奇偶校验和帧差 错检验的功能，支持 MASC 协议定义的各种波特率。 对 M3000 的开发有两种方式，分别为 MASC 和 OBA 方式。如果将 M3000 用作 MASC Modem，它将按照 MASC 协议通过串口与外部处理器通信，在这种情况下，外部处理器 将完成所有的数据处理工作，而 M3000 仅作为普通的无线 Modem 使用。在 OBA 方式下， M3000 除了完成基本的无线功能外，还能完成一些其他功能，不需要外部处理器。在这 两种方式中，硬件都是使用 M3000，软件上却有不同。与 MASC 方式相比，OBA 方式具 有很多优点，比如在一般情况下，需要的设备将减少，降低了成本；由于没有外部处理 器，系统的体积减小，功耗降低；启动时间短等 。考虑到 TTU 的具体设计情况，本文 选用了 OBA 方式，具体的程序实现见第四章软件设计部分。 M3000 共有 30 个管脚，在 OBA 方式下，30 个管脚均有效。 M3000 部分管脚功能表， 如表 3-2 所示。 华北电力大学学士学位论文 5 管脚名称 I/O 功能 2AD_INI 用户模拟输入 3AD_OUTO 用户模拟输出 6/DOWNLOADI 下载，用于固件或配置升级 7BIN4_OUTO 二进制输出 4 9BIN2_INI/O 二进制输入 2 10BIN3_OUTO 二进制输出 3 12BIN1_INI/O 二进制输入 1 13SCLO I2C 时钟 14SDAO I2C 数据 22/DTRI 主机显示是否准备好操作，用于使 能 MASC 通信 23TDI 发送数据 26RDO 接收数据 28/RESETI 重启 表 3-2 M3000 部分管脚功能表 3.3.2 RS485 通通信信模模块块 串口通信方式采用 RS-485通信模块，它是一种多发送器的电路标准,它扩展了RS- 422A的性能,允许双绞线上一个发送器驱动32个负载设备,负载设备可以是被动发送器、 接收器或收发器,RS-485最大传输距离为1200m,最大传送速率可达10Mb/s。因此,RS-485 在远程通信和多机总线系统中具有很大的吸引力。MAXIM公司生产的MAX48X/49X系列收发 器芯片,适合RS-485通信标准,工作原理如图3-5 ，在实际设计中得到了广泛应用。 图 3-5 MAX485 工作电路 MAX485芯片主要有以下特点： 单+5V电源供电; 低功耗：工作电流120500uA; 驱动过载保护; 通信传输线上可挂32个收发器方便组成半双工通信电路; 共模输入电压范围：-7V+12V。 MAX485为8脚封装,引脚配置如图3-6 所示,各引脚功能说明如表3-3 所示。 华北电力大学学士学位论文 6 图 3-6 引脚配置 表 3-3 引脚功能说明 3.4 时时钟钟模模块块 时钟模块采用DS1337型芯片，它是一种超小型的串行实时时钟芯片，除了具有其他 时钟芯片所具有的记录秒、分、时、星期、日、月、年，闹钟，可编程方波输出外，最 大的特点：是体积小，连线少，性能良好。 DS1337 芯片的封装图如图3-7 所示。考虑不同的使用场合，DS1337 芯片有二种不 同的封装形式，8- p in(大小为300m il) 的DP I 封装和8- p in 的LSO P (大小为150m il) 封装，二种封装的引脚排列相同，后者体积明显缩小。DS1337 芯片的引脚功能描述 如表3-4 所示。典型的工作电路如图3-8 所示，图中的SDA、SCL及IN TA 均为漏极开路 输出，所以使用时，在外部需接上拉电阻。 华北电力大学学士学位论文 7 图 3-7 DS1337 封装图 表 3- 引脚功能描述 图 3-8 DS1337 时钟芯片的典型应用 3.5 存存储储模模块块 存储模块采用可擦除可编程只读存储器（EEPROM） 。该存储器采用双层栅(二层 poly)结 构，工作原理结构如图 3-9 所示 图 3-9 EEPROM 原理图 华北电力大学学士学位论文 8 存储器使用 24C1024 芯片，24C1024 存储容量为 8k*1024 bit ，芯片的封装图如图 3-10 所示 图 3-10 24C1024 封装图 24C1024 芯片的 EEPROM 总共 8 个管脚，三个为芯片地址脚 A0、A1、A2，在主控模块 对它进行操作时，从 SDA 输入 A0、A1、A2 数据和芯片外部 A0、A1、A2 所接地址需一一 对应。一个为芯片写保护脚 WP,WP 脚接低电平时，芯片可进行读写操作；WP 脚接高时， 芯片只可进行读，不可进行写，另外两个管脚为电源脚 Vcc、Vss。