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一、引言 基于AVR單片機及專(zhuān)用MODEM芯片的MTU(Master Terminal Unit中心調度機)、RTU無(wú)線(xiàn)電遙測系統。 分散地分布在全市的管網(wǎng)監測點(diǎn)上的遠端RTU(系統可帶256個(gè)RTU)采集數據，進(jìn)行數據處理后通過(guò)無(wú)線(xiàn)電臺向中心調度端發(fā)送數據，中心調度端接收到數據后進(jìn)行數據處理，數據存儲，并送給模擬屏顯示。 二、設計思想 原有系統的使用中，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：1. 無(wú)線(xiàn)通信波特率低(300bps)，誤碼率高，巡測速度慢，最多帶32個(gè)RTU終端;2. 當某一遠程RTU端的無(wú)線(xiàn)電臺一直處于長(cháng)時(shí)間誤發(fā)射狀態(tài)時(shí)(簡(jiǎn)稱(chēng)“長(cháng)發(fā)” )一直占用系統頻點(diǎn)，由于系統共用一組無(wú)線(xiàn)電頻點(diǎn)，這將使系統其他所有電臺無(wú)法通信，整個(gè)系統癱瘓，處于故障的電臺亦無(wú)法發(fā)送有效數據，因而無(wú)法確定故障點(diǎn)，測壓點(diǎn)分布地域廣且分散，使得故障查找很困難，往往需要數天時(shí)間;3. RTU板集成度低，故障率較高，元器件難于采購。 考慮到系統的通用性和公司的實(shí)際情況，要求RTU系統能最大限度地利用原有的無(wú)線(xiàn)電臺、天線(xiàn)、電源、模擬屏、檢測儀表等，并能實(shí)現如下功能：8路10位模擬量輸入、8路開(kāi)關(guān)量輸入及兩路脈沖量輸入，其中8路開(kāi)關(guān)量輸入可擴展為64路開(kāi)關(guān)量輸入,可在RTU站存儲24小時(shí)歷史數據(15分鐘/次)，具有掉電保護功能。 我們通過(guò)軟硬件的有機配合，經(jīng)濟有效地解決了原有系統存在的問(wèn)題及系統功能要求，做到MTU板和RTU板在硬件上的完全一致，并把通常獨立于RTU板的無(wú)線(xiàn)調制解調MODEM集成在RTU板之上，簡(jiǎn)化了系統的硬件結構。本系統RTU板具有無(wú)線(xiàn)通信波特率1200bps，誤碼率低，最多帶256個(gè)RTU終端，有效解決了因無(wú)線(xiàn)電臺“長(cháng)發(fā)”引起系統癱瘓的問(wèn)題，數據采集精度高，RTU板集成度高，通用性強，軟件升級容易等優(yōu)點(diǎn)。 三、RTU的設計 1、元器件的選擇 CPU選擇ATMEL公司的AVR系列單片機AT90S8535，該芯片是比較新型的單片機，其內部資源如下：8K字節Flash程序存儲器，512字節EEPROM數據存儲器，8通道10位精度A/D轉換器，一個(gè)標準串口，1個(gè)16位定時(shí)/計數器，一個(gè)8位定時(shí)/計數器，1個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，2個(gè)外部中斷，內置看門(mén)狗電路等。RTU所需的功能和數據采集功能基本上可以在此單片機上實(shí)現;與無(wú)線(xiàn)電臺的連接選用OKI公司的MSM7512B MODEM芯片進(jìn)行調制解調，與計算機的通信選用MAX232芯片進(jìn)行，歷史數據存儲選用8K字節串行EEPROM存儲芯片AT24C64，電臺的供電由CPU控制，通過(guò)繼電器提供。 2、數據通信 (1)RS-232串口與PC機的通信 由于單片機的唯一的串口應用于無(wú)線(xiàn)電臺的通信，首先保證無(wú)線(xiàn)通信的精確。與PC機的通信通過(guò)MAX232芯片把單片機的TTL電平轉化為標準的RS-232電平，使用單片機的外部中斷INT0、INT1口和I/O口，應用軟件模擬，實(shí)現兩個(gè)波特率為9600Bps半雙工三線(xiàn)制串口通信，其接收數據采用中斷方式。 (2)無(wú)線(xiàn)電臺之間的無(wú)線(xiàn)通信 我們把通常獨立于RTU板的無(wú)線(xiàn)調制解調MODEM集成在RTU板之上，如此簡(jiǎn)化了系統的硬件結構，降低了成本，并且提高了通信的可靠性，實(shí)現了RTU與MODEM的緊密結合。