专利名称：多功能自动抄表系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用专用导线进行载波传输数据信号，从而实现水表、电表、气表远程自动抄表和控制的多功能自动抄表系统。
背景技术：
目前居民的生活用水、用电、用气的水量、电量、气量计费，一般是由抄表员定期走家串户抄写每块水表、电表、气表的读数，工作量大，计费时间长，不利于现代化用水、用电、有气管理；又是手工抄表员比较容易出现估抄、漏抄或不能及时抄录现象，致使用水、用电、用气管理存在一定的混乱并易造成一些不必要的纠纷。随着微电子技术及其通信技术的迅速发展，市场上出现了许多自动抄表系统，比如在电费方面出现了预付费的IC卡收费方式，使电费收费方式发生了改变，但是IC卡不能组网，它不能向供电部门提供居民的用电情况，它不适应用电的商品化、管理现代化的市场需要；有此地方也用专用导线载波抄取水费、电表、气表读数，但是没有实现水表、电表、气表的集中抄表和控制功能。
技术内容多功能自动抄表系统的硬件结构如附图1所示，它是由总台微机、电话网和MCS-96系列单片机及其外围电路组成。
总台微机完成整个抄表系统的数据采集、存储、显示和打印存档等功能，总台微机与MCS-96系列单片机的联络采用电话网通讯，它不受距离限制，可以根据用户需要组成用户辖区内的远程集中自动抄表系统。
MCS-96系列单片机在整个系统中起着一个抄表器的功能，它通过UM3758-108A接口芯片与挂在专用导线上的水表、电表、气表的抄表模块相连接，在总台微机的指挥下有条不紊地抄取挂在同一对专用导线回路上的水表、电表、气表的抄表模块有效数据。
MCS-96系列单片机可以先抄录专用导线上抄表模块的读数，然后再由总台微机从MCS-96系列单片中抄取数据，也可以直接由总台微机抄取挂在专用导线上抄表模块的有效读数，此时MCS-96系列单片机相当一个中继站。
IC1是型号为UM3758-108A编译码器IC芯片，IC1的(1)～(10)脚为10位地址编码，并且每位地址线有“1”、“0”和“开路”三种状态编码，这样，采用“1”和“0”、“1”和“开路”、“0”和“开路”三种不同组合可以实现10位二进制的两种状态编码，有210＝1024种不同组合代码。则同一对专用导线中可以同时挂上1024×3＝3072只抄表模块，容纳1024户水表、电表、气表的抄表模块总数，实现自动抄表。
IC2的(11)～(18)脚为8位数据编译码端口，水表、电表、气表的有效读数通过这些端口输送给MCS-96系列单片机，由单片机送给总台微机；总台微机的各种命令的数据代码又从(11)～(18)端口传送给水表、电表、气表的抄表模块，由抄表模块作具体操作。
本发明的实质特点和进步是采用型号为UM3758～108A编译码器进行多功能自动抄表系统的地址编码和数据编码。
利用UM3758～108A的10位地址具有“1”、“0”和“开路”三种不同状态编码进行“1”、“0”、“1”和“开路”、“0”和“开路”三种不同状态组合编码，并设定“1”和“0”为水表的状态编码；“1”和“开路”为电表的状态编码；“0”和“开路”为气表的状态编码，从而实现在一对专用导线中可以同时抄录水表、电表、气表的有效数据达3×210＝3072块表。
采用继电器J1、J2的相应动作，从而完成远距离的遥控UM3758-108A地址“1”和“0”、“1”和“开路”、“0”和“开路”三种组合状态的编码切换操作。
采用继电器J4～J13这10个继电器的相应动作从而完成远距离的遥控UM3758-108A地址编码，从而实现一对专用导线中可挂上水表、电表、气表的抄模块各为210＝1024块。
图1是多功能自动抄表系统的电路原理图。
具体实施例方式
1、通讯协议继电器J1、J2均吸合并自保持，此时IC1的(1)～(10)呈“1”和“0”两种编码状态，设定为水表抄表模块的状态编码。
继电器J1吸合并自保持，继电器J2断开，此时IC1的(1)～(10)呈“1”和“开路”两种编码状态，设定为电表抄表模块的状态编码，并设定“开路”编码代码为“0”。
