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基于CAN总线的脉冲电表远程抄表采集模块研究

2016-05-07 09:25
Radow
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  2.4.1硬件抗干扰措施

  从图2中可以看到,硬件设计中主要采取了光电隔离技术、低通滤波技术。光电耦合器的输入阻抗小,只有电流信号才能驱动发光管,因此,可以隔离来自市电系统的感应电压及其过电压。图2中RC低通滤波器,滤掉高频信号的干扰。因为电容的电压非突变性,结合稳压二极管,可以将电压钳于一个比较稳定的值,可以抑制尖峰类的干扰,可以吸收对来自空间电磁辐射对系统输入的干扰,也确保进入单片机的信号脉冲有完好的波形。

  2.4.2软件抗干扰措施

  对输入的脉冲进行捕捉、采集是抄表系统重要计量环节,模块除了在硬件上采取了相应的隔离和滤波措施,在软件设计上也采取了重复检测和防抖动的措施,提高脉冲捕捉的准确、可靠。

  数据采集在中断程序中进行,设定定时中断周期为2ms,在中断服务程序中判别8路电表电平的状态。对于每一路输入信号,在收到高电平后,如连续采样10次均为低电平,则认为是一个有效的低电平,这时记录该路信号的累加器加1。如在中间出现一个干扰信号,不予计数,用这种方法可以有效干扰的抑制抖动类的干扰。如图4所示。

  3、CAN总线通讯模块

  电表作为千家万户的分布群系统,实现多个模块的级联,对于远程脉冲电表抄表系统十分必要。采集模块选择合适的总线,能够在一栋楼的范围内将所有脉冲电表的数据均可在最近处与采集模块接口,对于应用和提高系统的实用性,可靠性和便于维护都十分重要。

  CAN(controller area network)即控制器局域网,是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。CAN协议废除了传统的站地址编码,而代之以对数据通信块编码,因此可以以多主方式工作,网络上任意节点均可主动向其它节点发送信息;网络节点可按系统实时性的要求分成不同的优先级,一旦发生总线冲突,可减少总线仲裁时间,实现非破坏性优先权仲裁;CAN采用短帧结构,每一帧为8个字节,并采用了位填充、数据块编码、CRC检验等功能,数据出错率较低。在自动抄表系统中,采用CAN总线可以确保高可靠性,远通信距(5Km)和高的性价比的特点。CAN总线采用短帧结构,每一帧为8个字节,第一个字节表示主模板号,第二字节表示该总板下的具体脉冲采集模块号,第三个字节表示该模块号下的通道号,后面四个字表示该通道电表的脉冲数值。

  4、掉电保护

  掉电保护分为电源监视模块和数据存储模块。为了实现对掉电的过程控制,系统必须有监视电源变化的能力。在本系统中采用芯片MAX690A,做电源低电压检测。具体如图5所示。

  MAX690A内部有一个独立的掉电比较器。当PFI低于1.25V时,R1/PFO输出低电平,通过外部中断INT0产生电源掉电中断。

  合理选择R1和R2的值,使得+5V电压跌落到某个电压值(一般大于4.5V),PFI输入电压低于1.25V,则/PFO输出低电平,产生中断。在系统中,当电源电压Vcc<4.65V时,/PFO输出低电平,引起掉电中断,处理完保护数据后,等待掉电。

  5、数据存储模块

  在本系统中,数据存储是通过I2C总线来实现的。用SE2PROM来保存数据。首先电源监视电路来监视电源电压的变化,一旦发生掉电,CPU P87C591通过I2C总线将数据保存到SE2PROM中,以免掉电时丢失。数据存储的流程是中断入口---关闭总中断---对外部SE2ROM操作—置停电表志----记录停电时刻----数据保存----掉电。通过掉电保护电路的低电压触发保护中断程序,完成掉电时的数据保护和准备,待恢复供电后继续进行脉冲计量。

  6、结论

  本课题通过研究分析脉冲电表的应用环境、输出特性和大量现场试验数据,将硬件、软件抗干扰技术应用在电磁环境恶劣的电力脉冲电表的数据捕捉和计量中。经过在湖北武昌供电局长达两年的现场应用证明,该系统在信息传输的安全性、准确性和实时性、可靠性方面都达到了较高要求,没有出现脉冲丢失、干扰误差现象。

  本文作者创新点可以总结为如下几方面:1、高可靠脉冲抄表电路;2、脉冲信号线路断线报警技术;3、应对通讯中断期间信息存储和通讯恢复后数据的恢复和发送技术;4、模块化结构和技术。 

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