基于CAN总线的智能电表集中器的设计

2.1 CAN总线接口电路设计

　　因为系统对信号传输过程中的稳定性和抗干扰能力要求很高，所以CAN接口采用高标准接口电路。电路图如图2所示。

图2CAN接口硬件电路图

　　CAN-bus接口电路采用+3.3V供电，选择CTM8251A隔离CAN收发器。该芯片是3.3V工业级的隔离CAN收发器。CTD0信号连接主控芯片的CAN控制器的发送脚，CRD0信号连接CAN控制器的接收脚。CTM隔离CAN收发器内有一完整的CAN-bus隔离收发器电路，可以将来自CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线信号，并具有DC2500V隔离功能。另外，CTM收发器可以选择集成ESD保护功能的“T”系列，从而省略外扩的ESD保护器件。共模扼流圈T1起着EMI增强的功能，用于提高设备的EMI能力；共模扼流圈T1的电感参数很重要，选择CAN-bus专用器件，比如EPCOS的B82793扼流圈。

　　2.2 Flash接口电路设计

　　集中器需要对与之相连的每个电表表头采集数据，所以数据量较大，从而对存储有着较高的要求，故选用ST的M25P64-VMF6TP。该芯片为64M串行接口闪存，增强数据传输时钟速率为50MHz；读的吞吐量为50Mbps；接口为简单的4线SPI（串行外围设备接口）接口；深度降功耗模式间断功耗，电流消耗仅为1uA。

　　M25P64Flash芯片，通过SPI总线与ARM相连。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，一般使用4条线：串行时钟线（SCL）、主机输入/从机输出数据线MISO（SDO）、主机输出/从机输入数据线MOSI（SDI）和低电平有效的从机选择线CS。SPI以主从方式工作，通常有一个主设备和一个或多个从设备。

　　图3为ARM与Flash的连接电路图。以下几点说明：（1）SCL串行时钟信号，由主设备产生；（2）SDO主设备数据输出，从设备数据输入；（3）SDI主设备数据输入，从设备数据输出；（4）CS为片选，从设备使能信号，由主设备控制。（5）对7、15、16角外接上拉电阻，提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。

图3Flash接口硬件电路图

　　3 集中器软件设计

　　集中器系统采用数序程序设计，按功能模块设计程序，由主程序调用各个功能模块程序实现各个相应功能，各个功能模块通过调用底层函数完成相应的操作。具体流程见图4，启动后，开始初始化系统。系统进入等待命令模式，如果有上位机操作命令或有定时中断发生则进入对时程序，对时如果超出一定时间还未成功则向上位机报警。

　对时成功后，集中器继续等待上位机的读数命令或等待中断读数命令。当收到读数的命令后，定时读数使集中器按设置的时间，自动读取表头采集来的数据；读数使集中器读取当前表头的数据。

图4系统软件流程图

　　集中器通过CAN总线可以挂载最多100个表头，集中器发出CAN总线设备的ID。每个分系统表接收到对应的ID号后，根据系统发出的读表头命令来反馈数据。如果CAN通讯有故障，CAN控制器通讯将报故障。如系统回路正常，集中器的发送命令数据包。每帧CAN数据包含8字节，因为每次读数的数据流量不是很大，所以每次通讯只需要使用一帧CAN数据即可，表头ID使用帧ID来识别，每个表头对应独立的帧ID。

　　集中器发送CAN数据命令包到CAN总线，表头根据各自的ID选择接收读表命令后发送应答数据到CAN总线上。

　　集中器将接收到的应答数据提取出电表读数存储在flash中。CAN数据收发工作流程如图5所示。

图5数据收发流程图

　　4 结束语

　　智能电表集中器是远程抄表管理系统的重要组成部分，集中器工作的稳定性直接影响到了整个系统的效率。

　　本文给出了一种基于CAN集中器的详细设计，分析了主要外围接口电路，根据CAN总线的数据帧格式对收发数据流程进行了介绍。本设计作为智能电表抄表系统的一部分，目前成功应用于某些远程抄表系统中，由于成本适中、性能稳定，取得了较好的经济效益，具有很好的推广前景，同时经过简单的修改就可以开发出其他的远程抄表系统，如燃气远程抄表系统等。

　摘要：介绍了智能电表集中器的原理，分析了相关的硬件电路，设计了具体的软件的控制流程。该集中器具有独立存储空间、实时性强、稳定性高等优点，在具体的应用中取得较好的效果。

　　0 引言

　　目前，我国城市居民用户的电表、水表、天然气表很多是人工抄表，由抄表工作人员每月逐个查抄各种仪表，也有很多地区已经通过抄表改造工程实现了集中抄表。

通过集中抄表系统节约了大量的人力、物力，而且采抄数据的周期缩短，准确度提高。随着中国城市化的发展，这种改造工程正在全面展开。由于目前已经使用的远程抄表还面临一些挑战：比如初期成本较高，同时总线上传输的数据是终端用户所消费的水、电、气等重要数据，对总线