网络型水、电、气表数据采集器及其通讯采集控制方法 本发明是网络型水、电、气表数据采集器及其通讯采集控制方法，属网络数据采集、传输、管理技术设备。
目前的水、电、气表数据自动采集、储存与远程传输系统，基本上是采用数据采集器来采集并储存表的读数，然后利用RS-485或RS-232C数据总线来进行远程的数据传送。这些方案虽然都采用了数据采集器，但是，在使用中的共同缺点主要表现在以下几个方面：(1)采用总线方式传输数据，传输距离有限，也不能与计算机网络共用一套综合布线系统，需另外布一套总线来传输数据，工程量大，综合布线系统利用率较低；(2)各个设计者所采用的数据通讯协议不一致，且都不符合国家标准或国际标准，造成相互之间不能兼容；(3)数据采集器的耗电指标较高，在停电状态下，内部电池供电负担太大，当电池很快耗尽时，造成数据采集器不能正确采集到计量表数据，引起误差大；(4)数据采集器所采集的计量表较多，在工程施工中不利于根据用户要求灵活组成网络；(5)由于计量表转速的快慢会影响所采集的脉冲数据宽度，而数据采集器不能根据脉冲宽度的变化来调整采集速度，从而影响采集的可靠性；(6)工程实施过程中，计量表接线不方便。
本发明的目的就是为了克服和解决现有的水、电、气表数据采集器存在数据传输距离有限、不能共用计算机网络系统、另外布线工程量大、各设计者采用数据协议不一致，不符国家或国际标准、相互间无法兼容、耗电大、数据采集误差大、可靠性较低、施工接收不方便等的缺点和问题，研究发明一种网络型水、电、气表数据采集器及其通讯采集控制方法，以便对所采集的脉冲数据进行TCP/IP(传输控制协议和网际协议)格式转换，利用计算机以太网和Internet(国际互联网)网络技术传输数据；能统一数据通讯协议，使设备完全符合国际通讯标准；能显著降低数据采集器的耗电量；能根据计量表脉冲宽度的变化，自动调节数据采集速度，保证数据采集的可靠性；采用一个数据采集器采集四个计量表数据的结构，适应工程组网的灵活要求；通过设计独特的接线方式，方便工程施工操作，同时保证接收的可靠性。
本发明是通过下述技术方案来实现的：本网络型水、电、气表数据采集器结构示意图如图1所示；其硬件电路方框图如图2所示；其电路原理图如图3所示；其通讯采集控制程序流程方框图如图4所示。它由机壳上翻盖1、通讯线接线接插口2、机壳下翻盖3、计量表信号输入接插口4、7、8、11、阀门控制信号输入接插口5、6、9、10、主电路板12、机壳13共同连接构成，其相互位置及连接关系为：机壳上翻盖1及机壳下翻盖3分别通过连接销分别与机壳13构成可拆卸活动连接；通讯线接插口2装于机壳底座上与以太网控制电路相应点相电气连接；并可通过通讯电缆线与局域网/广域网相电气连接；计量表信号输入接插口4、7、8、11装于机壳底座上并与电路板上以太网控制电路相应点电气连接，并通过网络超五类电缆信号线与局域网/广域网相电气连接；阀门控制信号输出接插口装于机壳底座并与电路板上相应电路相应点电气连接，并通过网络超五类电缆信号线与局域网/广域网相电气连接；其电路板电路由电源电路、以太网控制电路、主控微处理器电路、存储电路共同电气连接构成，并通过局域网/广域网、抄表网站、集中抄表服务器共同连接构成网络抄表系统，其相互连接关系为：电源电路分别通过电源线分别与以太网控制电路、主控微处理器电路、存储电路相电气连接；主控微处理器电路分别通过控制信号线、数据存储信号线分别与以太网控制电路、存储电路相电气连接；局域网/广域网通过网络超五类电缆线分别与以太网控制电路、抄表网站、集中抄表服务器相电气连接；其中：主控微处理器电路由单片机集成件U1、模拟开关集成件U5、三极管Q1～Q10、接插口JP6～JP10、晶振X1、电阻R1～R8、电容C1～C6、开关S1共同电气连接构成；以太网控制电路由以太网控制模块集成件U2、电阻R9～R10、接插口JP6共同电气连接构成；存贮电路由存储器集成件U3、电阻R11～R12共同电气连接构成；电源电路由直流稳压集成件U4、稳压二极管D2、D3、二极管D1、D4、电感L1、电阻R13～R17、电容C9～C12、接插口JP5共同电气连接构成。
本发明的通讯采集控制方法如下：主控微处理器电路采集水、电、气各计量表的脉冲数，并送存储电路贮存；当集中抄表服务器或抄表网站按TCP/IP(传输控制协议和网际协议)通过网络发来抄表指令时，以太网控制电路负责对数据进行解包，并把指令传送给主控微处理器；主控微处理器从存储电路中取出所采集的数据，通过以太网控制电路打成符合TCP/IP(传输控制协议和网际协议)的数据包后，向集中抄表服务器或抄表网站传送；更具体来说是控制中心计算机通过局域网或Internet(国际互联网)把控制命令传输到连接了数据采集器的以太网主干上，由于控制命令数据在传输前已经按照TCP/IP(传输控制协议和网际协议)被打包，所以，该命令数据完全符合网络通讯格式；作为网络数据接收终端地数据采集器内嵌入了以太网控制模块，该模块含有一个以太网控制器芯片，一个微处理器芯片，512K字节的闪速存储器和2K字节的双端口随机存储器；其中，闪速存储器内固化了TCP/IP(传输控制协议和网际协议)协议站控制程序，能够对以太网控制芯片接收到的网络数据进行解包；因此，中心传输到以太网主干上被打包的控制命令能够被数据采集器接收并解包，解包后真正的命令数据保存在2K字节的双端口随机存储器中，数据采集器本身的微处理器能够识别并执行这些命令；当数据采集器需要把采集到的计量表脉冲数据传回到中心计算机时，过程刚好相反，它先是把数据送到2K字节双端口随机存储器内，然后，由以太网控制模块对数据按TCP/IP(传输控制协议和网际协议)进行打包，最后，把打包后的数据通过局域网或Internet(国际互联网)传送到管理中心计算机，从而完成数据网络传输的通讯控制过程。
