一種簡(jiǎn)單的電子公用儀表解決方案

　　引言

　　電子公用儀表與目前使用的傳統(tǒng)機(jī)械式和機(jī)電式儀表解決方案相比，具有很多優(yōu)勢(shì)。無論是氣表、水表、熱表，還是電表，都可以利用電子儀表的如下某些或全部特性：

　　精度更高
　　校準(zhǔn)容易
　　防篡改保護(hù)
　　自動(dòng)抄表
　　安全性好
　　先進(jìn)的計(jì)費(fèi)方式(分時(shí)計(jì)費(fèi)和預(yù)付費(fèi)等)
　　電子儀表的設(shè)計(jì)不一定要采用復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)方式。在本文所介紹的實(shí)例中，通過基于單片機(jī)(MCU)的脈沖計(jì)數(shù)器可以大大簡(jiǎn)化各類儀表的實(shí)現(xiàn)。圖1給出了一種基于MCU的典型計(jì)數(shù)器的組成框圖。

圖1 帶外部時(shí)鐘輸入的MCU 8位或16位定時(shí)器

　　精度更高

　　儀表是根據(jù)測(cè)量精度進(jìn)行分類的。例如，一個(gè)機(jī)械式電表的典型精度是2%左右。相比之下，一個(gè)普通的電子電表可以達(dá)到0.2%的測(cè)量精度。如果在儀表設(shè)計(jì)中使用MCU，那么就能夠通過改變軟件參數(shù)調(diào)節(jié)測(cè)量精度。這樣，只需開發(fā)一個(gè)硬件平臺(tái)就可以支持多級(jí)測(cè)量精度，因此可使儀表生產(chǎn)商簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，且可為安裝儀表的公用事業(yè)公司帶來良好的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

　　校準(zhǔn)容易

　　常規(guī)的機(jī)械式儀表包含很多可動(dòng)的部件。隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，這些部件可能需要重新調(diào)校，才能使儀表恢復(fù)正常狀態(tài)。調(diào)校時(shí)通常要把儀表拆卸下來并返回廠家進(jìn)行校準(zhǔn)，非常不便。但是通過使用MCU中的非易失性存儲(chǔ)器(EEPROM或Flash)就可以很方便的存儲(chǔ)或更新校準(zhǔn)信息，甚至可以設(shè)計(jì)為采用自動(dòng)校準(zhǔn)的方式。

　　防篡改保護(hù)

　　一般來說，公用儀表最大的一個(gè)問題就是偷竊現(xiàn)象。在很多情況下，篡改儀表是為了改變測(cè)量結(jié)果。偷竊問題通常出現(xiàn)在電表上，形式多種多樣。根據(jù)電表的類型，某些儀表可能被反接而使電量計(jì)數(shù)遞減而不是遞增。另外，采用鋼鐵材料作旋轉(zhuǎn)盤片的老式儀表易受磁體的影響，會(huì)因此而減慢旋轉(zhuǎn)的速度，從而引起錯(cuò)誤的電量測(cè)量結(jié)果�？梢允褂脦讉�(gè)簡(jiǎn)單的方法來檢測(cè)電子儀表的篡改和偷竊現(xiàn)象。尤其對(duì)于電表來說，可以檢測(cè)到多種“典型”情況，如：

　　·負(fù)載不對(duì)稱(回路被接地，導(dǎo)致不對(duì)用電進(jìn)行計(jì)量)

　　·電表暫時(shí)斷開(或被旁路)

　　·使用永磁體使電流互感器飽和或停止計(jì)數(shù)器

　　·惡意破壞

　　一旦檢測(cè)到篡改現(xiàn)象，我們可以對(duì)儀表采取多種防范措施。如果儀表控制供電，它可以將負(fù)載的供電斷開。另外，如果儀表具有通信機(jī)制，還可以通過點(diǎn)亮指示燈或者電子抄表。

　　電子儀表最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是增加了自動(dòng)抄表(AMR)功能。這樣一來，就不用派專人去現(xiàn)場(chǎng)登記使用數(shù)據(jù)，從而可大大節(jié)省開銷。人工抄表是一種勞動(dòng)密集型的工作，容易出現(xiàn)人為差錯(cuò)(甚至是賄賂現(xiàn)象)。由于儀表安裝在不同的地方，因此人工抄表無論對(duì)于用戶還是對(duì)于抄表員來說都是非常不方便的。

　　目前有多種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電子儀表的AMR功能，或者改進(jìn)已有的機(jī)械式/機(jī)電式儀表。通過下列幾種方式可以實(shí)現(xiàn)電子儀表的自動(dòng)抄表和通信：

　　紅外——通過儀表的面板實(shí)現(xiàn)近程紅外LED傳輸;
　　射頻( RF)——近程或遠(yuǎn)程通信，如ZigBeeTM協(xié)議或蜂窩網(wǎng)絡(luò);
　　通過電話線的數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)方式;
　　電力線載波(PLC)——近程到中程傳輸
　　串口(RS-485)
　　在某些情況下，僅僅通過手持式設(shè)備(通過IrDATM協(xié)議或者RF方式，最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)幾百英尺)通信就可以實(shí)現(xiàn)AMR功能的優(yōu)勢(shì)。盡管這種方式仍然需要抄表員到各個(gè)儀表安裝現(xiàn)場(chǎng)抄表，但是這種方式能夠確保數(shù)據(jù)讀取是準(zhǔn)確的，并且能夠大大加快抄表過程。此外，ZigBee聯(lián)盟正在開發(fā)一種測(cè)量方案，能夠使水表、氣表、熱表和電表的制造商之間實(shí)現(xiàn)相互合作，通過一種共同的通信媒介發(fā)送使用數(shù)據(jù)。

　　安全性好

　　隨著測(cè)量過程自動(dòng)化程度的提高，安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信技術(shù)的需求也與日俱增。確保公用事業(yè)部門所收集數(shù)據(jù)的保密性和完整性是非常重要的。這可以通過MCU自身的內(nèi)部數(shù)據(jù)EEPROM或者使用加密算法將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到儀表外部的方式來實(shí)現(xiàn)。另外儀表使用數(shù)據(jù)的安全通信也值得關(guān)注。同樣，可以使用幾種加密算法和握手協(xié)議