mobitex无线抄表器的设计

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MASCMOBITEXASYNCHRONOUSCOMMUNICATIONPROTOCOL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MOBITEX；远程抄表；MASC协议；M3000；系统设计ABSTRACTINVIEWOFTHEREQUESTOFELECTRICREMOTEMETERREADINGSYSTEMTODATARELIABILITYANDREALTIME,ANELECTRICREMOTEMETERREADINGSYSTEMBASEDONTHEMOBITEXWIRELESSCOMMUNICATIONTECHNOLOGYISPRESENTEDMOBITEXISASPECIALWIRELESSDATACOMMUNICATIONNETWORKITBASESONTHEHONEYCOMBTECHNIQUE,ANDFOLLOWSTHEMASCMOBITEXASYNCHRONOUSCOMMUNICATIONPROTOCOLPROTOCOLITACHIEVESTHEFIRSTRATEEFFICIENCYBYGROUPINGSWITCHING,ANDIDADVANCEDINTHENARROWBANDWIRELESSDATACOMMUNICATIONDOMAININTHEWORDTHEOPERATINGPRINCIPLEOFTHESYSTEMANDTHEDESIGNOFSOFTWAREANDHARDWARESTRUCTUREISEXPLAINEDINDETAILTHISSYSTEMADOPTSTHEM3000WIRELESSCOMMUNICATIONCONSISTSITREALIZESTHEDATAREALTIMEGATHERINGANDTHETRANSMISSIONBYMOBITEXWIRELESSDATASPECIALNETWORKITHASTHECHARACTERISTICSOFSTEADYTRANSMISSION,HIGHRELIABILITYANDSTRONGREALTIME,THUSITCANSATISFYTHENEEDSOFELECTRICREMOTEMETERREADINGSYSTEMCOMPLETELY,ANDTHEREISAVERYGOODMARKETFOREGROUNDKEYWORDSMOBITEXMETERREADINGSYSTEMMASCM3000；METERREADINGSOFTWARE；METERREADINGHARDWARE目录第一章绪论111无线抄表系统的概述112抄表器的几种常用通信技术1121电力线载波通信1122无线扩频通信1123复合通信213本文主要工作及内容安排2第二章MOBITEX技术原理及应用321MOBITEX技术概述3211系统概要3212网络结构322OSI系统模型423MASC协议5231控制帧5232信息帧格式624MPAK协议825MOBITEX无线抄表器系统9251前端采集子系统10252通信子系统10253中心处理子系统10第三章MOBITEX无线抄表器的硬件131MOBITEX无线抄表器硬件构成132主控模块233通信模块3331MODEM通信模块3332RS485通信模块534时钟模块635存储模块736看门狗模块8第四章MOBITEX无线抄表器的软件141抄表系统软件设计142软件模块1421数据采集模块1422设置控制模块2423数据处理模块343MODEM的软件设计3431通信模块3第五章结束语5参考文献1致谢1第一章绪论11无线抄表系统的概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。12抄表器的几种常用通信技术121电力线载波通信电力线载波通信，是将信息调制为高频信号一般为50500KHZ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10KV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。122无线扩频通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。123复合通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。13本文主要工作及内容安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。第二章MOBITEX技术原理及应用21MOBITEX技术概述211系统概要MOBITEX是由爱立信公司推出的，它频道有125KHZ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。212网络结构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21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X25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。图21MOBITEX网络结构图22OSI系统模型目前在全球有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22所示。图22MOBITEX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。V24是无线MODEM与PC的物理接口，而他们间的通信接口为MASC协议（MOBITEXASYNCHRONOUSCOMMUNICATION，即MOBITEX异步通信），它是链MASCMAINLYV24MPAKMPAKMASCV24MPAKMASCMOBITEX物理层MPAKMASCMOBITEX物理层MPAKHDLCX21BISHDLCX21BISMPAKPC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（MOBITEXPACKET）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。23MASC协议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。231控制帧控制帧分为以下5种类型ACK、NACK、RACK、SENS和SACK。控制帧结构如图23所示图23控制帧结构1ACK帧ACK用来确认正确接收了信息帧。其帧结构如图24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24ACK帧结构2NACK帧NACK用来确认接收到不正确信息帧。其帧结构如图25所示。当不能发送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25NACK帧结构3RACK帧RACK帧用来请求重复发送最后一个ACK帧。其帧结构如图26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26RACK帧结构4SENS帧SENS帧用作链路层控制。其帧结构如图27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27SENS帧结构5SACK帧该帧用于对SENS帧进行确认。其帧结构如图28所示。图28SACK帧结构232信息帧格式信息帧用来在PC和无线MODEM之间传送命令和数据。其帧结构如图29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21所示。图29信息帧结构字段描述START帧以符号（0X5E）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09，AF。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0F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，0X20）和反大括弧（，0X7D）间的字符，除了STD（，0X3A）和START（，0X5E）字符。STD数据开始。文本字段和数据字段由冒号隔开（，0X3A）。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0F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09，AF。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09，AF。