MODEM芯片選用OKI公司的MSM7512B調制解調芯片，MSM7512B是一塊比較成熟的芯片，通信波特率為1200Bps，工作方式為半雙工模式。在實(shí)踐中，我們發(fā)現當電臺從接收狀態(tài)轉為發(fā)射狀態(tài)或從發(fā)射狀態(tài)轉為接收狀態(tài)的瞬間有一段不穩定狀態(tài)，此時(shí)的數據容易產(chǎn)生誤碼，根據實(shí)驗，得出一個(gè)比較合適的延時(shí)時(shí)間，我們在控制無(wú)線(xiàn)電臺收發(fā)轉化后延遲適當的時(shí)間，使數據傳送的可靠性和準確性得到了很大的提高。在數據傳送過(guò)程中，加入系統碼、RTU站碼，求和值低字節等校驗，保證了系統通信的可靠，正確。 3、無(wú)線(xiàn)電臺處于長(cháng)時(shí)間誤發(fā)射狀態(tài)時(shí)(“長(cháng)發(fā)” )系統癱瘓的解決對策 (1)在RTU板上設置電臺電源控制端口(無(wú)線(xiàn)電臺的電源由單片機通過(guò)繼電器控制) RTU板可控制電臺電源的通斷;設置軟件陷阱，RTU在15分鐘內若無(wú)接收到來(lái)自電臺的任何信號，則可能是電臺“長(cháng)發(fā)” 、電臺接收故障、其它電臺“長(cháng)發(fā)” 、RTU數據端口故障、中轉臺故障，此時(shí)切斷電臺電源，但15分鐘后再開(kāi)通電臺電源，繼續上述檢測過(guò)程，這時(shí)若是由于中轉臺、其它電臺“長(cháng)發(fā)”等外部引起的故障而接收不到信號的情況，RTU板的工作得于恢復正常;設置看門(mén)狗復位系統，程序引起的工作故障可以得到復位。 (2)中心調度室判斷 如果只接收不到某些點(diǎn)信號，其它點(diǎn)一直正常，那么是這些點(diǎn)自己有故障;如果一直接收不到所有點(diǎn)信號，那么是中轉臺、調度機故障或頻點(diǎn)受到連續干擾;如果15分鐘只接收不到某些點(diǎn)信號，其它點(diǎn)正常，15分鐘接收不到所有點(diǎn)信號，那么是某些點(diǎn)出現“長(cháng)發(fā)”現象，可以從可接收數據的15分鐘里判斷故障點(diǎn);如果接收到的數據時(shí)有時(shí)無(wú)，不是15分鐘間隔的規律，此時(shí)為系統頻點(diǎn)受到干擾或中轉臺、調度機的不規律故障。 通過(guò)采取以上的各項措施，可以較快的查找故障點(diǎn)、杜絕由于電臺“長(cháng)發(fā)”引起的系統癱瘓，大大減少了維護工作量和維護成本。 4、數據采集 遠程遙測RTU分布在全市的管網(wǎng)監測點(diǎn)上，環(huán)境比較雜亂，其周?chē)h(huán)境存在著(zhù)各種各樣的干擾，在輸入通道做濾波處理，通過(guò)硬件電路濾除較大的干擾，為提高采集數據的可靠性和精確度，軟件設計采用離散的采集方式，同時(shí)根據具體情況選用相應的數據濾波技術(shù)。 (1)離散的采集方式 在設計模擬量輸入對現場(chǎng)的壓力等多個(gè)參數進(jìn)行數據采集程序時(shí)，我們按照“離散采集同一參數，連續采集不同參數”的原則進(jìn)行設計。因為短時(shí)連續地采集同一參數容易使采集到的數據值都受到干擾的影響，數字濾波技術(shù)對此無(wú)能為力;而采用“離散采集同一參數，連續采集不同參數”的方法使參數采集離散在時(shí)空中，降低了干擾的概率，并使干擾分布在不同的參數上，這樣采用多次采集和數字濾波即可除去干擾的影響。 (2)數字濾波技術(shù) 數字濾波是通過(guò)一定的算法程序對采集信號進(jìn)行平滑加工，在此我們對每一數據進(jìn)行四次采集，算法上采用去掉最高、最低值，其余數據取算術(shù)平均的辦法，消除或減少干擾，保證了系統數據的真實(shí)性。 通過(guò)使用上述抗干擾措施，大大提高了系統抗干擾能力，保證了系統的可靠運行。 四、應用與推廣 系統自2000年5月正式投入運行兩年多以來(lái)，工作穩定，做到基本無(wú)故障運行，為公司的合理調度，節約能耗，及時(shí)發(fā)現破管等工作做出了貢獻，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。本系統通過(guò)廈門(mén)市科技局組織的鑒定技術(shù)水平為國內領(lǐng)先。該系統通用性較強，接口標準，適用于市政、電力、環(huán)保、水利等行業(yè)的遠程數據采集要求，有相當的推廣空間。 |