继电器J1断开，继电器J2吸合并自保持，此时IC1的(1)～(10)呈“0”和“开路”两种编码状态，设定为气表抄表模块的状态编码，并设“开路”编码为“1”。
10101001——自动抄表工作方式总台微机呼叫抄表模块数据代码。
00000000——抄录当前的水表、电表、气表读数的数据代码。
10101010——停送电操作工作方式总台微机呼叫抄表模块数据代码。
11101010——停电操作工作方式的停电操作数据代码。
10101011——送电操作工作方式的送电操作数据代码。
11110000——当前表只的有效读抄录操作完毕代码。
00001111——当前抄表点所有表只抄录操作完毕代码。
2、系统工作过程多功能自动抄表系统在软件的支持下可以完成用户管辖下的远程三表的集中自动抄表；可以根据需要随时检查某表只的运行情况；可以利用抄表模块配置的操作机构完成供电或供水或供气以及停电、停水、停气的远程遥控操作。
多功能自动抄表系统主要工作在四个工作方式1、自动抄表工作方式(又称连续工作方式)；2、实时监控工作方式(又称单步工作方式)；3、停电操作工作方式；4、送电操作工作方式。
(1)多功能自动抄表系统的自动抄表工作过程多功能自动抄表系统在自动抄表工作方式时，首先由总台微机发送呼叫抄表点命令，呼叫命令的内容是拨打抄表点所用的电话号码，此时信号流向是总台微机→Modem→电话网→DB9→RS-232C→IC4的P2.1口(RXD)，由Modem自动接通电话线路，将信号送到MCS-96系列单片机(IC4)。
MCS-96系列单片机接到总台微机呼叫信号后马上应答，总台微机接到应答信号后说明总台微机与MCS-96系列单片机之间的信道已接通，可以进行数据通信。这时总台微机则根据要抄的是什么表，发送抄表类别选定命令，以确定当前抄什么表(水表或电表或气表)。
总台微机发送的抄表类别命令由信道传送到MCS-96系列单片机的P2.1口(RXD)，MCS-96系列单片机则在P4.1口和P4.6口按命令要求送出信号使继电器J1、J2相应动作，继电器J1、J2动作后，其常开触点J1、J2将DC5伏的正、负电源引入IC2的(1)～(10)状态编码端，继电器J1、J2操作后，MCS-96系列单片机用“回声法”报告总台微机选定表类操作完成。
总台微机接收到抄表点单片机用“回声法”作的选定表类操作报告后，将信号与发送的信号比较，相异时重发，一致时则发送寻址抄表模块首地址的呼叫命令。自动抄表工作方式采用由小到大序号进行轮询式自动抄表，所以寻址抄表模块首地址呼叫命令的内容为首地址抄表模块代码加通信协议的呼叫数据代码。
当自动抄表呼叫命令信号传送到MCS-96系列单片机的P2.1口(RXD)后，MCS-96系列单片机将命令信号中的地址码送P1口和P2.6口、P2.7口共10位输出口，由这10位输出口的继电器J4～J13作相应的动作完成对IC1的(1)～(10)地址码所编码，然后又在P3口输出8位呼叫数据代码送IC2进行锁存输出送到IC1的(11)～(18)端作呼叫数据编码，紧接着由P4.5口输出高电平脉冲驱动继电器J3吸合，其常开触点闭合，将IC1的(21)脚处高电平而使IC1进行编码发送，即IC1将(1)～(10)脚编码为地址码、(11)～(18)脚编码为数据码共18位数据帧通过载波在一对专用导线上进行广播式呼叫。
IC1通过载波在专用导线上进行广播式自动抄表呼叫，这时挂在同一专用导线上所有表只的抄表模块，除了距离太远信号消失外，均收到呼叫命令，但唯一只有地址编码与呼叫帧中地址码一致的表只的抄表模块才作应答操作，其它地址码与呼叫帧地址码不同的抄表模块保持原来的状态不变。应答信号由专用导线传送到IC1的(22)脚，这时IC1的(11)～(18)脚输出数据代码，同时IC1的(23)脚送出一负脉冲指示传输有效，利用这一负脉冲经过74LS04非门作用将IC2的(11)～(18)脚数据锁存输出到MCS-96系列单机片的P0口。同时IC1的(23)脚的负脉冲给IC1的(24)脚所连接的三极管V1组成的锁存变换电路一个信号，使IC1由锁存输出变为暂态输出。MCS-96系列单片机从P0口接收到应答信号后，将信号存储，然后从P4.0口输出一正脉冲对IC3进行清0，再以串行数据发送方式从P2.0(TXD)口发送应答信号。信号从P2.0(TXD)→RS-232C→DP9→Modem→电话线→Modem→总台微机。
