水、电、气表数据采集与处理装置

本实用新型涉及水、电、气表数据采集与处理装置，为解决抄表自动化、计算机统一处理水、电、气表数据并实施分时电价管理而设计。

目前，国内外住宅用户的水表、电表、煤气表的抄表工作基本上还是沿用逐户登门人工抄表的工作方式，这种落后的工作方式重复、繁杂、劳动强度大、效率低，因此非常需要一种自动采集用户三表数据的装置。近几年已有人为此在这方面做了一些工作，如中国专利CN1051083A、CN2081525U、CN2092745U等，但或因采用电磁感应装置获取信号而易受电磁干扰，或因采用光纤传感器及光纤信号传输，电力载波数据传输而使成本较高不利于普遍推广应用。另外，在能源日益紧张的今天，合理使用电力资源问题显得更加突出、紧迫，而对电力消耗实行分时计费的方法是一种行之有效的管理制度，这就要求对用户用电分时计度，因此国内外也研制了许多分时计度电表，如美国专利US4283772，中国专利CN2048586U、CN1050093A，但一般都需要换新型电度表，或对原有电表做较大改动，成本较高。

鉴于上述技术存在不足，本实用新型目的在于提供一种以单片机网络技术为基础的，具有对用户电力消耗分时计费功能的水、电、气表数据采集与处理装置。本实用新型是这样实现的，包括有水、电、气表中的指示字轮（或指针）、屏蔽电缆、单片机、调制解调器、电话线路、中央计算机，用于获取计数脉冲信号的光电传感器，传输计数脉冲信号的驱动器、接收器，可同时采集多用户三表数据的检测模块，用于校核三表数据的手持式校表仪，用于数据通讯的光电数据通讯接口、RS－422接口、单片机网络节点模块、子站模块。光电传感器和RS－422差分驱动器联接，并安装在一块由支承架固定的电路板上，支承架固定在水、电、气表的外壳上，RS－422差分驱动器通过屏蔽电缆与多点巡检单元上的RS－422差分接收器联接构成多用户三表数据检测模块，多个检测模块和一个节点单片机，一个光电数据通讯接口共同挂在由RS－422接口和屏蔽电缆及平衡电阻构成的RS－485总线上组成一个主从结构的单片机网络┄节点模块，多个节点模块和一个子站单片机共同挂在由RS－422接口和屏蔽电缆及平衡电阻构成的RS－485总线上组成一个主从结构的多级单片机网络┄子站模块，多个子站模块通过调制解调器和电话线路与中央计算机联网构成整个水、电、气表数据采集与处理装置。

本实用新型采用的光电传感器为反射式红外光电耦合器。传输计数脉冲信号的驱动器，接收器分别为RS－422差分驱动器和RS－422差分接收器。多点 巡检单元由80C31单片机、RS－422差分接收器、多路开关、RS－422接口和不间断工作电源构成。手持式校表仪由80C31单片机、键盘、LCD显示器、程序存贮器、数据存贮器及光电数据通讯接口组成。通过设置在节点模块上的光电数据通讯接口，采用手持式校表仪，以水、电、气三表数据为准，对多点巡检单元中记录的三表数据进行校核。

下面结合实施例图进一步详细说明本实用新型。

图1，水、电、气表数据采集与处理装置框图

图2，主从结构的多处理机网络模块框图

图3，不间断工作电源电路图

图4，子站单片机系统框图

图5，多点巡检单元框图

图6，手持式校表仪框图

图7，光电传感器及信号驱动器安装示意图

图8，电表分时计数软件框图

图9，光电数据通讯接口电路图

在图1中，1为中央计算机，2为调制解调器，3为电话线，4为单片机网络子站模块，5为子站单片机，6为RS－422接口，7为屏蔽电缆，8为单片机网络节点模块，9为节点单片机，10为手持式校表仪，11为光电数据通讯接口，12为多用户三表数据检测模块，13为多点巡检单元，14为RS－422差分接收器，15为RS－422差分驱动器，16为光电传感器。

