Interesante sistema de adquisición de datos de bajo consumo basado en M-BUS
Introducción Con el rápido desarrollo de la sociedad, las comunidades inteligentes han entrado gradualmente en la vida de las personas, y los sistemas de lectura automática de medidores son una de las funciones importantes de las comunidades inteligentes El uso de tecnología de lectura automática de medidores en la gestión del agua y la electricidad. No solo puede ahorrar recursos humanos. Más importante aún, puede mejorar la precisión de la lectura de los medidores y reducir los errores de facturación causados por la estimación o la transcripción, de modo que el departamento de gestión de agua y electricidad pueda obtener información de datos de manera oportuna y precisa. concertar una cita con el lector de contadores para la lectura de contadores puerta a puerta. Consultar las facturas rápidamente, por lo que esta tecnología está ganando cada vez más popularidad entre los usuarios ante la situación actual de que los sistemas de lectura automática de contadores son caros en el mercado. una señal de pulso generada por un sensor magnético de potencia cero está diseñada para capturar la señal de pulso utilizando el sistema de adquisición de datos de potencia ultrabaja de la serie MSP que funciona para capturar señales. Este sistema de adquisición tiene un precio relativamente bajo y un rendimiento confiable. Es adecuado para la adquisición remota de medidores de agua, gas y electricidad. El bus de transmisión de datos utiliza M BUS, que tiene una velocidad de transmisión rápida, larga distancia y alta confiabilidad.
Principio de funcionamiento de este sistema de adquisición de datos. una mejora en el sistema tradicional de lectura de medidores de electricidad, agua y gas para hacerlo adecuado para la lectura remota de medidores. Tomando como ejemplo un medidor de gas común, se agrega un imán al último engranaje del medidor base (sin contar el paso). -engranaje de transmisión paso a paso de la parte de visualización). Cada vez que el engranaje gira, debe girar el engranaje de transmisión paso a paso de la parte de visualización, y cada vuelta es O. Metros cúbicos, por lo que cada revolución del engranaje de esta etapa se calcula en ***. Metros cúbicos de gas, es decir, cada vez que gira el engranaje de la última etapa, la parte de visualización del engranaje gira paso a paso. La parte de visualización del medidor de gas cuenta los metros cúbicos cuando el pequeño imán pasa por la superficie del cero. -sensor magnético de potencia, se genera una señal de pulso. La función de captura del microcontrolador MSP captura la señal y provoca una interrupción. La dirección del área de almacenamiento de datos se agrega automáticamente. Los datos en la dirección del área de almacenamiento son los datos de la tabla base del medidor de gas. Cuando el bus requiere que el microcontrolador transmita datos, el microcontrolador primero determina si se pueden transmitir los datos y se pueden escribir los datos en la dirección. en el búfer de envío y los datos se pueden enviar bit a bit. De lo contrario, los datos no se pueden enviar hasta que el microcontrolador esté inactivo
Características principales: El sistema de adquisición de datos tiene principalmente las siguientes características: ① Adoptar. El sensor magnético de potencia cero no necesita utilizar una fuente de alimentación externa cuando funciona como frontal de recolección, no tiene contactos, es resistente a la corrosión, impermeable y tiene una larga vida útil ② ¿Utiliza MSP F en la serie MSP? de microcontroladores como chip de procesamiento de datos con excelente rendimiento y bajo precio ③ Utilice el bus M BUS (Meter BUS) para transmisión de datos, larga distancia de transmisión, velocidad rápida y alta confiabilidad ④ El consumo de energía del circuito de adquisición es muy bajo y puede alimentarse mediante baterías de litio o bus M BUs.
