Manmade Wireless Monitor System

Manmade Wireless Monitor System

    MC68HC908-based wireless monitoring system is adaptable for use in domes-tic and industrial settings. The central monitoring station, which consists of a computer-controlled receiver with a relay output and LCD, logs and displays data from up to 20 dif-ferent sensors. Read on to learn how to build, program, and test your own system.

    One of the things I have learned from my everyday engineering prac-tice is that there is always room for ingenuity and improvement. This is particularly true for this project,which applies a couple of inexpensive MCU to an unusual device: a live-catch mousetrap. Mousetraps of this kind imprison mice instead of killing them with chemicals or bloody mechanisms.

    They are useful when regulations,laws, or just plain common sense for-bid the use of poisons and chemicals.This applies to the food industry, fromfarms to your preferred restaurant, as well as places like schools and homes (where children and pets can open traps) and even hospitals and pharma-ceutical facilities (where contamination should be avoided). As you cansee, I’m talking about a worldwide market with millions of  customers. 

    Unfortunately, live-catch traps are extremely expensive to maintain because of the labor costs required to continuously check them. Although a single mouse catch is a rare event in today’s hospitals or harmaceutical depots, the traps must be checked every few days. Making matters worse, the traps are often located in places that are difficult to access.

    I designed my system with the objective of drastically cutting the labor costs involved with checking traps (see Figure 1). Now you can leave the traps unattended until the system calls for assistance.. 

    My system consists of a monitoring station—a computer-controlled receiver with an LCD and relay output—and up to 20 mouse sensors. It works by placing a mouse sensor (a small plastic box) inside each trap. When a mouse is captured, the sensor transmits its trap identifier to the monitoring station, which logs and displays it where it’s conveniently viewed.

    Alternatively, the receiver can dispatch the call to an  external service,triggering an ordinary automatic phone dialer connected to its relay out. Refer to the “The System at Work” sidebar for more information.

NONTRIVIAL REQUISITES

    Although conceptually simple, such a system design is nontrivial. The parts count must be kept to a minimum in order to contain costs. The dimensions are essential to fit even the smallest traps on the market. In addition, mouse sensors must be battery operated, so the batteries must last for years of continuous service.

    This calls for low-power parts and carefully designed  software. Another requirement is that the system be able to resolve collisions that result from the simultaneous transmission of two or more mouse sensors. It should also tell you when the batteries need to be replaced and be able to detect when a trap is lost or destroyed, which isn’t an unlikely event in industrial environments.

    And, of course, the system must be simple, resistant to dirt, reliable, and easy to manufacture.On the receiver side, the monitoring station must be cost-effective, dependable, and easy to set up and use. It must show complete trap information,and the configuration data must be retained after power interruptions.

    The design should be compact, modular, and flexible. As with all new products, additional requirements are expected to emerge as work on the design progresses; therefore, high-level programming languages are preferable.

    Figure 1—My goal was to cut labor costs and eliminate the need for 

                        weekly trap checks. A transmitter is placed in every trap to 

                        signal the presence of mice. If a trap needs to be emptied, 

the system automatically calls home.

MCU SELECTION

    Not many years ago, I would have started this design by selecting a specialized remote control encoder/decoder IC pair, looking for ultralow power parts, and adding glue logic. If a microcontroller were required, I would have selected an MCU with a familiar architecture and instruction set. The time it takes to learn the development tools (not to mention the cost) would have influenced my choice. 

    Nowadays, the design path is some what reversed: MCU selection is one of the first steps in the design process.You can use general-purpose, low-cost microcontrollers for tasks previously done with dedicated ICs, with the extra advantage of adding functionalities in the software. Tools are inexpensive and sometimes free. In addition, it’s no longer necessary to know assembly language because high-level language compilers are available for programming (including the smallest possible controllers).

    I selected the 8-bit MC68HC908 microcontroller for this design. The same MCU core comes in a tiny eight-(QT suffix) or 16-pin (QY) package, with 128 bytes of RAM and 1 to 4 KB of flash memory. This IC includes unique features that make it perfect for this application. It does not require external reset, and its flash memory-calibrated internal oscillator is suitable for battery-operated devices because it keeps steady despite varying power voltages.

