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一種簡單的電子公用儀表解決方案

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數:114
核心提示:

  引言

  電子公用儀表與目前使用的傳統機械式和機電式儀表解決方案相比,具有很多優勢。無論是氣表、水表、熱表,還是電表,都可以利用電子儀表的如下某些或全部特性:

  精度更高
  校準容易
  防篡改保護
  自動抄表
  安全性好
  先進的計費方式(分時計費和預付費等)
  電子儀表的設計不一定要采用復雜的實現方式。在本文所介紹的實例中,通過基于單片機(MCU)的脈沖計數器可以大
大簡化各類儀表的實現。圖1給出了一種基于MCU的典型計數器的組成框圖。


圖1 帶外部時鐘輸入的MCU 8位或16位定時器

  精度更高

  儀表是根據測量精度進行分類的。例如,一個機械式電表的典型精度是2%左右。相比之下,一個普通的電子電表可以達到0.2%的測量精度。如果在儀表設計中使用MCU,那么就能夠通過改變軟件參數調節測量精度。這樣,只需開發一個硬件平臺就可以支持多級測量精度,因此可使儀表生產商簡化生產流程,且可為安裝儀表的公用事業公司帶來良好的規模經濟。

  校準容易

  常規的機械式儀表包含很多可動的部件。隨著使用時間的延長,這些部件可能需要重新調校,才能使儀表恢復正常狀態。調校時通常要把儀表拆卸下來并返回廠家進行校準,非常不便。但是通過使用MCU中的非易失性存儲器(EEPROM或Flash)就可以很方便的存儲或更新校準信息,甚至可以設計為采用自動校準的方式。


  防篡改保護

  一般來說,公用儀表最大的一個問題就是偷竊現象。在很多情況下,篡改儀表是為了改變測量結果。偷竊問題通常出現在電表上,形式多種多樣。根據電表的類型,某些儀表可能被反接而使電量計數遞減而不是遞增。另外,采用鋼鐵材料作旋轉盤片的老式儀表易受磁體的影響,會因此而減慢旋轉的速度,從而引起錯誤的電量測量結果。可以使用幾個簡單的方法來檢測電子儀表的篡改和偷竊現象。尤其對于電表來說,可以檢測到多種“典型”情況,如:

  ·負載不對稱(回路被接地,導致不對用電進行計量)

  ·電表暫時斷開(或被旁路)

  ·使用永磁體使電流互感器飽和或停止計數器

  ·惡意破壞

  一旦檢測到篡改現象,我們可以對儀表采取多種防范措施。如果儀表控制供電,它可以將負載的供電斷開。另外,如果儀表具有通信機制,還可以通過點亮指示燈或者電子抄表。

  電子儀表最大的一個優勢就是增加了自動抄表(AMR)功能。這樣一來,就不用派專人去現場登記使用數據,從而可大大節省開銷。人工抄表是一種勞動密集型的工作,容易出現人為差錯(甚至是賄賂現象)。由于儀表安裝在不同的地方,因此人工抄表無論對于用戶還是對于抄表員來說都是非常不方便的。

  目前有多種技術可以實現電子儀表的AMR功能,或者改進已有的機械式/機電式儀表。通過下列幾種方式可以實現電子儀表的自動抄表和通信:

  紅外——通過儀表的面板實現近程紅外LED傳輸;
  射頻( RF)——近程或遠程通信,如ZigBeeTM協議或蜂窩網絡;
  通過電話線的數據調制解調方式;
  電力線載波(PLC)——近程到中程傳輸
  串口(RS-485)
  在某些情況下,僅僅通過手持式設備(通過IrDATM協議或者RF方式,最遠通信距離可達幾百英尺)通信就可以實現AMR功能的優勢。盡管這種方式仍然需要抄表員到各個儀表安裝現場抄表,但是這種方式能夠確保數據讀取是準確的,并且能夠大大加快抄表過程。此外,ZigBee聯盟正在開發一種測量方案,能夠使水表、氣表、熱表和電表的制造商之間實現相互合作,通過一種共同的通信媒介發送使用數據。

  安全性好

  隨著測量過程自動化程度的提高,安全數據存儲和通信技術的需求也與日俱增。確保公用事業部門所收集數據的保密性和完整性是非常重要的。這可以通過MCU自身的內部數據EEPROM或者使用加密算法將數據存儲到儀表外部的方式來實現。另外儀表使用數據的安全通信也值得關注。同樣,可以使用幾種加密算法和握手協議

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