基于AVR單片機的RTU無線電遙測系統設計

一、前 言

基于AVR單片機及專用MODEM芯片的MTU（Master Terminal Unit中心調度機）、RTU無線電遙測系統。

分散地分布在全市的管網監測點上的遠端RTU（系統可帶256個RTU）采集數據，進行數據處理后通過無線電臺向中心調度端發送數據，中心調度端接收到數據后進行數據處理，數據存儲，并送給模擬屏顯示。

?

二、設計思想

原有系統的使用中，主要存在以下幾個問題：1. 無線通信波特率低（300bps），誤碼率高，巡測速度慢，最多帶32個RTU終端;2. 當某一遠程RTU端的無線電臺一直處于長時間誤發射狀態時（簡稱“長發” ）一直占用系統頻點，由于系統共用一組無線電頻點，這將使系統其他所有電臺無法通信，整個系統癱瘓，處于故障的電臺亦無法發送有效數據，因而無法確定故障點，測壓點分布地域廣且分散，使得故障查找很困難，往往需要數天時間;3. RTU板集成度低，故障率較高，元器件難于采購。

考慮到系統的通用性和公司的實際情況，要求RTU系統能最大限度地利用原有的無線電臺、天線、電源、模擬屏、檢測儀表等，并能實現如下功能：8路10位模擬量輸入、8路開關量輸入及兩路脈沖量輸入，其中8路開關量輸入可擴展為64路開關量輸入，可在RTU站存儲24小時歷史數據（15分鐘/次），具有掉電保護功能。

我們通過軟硬件的有機配合，經濟有效地解決了原有系統存在的問題及系統功能要求，做到MTU板和RTU板在硬件上的完全一致，并把通常獨立于RTU板的無線調制解調MODEM集成在RTU板之上，簡化了系統的硬件結構。本系統RTU板具有無線通信波特率1200bps，誤碼率低，最多帶256個RTU終端，有效解決了因無線電臺“長發”引起系統癱瘓的問題，數據采集精度高，RTU板集成度高，通用性強，軟件升級容易等優點。

三、RTU的設計

1、元器件的選擇

CPU選擇ATMEL公司的AVR系列單片機AT90S8535，該芯片是比較新型的單片機，其內部資源如下：8K字節FLASH程序存儲器，512字節EEPROM數據存儲器，8通道10位精度A/D轉換器，一個標準串口，1個16位定時/計數器，一個8位定時/計數器，1個實時時鐘，2個外部中斷，內置看門狗電路等。RTU所需的功能和數據采集功能基本上可以在此單片機上實現;與無線電臺的連接選用OKI公司的MSM7512B MODEM芯片進行調制解調，與計算機的通信選用MAX232芯片進行，歷史數據存儲選用8K字節串行EEPROM存儲芯片AT24C64，電臺的供電由CPU控制，通過繼電器提供。

2、數據通信

（1）RS-232串口與PC機的通信

由于單片機的唯一的串口應用于無線電臺的通信，首先保證無線通信的精確。與PC機的通信通過MAX232芯片把單片機的TTL電平轉化為標準的RS-232電平，使用單片機的外部中斷INT0、INT1口和I/O口，應用軟件模擬，實現兩個波特率為9600Bps半雙工三線制串口通信，其接收數據采用中斷方式。

（2）無線電臺之間的無線通信

我們把通常獨立于RTU板的無線調制解調MODEM集成在RTU板之上，如此簡化了系統的硬件結構，降低了成本，并且提高了通信的可靠性，實現了RTU與MODEM的緊密結合。MODEM芯片選用OKI公司的MSM7512B調制解調芯片，MSM7512B是一塊比較成熟的芯片，通信波特率為1200Bps，工作方式為半雙工模式。在實踐中，我們發現當電臺從接收狀態轉為發射狀態或從發射狀態轉為接收狀態的瞬間有一段不穩定狀態，此時的數據容易產生誤碼，根據實驗，得出一個比較合適的延時時間，我們在控制無線電臺收發轉化后延遲適當的時間，使數據傳送的可靠性和準確性得到了很大的提高。在數據傳送過程中，加入系統碼、RTU站碼，求和值低字節等校驗，保證了系統通信的可靠，正確。

3、無線電臺處于長時間誤發射狀態時（“長發” ）系統癱瘓的解決對策

（1）在RTU板上設置電臺電源控制端口（無線電臺的電源由單片機通過繼電器控制）

RTU板可控制電臺電源的通斷;設置軟件陷阱，RTU在15分鐘內若無接收到來自電臺的任何信號，則可能是電臺“長發” 、電臺接收故障、其它電臺“長發” 、RTU數據端口故障、中轉臺故障，此時切斷電臺電源，但15分鐘后再開通電臺電源，繼續上述檢測過程，這時若是由于中轉臺、其它電臺“長發”等外部引起的故障而接收不到信號的情況，RTU板的工作得于恢復正常;設置看門狗復位系統，程序引起的工作故障可以得到復位。

（2）中心調度室判斷

如果只接收不到某些點信號，其它點一直正常，那么是這些點自己有故障;如果一直接收不到所有點信號，那么是中轉臺、調度機故障或頻點受到連續干擾;如果15分鐘只接收不到某些點信號，其它點正常，15分鐘接收不到所有點信號，那么是某些點出現“長發”現象，可以從可接收數據的15分鐘里判斷故障點;如果接收到的數據時有時無，不是15分鐘間隔的規律，此時為系統頻點受到干擾或中轉臺、調度機的不規律故障。

通過采取以上的各項措施，可以較快的查找故障點、杜絕由于電臺“長發”引起的系統癱瘓，大大減少了維護工作量和維護成本。

4、數據采集

遠程遙測RTU分布在全市的管網監測點上，環境比較雜亂，其周圍環境存在著各種各樣的干擾，在輸入通道做濾波處理，通過硬件電路濾除較大的干擾，為提高采集數據的可靠性和精確度，軟件設計采用離散的采集方式，同時根據具體情況選用相應的數據濾波技術。

（1）離散的采集方式

在設計模擬量輸入對現場的壓力等多個參數進行數據采集程序時，我們按照“離散采集同一參數，連續采集不同參數”的原則進行設計。因為短時連續地采集同一參數容易使采集到的數據值都受到干擾的影響，數字濾波技術對此無能為力;而采用“離散采集同一參數，連續采集不同參數”的方法使參數采集離散在時空中，降低了干擾的概率，并使干擾分布在不同的參數上，這樣采用多次采集和數字濾波即可除去干擾的影響。

（2）數字濾波技術

數字濾波是通過一定的算法程序對采集信號進行平滑加工，在此我們對每一數據進行四次采集，算法上采用去掉最高、最低值，其余數據取算術平均的辦法，消除或減少干擾，保證了系統數據的真實性。 通過使用上述抗干擾措施，大大提高了系統抗干擾能力，保證了系統的可靠運行。

四、應用與推廣

系統自2000年5月正式投入運行兩年多以來，工作穩定，做到基本無故障運行，為公司的合理調度，節約能耗，及時發現破管等工作做出了貢獻，經濟效益顯著。
責任編輯；zl