摘　要：住宅小區(qū)的智能化要求作為智能小區(qū)重要組成部分的自來水表、電能表、天然氣表等三種表具（簡稱三表）的管理智能化、網(wǎng)絡(luò)化。針對目前三表集抄系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計出本系統(tǒng)，該系統(tǒng)由中心計算機(jī)、數(shù)據(jù)集中器、數(shù)據(jù)采集器和智能表具4部分組成，發(fā)揚(yáng)了現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，克服了現(xiàn)有系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：三表集抄　80C52　智能小區(qū)
    隨著科技的進(jìn)步，人民生活水平的提高，對住宅區(qū)的管理提出了智能化，網(wǎng)絡(luò)化的要求。其中作為重要子系統(tǒng)的自來水表、電能表、天然氣表等三種表具（簡稱三表）的管理也要實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。智能小區(qū)的“三表出戶”在歐洲很流行，覆蓋90%的中高檔智能小區(qū)。依據(jù)中國國情，建設(shè)部提出了新建小區(qū)全部智能化，老城區(qū)執(zhí)行智能化改造的方案。新建小區(qū)的智能化和老城區(qū)智能化改造都提出了三表集中管理的需求，這是一個很大的新興市場。目前，這個領(lǐng)域流行的系統(tǒng)主要由集中器和計算機(jī)管理中心組成。集中器負(fù)責(zé)將表具數(shù)據(jù)集中，再將數(shù)據(jù)集中上傳到計算機(jī)管理中心，由計算機(jī)管理中心進(jìn)行處理、存儲、顯示等功能。
    由于系統(tǒng)中有水表和天然氣表，所以要求系統(tǒng)具有備用電源。目前，流行系統(tǒng)基本采用鉛蓄電池供電的方案，考慮成本，采用集中供電的方案，即同一單元的集中器用一個蓄電池供電。這系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，集中器的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)容易。缺點(diǎn)有：由于集中器直接連接表具，所以系統(tǒng)中的集中器數(shù)量龐大，并且現(xiàn)有系統(tǒng)基本采用485組網(wǎng)模式，龐大的節(jié)點(diǎn)會造成485網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定；集中蓄電池供電風(fēng)險大，如果一個蓄電池出現(xiàn)問題，會造成一個單元的數(shù)據(jù)異常；由于集中器沒有存儲功能，一旦出現(xiàn)停電或者異常復(fù)位，會造成管理中心抄收間隔內(nèi)的用量數(shù)據(jù)丟失。
參照中國國情，配合新建智能小區(qū)和老城區(qū)的智能化改造，總結(jié)現(xiàn)有系統(tǒng)大的優(yōu)缺點(diǎn)，本課題準(zhǔn)備研究設(shè)計一款智能小區(qū)三表運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中管理系統(tǒng)，滿足市場需求。
 
1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)主要由智能表具、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)集中器和數(shù)據(jù)計算機(jī)組成的硬件系統(tǒng)和抄表管理軟件系統(tǒng)構(gòu)成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

                                                        
                                                                   圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
此系統(tǒng)具有很好的兼容性和擴(kuò)展性，既能實(shí)現(xiàn)一種表具的信息管理，又可對水電氣三表進(jìn)行管理。智能表具將用戶的用量數(shù)據(jù)以脈沖方式輸出，數(shù)據(jù)采集器將脈沖信號進(jìn)行采集、統(tǒng)計、存儲，數(shù)據(jù)集中器將采集器中的數(shù)據(jù)采集上來，并傳送給中心計算機(jī)，中心計算機(jī)實(shí)現(xiàn)用戶用量數(shù)據(jù)的抄收、統(tǒng)計、存儲和顯示等，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)部門營業(yè)管理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
 