Diseño software y hardware del sistema de adquisición de datos
． Selección de equipos [SiguientePágina]
El microcontrolador de consumo de energía ultrabajo serie FIash tipo MSP de la compañía TI seleccionada es particularmente adecuado para aplicaciones de batería o dispositivos portátiles en aplicaciones de energía ultrabaja. En términos de consumo, este microcontrolador puede lograrlo. ~． Bajo la condición de reloj de voltaje V MHz, la corriente de consumo de energía es O. Los periféricos en chip entre ~ μA incluyen P ~ P, siete puertos de E/S, temporizadores (Timer_A Timer_B) y dispositivos de vigilancia. Los KB de ROM y KB de RAM integrados internamente se pueden programar decenas de miles de veces. todo industrial La temperatura del entorno operativo de los productos de nivel de grado es ~ + ℃ En términos de precio, los microcontroladores de la serie MSP generalmente solo cuestan decenas de yuanes. En resumen, los microcontroladores de la serie MSP tienen un buen rendimiento de costos y pueden satisfacer completamente las necesidades del desarrollo del sistema. Hay una variedad de sensores comúnmente utilizados en sistemas de lectura remota de medidores. Hay sensores fotoeléctricos y sensores Hall. Tanto los sensores fotoeléctricos como los sensores Hall requieren corriente de suministro cuando funcionan, que generalmente es de nivel de miliamperios. Batería de fuente de alimentación para medidores de gas, encender el medidor base también causará problemas de seguridad. El sensor magnético de potencia cero no necesita usar una fuente de alimentación externa cuando está en funcionamiento. Es adecuado para instrumentos de microconsumo de energía y es mejor. Sensor de recolección en sistemas de lectura remota de medidores. El sensor magnético de potencia cero se fabrica mediante el efecto Wiegand. También conocido como sensor Wiegand, se fabrica utilizando las características de movimiento de los dominios magnéticos en el material de aleación funcional biestable magnético. campo Cuando el campo magnético externo cambia,
La dirección de magnetización del dominio magnético cambia instantáneamente y cuando se elimina el campo magnético externo, regresa instantáneamente a la dirección de magnetización original. Como resultado, se induce una señal de pulso eléctrico en la bobina de detección alrededor del material de aleación para lograr magnetoelectricidad. El bus M BUS es una nueva estructura de bus europea: bus de instrumentos. El sistema de adquisición de datos que utiliza un nuevo bus de instrumentos y tecnologías relacionadas desarrollado conjuntamente por el profesor Ziegler de la Universidad de Paderborm en Alemania, Techem AG en Alemania y Texas Intrument Company en Alemania. siguientes características: ① Puede utilizar una conexión de cable trenzado dual normal y cualquier topología de bus (árbol en estrella, etc.) hace que la construcción del cableado del sistema sea simple y flexible para la expansión ② La longitud máxima del bus puede alcanzar 1 km (cuando la velocidad en baudios ≤ bps) ③ Cada marca en el sistema tiene una dirección única El código es conveniente para la administración ④ El cable de par trenzado completa simultáneamente la comunicación de datos y proporciona energía al medidor, lo que puede proporcionar a los usuarios múltiples métodos de suministro de energía (batería de suministro de energía remota y suministro de energía remoto y una fuente de alimentación de batería única después de usar el acoplamiento óptico) ⑤ El sistema puede lograr una comunicación asíncrona semidúplex de ~ bps. Los medios de comunicación pueden usar par trenzado ordinario. La polaridad del bus es intercambiable y la cobertura de la red o sistema se puede ampliar a través de repetidores. ⑥ Cada sistema M BUS tiene un convertidor de nivel. El convertidor proporciona una interfaz RS o RS para lograr la comunicación con la computadora central, el sistema puede conectar hasta 2 tablas de usuario como se muestra en la figura
Ancho de pantalla) este ancho = ancho de pantalla ffan = hecho > El diseño del circuito de hardware se basa en el principio del circuito del sistema de adquisición de datos del microcontrolador MSP F. La figura está dividida en dos partes: módulo de adquisición de datos y módulo de comunicación ( ) Módulo de adquisición de datos El recolector de datos es diseñado para recopilar con precisión datos de tres metros, como se muestra en la figura, incluye un circuito de oscilador de cristal, un circuito de fuente de alimentación, un circuito de sensor, etc.
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①El diagrama del circuito del oscilador de cristal proporciona alta y baja velocidad. El circuito del oscilador de cristal puede generar relojes de diferentes frecuencias a diferentes módulos dentro del microcontrolador. Los usuarios pueden usar un cristal de alta velocidad para generar MCLK con una frecuencia más alta para suministrar a la CPU para satisfacer las necesidades de operaciones de datos de alta velocidad. El cristal de alta velocidad también se puede apagar cuando. no es necesario que la CPU funcione y se puede usar para relojes en tiempo real. El cristal de baja velocidad genera suministro ACLK con una frecuencia más baja
②Circuito de fuente de alimentación MSP F El voltaje de funcionamiento del microcontrolador es. ~． Entre V, la corriente de funcionamiento está entre ． ~ μA, el voltaje de funcionamiento en este circuito es V. El microcontrolador puede funcionar con una batería de litio o un bus M BUS ③Circuito de reinicio El circuito de reinicio del microcontrolador está conectado al pin [SiguientePágina]
④El. El circuito del sensor tiene energía cero después de la prueba. El sensor magnético se puede conectar directamente al puerto de captura TAl del microcontrolador. Cuando el pequeño imán montado en el engranaje del medidor de gas pasa por la superficie del sensor, se genera una señal de pulso. se utiliza para capturar la señal Para garantizar la precisión de los datos recopilados por el sensor, se agrega bajo voltaje en la figura. El amplificador operacional de consumo de energía LM se utiliza para amplificar el puerto de recolección de señal de pulso P del sensor. El voltaje en es un voltaje alto igual a Vcpu (V) cuando el voltaje base del transistor C es mayor que. Cuando v, recopile el puerto P. El recuento del microcontrolador se reduce. A lo largo del experimento, cada vez que el pequeño imán pasa por el sensor, se incrementa la dirección del microcontrolador (). El módulo de comunicación es el circuito de transmisión de datos entre el microcontrolador y el concentrador de bus. Como se muestra en la figura, TSS A es Texas Instruments Corporation de los Estados Unidos. Un chip transceptor especial para M Bus producido a principios de año. El circuito de interfaz que contiene puede ajustar el nivel entre el maestro y el esclavo en el instrumento. estructura del bus.Se puede conectar al bus a través de un dispositivo de aislamiento como un acoplador fotoeléctrico. El transceptor está conectado al bus por el bus. La fuente de alimentación no aumenta la demanda de energía de la máquina esclava. Paquete dual en línea para integrar toda la función de envío de datos en uno. Sus características son las siguientes: 1. Cumple con el estándar internacional ENl 2. Lógica de recepción con identificación de nivel dinámico 3. La corriente de recepción es ajustable a través de una resistencia. Conexión infinitamente sexual.
