Meter-Bus水表技术说明书.doc

产品型号： LXZD(R)-15/20/25-2V1.0 文件名称：技术说明书1 概述四位干式M_BUS光电直读水表是由湖南威铭能源科技有限公司在原有的四位干式TTL输出光电直读表产品基础上设计开发的一款直读水表，采用了MEGA48单片机作为主芯片，TSS721A芯片作为M_BUS接口芯片。光电直读水表是市场应用的主流方向，M_BUS光电直读水表需求很大，而我们一直还没有自己的产品，为了填补这个空白，我们迫切需要开发一款M_BUS的水表。四位干式光电直读M_BUS水表正是基于这样的背景下提出立项，我们在这个产品的研发上已经做了很多工作，我们的设计会在其他同类产品的基础吸取各家之长，并根据现有的各项测试结果进行设计。1.1 制造标准CJ-T188-2004户用计量仪表数据传输技术条件CJ/T2242006电子远传水表GB/T778-1996冷水水表GB 501312007自动化仪表工程施工质量验收规范JJG 686-2006热水表检定规程GB/T17626-2006电磁兼容试验和测量技术JB/T8802-1998热水水表规范2 光电直读水表工作原理2.1 设计思想和直读水表特点光电直读水表利用光电直读原理，用电子装置直接读取机械字轮上面的读数，而不是存储计量的脉冲连续数据，因此不会因为传输介质问题或者存储信息偶尔丢失而造成数据永久丢失，具有实际读数据错误的可恢复性，有助于整个抄表系统的可靠性。四位干式光电直读表采用在原有OEM产品基础上改进设计的光电直读模块，优化了原有的软硬件设计，进一步提高读数可靠性的同时考虑了扩展性，在产品的生产工艺性上做了很多的考虑。是后面将要研发几个系列远传水表的基础平台。2.2 光电直读工作原理无源光电直读数字化远传水表包括改装的基表与光电直读模块。改装的基表在原机械计数器的基础上增设了电子发讯装置。基表计数器字轮旋转,指针固定,且基表计数器字轮上刻有单环半圆编码透空孔。单环半圆编码透空孔、红外发射管和红外接收管构成光电直读式电子发讯装置。表头的工作原理如下:在旋翼式水表中，并排安装有四个相同的字轮，在每个字轮上印有相同的数据:O，1，2，3，4，5，6，7，8，9，这些数据以相等间距均匀地分布在字轮的周边。在其中的某5个连续数字(比如2，1，O，9，8)一边的半圆面上开有一段半圆形编码透光孔 (如图2-2)，剩下的5个数字(比如3，4，5，6，7)一边的半圆面上则没有透空孔。在水表计数的每个字轮（图2-1）一侧安装5组红外传感器件（发射管）, 在另一侧与传感器件相对应的位置上设有5组感应装置（红外接收管）。传感器焊接在电路板上,按照一定的规则在同一圆周上分布（如图2-4）,线路板保持固定不动, 计数字轮与光电传感器结构图如下图2-1所示。 图2-1 水表计数字轮与光电传感器结构图 图2-2 字轮 图2-3半圆编码透空孔字轮平面图 图2-4 红外发射接收管平面图2.3 光电直读式电子发讯装置工作原理直读式电子发讯装置结构如下图2-5所示。该电子发讯装置由基表计数器字轮上的半圆编码透空孔(1)、可见光发射管(2)、可见光接收管(3)三部分组成,可见光接收管垂直正对计数器字轮(4)，且与半圆编码透空孔处在同一圆弧上；可见光接收编码图2-5 表头结构示意图组管由5个接收管组成,其中每个编码管相隔36度均匀排列。三段编码透空孔随字轮旋转,可见光发射管在抄表时发出可见光,相应的接收编码组管或透空或隔断,通过编码组管的通断状态,得到字轮相应的转角位置和字码。传输信息是水表计数器字轮的数字编码而非水量的脉冲值。