2　硬件設(shè)計
系統(tǒng)主要由中心計算機(jī)、數(shù)據(jù)集中器、數(shù)據(jù)采集器和智能表具4部分組成。其一，智能表具，負(fù)責(zé)將用戶的用量數(shù)據(jù)以脈沖方式輸出。其二，數(shù)據(jù)采集器。采用單片機(jī)80C52負(fù)責(zé)采集、存儲用戶用量信息、用戶表具信息，獨(dú)立備用供電。其三，數(shù)據(jù)集中器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集器和中心計算機(jī)的通訊中轉(zhuǎn)。隔離中心計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集器的網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)集中器和其下的數(shù)據(jù)采集器可以構(gòu)成一個系統(tǒng)，獨(dú)立運(yùn)行。其四，中心計算機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶用量數(shù)據(jù)的招收、存儲、顯示、統(tǒng)計等功能；負(fù)責(zé)和外部各個能源部門的營業(yè)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。
 
3　硬件設(shè)計
3.1　數(shù)據(jù)采集器
                     
                                                                        圖2　數(shù)據(jù)采集器功能框圖
       數(shù)據(jù)采集器如圖2所示：由CPU、電源、數(shù)據(jù)存儲器和485通訊管理芯片組成。
CPU采用低功耗的AT80S52，AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。電源采用市電加備用電池的方案，備用電池采用可充電電池，在保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時，降低設(shè)備成本。數(shù)據(jù)存儲器采用FM25CL64。FM25CL64是采用先進(jìn)的高可靠性的鐵電材料加工制成的8K字節(jié)的鐵電非易失性存儲器鐵電隨機(jī)存儲器或FRAM是非易失性的，并且可以像RAM一樣的快速讀寫數(shù)據(jù)。在掉電后可以保存10年。并且它比EEPROM和其他非易失性記憶體系統(tǒng)可靠性更高，結(jié)構(gòu)更簡單功耗低等優(yōu)點(diǎn)。485通訊管理芯片采用Maxim的Max1487E。Max1487E是用于RS-485與RS-422通信的低功耗收發(fā)器，每個器件中都具有一個驅(qū)動器和一個接收器。MAX1487的驅(qū)動器擺率不受限制，可以實(shí)現(xiàn)最高2.5Mbps的傳輸速率。這些收發(fā)器在驅(qū)動器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的電源電流在120mA至500mA之間。另外，、MAX1487具有低電流關(guān)斷模式，僅消耗0.1µA。所有器件都工作在5V單電源下。
3.2　數(shù)據(jù)集中器
       數(shù)據(jù)集中器由電源、CPU、2個485通訊控制模塊組成，其中的2個485模塊主要用于與數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)中心計算機(jī)通訊。
CPU采用飛利浦公司的P89C668，P89C668用先進(jìn)的CMOS工藝制造，是80C51單片機(jī)家族的衍生品，其指令集和80C51 相同。單片機(jī)內(nèi)帶64kB Flash存儲器，8kB Ram。該存儲器既可并行編程，在系統(tǒng)編程ISP中也可串行編程，在實(shí)際的成型產(chǎn)品中可通過ISP升級用戶程序。 該單片機(jī)有四個8位I/O口，三個16位定時器/事件計數(shù)器，多中斷源，四個優(yōu)先級，可嵌套中斷結(jié)構(gòu)，一個增強(qiáng)型UART和片內(nèi)振蕩器以及時序電路。
由于本方案的備用電源已經(jīng)分散到數(shù)據(jù)采集器中，故數(shù)據(jù)集中器中不再設(shè)計備用電源。
 
4　總結(jié)
本方案設(shè)計了一款低成本，高可靠性，便于實(shí)現(xiàn)的智能小區(qū)三表集中管理系統(tǒng)。在設(shè)計中規(guī)避了現(xiàn)有系統(tǒng)的集中供電和數(shù)據(jù)集中管理的弊端，采用易于實(shí)現(xiàn)的485組網(wǎng)方式，將小區(qū)的水、電、氣三表納入智能管理，提升了小區(qū)的智能化水平。經(jīng)過對現(xiàn)有小區(qū)的調(diào)研，均對此方案表示了極大的關(guān)注。