基于Modem通信的多用户智能电能表系统的研究

　　此算法是以检测脉冲的下降沿来作为电能脉冲测量的依据，在软件中分别定义LPC2210存储器中不同的地址，用来存放脉冲上一周期状态、现在状态及结果P。当P=1时，检测到脉冲的下降沿，对某路脉冲进行计数，并将当前P值保存到相应的存储单元中进行累加，最终得出该用户的用电量。对多用户电能脉冲的测量，因LPC2210有多个I/O口，可通过计量芯片直接输入多个用户的电能脉冲，用OR_XOR的逻辑运算按字节同时处理8路、16路、32路甚至更多路脉冲。

　　对某一段定时时间电能的测量，可变为对这段时间内转换的电脉冲数，在软件中设置脉冲常数C=3200 imp/kWh，然后可由LCD循环显示各个用户某段时间的用电量。假设某用户用电功率为5 kW，则一小时用电5 kWh，一秒钟用电5kWh/3600，再与脉冲常数C相乘得出脉冲频率为4.44 Hz，脉冲周期为225 ms，远远超过LPC2210的指令周期，则此检测脉冲下降沿的计数方法准确可靠，不会出现漏计或多计的现象。

　　2.3嵌入式Modem模块

　　系统中与LPC2210连接的Modem采用嵌入式MODEM芯片73M2901，使用贺氏标准AT命令呼叫和应答，实现与远程系统的通信。由于LPC2210微控制器的UART1口带有完整的调制解调接口，所以可将73M2901直接连接到LPC2210的UART1串口上，进行数据传输工作，接口结构如图4所示。 

　　LPC2210直接采集数字信号，通过UART1串口送给本端的嵌入式Modem芯片73M2901，73M2901将数字信号调制成音频模拟信号在电话线上传输，再经过中心站标准Modem调制成数字信号送往上位机管理系统。

　　2.4其它电路模块

　　系统为多用户电表系统，在写用户电量时，需要经常改写电量(如增加0.1度改写一次电量)，因此采用擦写次数较高、存储容量较大的EEPROM。研究中数据存储模块选用带接口的串行非易失存储器FM24C16A。用来存储各用户的电量数据信息和各用户的计量模块的地址，保证采集信息的正确无误。

　　电压输入通道采用电阻分压网络提供电压信号，电流通道有两个电流输入端，然而，每一时刻只有一个通道用来电能计量。研究中选择电流互感器作为电流传感器。

　　断电控制电路主要由跳闸继电器组成，当用户拖欠电费或用电需量持续超出需量限定一定时间后，上位机管理系统将通过Modem发送断电指令给LPC2210，然后LPC2210将输出信号，使继电器动作，切断供电电源。

　　3系统软件设计

　　3.1上位机软件设计

　　上位机软件用VC++编程，系统中上位机先完成标准Modem的初始化，需要数据传输时，上位机通过Modem拨号建立数据传输链路，然后发AT控制指令判断是进行异常处理还是接收电能数据，完成任务后挂断电话。此上位机管理软件系统的功能框图如图5所示。 

　　3.2下位机软件设计

　　本文通过移植源码公开的嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ来管理整个系统的运行，它具有多任务性、实时性等优点。要构建整个下位机软件框架，首先对μC/OS-Ⅱ和各硬件部分进行初始化和参数设置，然后是多任务的创建，对整个下位机实现的功能进行任务分割，并根据实际需要为各个任务分配优先级，各个任务是通过抢占CPU的使用权来运行的，它们之间的通信通过信号量、邮箱、消息队列等机制来完成。多任务模块的划分如图6所示。 

　　在用μC/OS-Ⅱ作为内核来编写整个下位机系统的应用软件之前，先完成μC/OS-Ⅱ在LPC2210的移植工作，要根据LPC2210的特点合理地修改μC/OS-Ⅱ的3个与LPC2210有关的文件：OS_CPU.H，OS_CPU_A.ASM，OS_CPU_C.C，其中包括OSCtxSW()，OSIntCtxSW()，OSTaskStkInit()，OSStartHighRdy()，OSTickISR()等重要文件。

　　主要是将文件中寄存器的初值进行修改，另外还须编写配置文件、参数等。为了很好地将系统中的实时采集和定时采集区分，并且能体现出实时采集优先级高的特点，研究中采用消息队列来实现。

　　4结语

　　多用户智能电能表系统采用32位ARM芯片作为控制系统的核心，大大提高了系统的数据处理能力，并且微控制器通过Modem与上位机管理系统通信，可实现供电系统同时对多个用户用电的智能化管理，特别对于公寓用电及单元用电的集中管理其优点尤为突出，目前在许多地方已得到广泛的应用。利用提供的各种系统调用以及任务间的通讯机制，使多任务设计得以简化并保证了系统行为的实时性，具有很好的应用前景。