2.4 光电直读电子模块整体框图四位干式M_BUS直读模块硬件整体构架结构框图如下图2-6所示：MBUS模块通讯接口ISP调试口AVR MEGA48/88单片机光电直读控制DVB-T 解调板异步串口通讯千位光电接收管阵列千位光电发射管阵列百位光电接收管阵列百位光电发射管阵列十位光电接收管阵列十位光电发射管阵列个位光电接收管阵列个位光电发射管阵列图2-6四位光电直读模块系统框图四位光电直读模块是一个采用AVR MEGA48/88单片机的嵌入式系统，下面对光电直读模块几个功能部分简单介绍下：l 其核心为与光电直读表的机械字轮相配合的光电发射和接收管控制功能单元，每一个机械字轮都有5个对射的光发射管和光接收管来对其位置进行识别，这5个光发射管和光接收管都互成36度。单片机通过逐一驱动光发射管发光，检测与其对射的接收管是否导通来判断中间的字轮透光孔的位置，依次来断定字轮的实际位置，具体控制过程后面会详细讲解。干式直读水表的个、十、百和千位都是通过这种方式直接判定，所以有四组类似的光电发射和接收判定电路。l 光电直读模块与上位机的异步通讯接口，这里是M-BUS总线接口电路，光电模块不再需要单独供电，单片机软件需要加入M-BUS总线的相关协议。l 最后，光电直读模块有程序开发和下载的ISP调试口。3 组网安装及接线说明3.1 M_BUS水表组网连接方法和拓扑结构M_BUS水表可以与标准的M_BUS总线的数据采集设备组网来搭建水表数据采集系统，M_BUS总线上可以挂接的水表数量与M_BUS数据采集设备的带负载能力相关，下图3-1是与我公司自有的M_BUS数据采集器和集中器组网的连接示意。图3-1 M_BUS水表组网示意3.2 M_BUS水表接线说明下图3-2是M_BUS光电直读水表的安装及接线说明水表尺寸（mm）LH宽度DN-15/20/25165/195/22513085图3 -2 M_BUS光电直读水表安装及接线说明l 红色线：M_BUSL1 l 黑色线：M_BUSL2注： M_BUSL1与M_BUSL2没有顺序要求，可以任意接。拟 制：王霜剑 2009-10-16 图 号： OCQF2.789.013JS审 核：工 艺: 第 19页 共 27页标准化： 批 准：4 M_BUS水表串口参数和命令设置M_BUS水表遵循CJ-T188-2004户用计量仪表数据传输技术条件中的传输标准，支持部分CJ-T188-2004中的命令，并且根据产品自身需求另外做了简单的扩展，下面是串口和命令参数的详细说明。4.1 四位干式M_BUS光电直读水表的串口输出格式n 波特率 2400n 一个起始位n 8位数据n 一个停止位n 一位偶效验4.2 四位干式M_BUS光电直读水表命令配置1. 读表计地址命令 主站请求帧的功能：读表计地址 控制码： 03H 数据长度：L=03H 数据标识：（DI0 DI1）810AH 序列号：SER 帧格式：68HTAAHAAHAAHAAHAAHAAHAAH03H03H81H0AHSERCS16H T：AAH AAHAAH：广播地址 从站正常应答帧的功能：将请求命令执行的结果返回 控制码：83H 数据长度：L=03H 数据标识：810AH 序列号：SER 帧格式： 68HTA0A1A2A3A4A5A683H03H81H0AHSERCS16H A0A6：表计地址 从站异常应答：无数据返回2写表计地址命令 主站请求帧的功能：写表计地址 控制码：15H 数据长度：L=0AH 数据标识：（DI0 DI1）A018H 序列号：SER 帧格式：68HTA0A615H0AHA0H18HSERA00A06CS16H T：为原表类型或AAHA0A6：为原表地址或全AAH A00A06：为新地址 从站正常应答的功能：将请求命令执行的结果返回 控制码：95H 数据长度：L=03H 数据标识：A018H 序列号：SER 帧格式：68HTA00A01A02A03A04A05A0695H03HA0H18HSERCS16H从站异常应答：无数据返回3.