总台微机接到呼叫应答后，将数据代码与刚才发送的数据代码相比较，如有差异则重发，如相同则进行自动抄表命令的发送。自运抄表命令通过信道传输到MCS-96系列单片机，MCS-96系列单片机P3口则输出自动抄表的数据代码，经IC2锁存输出对IC1的(11)～(18)数据编码端口进行编码，然后由MCS-96系列单相机的P4.5口输出一高电平脉冲使继电器J3吸合，其常开触点使IC1的(21)脚获得高电平而进入编码发送状态，将自动抄表命令向专用导线进行编码发送。
当MCS-96系列单片机将自动抄表命令在专用导线上进行发送时，挂在专用导线上刚作自动抄表呼叫应答的抄表模块接到自动抄表命令后，立即从存储器内调出当前表读的高位向专用导线载波发送，稍等一会又发送当前表读数的低8位，完成自动抄表操作。
MCS-96系列单片机先后两次接收到抄表模块送来的当前表的有效读数后，即从P2.0口(TXD)以16位串行数据发送总台微机。总台微机接收到MCS-96系列单片机发送过来表的当前有效读数后，立即以“回声法”向MCS-96系列单片机作应答，MCS-96系列单片机接到应答信号后将应答信号与自己发出的信号比较，相异时重发，一致时则发送“11110000”代码给总台微机，告诉总台微机当前表只自动抄录有效读数操作完毕。
总台微机接到“11110000”代码信号后，调出首地址代码进行加1操作，然后以其为地址码加上“10101001”发送，对第二块表进行自动抄表的呼叫，进行第二块表只的自动抄表操作……。
直到抄表点的最后一块表只时，表只读数抄写完毕，MCS-96系列单片机向总台微机发送“11110000”代码，总台微机接到信号后，通过检查知道本抄表已抄录完毕，此时总台微机不再将地址码加1操作，而是总台微机向MCS-96系列单片机总台微机发出“00001111”命令，MCS-96系列单片机接到命令后，对P1口清0，对微机发出“00001111”命令，MCS-96系列单片机出接到命令后，对P1口清0，对P2.6口、P2.7口清0，P4.3口输出一高电平脉冲使继电器J14动作，其常闭触点断开继电器J1、J2的自保持回路，完成设备复归工作。
多功能自动抄表系统工作在实时监控工作方式时，其操作过程与自动抄表工作方式相同，相差的是在自动抄表工作方式时的地址码第一次给出的是首地址代码，而监控工作方式的地址码给给出的是所要查看该表的地址代码。多功能自动抄表系统的监控工作方式方便供电部门对用户进行随机检查，实时了解用户的用电情况。
(2)多功能自动抄表系统的停电操作过程多功能自动抄表系统在停电操作工作方式时，首先由总台微机发送停电操作的寻址呼叫命令，呼叫命令内容为拨打停电点所用电话号码，呼叫命令发送出去以后，通过Modem自动接通操作停电点的MCS-96系列单片机。MCS系列单片机接到总台微机呼叫命令后马上应答，告诉总台微机已接到呼叫命令，可以发送下一命令。
总台微机接到MCS-96系列单片机应答信号后，接着发送停电操作的表类切换操作命令。MCS-96系列单片机接到总台微机的表类切换操作命令后，设总台发送的表类切换操作命令为电表类切换操作，此时MCS-96系列单片机的P4.1口输出高电平脉冲信号使继电器J1吸合并自保持，其常开触点闭合将DC5伏电源接入IC1的(1)～(10)地址编码总线。P4.6无信号输出，此时IC2的(1)～(10)的编码总线呈“1”和“开路”两种编码状态，切换操作完成后，MCS-96系列单片机以“回声法”报告总台微机切换操作完毕。
总台微机接到MCS-96系列单片机的“回声法”应答后，将信号与刚才发送命令比较，相异重发，相同时说明切换操作完成，接着总台微机发送送电操作的呼叫命令，命令的内容是被停电电表的抄表模块地址代码加上停送电操作呼叫的数据代码。
