GE IS220PSCAH1B
前言
远程自动抄表系统是建筑智能化的重要标志。由于行业壁垒等因素，我国城市大部分住宅为***抄表方式，浪费了大量的人力，给电力、自来水和煤气等企业的收费造成了时间上的***，增加了物业管理部门的负担，也造成住户的一些不便，远程自动抄表系统有效的解决了这些问题。
设计采用数字化脉冲的电表、水表和煤气表，以实现三表数据的现场自动采集。家庭智能控制器采集各表发出的脉冲后，转换成真实的三表数据，存于E2PROM中。当物业管理中心监控管理计算机进行查询时，家庭智能控制器通过LON网络把数据传送到监控管理计算机。
LonWorks自动抄表节点与系统
LonWorks的测控单元使用以Neuron芯片为核心的一块LonWorks主控制模块。主控制模块包括收发器、地址译码电路、复位电路、晶振电路及E2PROM等。主控制模块通过LonTalk协议的数据传输，并对事件的调度完成网络报文处理、用户定义的各种计算及I／O事件处理等功能。LonWorks节点的示意图如图1所示。其中主控制模块用于通信和控制；微控制器89C51实现对输入／输出数据的处理及驱动功能，脉冲输入信号的计数，完成
与主控制模块的数据传输。主控制模块中的收发器负责将节点连入网络。
在抄表模块中，可以采用FFT-IO收发器(图2)，适用于双绞线介质；或采用PLT22收发器(图3)，适用于电力线通信介质。
抄表模块实时采集各个脉冲表的输出信号，将脉冲数累计存放在抄表模块RAM内，并按设定的分段时间及当前时刻累计到不同的时间段上，实现分时段计数。抄表模块存储器具有掉电保护功能，防止掉电丢失脉冲累加值。数据集中器反复轮询采集各抄表模块中的数据并保存于相应的内存中，并自动过滤***数据，对通信异常进行相应处理。
自动抄表系统数据采集模块多且分散、数据传送实时要求不高，要求每个传送接收的数据不出错。当上位机进行数据采集时，可从集中器保存的数据直接发送给计算机，不需直接从抄表模块读取抄表数据。
该抄表模块专门用于水表、电表和煤气表的自动抄录。每个模块抄读24个模拟量的采集，分析其A／D采样值，识别脉冲表的状态，并检测线路的通断状态。
LonWorks总线控制模块与89C51的通信采用同步串行I／O方式，使用Neurowire主控方式，即由主控制模块驱动同步时钟输入及片选信号输出，89C51接收同步时钟输入。主控制模块中Neuron芯片的IO8引脚输出同步时钟；IO9引脚为串行数据输出；IO10引脚为串行数据输入；选择IO5引脚为片选信号输出。89C51采用中断方式传输数据，在协议帧中加入校验码，保证通信数据的正确性，如图4所示。
结语
自动抄表系统由小区管理计算机和自动抄表模块组成两级网络，采用自由拓扑结构，在管理微机上能够查询每户的水表、电表和煤气表的实时读数。还可在管理中心对三表实施开断。
1SHT11简介
微处理器是通过二线串行数字接口与SHT11进行通信的。通信协议与通用的I2C总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器I／O口模拟该通信时序。微处理器对SHT11的控制是通过5个5位命令代码来实现的，命令代码的含义如表1所列。
SHT11湿度测试时序如图5所示。其中，阴影部分为SHT11控制总线。主机发出启动命令，随后发出一个后续8位命令码，该命令码包含3个地址位(芯片设定地址为000)和5个命令位；发送完该命令码，将DATA总线设为输入状态等待SHT11的响应；SHT11接收到上述地址和命令码后，在第8个时钟下降沿，将DATA下拉为低电平作为从机的ACK；在第9个时钟下降沿之后，从机释放DATA(***高电平)总线；释放总线后，从机开始测量当前湿度，测量结束后，再次将DATA总线拉为低电平；主机检测到DATA总线被拉低后，得知湿度测量已经结束，给出SCK时钟信号；从机在第8个时钟下降沿，先输出高字节数据；在第9个时钟下降沿，主机将DATA总线拉低作为ACK信号。然后释放总线DATA；在随后8个SCK周期下降沿，从机发出低字节数据；接下来的SCK下降沿，主机再次将DATA总线拉低作为接收数据的ACK信号；***后8个SCK下降沿从机发出CRC校验数据，主机不予应答(NACK)则表示测量结束。
SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。共主要特点如下：
◆高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；
◆提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高；
◆测量精度可编程调节，内置A／D转换器(分辨率为8～12位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择)；