在图2中，17为主机，18为从机，Ri为平衡电阻。

在图4中，19为RS－232接口，20为80C31单片机，21为地址锁存器，22为程序存贮器，23为数据存贮器。

在图5中，24为多路开关，25为不间断工作电源。

在图6中，26为LCD显示器，27为段译码器，28为位译码器，29为键盘，30为键盘译码器。

在图7中，31为字轮（或指针），32为水、电、气表壳的玻璃罩，33为支承架，34为电路板，35为电阻，36为表壳。

参见附图，将反射式红外光电耦合器16对准粘贴有反光材料的字轮31（或指针），这样字轮（或指针）旋转一周即可获取一个脉冲信号，此脉冲信号通过与光电耦合器16相联接的RS－422差分驱动器15、屏蔽电缆7和RS－422差分接收器14传输到多点巡检单元13，多点巡检单元13通过多路开关24巡回检测，可实时采集多个用户的三表数据并监测光电传感器及其信号传输线路状态，如此构成一个多用户三表数据检测模块12，这是数据采集系 统中的最基层模块。

多点巡检单元13按各用户的编码分别记录、存贮用户的三表数据，对水表、煤气表的计数脉冲累积计数，对电表的计数脉冲按预置的全天24小时峰、谷、平各时段起止时间和全年节、假日、周末、夏时制等分别累积计数。

多点巡检单元13中设有一个不间断工作电源25，以备发生停电时继续检测水表、煤气表数据，并保持记录数据。

多个检测模块12与一个节点单片机9（简称节点机）、一个光电数据通讯接口11共同挂在由RS－422接口6和屏蔽电缆7及平衡电阻Ri构成的RS－485总线上，构成一个主从结构的单片机网络┄节点模块8，节点机是一个80C31单片机系统，主要完成“承上启下”的网络通讯任务。

类似地，多个节点模块8与一个子站单片机5（简称子站）共同挂在由RS－422接口6和屏蔽电缆7及平衡电阻Ri构成的RS－485总线上，构成一个主从结构的多级单片机网络┄子站模块4。子站也是一个80C31单片机系统，其结构和功能与节点机9相似，也是用来实现网络通讯的。子站通过RS－422接口6和屏蔽电缆7联接各节点模块8，通过RS－232接口19与调制解调器2联接，再经过电话线路3与中央计算机1联网，构成整个水、电、气表数据采集与处理装置。

多点巡检单元定时检测各传感器及信号传输线路工作状态，若发现故障则设故障标志，节点机定时巡检各多点巡检单元的工作状态，若发现异常则设故障标志，子站定时巡检各节点机的工作状态，若发现异常则设故障标志。中央计算机定时巡检各子站的工作状态，若发现异常，则报警并指出故障发生位置，从而实现全系统的自检和故障诊断。

多点巡检单元中各用户的三表数据是用手持式校表仪，以水表、电表、煤气表的指示数据为准进行校核的，主要用于系统初次投入运行或故障恢复后校核多点巡检单元中各用户的三表数据。

手持式校表仪由80C31单片机、键盘、LCD显示器、光电数据通讯接口以及程序存贮器、数据存贮器组成。通过设在节点机外壳上的光电数据通讯接口和RS－422接口，校表仪联接进入节点网络，通过键盘输入用户编码和多点巡检单元地址，可以读出记录的三表数据，并根据实际情况进行校核或修正。

光电数据通讯接口是由一对红外发射、接收电路构成的非调制式红外光电数据通讯接口，采用光电数据通讯接口的目的是为了克服电接触和机械接触的弊端，使用时只需将校表仪的光电数据通讯接口对准节点机外壳上的光电数据通讯接口即可进行数据通讯，由于通讯速率较高，所以瞬间即可完成读数或修 正校核操作。

在本实用新型实施例中，一个检测模块可巡检16户三表数据，一个节点模块最多可联接30个检测模块，采集480户三表数据，一般可完成一栋楼房的三表数据采集。一个子站模块最多可联接30个节点模块，采集14400户三表数据，一般可完成一个楼或小区的三表数据采集，在整个水、电、气表数据采集与处理装置中，子站模块的数量可视需要而定，没有一定限制。

作为主站的中央计算机系统，一般为市、区级公用局的信息处理机，本实用新型实施例中采用AST  PⅡ386／33作为中央计算机，其系统配置为：内存4M、硬盘210M、软盘1.2M＋1.44M、彩显SVGA1024×768，并配有LQ1600K打印机。采用的调制解调器是Speed  Data  2400。RS－422接收器，驱动器分别是UA9637和UA9638。

本实用新型以RS－485总线联接的多级单片机网络为核心，采用模块化设计，因而结构简单，并可根据实际需要加以取舍组合。本实用新型还具有可靠性高，抗电磁干扰性好，可对用户耗电进行分时计价管理的优点，不仅解决了抄表自动化问题，而且有利于能源管理现代化。