设置出厂命令主站请求帧的功能：设置出厂状态 控制码：04H 数据长度：L=03H 数据标识：（DI0 DI1）A019H 序列号：SER 帧格式：68HTA0A1A2A3A4A5A604H03HA0H19HSERCS16H从站正常应答功能：将请求命令执行的结果返回 控制码：84H 数据长度：L=03H 数据标识：A019H 序列号：SER 帧格式：68HTA0A1A2A3A4A5A684H03HA0H19HSERCS16H从站异常应答：无数据返回4.清表计状态命令 主站请求帧的功能：清表计状态 控制码：04H 数据长度：L=03H 数据标识：（DI0 DI1）C021H 序列号：SER 帧格式：68HTA0A1A2A3A4A5A604H03HC0H21HSERCS16H从站正常应答功能：将请求命令执行的结果返回 控制码：84H 数据长度：L=03H 数据标识：C021H 序列号：SER 帧格式：68HTA0A1A2A3A4A5A684H03HC0H21HSERCS16H从站异常应答：无数据返回5.读软件版本号命令主站请求帧功能：读软件版本号 控制码：01H 数据长度：L=03H 数据标识：（DI0 DI1）1013H 序列号：SER帧格式68HTA0A1A2A3A4A5A601H03H10H13HSERCS16从站正常应答功能：将请求命令执行的结果返回 控制码：81H 数据长度：L=08H 数据标识：1013H 序列号：SER 帧格式：68HTA0A1A2A3A4A5A681H08H10H13HSER21H00H09H09H30HCS16H从站异常应答：无数据返回6. 读水表内EEPORM信息命令主站请求帧的功能：读水表内EEPORM信息 控制码：01H 数据长度：L=03H 数据标识：（DI0 DI1）C020H 序列号：SER 帧格式： 68HTA0A1A2A3A4A5A601H03HC0H20HSERCS16从站正常应答功能：将请求命令执行的结果返回 控制码：81H 数据长度：L=11H 数据标识：C020 序列号：SER 帧格式：68HTA0A1A2A3A4A5A681H11HC0H20HSERNND0D1D2D3ND4NNNNNNA0A1A2A3A4A5A6CS16H数据区中的NNA6 具体定义详见附录注1从站异常应答：无数据返回7.读AD采样数值主站请求帧的功能为请求读操作 控制码：01H 数据长度：L=03H 数据标识：（DI0 DI1）AA00H 序列号：SER帧格式68HTA0A1A2A3A4A5A601H03HAAH00HSERCS16从站正常应答功能：将请求命令执行的结果返回 控制码：81H 数据长度：L=35H 数据标识：AA00H 序列号：SER 帧格式：68HTA0A1A2A3A4A5A681H39HAAH00HSERD0D1D2D3D4D5D6D7D8D900HD10D11D12D13D14D15D16D17D18D1900HD20D21D22D23D24D25D26D27D28D2900HD30D31D32D33D34D35D36D37D38D3900HD40D41D42D43D44D45D46D47D48D49CS16H数据区中D0D49具体定义详见附录注5从站异常应答：无数据返回8.读当前流量命令主站请求帧的功能为请求读操作 控制码：01H 数据长度：L=03H 数据标识：（DI0 DI1）901FH 序列号：SER帧格式68HTA0A1A2A3A4A5A601H03H90H1FHSERCS16从站正常应答功能：将请求命令执行的结果返回 控制码：81H 数据长度：L=9H 数据标识：901FH 序列号：SER 帧格式：68HTA0A1A2A3A4A5A681H9H90H1FHSER D0D1D2D3S0S1CS16注：D0: 小数位，保留00字节 D1: 十位个位 D2：千位百位 D4：保留00字节（仅对四位字轮而言） S0： 00（暂时就目前的光电直读水表的功能而言） S1： 0xFF（暂时就目前的光电直读水表的功能而言）从站异常应答：无数据返回 