    Therefore, all of the pins—except the power supply—are available for input and output, which makes the eight-pin packaging effective for the trap transmitter. The 16-pin version nicely fits the receiver’s requirements. 

    At an aggressive price, I’m talking about a truly classic MCU, with a true stack, capable of running true ANSI C code. Note that there is also hardware support for one-pin in-cir-cuit debugging (ICD), so an emulator isn’t required. Furthermore,flash memory can conveniently emulate EEP-ROM, a feature I used tostore trap IDs.

    As for the tools, the Metrowerks Codewarrior IDE includes an assembler, ANSI C compiler,simulator, programmer,in-circuit emulator/debugger, and even a light version of Processor Expert, which is an automatic C code generator.Although the tools are professional grade, they are  available for free.

— Figure 2—

     As you study the transmitter and receiver block diagrams,keep in mind that the microcontrollers contain most of the functions required by the system.This keeps the number  of  external parts to a minimum. The functions listed in the MCU boxes are implemented with a mixture of software and on-chip peripherals.

SYSTEM BUILDING BLOCKS

    The block diagrams here show how most of the building blocks have moved from external hardware to internal software modules. The transmitter’s block diagram counts only three blocks outside the chip, as opposed to six internal function blocks supported by the MCU through a combination of software and on-chip peripherals (see Figure 2). The parts outside the microcontroller are the sensor mechanism and reed relay, two keys for setting up the trap ID and arming the trap, and a 433-MHz low-power transmitter with a rod antenna. The power comes from a couple of button batteries.

    Inside the microcontroller, software modules implement a digital generator for encoding data to be transmitted, a scheduler for cyclic “keep alive”transmissions, storage of user-pro-grammable nonvolatile ID data, a detector for the battery charge state, a manager for a simple mechanism to prevent overlapping transmissions, and a module for administration of the low-power modes. 

    The monitoring station includes a 433-MHz receiver  module and its antenna, a relay stage for driving an external alarm or phone dialer, a 2 ×16 LCD module, and a five-button keyboard. I powered the unit with a wall-cube mains adapter through a linear regulator stage. As for the transmitter, many of the functional blocks are implemented by the MCU that’s in charge of decoding the receiver output and discriminating errors that result from bad reception, interference, or the simultaneous transmission of two or more mousetraps. 

    The MCU also stores trap information. It registers trap IDs in (internal) nonvolatile memory and programmatically updates trap status records in RAM. The user interface block consists of a trap data browser and a configuration mode for learning trap IDs. A monitor station can handle up to 20 transmitters—although a transmitter ID can range among 128 different IDs—to allow more than one monitor to operate on the same or overlapping areas.

MOUSE SENSOR

    The first problem I had to solve was how to sense the presence of mice. I discarded electronics-only methods (e.g., photocells and capacitive sensing) one after another. Some were too sensitive to dirt, expensive, and difficult to clean; others were too accessible to munching rodents and con sumed too much power. In this context, drawing a continuous 5 µA (equivalent to a 1-MΩresistor at 5 V)represents significant power! 

    I was about to give up, when I saw a program on the National Geographic Channel showing the natural curiosity and vitality of mice. Realizing this, I added a little balance to the trap transmitter (see Photo 1). Sooner or later,an unwary mouse—frantically search-ing the trap for an escape route—will reach the balance. The balance freelypivots on the transmitter’s aerial. A small magnet glued on one side counterweights it. I placed a reed-relay inside the sensor body to detect magnet movements and to trigger in turn the eight-pin processor. Bingo! It’s like having the mouse switch on the transmitter for you! 

—Photo 1—

The trap sensor/transmitter unit prototype is housed in a small plastic box. Putting your fingertip on the balance brings the magnet in front of the reed switch. Note how the antenna doubles as a pivot for the balance.

—Figure 3—

The 68HC908QT4 is the heart of the transmitter. It embeds a brownout reset as well as a calibrated oscillator that makes reliable data transmission possible without crystals or resonators. The TX modulecan be changed in order to suit national regulations and frequencies. The reed switch closes when the mouse moves the sensor balance.

TRANSMITTER CIRCUIT

    The transmitter’s schematic diagram accounts for few parts other than the eight-pin processor (see Figure 3).The more that’s inside the MCU, the less that’s outside. This means not only a leaner bill of materials, but also a small circuit footprint, which is important in this application.