⑤ Función anti-apagado ⑥ Disponible. Fuente estabilizadora de voltaje V ⑦ Admite fuente de alimentación remota ⑧ La velocidad en baudios puede alcanzar bps en semidúplex ⑨ Admite protocolo UART ⑩ El esclavo puede ser alimentado por el bus o la batería de respaldo Hay un interruptor de bits en el chip para configurar la dirección única. del medidor en el bus. La computadora principal como maestro almacena la dirección de cada módulo colector y copia los datos del módulo de recolección al concentrador de acuerdo con la solicitud de la computadora maestra. El concentrador establece el coeficiente de división de frecuencia de cada colección. módulo y las dimensiones y aumentos de cada tabla
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Para facilitar el cableado, se utiliza comunicación en serie asíncrona. El microprocesador MSP F seleccionado contiene un módulo USART (USART y USART). Este módulo contiene una parte de configuración de velocidad en baudios, una parte de recepción, una parte de envío y una parte de envío. una parte de la interfaz el reloj del módulo de configuración de velocidad en baudios proviene del reloj interno o el reloj de entrada externo es proporcionado por SSEL y se selecciona SSEL para determinar la frecuencia de la señal de reloj BRCLK que finalmente ingresa al módulo. se alimenta al divisor de un bit y la salida final se desplaza y se desplaza fuera de los dos registros de desplazamiento a través de una serie de controles de hardware. Se utiliza la velocidad en baudios de la señal BITCLK del reloj de desplazamiento. N y la velocidad en baudios requerida (bps). La transmisión o recepción de datos se realiza principalmente a través de un registro de desplazamiento. Al recibir, el registro de desplazamiento combina el flujo de datos recibido en un byte y lo guarda en la caché URXBUF. los datos en el caché de envío UTXBUF se envían al puerto de envío TSS A bit a bit. El interruptor de dial de bits se utiliza para configurar la dirección única del medidor en el bus. La computadora host lo implementa a través del direccionamiento y el microprocesador MSP. entre F. Cada vez que el host llama a una determinada dirección, solo el esclavo con una dirección coincidente puede reconocer la llamada y responder en consecuencia. El protocolo de comunicación utilizado es un protocolo de comunicación semidúplex. Diseño de software MSP tiene muchos software de desarrollo. Aquí se utiliza el entorno de desarrollo integrado de la empresa IAR, el banco de trabajo integrado IAR y el depurador C SPY. La función de captura del microcontrolador MSP se utiliza para probar si el microcontrolador puede capturar con precisión la señal del sensor. El flujo del programa es el siguiente: Como se muestra en la imagen
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Primero, inicialice el microcontrolador, defina el modo de transmisión de captura del flanco ascendente del reloj del microcontrolador, la configuración del puerto de entrada y salida, etc. Luego desarrolle la interrupción. Una vez que se permite una solicitud de interrupción, la CPU se activa y entra en modo activo para realizar servicios de interrupción. Después de ejecutar el programa, el sistema vuelve al estado anterior a la interrupción y continúa en el modo de bajo consumo como se muestra en la figura. Después de ejecutar el programa principal, el sistema ingresa al modo de bajo consumo. Si ocurre una interrupción, la CPU se activa y agrega los datos en una dirección determinada en la RAM. en una determinada dirección en la RAM se puede transmitir a la interfaz del puerto serie de la PC a través de la línea de transmisión. Si hay circunstancias especiales en las que ocurren interrupciones e interrupciones al mismo tiempo, a través de experimentos, la prioridad de la interrupción es mayor que la. interrupción, es decir, el servicio de interrupción se ejecuta primero y luego se ejecuta el servicio desde los dos aspectos de la seguridad y confiabilidad de los datos recopilados. Se seleccionan nuevos sensores y microcontroladores de la serie MSP de baja potencia para diseñar datos. sistema de adquisición para lectura remota de medidores El sistema utiliza el bus M BSU para la transmisión de datos en el depurador M UBS. Los resultados experimentales en el entorno de software muestran que la parte de adquisición captura la señal con alta precisión, el diseño del circuito y el diseño del software son razonables. Y el precio es relativamente barato, lo que tiene buenas perspectivas de aplicación lishixinzhi/Article/program/qrs/201312/30117