基于AT89C51和串口上网接口设备实现远程抄表系统的软硬件设计

随着生活水平的提高，人们对资源的消费日益增长，资源消费的计量、管理和收费工作日益繁杂，提高管理层次和自动化水平的产品因此应运而生。但以往耗能表的抄收为人工方式，不能保证数据的准确性和实时性，还会造成大量人力、物力及时间的浪费，同时带来错抄、漏抄、估抄的现象。因此传统超标方式已经越来越不能适应今后住宅的发展需求和人们的生活需求，取而代之的将是是户外的远程抄表系统，即利用传感、控制、网络等技术将每个用户的耗能表数据自动采集到采集器中，再由采集器将数据传送到户外的集控器中，然后通过网络把数据传送到上位监控主机中，进行分析、计量和储存。最后，能源供给公司再根据上位机计算出来的住户消费费用进行电子收费。这种方法既节省人力、物力、时间，又能保证准确性和实时性。

系统组成及其工作原理

该远程抄表系统主要是由PC上位机、集控器和采集器三部分组成，系统的结构框图如图1所示。

图1 系统总框架图

从上图中可以看出，抄表系统分三个层次，最上层为小区中央处理机，用来全面监控；中间层由小区内部局域网（以太网）构成，是数据传送的大通道；最底层为四表数据采集层，由RS485网络构成，完成四表的数据采集、集中并向上位机传送的功能。上层是利用VB语言设计的一个界面友善、操作方便的软件系统，用户只需要简单的按键操作就可以实现数据经网口进行远程收发。发送的命令，经内部局域网传送到远端的网口转串口设备。中层的集控器主要负责对命令识别并实现该命令的相关操作，如全抄表、单用户抄表和定时抄表命令。下达的命令经RS485总线网络传送给各个用户家中的采集器中，然后对脉冲表（如煤气表、水表、电表等）进行读取并存储，最后再经RS485总线上传。

系统主要硬件电路设计

本系统的优势在于能使四表数据通过小区内局域网传输。其采用了台湾摩挲公司的串口上网接口设备NportExpressDE-311，它是一种单片机网络接入设备，有两个端口，一个是RS232或RS485电平的输入接口，另一个是网络接口，内部自动对数据进行TCP/IP封装，对用户来说是完全透明的，如图2所示。该设备在市面上已经非常普及。

图2 Nport应用图

集控器的硬件电路设计主要包括CPU、外围存储模块和数据上传/下载模块，其结构如图3所示。本设计中，CPU选用的是AT89C51；外围存储模块选用了串行E2PROM的24C02芯片，它是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，具有接口方便、体积小、数据掉电不挥发等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。系统设计采用了脉冲抄表的原理，四表都是脉冲式的数字表，主要由霍尔传感器组成。数字表内的感应器每旋转一周，发出一个脉冲，使耗费量和脉冲数成正比，可根据脉冲数来确定用量的具体值。采集模块主要由ULN2003、74LS378、7411、CD40174等四个芯片组成，最多可采集6路数据，由于本设计中只采集四表数据，所以有两路悬空未用。

图3 集控器的硬件电路

CD40174芯片的Q0～Q3分别接至AT89C51的P1.0～P1.3。同时，7411芯片产生的负脉冲信号送至单片机的INT0，以便有智能终端脉冲产生时，使CPU能产生中断，进行采集。对P1.0～P1.3进行循环查询，则可知采集的脉冲数来自哪个数字表，采集程序流程如图4所示。

图4 采集程序流程图

系统软件系统设计

系统的软件设计主要包括两部分，一是采集器和集控器的C语言编程，二是上位机的控制程序编程。这里主要介绍上位机程序编程。上位机操作平台采用VB编程，与网络的联系通过一个通用控件Winsock来完成。Winsock控件对用户来说是不可见的，它提供了访问TCP和UDP网络服务的方便途径，通过设置控件的属性并调用就可轻易连接到一台远程机器上去，并且还可双向交换数据。它提供了两种传输模式，即TCP和UDP。由于TCP模式是一种面向连接的传送方式，在传送数据前，通信双方必须都收到对方的回应信号才能启动数据的传输，因而占用了大量的时间用来完成握手信号的传送，而UDP模式是一种快速存取数据的通信方式，发送与接收都不需要重新建立联机，节省联机的时间，本设计中采用UDP模式。软件系统设计选择了用Vista透明窗体风格，主要包括软件登陆模块、用户管理模块、系统设置模块、抄表设置模块、数据管理模块、计费设置模块等部分，其中大部分模块设计中都涉及到了数据库操作。

结语

该系统克服了传统有线抄表方式的弊端，传输数据量大、准确性高、通信费用低。其基于Proteus技术，组网灵活、易于扩展，使设计与施工的难度和成本得以降低，具有良好的开放性、可靠性和可扩充性，有着重要的现实意义与广阔的发展前景。

责任编辑：gt