    I connected two of the six available I/O pins to push buttons for rearming the trap after trigger detection and to set up the trap ID. Another pin goes to the reed-switch trap trigger. These pins are pulled up internally by the MCU.A fourth pin drives the 433.92-MHz 2-5000-786 thick film transmitter module. It is compliant with European frequency standards and measures only 25.5 mm × 12.5 mm. The modulation method is on/off keying (OOK) according to the status of the PTA5 pin. When it isn’t transmitting, the module consumes as little as 0.1 µA (more on this later). Check this figure when replacing it with similar parts,because it is vital for battery life. 

    The only remaining components on the board are a bypass capacitor (CF1) and an electrolytic capacitor (C1) required to lower the output impedance of the two button-type batteries that power the circuit. The circuit is compatible with user-monitor mode in-circuit programming. Connect the ICD interface to pin 7 to watch the code run. 

MONITORING STATION

    Figure 4 reveals the receiver’s internals. I used modules for the LCD and the radio receiver; therefore, the design is noticeably neat and contains few parts. The MC68HC908QY feature set contributes to the circuit’s tidiness. It includes input pull-ups, a steady internal clock oscillator, a brownout detector and reset generation, and flash memory that can be used as a replacement for EEPROM.The 433.92-MHz receiver module takes the signal from the antenna and converts it to a more manageable digital level pulse train. The receiver can be replaced with similar models to suit national regulations and frequencies.

    The microcontroller processes the pulse train in order to distill meaningful signals from the inevitable RF noise background. It then displays the results on the 2 × 16 LCD module, which is connected in 4-bit mode, requiring six out of the 14 available MCU I/O pins.

    The LCD software driver assumes pins DB0 through DB3 to be at logic level 1 or unconnected. Depending on your LCD module, you may need to apply a contrast control voltage from 0 to 5 V to pin 3. Recent modules usually work well with this pin unconnected.The keyboard, which consists of five push buttons, takes another five pins, which have their internal pullups enabled. I kept ICD pin (port A0) free for in-circuit debugging, as I did for the transmitter, making the board user monitor-debug compatible. 

    The last available pin is used to drive the relay output, which is realized with a classic transistor stage and a diode for protection against coil’s over-voltages. The circuit is mains powered through a wall adapter supplying 9 to 12 VDC, regulated to 5 V by IC2, a classic 7805 stage. Diode D2 protects the circuit from power reversals. Resistor R2 limits the current for the LED backlight to a safe 40 mA. The backlight works from an unregulated power supply.

—Figure 4—

The receiver has few parts. Pull-ups, an oscillator, reset generation, and EEPROM are all included in the MCU. Connections to LCD pins 15 and 16 (backlight) and R2 can vary to suit your LCD’s specifications. Older LCDs need a contrast control voltage to be set on pin 3. The relay can trigger a phone dialer when a trap triggers.

蔬菜中文名和英文名

 

蔬菜是平日常會食用的，接下來將一一介紹這些蔬菜，包括中文名和英文名：

(1)    青江菜：Bok Choy 。 英文名是廣東話的音譯，屬於 White vegetable 的一種；另外，青江菜可音譯成Pak Choi 或 Shanghai Pak Choi，也可直譯為Green river vegetable；青江菜屬於十字花科植物(Crucifer)，十字花科的英文是Cruciferous。 

(2)    芥藍菜：Borecole或Chinese kale。kale意指羽衣甘藍(不結球的品種)或甘藍類的疏菜，甘藍的英文是Cabbage。 

(3)    菠菜：Spinach或Spinage。菠菜屬於莧科(Amaranthaceae)， 另外，名稱含Spinach的蔬..包括Chinese spinach(莧菜)和Water spinach(空心菜)。

(4) 高麗菜：Cabbage或White cabbage。Cabbage意指甘藍，屬 於十字花科植物(Crucifer)。Chinese cabbage 意指大白菜。 

(5) 莧菜：Ganges amaranth、Edible amaranth 或 Chinese spinach。Ganges意指恆河，amaranth意指莧紫，Edible 意指可食用的。 

