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嵌入式系统/ARM技术中的基于CAN总线的智能电表集中器的设计
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2020-10-23
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摘要:介绍了智能电表集中器的原理,分析了相关的硬件电路,设计了具体的软件的控制流程。该集中器具有独立存储空间、实时性强、稳定性高等优点,在具体的应用中取得较好的效果。 0 引言 目前,我国城市居民用户的电表、水表、天然气表很多是人工抄表,由抄表工作人员每月逐个查抄各种仪表,也有很多地区已经通过抄表改造工程实现了集中抄表。 通过集中抄表系统节约了大量的人力、物力,而且采抄数据的周期缩短,准确度提高。随着中国城市化的发展,这种改造工程正在全面展开。由于目前已经使用的远程抄表还面临一些挑战:比如初期成本较高,同时总线上传输的数据是终端用户所消费的水、电、气等重要数据,对总线的抗干
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于技术中的基于CAN总线的智能电表集中器的总线的智能电表集中器的
设计设计
摘要:介绍了智能电表集中器的原理,分析了相关的硬件电路,设计了具体的软件的控制流程。该集中器具有
独立存储空间、实时性强、稳定性高等优点,在具体的应用中取得较好的效果。 0 引言 目前,我国城
市居民用户的电表、水表、天然气表很多是人工抄表,由抄表工作人员每月逐个查抄各种仪表,也有很多地区
已经通过抄表改造工程实现了集中抄表。 通过集中抄表系统节约了大量的人力、物力,而且采抄数据的周
期缩短,准确度提高。随着中国城市化的发展,这种改造工程正在全面展开。由于目前已经使用的远程抄表还
面临一些挑战:比如初期成本较高,同时总线上传输的数据是终端用户所消费的水、电、气等重要数据,对总
线的抗干
摘要:介绍了智能电表集中器的原理,分析了相关的硬件电路,设计了具体的软件的控制流程。该集中器具有独立存储空
间、实时性强、稳定性高等优点,在具体的应用中取得较好的效果。
0 引言引言
目前,我国城市居民用户的电表、水表、天然气表很多是人工抄表,由抄表工作人员每月逐个查抄各种仪表,也有很多地
区已经通过抄表改造工程实现了集中抄表。
通过集中抄表系统节约了大量的人力、物力,而且采抄数据的周期缩短,准确度提高。随着中国城市化的发展,这种改造
工程正在全面展开。由于目前已经使用的远程抄表还面临一些挑战:比如初期成本较高,同时总线上传输的数据是终端用户所
消费的水、电、气等重要数据,对总线的抗干扰性要求非常高,要具有抵抗容性、感性的偶合干扰的能力,为节约成本,要采
用远程供电的方式给从设备提供电源,以尽可能减少元器件的使用。
为了解决以上问题,本文设计了一种基于CAN总线的远程电表抄表系统集中器。基于CAN总线的智能电表系统具有造价
较低,可靠性高,组网简单,管理方便,操作简捷等优点,并且可以通过扩展和升级硬件,利用有线网络或无线网络通信,把
集中器采集到的实时数据发送到售电公司的管理系统中统一管理,通过应用线损分析、远程通断电、防窃电分析等功能达到更
高的智能化。
1 集中器的功能及原理分析集中器的功能及原理分析
一般的智能电表系统由四部分组成:表头,集中器,通讯器,上位机系统。具体如图1所示,其工作原理是通过一体化载
波表或安装在电表表尾的电力计量传感系统模块经CAN总线组网,集中器按设定好的时间段接收数据并保存到内部flash中,
当上位机发来读数据的信号后上位机通过RS232或RS485读数,读到的数据通过网络传送到用电管理中心。
在远程抄表表系统中,集中器是一个重要组成部分。
集中器通过CAN总线控制并读取表头的数据,数据存储在集中器的flash中。集中器执行从上位机发送的控制命令:
对时、读flash、读表数、限电、增加表头地址等。
集中器通过CAN控制器发送读表命令信号到总线上,每个表头根据读表命令将采集的信号通过CAN总线发送到集中器。
集中器将采集的信号存储在flash芯片中。上位机通过串口发送读数据信号到集中器,集中器就把存储在flash中的数据传送给
上位机。
2 集中器硬件设计集中器硬件设计
主控芯片采用的是ST公司的STM32系列的STM32F103Tx,该系列单片机是ARM的CortexTM-M3处理器是最新一代的嵌
入式ARM处理器,它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗,同时提供卓越的计算性能
和先进的中断系统响应。具有运行速度快(系统时钟频率最高可达72MHz)26个复用GPIO;64KB片上RAM;2个12位模数
转换器,1μs转换时间(多达16个输入通道);3个SPI,5个USARTs,2个IIC接口;片上256KBFLASH;2个看门狗,11个
定时器;芯片具有独立的实时时钟,能够相关资料丰富,提供单片机使用库函数,用C语言编程十分方便,易于开发。
由于智能电表控制器需要很准确的实时性,以方便售电公司收取用电费用。因为主控芯片自带实时时钟,所以只需要外接
独立的32.768kHz的晶体。实时时钟既可以通过寄存器设置年月日及具体时间,同时还有闹钟功能,定时中断进行指定操作。
智能电表集中器的硬件部分结构如图1所示,主要有ARM,Flash,时钟芯片,接口电路,RS232,RS485,电源等组
成。ARM作为控制芯片,有标准设计;ARM接口电路比较简单,以下重点讨论CAN总线接口和Flash接口设计。
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