基于M-Bus总线的嵌入式智能抄表集中器的研究与设计

摘要

近年来，远程自动抄表技术被越来越多的应用到居民集中供热系统中，许多地区利用自动抄表系统彻底消除了传统的人工抄表方式给管理部门带来了诸多不便和弊端。集中器是自动抄表系统中重要的设备，它联系着用户智能仪表和供热公司管理中心，完成对用户热量表数据采集、存储、传输和管理的工作。集中器是集合电子技术、计算机技术以及网络通信技术的嵌入式设备，可以完成复杂的任务处理工作。
　　本文设计的集中器是以ARM9微处理器S3C2440为硬件平台核心，移植了嵌入式Linux操作系统，通过触摸屏建立了友好的人机交互界面。集中器通过M-Bus总线与多台用户智能热量表进行数据和能量的传输。同时，集中器通过以太网口接入小区局域网，以TCP/IP作为传输协议和管理中心服务器通信。
　　本文对集中器与智能热量表间的M-Bus仪表总线通信技术进行了细致的研究，阐述了M-Bus总线的特点及应用规范。根据集中器的设计原则和要求，完成对设备的功能设计，提出了集中器硬件和软件平台的设计方案，并按照模块化的设计方法分别实现。本集中器在硬件上拥有丰富的通信接口，配备了M-Bus通信模块、RS-232串口通信模块、以太网通信模块以及LCD触摸屏模块。同时，针对特定的硬件平台，搭建了适用于ARM体系构架的软件开发平台，完成了嵌入式Linux系统的移植，并在此基础上开发了硬件的驱动程序。最后利用TCP/IP协议所支持的socket通信技术，开发了上行通信应用软件程序。
　　本系统涉及的知识较多，有一定的技术难度。本文提供了关于集中器产品开发的可行性思路，可以运用到其他仪表集中抄表系统中的，具有良好的应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 自动抄表系统简介

1．2．1 自动抄表系统的组成

1．2．2 自动抄表系统的工作过程

1．3 集中器概述

1．4 集中器的通信方式

1．4．1 上行通信信道

1．4．2 下行通信信道

1．5 论文主要研究内容和创新点

第2章 集中器总体设计方案

2．1 集中器设计原则

2．2 集中器设计要求

2．3 集中器的功能设计

2．3．1 数据采集与存储功能

2．3．2 数据通信功能

2．3．3 设备管理功能

2．3．4 用户界面

2．4 硬件方案

2．4．1 处理器选型

2．4．2 硬件设计方案

2．5 软件方案

2．5．1 操作系统选型

2．5．2 软件设计思路

第3章 M-Bus总线(仪表总线)技术

3．1 M-Bus总线介绍及特点

3．2 M-Bus的OSI模型

3．3 M-Bus总线的数据传输机制

3．3．1 主机至从机的数据传输

3．3．2 从机至主机的数据传输

3．4 M-Bus数据链路层规范

3．4．1 信息帧格式

3．4．2 传输次序

3．4．3 传输响应

3．4．4 差错控制

3．5 M-Bus应用层规范

3．5．1 读操作帧格式

3．5．2 写操作帧格式

第4章 集中器硬件设计

4．1 主控芯片S3C2440简介

4．2 M-Bus接口模块设计

4．3 以太网模块设计

4．4 RS232串口模块

4．5 LCD触摸屏模块

第5章 嵌入式Linux系统软件平台的建立

5．1 系统软件结构

5．1．1 系统引导程序(BootLoader)

5．1．2 Linux系统内核

5．1．3 文件系统

5．1．4 应用层软件

5．2 软件平台的搭建

5．2．1 交叉编译环境的建立

5．2．2 系统引导程序BootLoader的移植

5．2．3 Linux内核的裁剪及移植

5．2．4 根文件系统的移植

5．3 Linux系统中的设备驱动程序

第6章 集中器软件设计

6．1 集中器软件整体设计思想

6．2 集中器主进程的设计

6．3 集中器软件程序主要数据结构介绍

6．4 数据采集与存储功能模块

6．5 数据通信功能模块

6．5．1 集中器上行通信

6．5．2 集中器下行通信

6．6 设备管理功能模块

6．7 集中器交互界面设计

6．7．1 嵌入式GUI

6．7．2 Qt和Qt／Embedded

6．7．3 集中器交互界面的实现

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文

附录1 集中器部分硬件原理图