(6) 空心菜：Water convoevueus、Water spinach 或 Ong Tsoi 。空心菜屬於旋花科植物(Convolvulus)，英文會叫做水菠菜(Water spinach) 是因它也能在水中生長，Ong Tsoi是空心菜的別名應菜、蕹菜的音譯。 

(7) 蘿蔔：Radish、Chinese radish、Turnip 或 Daikon。Radish 有小紅蘿蔔之意，我們一般所說的蘿蔔其實並不小，顏色是白的而不是紅的，Radish有白的、紅的等顏色，長得和Carrot(紅蘿蔔)有別，白蘿蔔其實叫Chinese radish比較貼切，但一般都稱為 Radish；Turnip有蕪菁或小蘿蔔之意。Swede或Swede Turnip則意指蕪菁甘藍或大頭菜，和蘿蔔是有別的，Swede也有瑞典人之意。Daikon在日語是白蘿蔔，是「大根」的音譯。  

(8) 胡蘿蔔：Carrot。胡蘿蔔也叫做紅蘿蔔，Carrot也有獎勵或甜頭(源於把紅蘿蔔掛在馬匹的鼻尖前)之意，Carroty意指胡蘿蔔色 的或橘紅色的。 

(9) 馬鈴薯：Potato或Irish potato。Irish potato意指白馬鈴薯，洋芋片是 Potato crisp 、 Potato chip 或 Chips，Irish 意指愛爾蘭的，名稱中也含有Potato之名的疏菜是甘薯(Sweet potato)。 

(10) 絲瓜：Loofa、Loofah、Vegetable sponge、Suakwa vegetablesponge 或 Towel gourd。 sponge 意指海綿，Suakwa vegetablesponge後面這一個單字是將vegetable sponge這兩個單字連在一起，中間沒有空格，Suakwa是絲瓜的音譯；towel意指毛巾或抹布；gourd意指葫蘆或葫蘆科植物。 

(11) 茄子：Eggplant(美語)或Aubergine(英語)。Egg意指蛋、卵 或雞蛋；plant意指植物或作物；Aubergine意指紫紅色；茄科的 英文是Solanaceous，茄科茄屬植物的英文是Nightshade。其實，我們一般所見的茄子都是長長的，看起來一點都不像國外的小茄子像蛋 的形狀，但是英文名要叫做 Eggplant，大家也只好接受了。

從以上的介紹可知，蔬菜的中文名和英文名，往往都是不只一個，但是我可以先記住主要的，後再慢慢增加記憶其它的名稱。從本文所介紹的這些蔬菜可知，含有國名的蔬菜是Chinese

kale(芥藍菜)、Chinese spinach(莧菜)、Chinese radish(蘿蔔)、 Irish potato(馬鈴薯)和SwedeTurnip(蕪菁甘藍)。至於含有地名的蔬菜，則是Shanghai Pak Choi(青江菜)和Ganges amaranth(莧菜)。甘薯和乾的豆子也屬於五穀雜糧類；蔥、薑、蒜、芹和韭具有濃烈的特殊味道，可用來調味。

(1) 萵苣：Lettuce、Garden lettuce、Cos 或 Cos lettuce 。Lettuce也稱為生菜；Garden意指菜園，表示這種食用的萵苣是種在菜園中的，並非野生的 (Wild)；生菜也可寫成 Iceberg lettuce，它是一種捲心萵苣；長葉萵苣的英文是 Romaine或Romaine lettuce。 

(2) 甘薯 ： Sweet potato 、 Sweet morningglory 或 Rhizome of edible yam。Sweet意指甜的、好吃的；potato意指馬鈴薯，但是 美語的potato也指Sweet potato； morningglory拆開是morning glory，意指牽牛花；Rhizome意指根莖；edible意指可食用的； yam意指番薯；甘薯葉的英文是Yam leaves。 

(3) 菇：Mushroom。Mushroom 意指蕈、蘑菇；Mushroom cap 意指菌傘；Mushroom 拆開來看是Mush和room，Mush意指玉米濃粥、糊狀物，room意指室、房間，至於組字原理，筆者還沒想通，也或許Mushroom這個單字跟本是不能拆開的。 