总台微机发送的停电操作呼叫命令由信道传送到MCS-96系列单片机，此时单片机的P1口和P2.6口、P2.7口按命令内容给出的地址代码分别使继电器J4～J13相应动作完成对IC1的(11)～(18)脚的数据编码。编码操作完成后，MCS-96系列单片机的P4.5口输出一个高电平脉冲使继电器J3吸合，其常开触点J3闭合，使IC1处在编码发送状态，将总台微机的停电操作呼叫命令发送到专用导线上。
MCS-96系列单片机将停送电操作呼叫命令在专用导线上广播式呼叫时，挂在一对专用导线上所有抄表模块均收到信号，但唯一只有地址码与呼叫帧中的地址码一致的抄表模块才作出响应。此时对上号的抄表模块按要求做好停电操作前的准备工作并在准备工作完成后马上应答总台微机呼叫。
抄表模块的应答信号由专用导线传送到IC1的(22)脚，再从IC1的(11)～(18)脚输出信号传送给IC3的输入端进行锁存输出，将数据传送到MCS-96系列单片机的P0口，由MCS-96系列单片机的P2.0口以串行数据帧发给总台微机。
总台微机接到MCS-96系列单片机的停送电操作呼叫的应答信号后，经比较确认无误后接着发送停电操作命令。停电操作命令传输的路径与停送电操作呼叫命令一样，已作停送电操作呼叫应答的抄表模块在接到停电操作命令后，立即作停电操作并操作完成时即报告给总台微机。
总台微机接到MCS-96系列单片机作的停电操作应答信号后，经比较确认无误时再作下个抄表模块的停电呼叫命令的发送等操作，如果该停电操作的表只命令已发送完毕，则总台微机向MCS-96系列单片机作的停电操作命令应答信号后，并确认正确时，总台微机向MCS-96系列单片机发送停电操作完成的命令-“00001111”。MCS-96系列单片机接到“00001111”命令后，对P1口清0，对P2.6口、P2.7清0，对P3口清0，在P4.3口输出一高电平脉冲使继电器J14动作，其常闭触点开断电器J1、J2的自保持回路，从而完成设备的复归操作，为下次操作做好准备。
多功能自动抄表系统的送电操作工作方式与停电操作工作方式的操作相似。两者仅差异在操作的数据代码不同。
权利要求
1.一种多功能自动抄表系统如图1的IC1和IC4的MCS-96系列单片机及其外围电路组成。其特征在于IC1型号为UM3758-108A编解码器芯片，其端口(1)-(10)为地址编码，且为“1”、“0”和“开路”三种状态编码，IC1的(11)-(18)为数据编码。
2.根据权利1所述的多功能自动抄表系统，其特征在于继电器J1、J2用作IC1编码状态的切换操作，由“1”和“0”、“1”和“开路”以及“0”和“开路”三种组合状态的切换操作。
3.根据权利1、2所述的多功能自动抄表系统，其特征在于IC5、IC6以及继电器J4～J13用作对IC1进行地址编码的具体操作。
4.根据权利1、2、3所述的多功能自动抄表系统，其特征在于MCS-96系列单片机的P3口和IC2为操作IC1数据编码的输出控制编码端口，MCS96系列单片机的P0口和IC3为抄表有效读数的数据输入端口。
5.根据权利1、2、3、4所多功能自动抄表系统，其特征在于继电器J14为复归编码状态继电器，当一个抄表所有的同类表读数抄录完毕时，继电器J14由软件输出一个正脉冲使J14动作，其常闭触点断开继电器J1、J2的自保持回路，从而使编码状态复归，使系统处在待机状态。
全文摘要
一种利用专用导线进行数据传输的多功能自动抄表系统由型号为UM3758－108A的编译码器芯片以及MCS－96系列单片机和总台微机等组成。UM3758－108A设有地址编码状态总线，通过继电器J1、J2不同动作，实现“1”和“0”、“1”和“开路”以及“0”和“开路”三种不同编码状态的切换，通过继电器J
文档编号G08C19/16GK1758295SQ20051007455
公开日2006年4月12日 申请日期2005年5月28日 优先权日2004年10月8日
发明者黄焕珠 申请人:黄焕珠