本发明的通讯采集控制方法中，其控制程序流程如下：(1)程序初始化——对主控微处理器的中断、定时、输入口、输出口等进行统一规划，对以太网控制模块进行一些使用前的基本初始化处理；(2)判断收到的中心命令——判断以太网控制模块是否收到通过以太网主干发送过来的中心控制命令；(3)从低功耗唤醒程序并对数据进行解包——程序平时处于低功耗状态，若收到中心命令程序则被激活，此时以太网控制模块将对TCP/IP协议数据包进行解包，得到真正的命令数据；(4)按TCP/IP协议对数据打包并执行命令——按中心命令要求执行相应动作，若需向中心传输数据则先由以太网控制模块按TCP/IP协议对数据进行打包，然后再向网络传输；(5)判断计量表输入信号——判断各个通道的计量表有无脉冲信号输入；(6)从低功耗唤醒程序并存储数据——若各个通道有信号输入则把程序从低功耗中唤醒，并把输入的数据信号存储在可编程序存储器中；(7)低功耗模式——若没有任何动作要求，程序通常进入低功耗省电状态。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：(1)本发明能应用于单位或住宅的水、电、气表数据自动采集、储存。并把数据转换成符合TCP/IP协议(传输控制协议和网际协议)的数据包格式，通过以太网络综合布线系统与远程管理中心进行数据传输和管理；(2)本发明能充分利用网络综合布线系统，按照TCP/IP(传输控制协议和网际协议)进行数据传输，符合信息产业发展要求，极易推广到其它应用系统；(3)本发明装置能长期工作于低耗电模式，极其省电；(4)本发明数据采集工作稳定；(5)每个计量表的数据采集分摊成本较低；(6)本发明组网方式灵活，便于施工且节省工程成本；(7)计量表接线方便，便于工程施工；(8)计量表采用电话插座连接，并引入接线接插口固定装置，便于工程施工，保证连接稳定可靠。
下面对说明书附图进一步说明如下：图1是本网络型水、电、气表数据采集器的外形结构示意图；图2是其硬件电路方框图；图3是其电路原理图；图4是其通讯采集控制程序流程方框图。
本发明的实施方式可为如下：(1)按图1所示设计、加工、制造本数据采集器机壳，例如可选用工程塑料并用注塑方法制造机壳、并与之相配接的机壳上、下翻盖1及3；(2)按图3所示绘制电路板，并筛选元器件进行装备，如通讯接插口和计量表信号输入接插口、阀门信号输出接插口可分别选用通用标准微型接插口；U1可选用P87LPC764型单片机；U2可选HD1200型以太网控制模块；U3可选用AT24WC02的存储器芯片；U4可选用MC34063型直流电压泵芯片；U5可选用74LS4050型模拟开关芯片，然后按图3所示装备电路板，并把装备好的电路板经加电调试后装于机壳内；把各接插口分别与电路板上相应电路点连接；(3)按图4所示编制通讯采集控制程序并固化于存储器内；把通过数据控制信号电缆线及各相应接插口相接插与以太网主干线相连接，这样便较好地实施本发明；产品设计与实施过程中应注意下述问题：(1)尽量采用台湾REALTEK(瑞昱)公司生产的RTL8019AS芯片或类似的以太网控制芯片，使设备具有以太网接入能力；(2)在设备内部对数据进行TCP/IP(传输控制协议和网际协议)格式转换，使数据可以在局域网和Internet(国际互联网)上进行传输；(3)可采用Philips(飞利蒲公司)单片机作为数据采集器的核心控制芯片，该芯片在4MHz以下工作频率工作时，工作电流仅为0.044-1.77mA，功耗极低；(4)核心芯片平时工作于空闲和掉电模式，待机电流仅为1μA；(5)信号输入采用主控芯片独有的键盘中断技术来实现，以便最大限度地实现节能；(6)可以采用看门狗定时器来对宽度变化的输入脉冲信号采集进行控制；(7)本发明采用四通道数据采集，适应灵活组网要求；(8)可采用motorola(摩托罗拉公司)的直流电压泵芯片，对数据采集器的电压进行稳压控制。便于管理中心或数据集中器对远端的各个数据采集器统一供电。以省略数据采集器的电源电路，大大延长停电时的电池供电时间；(9)本产品所采用的芯片均为双列直插DIP封装的集成电路芯片。也可采用贴片式封装的集成电路，以便节省体积。所有芯片及外围电路和以太网控制模块均焊接在一块印刷电路板上。安装完毕，再把软件程序烧录到Philips(飞利浦公司)单片机之中，最后进行软、硬件联调即可。发明人经过多年研制，已制成产品，在网上进行采集试用，工作性能可靠，非常方便。