END帧以回车字符（CR，0X0D）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（0X2A），（0X3F），（0X21），（0X23），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。253中心处理子系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。第三章MOBITEX无线抄表器的硬件31MOBITEX无线抄表器硬件构成利用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31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31MOBITEX无线抄表器硬件构成图图31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。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。32主控模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32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32MCS51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。MCS51系列单片机存储器的配置除如表31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64KB。MCS51系列单片机存储器系统空间结构如图33所示。表31MCS51系列单片机配置一览表图33MCS51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33通信模块通信模块主要由M3000无线MODEM通信模块和RS485通信模块组成。331MODEM通信模块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M3090900MHZ和M3080800MHZ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34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34M3000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CCITTV24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MASCMODEM，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32所示。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49BIN2_INI/O二进制输入210BIN3_OUTO二进制输出312BIN1_INI/O二进制输入113SCLOI2C时钟14SDAOI2C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32M3000部分管脚功能表332RS485通信模块串口通信方式采用RS485通信模块，它是一种多发送器的电路标准,它扩展了RS422A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,RS485最大传输距离为1200M,最大传送速率可达10MB/S。因此,RS485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RS485通信标准,工作原理如图35，在实际设计中得到了广泛应用。图35MAX485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7V12V。MAX485为8脚封装,引脚配置如图36所示,各引脚功能说明如表33所示。图36引脚配置表33引脚功能说明34时钟模块时钟模块采用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37所示。考虑不同的使用场合，DS1337芯片有二种不同的封装形式，8PIN大小为300MIL的DPI封装和8PIN的LSOP大小为150MIL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34所示。典型的工作电路如图38所示，图中的SDA、SCL及INTA均为漏极开路输出，所以使用时，在外部需接上拉电阻。图37DS1337封装图表3引脚功能描述图38DS1337时钟芯片的典型应用35存储模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39所示图39EEPROM原理图存储器使用24C1024芯片，24C1024存储容量为8K1024BIT，芯片的封装图如图310所示图31024C1024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35所示。表35引脚功能描述36看门狗模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312所示，其引脚功能描述如表36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16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16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200MS宽度的低电平脉冲，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463V，复位信号RESET就有效；当电源电压超过463V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（MANUALRESET）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311所示图311MAX813封装图表36引脚功能描述第四章MOBITEX无线抄表器的软件41抄表系统软件设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。42软件模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。421数据采集模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41、图42所示。图41接收线程处理流程图42发送线程处理流程422设置控制模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又能根据用户需要设置多种优先级，实现多级控制。423数据处理模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。43MODEM的软件设计抄表器和MOBITEX网络之间必须经过MODEM通信模块M3000来实现通信，因此M3000的的软件部分所需要完成的功能主要有数据采集功能、数据传输功能、应答功能、定时功能以及存储功能等等。按照这些功能的要求，可以将基于M3000的软件设计部分分为三大模块通信模块、定时模块和存储模块。这三个模块之间按照一定的控制应答机制协调工作，完成相应的数据采集、传输功能。我们主要研究了通信模块部分的软件设计。431通信模块要完成通信模块的设计，首先要了解各部分之间进行通信的规约。而通信模块的主要功能就是按照事先规定好的协议完成电表和M3000之间以及M3000与MOBITEX网络之间的通信。其中电表和M3000之间的通信是串口通信，M3000与MOBITEX网络之间的通信是无线口通信。1电能表与M3000之间的通信电能表与M3000之间是按照645规约进行通信的。当M3000内部的定时模块到达预定的时间时，就通过RS485接口将电能表此刻的信息（包括电流、电压等）采集过来，放到M3000的FLASH中。M3000会自动判断FLASH中否有数据，如果有就调用由爱立信公司提供的API封装函数，对数据进行打包，然后通过无线口上传到后台处理中心。2M3000与业务主站的通信规约本文设计的抄表系统是基于MOBITEX传输网络的。在该无线专网中M3000与后台数据处理中心之间的数据传输采用的通信协议是MASC协议，即MOBITEXASYNCHRONOUSCOMMUNICATION，MOBITEX异步通信协议。3通信模块具体的流程图如图44所示。开始无线口、串口初始化是否有