用主控模块对 24C1024 芯片进行控制时，它得外部管脚 Vcc、Vss、WP、A0、A1、A2 根据需要，对应接 上，SDA、SCL 接到主控模块控制脚上。其引脚功能描述如表 3-5 所示。 表 3-5 引脚功能描述 3.6 看看门门狗狗模模块块 在设计看门狗模块时主要考虑了系统的可靠性，选用了 Maxim 公司推出的专用于复 位的看门狗型复位芯片 MAX813，芯片的封装图如图 3-12 所示，其引脚功能描述如表 3- 6 所示。它是一种性能优良的低功耗 CMOS 监控电路芯片，其内部电路由上电复位、可重 触发“看门狗”定时器及电压比较器等组成。MAX813 只要在 1.6 秒时间内检测到 WCI 引脚有高低电平跳变信号，则“看门狗”定时器清零并重新开始计时；若超出 1.6 秒后， WCI 引脚仍无高低电平跳变信号，则“看门狗”定时器溢出，WDO 引脚输出低电平，进而 触发 MR 手动复位引脚，使 MAX813 复位，从而使“看门狗”定时器清零并重新开始计时， WDO 引脚输出高电平，MAX813 的 RST 复位输出引脚输出大约 200 ms 宽度的低电平脉冲， 华北电力大学学士学位论文 9 使单片机控制系统可靠复位，重新投入正常运行。 复位电路分为手工复位与上电复位。上电复位利用比较器产生触发信号触发触发器， 以此产生复位信号。同时，对时基产生的脉冲进行定，当复位时间达 140 毫秒时，Reset 发生器产生一脉冲使复位信号无效。上电复位时，只要电压低于 4.63V，复位信号 Reset 就有效；当电源电压超过 4.63V 时，Reset 信号仍将继续保持 140 毫秒左右，以保证 CPU 复位可靠后无效。手动复位时，MR（Manual Reset）接地时间不小于 150 纳秒，则可产 生一个手动复位过程。即在复位端产生 140 毫秒的有效复位信号（高电平有效） 。若将 WDO 端与 MR 连接，则可组成上电复位及看门狗复位电路图 3-11 所示 图 3-11 MAX813 封装图 表 3-6 引脚功能描述 华北电力大学学士学位论文 1 第四章第四章 MobitexMobitex 无线抄表器的软件无线抄表器的软件 4.1 抄抄表表系系统统软软件件设设计计 典型的抄表软件具有如下功能: 远程设定抄表集中器和采集器内的参数; 抄收整个系统中所有电表的数据; 使控制中心可远程地对用户电表进行断电和送电控制; 运行数据库，生成用电量日报、月报表，进行电费结算。 4.2 软软件件模模块块 根据以上功能要求，将自动抄表系统的软件划分为大模块：数据采集模块，设置 控制模块，数据处理模块。 4.2.1 数数据据采采集集模模块块 该模块负责数据的接收与发送，它与下级的集中器以选定的通信协议进行通信，实 现电表数据的采集。数据采集模块是整个软件系统的关键，它要实现的是一点对多点的 通信，要处理成百上千个电表的数据，因此如果该模块设计不合理就会成为系统通信的 瓶颈。在我们的设计中就运用了多线程技术和双向链表技术实现数据采集模块。首先， 我们为每个集中器创建两个线程: 接收线程和发送线程，这样每个集中器之间是独立工 作的，而它的数据接收与指令发送又是无不干扰的，这种设计可以提高数据采集模块处 理海量数据的效率。另外，我们在数据采集模块中设计了一个双向链表，它用于保存接 收到的所有集中器数据，由于是一种一对多的通信，这种设计就可以避免下级集中器的 发送速度比通信模块数据处理速度快时产生阻塞，影响系统整体工作效率。测试证明这 种设计确实是非常有效的。通信模块的接收和发送线程处理流程如图4-1 、图4-2 所示。 华北电力大学学士学位论文 2 图 4-1 接收线程处理流程 图 4-2 发送线程处理流程 4.2.2 设设置置控控制制模模块块 该模块要实现远程设定抄表集中器和采集器内的参数以及处理控制中心的远程控制 命令。它的实现就是将控制中心发送的参数设置命令和远程控制命令以各自指定的协议 格式打包发送到远端。由于控制命令属于优先发送命令，因此我们在设计时就在控制指 令前加入优先级字段，指令发送前先进行优先级判断，这样既保证控制指令的及时发送 华北电力大学学士学位论文 3 又能根据用户需要设置多种优先级，实现多级控制。 4.2.3 数数据据处处理理模模块块 该模块包括数据库和上层软件。数据库完成抄表数据的管理和二次处理，包括定期 更新和删除数据、数据统计等; 上层软件则通过数据库访问技术从数据库提取数据，将 数据汇总分析结果以表格、图形的方式显示出来。另外，上层软件还应具有定期生成报 表及打印报表功能，还可以在负荷超限时发出报警信号。 4.3 Modem 的的软软件件设设计计 抄表器和 Mobitex 网络之间必须经过 Modem 通信模块 M3000 来实现通信，因此 M30