附录 序号标识编码数据格式数据长度(字节)单位功能数据项名称备注DI0DI1读写1901FXXXXXXXX4立方米*当前累计流量2810ANNNNNNNNNNNNNN7*读表计地址3C020注124*水表内EEPORM信息扩展41013NNNNNNNNNN5*软件版本号扩展5AA00注650*AD采样数值扩展6C021*初始化内卡信息 （清除表计状态信息，表计编码状态信息）扩展7A018NNNNNNNNNNNNNN7*写表计地址8A019*出厂命令设置仅能设置一次注1:NND0D1D2D3ND4NNNNNNA0保留字节D0:十位数据D1:个位数据D2:十位数据D3:个位数据N: 高四位保留，D4:万位数据初始化状态字 表计状态字表计编码状态字表计地址D0,D1：09D2,D3：09保留默认为0，D4为09数值见注2见注3见注4BCDA1A2A3A4A5A6BCDBCDBCDBCDBCDBCD注2：表计初始化状态保留保留保留保留保留保留保留0：未初始化1：已初始化0（默认初始数值）000000注3：保留保留保留保留保留出厂状态位（默认默认初始数值） 000000：未出厂1：已出厂注4：保留保留保留万位字轮编码状态位千位字轮编码状态位百位字轮编码状态位个位字轮编码状态位十位字轮编码状态位（默认默认初始数值） 0000：编码正常状态1：编码异常状态0：编码正常状态1：编码异常状态0：编码正常状态1：编码异常状态0：编码正常状态1：编码异常状态0：编码正常状态1：编码异常状态注5：个位字轮AD采样数值D0D1D2D3D4D5D6D7D8D900H背光采样数值第一组接收管光采样数值背光采样数值第二组接收管光采样数值背光采样数值第三组接收管光采样数值背光采样数值第四组接收管光采样数值背光采样数值第五组接收管光采样数值间隔十位字轮AD采样数值D10D11D12D13D14D15D16D17D18D1900H百位字轮AD采样数值D20D21D22D23D24D25D26D27D28D2900H千位字轮AD采样数值D30D31D32D33D34D35D36D37D38D3900H万位字轮AD采样数值D40D41D42D43D44D45D46D47D48D49拟 制：王霜剑 2009-10-16 图 号： OCQF2.789.013JS审 核：工 艺: 第 24页 共 27页标准化： 批 准： 245 M_BUS光电直读水表参数5.1 光电模块电基本参数1.绝对极限值 水表M_BUS最大工作电压 |36V|水表M_BUS静态工作电流（等待状态） 3mA 水表M_BUS总线最大消耗电流 23mA 最大响应时间 1S 工作温度： 0.3+55 存储温度： -40+85 2.DC参数参数最小值典型值最大值单位工作电压123136V工作电流2.33mA水表接收数据时电流2.33mA水表发送数据1时电流2.33mA水表发送数据0时电流1317.323mA光电扫描时电流2.33mA命令帧响应时间280400ms 3.一次抄读成功率：99% 4.抄读数据正确率：99% 5.支持一主一丛或一主多从通讯，采用半双工方式，波特率2400bps6.M_BUS连线没有极性7.平均无故障时间：6,000h8.整表平均使用寿命6年，电子模块使用寿命2年5.2 水计量基本参数1. 准确度等级：B级；2. 常用流量Qp数值：Qp=1.5（DN15）、Qp=2.5（DN20、DN25）；3. 始动流量：DN1514L/h；DN2016L/h；DN2519L/h4. 表壳抗腐蚀能力：300小时盐雾试验，锈蚀率0.5%；5. 防止水表“自转”措施：在出水口安装单向止回阀，防止机芯“自转”现象的产生；6. 读数准确性：任何时间、任何位置读出值与计数器字轮一致，最小分度值为1m3；7. 准确度：从包括最小流量至不包括分界流量的低区中的最大允许误差限为5%；