LonWorks技术智能抄表系统的设计

　　0 引言

　　随着我国经济的快速发展和居民生活质量的日益提高，水、电、煤气等的用量急剧上升。目前，使用的电表和气表普遍都是以人工入户抄表的形式进行的，这种形式存在人工读数误差、居民对入户安全的要求以及抄表效率低等诸多弊端[1 -2]。数据采集完全依赖人工完成的传统方法已成为制约公用事业企业发展的重要障碍。1991 年，Echelon 推出了 LonWorks 现场总线技术。它是一种局部操作网络( LON 网) ，主要通过 Cypress、Toshiba 和 Motorola 等公司生产的一系列神经元芯片、收发器、嵌入在神经元芯片中的 LonTalk 通信协议、LonMark 协会规约的互操作性技术规范实现[3 -5]。目前，LonWorks 技术已成为我国建设部唯一推荐采用的智能建筑技术。

　　本文结合 LonWorks 总线技术的特点，设计了智能抄表系统，将小区内分散的水表、电表、煤气表的数据由抄表采集器上传到管理计算机，由物业管理中心计算机进行集中处理，并可以经通信服务器及公共电信线路远传至公用事业中心进行统一结算管理。

　　1 抄表采集器

　　采集器实时采集和计算各表具的输出脉冲，并存放在 RAM 和外部存储器中。同时，根据设定的分段时间和当前时刻，将采集到的数据累计到不同的时间段上，实现分时段计数。抄表模块的存储器具有掉电保护功能，能防止掉电丢失和脉冲累加值。

　　1. 1 硬件设计

　　抄表采集器的核心器件是神经元芯片和智能收发器。神经元芯片采用 Neuron3150 系列，最高工作频率为 20 MHz，片内含 RAM 和 EEPROM，但还需外扩 ROM 或 Flash，用来存储系统映象和设备应用程序。神经元芯片通过 11 个 I/O 引脚与计量表具连接。神经元芯片的服务引脚是一个输入/输出双向引脚，当作为输入引脚时，可用于安装网络和配置抄表采集器; 当作为输出引脚时，可通过其外接的 LED来指示抄表采集器的状态和故障。神经元芯片有CP0～ CP4共 5 个通信引脚，可以配置成单端、差分和专用模式的输入方式。

　　采集器硬件结构如图 1 所示。

　　收发器采用 FFT-10A 自由拓扑收发器，支持无极性、自由拓扑( 包括总线型、星型、环型、树型甚至几种方式的组合) 的互连方式。FTT-10A 收发器包含 1 个隔离变压器、1 个曼彻斯特编码通信收发器和信号处理器件，采用厚膜电路将它们集成在同一个芯片中，通信速率为 78 kbit/s，最长通信距离为 2 700 m。收发器连接方式如图 2 所示。

　　本设计中，将神经元芯片的通信端口配置成单端模式，则 CP0为数据输入引脚、CP1为数据输出引脚、CP4为网络冲突检测输入引脚。