(4) 蔥：Onion、Fistular onion、Welsh onion、Spring onion或 Shallot。Onion意指洋蔥；Onion rings意指油炸洋蔥圈；Onion skin 意指洋蔥皮 ；Fistular 意指管狀的 ；Welsh 意指英 國威爾斯的；威爾斯之英文是Wales；Spring意指春天；Spring onion意指春蔥，英國人常生吃它。Shallot意指冬蔥，莖葉可食，也會結紅蔥頭。 

(5) 薑 ： Ginger 或 Common ginger 。 Ginger 意指薑、生薑；Ginger ale意指薑汁汽水 ；Ginger beer 意指 薑 汁 啤 酒 ；Ginger bread意指薑餅；Gingery意指薑的、有薑味的；Common意指一般的、常見的。 

(6) 蒜 ： Garlic、Giant garlic、Sand leek、Spanish garlic或 Wild rocambole 。Garlic 也稱 為大蒜；Giant 意指巨大的植物；Sand意指沙；leek意指西洋韭菜；Spanish意指西班牙的；Wild 意指野生的；rocambole意指產於歐洲的葫蒜。 

(7) 芹菜：Celery或Chinese celery。通常食用芹菜葉柄 (Celery petiole)和芹菜莖 (Celery stem)，至於芹菜葉 (Celery leaf)則不吃；法國香芹菜的英文是French celery。 

(8) 韮菜：Chinese chive或Chinese leek。chive意指細香蔥；和 chive長得很像的單字是chiv，意指匕首、短刀；Leek意指西洋韭菜，是英國威爾斯的國花。 

(9) 豆子：Bean或Pea。Bean也指大豆，大豆也可寫成 Soy bean；豆腐的英文是 Bean curd；敏豆、菜豆的英文是 Kidney bean，Kidney意指腎臟；豌豆的英文是Pea或Garden pea；嫩豌豆的英文是Snow pea或Sugar pea；Snap pea和Snap bean等同，皆指菜豆；Snow意指雪、冬天；Sugar意指糖；Snap意指猛咬； 糖莢豌豆的英文是Mangetout，也可寫成Sugar pea；豆芽菜的英文是Bean sprout。 

(10) 花椰菜 ：Broccoli 或Cauliflower。Broccoli 也稱為花莖甘藍；Cauliflower 也稱為花菜； 甘藍的英文是Cabbage；Cauliflower cheese意指奶焗花椰菜。 

(11) 竹筍：Bamboo shoot。Bamboo意指竹或竹材；shoot意指新芽或嫩枝；麻竹筍的英文是Ma bamboo shoot；桂竹筍的英文是 Makino bamboo shoot；綠竹筍的英文是 Oldham bamboo shoot。 甘薯是五穀雜糧類，但好吃的甘薯葉是貨真價實的蔬菜。蔥可分成蔥頭和青蔥， 蒜也可分成蒜頭和青蒜，青蔥和青蒜皆可當成一 般蔬菜吃，要調味也可以，至於蔥頭和蒜頭，只能用來調味。豆子(豆仁)若尚未成熟，豆莢和豆仁皆是疏菜；但若已成熟並曬乾，就變成五穀雜糧類；乾豆子若讓它發芽，就成為豆芽菜，又屬於蔬菜了；豆子的身分，真是多變化啊！

· 切；割；剪；削；砍：cut· 

· 薄片，切片，片：slice
· 剁碎：mince· 

· 削皮：pare; peel
· 剝……的皮：skin
· 剝：strip
· 切丁：dice
· 磨碎：grind

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leek 韭菜                              chives 韭黃                caraway/coriander 香菜
spinach 菠菜                        cabbage 捲心菜
Chinese cabbage 大白菜    Bok-choy 小白菜      celery 芹菜
cress 水芹                            cauliflower 菜花        broccoli 西蘭花
lettuce 萵筍                         butter head 球生菜   mustard leaf 芥菜/芥末
romaine 生菜                      shepherd's purse 薺菜
water shield 蓴菜                kale 甘藍菜                 rape 油菜
mater convolvulus 空心菜  dried lily flower 金針菜
tarragon 蒿菜                      agar-agar 紫菜          greens 青菜
day-lily buds 黃花菜           hair-like seaweed 髮菜
salted vegetable 雪裏紅     daikon 大白蘿蔔        turnip 白蘿蔔
carrot 胡蘿蔔                       radish 小胡蘿蔔         summer radish 水蘿蔔
potato 土豆                         tomato 番茄              eggplant 茄子
cucumber 黃瓜                   gherkin 小黃瓜          pumpkin 南瓜
bitter gourd 苦瓜                white gourd 冬瓜      loofah 絲瓜
sweet potato 地瓜              long crooked squash 菜瓜