◆测量***度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的***计算功能；
◆封装尺寸超小(7.62mm×5.08mm×2.5mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；
◆高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。
2SHT11的引脚功能
SHT11温湿度传感器采用***D(LCC)表面贴片封装形式，接口非常简单，引脚名称及排列顺序如
图1所示。
各引脚的功能如下：
◇脚1和4--信号地和电源，其工作电压范围是2.4～5.5V；
◇脚2和脚3--二线串行数字接口，其中DA-TA为数据线，SCK为时钟线；
◇脚5～8--未连接。
3SHT11的内部结构和工作原理
温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上，其内部结构如图2所示。该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首***入微弱信号放大器进行放大；然后进入一个14位的A／D转换器；***后经过二线串行数字接口输出数字信号。SHT11在出厂前，都会在恒湿或恒温环境巾进行校准，校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。此外，SHT11内部还集成了一个加热元件，加热元件接通后可以将SHT11的温度升高5℃左右，同时功耗也会有所增加。此功能主要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证两个传感器元件的性能。在高湿(>95％RH)环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。加热后SHT11温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。
4SHT11应用设计
微处理器采用二线串行数字接口和温湿度传感器芯片SHT11进行通信，所以硬件接门设计非常简单；然而，通信协议是芯片厂家自己定义的，所以在软件设计中，需要用微处理器通用I／O口模拟通信协议。
4.1硬件设计
SHT11通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。需要注意的地方是：DATA数据线需要外接上拉电阻，时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间通信同步，由于接口包含了完全静态逻辑，所以对SCK***低频率没有要求；当工作电压高于4.5V时，SCK频率***高为10MHz，而当工作电压低于4.5V时，SCK***高频率则为1MHz。硬件连接如图3所示。
4.2软件设计
微处理器和温湿度传感器通信采用串行二线接口SCK和DATA，其中SCK为时钟线，DATA为数据线。该二线串行通信协议和I2C协议是不兼容的。在程序开始，微处理器需要用一组"启动传输"时序表示数据传输的启动，如图4所示。当SCK时钟为高电平时，DATA翻转为低电平；紧接着SCK变为低电平，随后又变为高电平；在SCK时钟为高电平时，DATA再次翻转为高电平。
由于微处理器通过二线串行数字接口访问湿度传感器SHT11，而访问协议是芯片生产商白定义的，所以需要用通用I／O口模拟该通信协议。我们选用Atmel公司的微处理器ATmega128。通过对I／O口寄存器的编程，该处理器的I／O口可以根据需要设置成输入、输出、高阻等状态。这为模拟该通信协议提供了条件。在软件实现过程
巾，通过宏定义来实现I／O口状态的改变。
基于以上宏定义和***函数，可以方便地使SCK和DATA总线输出持续一定时间的高电平或低电平，从而可以模拟图5所示的温湿度传感器SHT11的读写协议。
4.3温度和湿度值的计算
4.3.1湿度线性补偿和温度补偿
SHT11可通过DATA数据总线直接输出数字量湿度值。该湿度值称为"相对湿度"，需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值。由于相对湿度数字输出特性呈一定的非线性，因此为了补偿湿度传感器的非线性，可按下式修正湿度值：
式中：RHlinear为经过线性补偿后的湿度值，SORH为相对湿度测量值，C1、C2、C3为线性补偿系数，取值如表2所列。
由于温度对湿度的影响十分明显，而实际温度和测试参考温度25℃有所不同，所以对线性补偿后的湿度值进行温度补偿很有必要。补偿公式如下：