數(shù)據(jù)采集器軟件設(shè)計(jì)

主程序流程

數(shù)據(jù)采集器在整個(gè)系統(tǒng)中有喂狗、計(jì)表、時(shí)鐘校時(shí)、用戶通斷電、CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取以及顯示等功能，其中喂狗、計(jì)表和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及CAN總線數(shù)據(jù)接收分別采用定時(shí)終端、計(jì)數(shù)中斷和外部中斷實(shí)現(xiàn)，顯示功能則為預(yù)付費(fèi)功能而備(本文不作要求)，CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送采用查詢方式和其他程序功能在主程序中實(shí)現(xiàn)。主程序流程如圖4所示。


圖4 主流程序圖

數(shù)據(jù)采集程序說明

數(shù)據(jù)采集是將電表轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)化為一個(gè)周期電脈沖，單片機(jī)將此脈沖累加，從而測(cè)得電表消費(fèi)度數(shù)。為了避免停電時(shí)造成計(jì)數(shù)丟失，造成電力公司損失，每計(jì)0.1度電時(shí)便將累計(jì)數(shù)據(jù)保存于24C02中；根據(jù)電度表量程，保存電表計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)占用3個(gè)字節(jié)，前2個(gè)字節(jié)保存整數(shù)部分，后1個(gè)保存小數(shù)部分。同時(shí)考慮到24C02擦寫壽命，在24C02中開辟240字節(jié)專門用于存儲(chǔ)電表技術(shù)以輪回寫入，防止將數(shù)據(jù)頻繁寫入固定地址而造成損壞。單片機(jī)采用定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以3000r/KWH為例，每轉(zhuǎn)300圈（0.1度）采樣一次并保存，程序如下：

void count0() interrupt 1 using 2

{

//工作在16位計(jì)數(shù)定模式,每計(jì)數(shù)300個(gè)脈沖中斷一次,晶振使用12Mhz

tl0=0xD4;

th0=0xFE;

DOTCOUNT++;// 記錄小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)據(jù)，無符號(hào)字符型

if(DOTCOUNT>=10){

COUNT++; //記錄整數(shù)部分，無符號(hào)整型

DOTCOUNT=0;

}

Write24C02(COUNT, DOTCOUNT,2)；//2-表示保存數(shù)據(jù)為電表度數(shù)（1-用電高峰時(shí)間段設(shè)置）

//在此自程序中完成不同時(shí)間段（不同計(jì)價(jià)）分類存儲(chǔ)。

}

CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)程序說明

數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，發(fā)送出去的數(shù)據(jù)主要包括電表度數(shù)（占5個(gè)字節(jié)），接收到的數(shù)據(jù)多為命令（1-4個(gè)字節(jié)），而CAN總線每次數(shù)據(jù)可傳輸8個(gè)字節(jié)，因此每數(shù)據(jù)傳輸采用1幀即可完成。本設(shè)計(jì)采用PeliCAN工作模式（29位表示碼），利用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)，利用外部中斷0接收數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的發(fā)送由CAN控制器根據(jù)CAN協(xié)議規(guī)范自動(dòng)完成。首先CPU必須將要發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文傳送到CAN控制器發(fā)送緩沖器中，并置位命令寄存器中的發(fā)送請(qǐng)求標(biāo)志，程序流程如圖5所示。


圖5 數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖

數(shù)據(jù)接收采用外部中斷0接收，CAN控制器接收到一幀數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生中斷觸發(fā)信號(hào)，CPU立即響應(yīng)，將收到的報(bào)文接收到字節(jié)的接收緩沖器，并置位命令寄存器的釋放緩沖區(qū)標(biāo)志RRB。單片機(jī)根據(jù)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行命令解析，并做出相應(yīng)執(zhí)行。部分程序代碼如下：

void INT0( ) interrupt 0 using 1

{

BYTE Length; // CAN 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼

BYTE i; //下標(biāo)

bit FF //0 :標(biāo)準(zhǔn) CAN幀 1：擴(kuò)展幀

CANDR=RBF; //地址指向SJA1000接收緩沖區(qū)

ReceiveMessage[0]=CANDAT; // 讀取并保存你幀報(bào)文字節(jié)

FF=ReceiveMessage[0]&0x80;

//取出幀格式

Length=ReceiveMessage[0]&0x0F;

//取出報(bào)文長(zhǎng)度

if(Length>0x08) Length=0x08;

ReceiveMessage[1]= CANDAT; //保存報(bào)文標(biāo)識(shí)碼1

ReceiveMessage[2]= CANDAT; //保存報(bào)文標(biāo)識(shí)碼2

if(FF){

ReceiveMessage[1]= CANDAT; //保存報(bào)文標(biāo)識(shí)碼3

ReceiveMessage[2]= CANDAT; //保存報(bào)文標(biāo)識(shí)碼4

}

For(i=0;i< Length;i++) ReceiveMessage[i+3]= CANDAT; //保存幀數(shù)據(jù)

CANCON=0x04 // 釋放接收緩沖區(qū)

}

數(shù)據(jù)集中器設(shè)計(jì)方案

數(shù)據(jù)收集器主要起到轉(zhuǎn)發(fā)后臺(tái)管理服務(wù)器和各節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸功能，如圖6所示。CAN總線控制器模塊主要用來向各節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收相關(guān)數(shù)據(jù)，各節(jié)點(diǎn)地址通過程序設(shè)置均已被包括在對(duì)應(yīng)報(bào)文29位表示碼中，數(shù)據(jù)集中器可以通過廣播或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)向各用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令數(shù)據(jù)。由于用戶節(jié)點(diǎn)比較多，數(shù)據(jù)集中上傳比較多，因此需要較多的數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)保存，然后通過GSM轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)管理服務(wù)器完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交流，因此采用有512字節(jié)內(nèi)存的單片機(jī)STC89C51對(duì)CAN控制器和GSM模塊進(jìn)行控制。單片機(jī)控制GSM模塊在Text模式下接收手機(jī)短信，短信的收發(fā)是通過向串口以文本模式發(fā)送AT指令來實(shí)現(xiàn)的，其編碼轉(zhuǎn)換格式簡(jiǎn)單，并有較高的轉(zhuǎn)換速率。


圖6 數(shù)據(jù)集中器示意圖

結(jié)束語

本文主要以電能表為例介紹了遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上只要稍加修改就可開發(fā)出不同抄表系統(tǒng)，如預(yù)付費(fèi)電表系統(tǒng)、遠(yuǎn)程燃?xì)獬硐到y(tǒng)、遠(yuǎn)程水表抄表系統(tǒng)等。