Ｍ－ＢＵＳ在远程水表集中抄表系统中的应用

徐　纯　刘　云

[摘要]介绍基于M-BUS的远传水表抄表系统主要组成采集器的内部结构和设计,阐述其主程序、中断程序的流程图,并介绍其单片机的开发环境。

[关键词]远传水表系统 M-BUS TSS721A MSP430F449

中图分类号:TP7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0920042-02

M-BUS总线是欧洲专为家用仪表数据传输而设计的总线制系统,在智能小区的自动抄表系统中有广泛的应用。其具有对电压不稳的适应性强,可靠性高,成本较低,施工布线容易等优势,且结构灵活,直线型、环形、星型或几种接线方式混合均可,用2根电缆连接,与极性和拓扑结构无关,安装方便,传输距离达到几公里,传输速率为300-9600b/s。

一、M-BUS系统构成

远程水表抄表系统由水表、采集器、集中器和计算机组成。图1为系统图:

抄表数据、控制命令通过采集器和集中器的处理用M-BUS数据总线传输,最终数据进入管理中心的数据服务器,按照系统设定的方式存储、备份,方便各种业务程序查询、调用,集中器采集用户水表表码数据。同时在每个收费中心建立一个收费站,进行收费及打单工作。

二、采集器和集中器硬件设计

主要是一个内置M-BUS通信标准(EN1434-2)的TSS721A芯片单片机、一个MSP430F449控制的数据采集系统红外收发模块和存储模块等组成。

TSS721A是TI公司开发的芯片,其带有抗极性颠倒功能,并可采用总线远程供电方式,还能提供总线电压故障指示等功能。

MSP430F449负责数据采集和A/D转换。内部具有看门狗、模拟比较器A、定时器A/B、串口0/1、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Sigma-Delta AD、直接寻址模块、端口O～6、基本定时器等的一些外围模块的不同组合。系统共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM0～LPM4)。在系统正常运行下,一般保持在低功耗状态,当运行程序时,才启动AM模式。

MSP430对TSS721芯片参数设置和数据读取,接收水表传送来的数据,并将其存储、处理并进一步传送给上位机。

红外通信模块,是对远传水表抄表系统的一种补充。在系统出现故障或地区偏远且用户群较少的情况下的一种抄表方式。红外发射和接收装置部分结构图如图3所示。

当RX出输入信号的时候,LED就会发出红外线。通过与电源相连的可变电阻器来调节红外线强度。

当有红外线信号时,Q接受红外并转成脉冲信号,从TX口输出后,通过相应芯片(例如CX20106芯片)对红外PIN管送来的脉冲信号进行放大,然后将信号送限幅放大器,使其变为矩形脉冲,在由滤波器进行频率选择,滤除干扰信号,由检波器滤掉载频检出原始信号,在经整形后,输出送到微控器MSP430F449芯片的RXD端口。

集中器的存储器选用AT24CXX系列的EEPROM存储器,用来存储水表的数据以及状态,方便上位机管理系统进行查询。具有64Khit的容量,可用电擦除,可编程自定时写周期(包括自动擦除时间不超过10ms,典型时间为5ms)。在AT24C46和主控芯片MSP430F449的硬件电路图中,由于只使用一个存储器,所以AO、Al、A2等三个管脚接地。WP写保护管脚接地,能够进行正常的读/写操作。SDA串行数据她址管脚通过一个上拉电阻RZ接到VCC端,具体电路图如图4所示。

三、M-BUS系统软件流程

M-BUS系统本系统的采集器和集中器构成一样,其软件程序主要分为两部分:数据采集端主程序和中断程序。主程序主要是主控芯片初始化、中断设置等,平时远传水表抄表系统处于LPM3低功耗模式。如图5所示。

在MSP430系列单片机软件设计中,采用中断方式是降低功耗的重要手段。平时远传水表抄表系统处于低功耗模式,当水表进行采集数据、数据通信等工作时,进入中断程序进行处理。当中断处理完成后,重新进入到低功耗模式。在本次设计中,中断服务程序包括水表采集中断、电源中断、通信中断等。中断服务程序的流程图如图6所示。

开发环境是IAR公司LAR Embedded Workbench嵌入式工作台以及调试器C-SP。一个适应各种不同MSP430系列单片机的目标系统开发集成环境,采用与标准C语言基本兼容的C编译软件进行软件设计。用C语言程序设计来实现嵌入式系统的应用软件开发,可大大提高开发调试工作的效率,其中大量使用编译预处理功能,包括宏定义(#define)、文件包含(#include)、条件编译(#ifdef,#endif)。对于MSP430各系列的芯片,都需要一个相应的头文件(.h)作定义,这些头文件在软件包中均有提供。如下面MSP430F449自带的USART其中的USART0模块的初始化程序所示。

#include

Void Init_UART0(void)

{U0CTL=0x00; //寄存器清零

U0CTL+=CHAR;//数据位为8位

U0TCTL=0x00;//寄存器清零

U0TCTL+=SSTL1;//波特率发生器选择SMCLK

U0BR0=0x45; //波特率为9600

U0BR1=0x00;

U0MCTL=0x49;//调整波特率

return;}

四、结束语

M-BUS布线的灵活性以及它的可靠和实时性使其优于传统的RS系列和Lonwork总线方式,也使的它有较广的发展前景,特别是对住宅小区智能化建设具有重要意义。随着M-BUS总线在远传水表抄表系统中的推广应用,将给我们的日常生活带来更多方便。

参考文献:

[1]沈建华、杨艳琴、翟晓曙,《MSP430系列16位超低功耗单片机原理及应用洲》,清华大学出版社,2004.1.

[2]魏小龙,《MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例》,北京航空航天大学出版社,2002.11.

[3]胡大可,《MSP430系列单片机C语言程序设计与开发》,北京航空航天大学出版社,2003.1.

作者简介:

徐纯(1984-),女,汉族,安徽安庆人,工程硕士,就职于北京交通大学电子信息工程学院;刘云(1955-),女,博士,教授,博士生导师,就职于北京交通大学。