string bean 四季豆             pea 豌豆                     marrow bean 菜豆
soybean 黃豆                      kidney bean 芸豆      green soy bean 毛豆
soybean sprout 黃豆芽      bean sprout 豆芽      lotus root 蓮藕
water caltrop 菱角              lotus seed 蓮子         garlic 蒜
garlic sprout 蒜苗/蒜苔      green pepper 青椒    hot pepper/chili 辣椒
marrow 西葫蘆                    onion 洋蔥                ginger 生薑

garlic 大蒜                           garlic bulb 蒜頭        scallion 青蔥
wheat gluten 麵筋              chive 香蔥                 sweet pepper 甜椒
water chestnut 荸薺           yam 山藥                   lily 百合
taro 芋頭                             cabbage mustard 芥蘭
cane shoots 茭白               ginger 薑                   asparagus 蘆筍
bamboo sprout 竹筍         winter bamboo shoots 冬筍
button mushroom 草菇    mushroom 蘑菇
dried / black mushroom 冬菇                             champignon 香菇
Flammulina 金針菇            asparagus 蘆筍
dried bamboo shoot 筍乾                                   fennel 茴香
corn 玉米                            aloe 蘆薈                   white fungus 白木耳

IEC62056標準體系簡介

IEC62056標準體系簡介 

0    引言

隨著微電子技術和資訊技術的發展，電力系統由智慧計量儀錶、自動化裝置、現代通信設備等組成的各類系統逐步取代過去由感應系計量表計、手動裝置、人工作業等組成的運行模式。為滿足電力市場變革和用戶管理中的抄表（含自動）、使用者服務、價格表（電費）、負荷/供應管理、服務品質、設備/系統檢查、資料資訊和增值服務、配電系統自動化(DSA)等方面的需求，各生產廠家、系統集成商、電力供應商提出大量解決方案。由於此類解決方案大多是為解決生產運行中某些具體問題設計的，因而其通信協定一般採用自訂方式，例如，電能表增加新功能、系統功能改變或擴充等。

當電力系統使用者管理、貿易結算、供電合同、價格表（電費）等方面（即電力市場商務過程，這個商業過程從對交付產品-能量的測量開始，到費用徵收為止）綜合管理時，由於各系統的通信協定不相容，造成系統間互連、互通性困難。

為瞭解決上述問題，滿足市場商務過程對計量資料一致性、合法性、溯源性、安全性的要求，IEC TC13 WG14根據公共事業部門的商業過程的特點，制定了IEC 62056《電能計量－用於抄表、費率和負荷控制的資料交換》系列國際標準。該標準採用物件標識、物件建模、物件訪問和服務、通信介質接入方式等方法，從通信的角度建立了儀錶的介面模型，它不包含儀錶的資料獲取和資料處理方面的內容，從“外部”來看，這個介面模型代表了計量儀錶在商業過程中的“行為特徵”。

IEC 62056標準體系整體上分兩大部分，即COSEM和DLMS:

一部分是與通信協議、介質無關的電能計量配套技術規範——COSEM（COmpanion Specification for Energy Metering），包括IEC 62056－61（OBIS）和IEC 62056－61（介面類別）兩部分；

另一部分是依據OSI參考模型和IEC61334制定了通信協定模型^[3]，即設備語言報文規範——DLMS（Device Language Message Specification）。該標準體系不僅適用於電能計量，而是集電、水、氣、熱統一定義的標準規範，支援多種通信介質接入方式，其良好的系統互連性和互通性是迄今為止較為完善的計量儀錶通信標準。 

1    IEC62056標準體系介紹

      IEC 62056標準體系目前共包括六部分，見圖1：

      第61部分：物件標識系統

      第62部分：介面類別

      第53部分：COSEM應用層

      第46部分：使用HDLC（High Level Data Link Control）  協定的資料連結層

      第42部分：連線導向的非同步資料交換的實體層服務和過程

      第21部分：直接本地資料交換

     IEC62056標準體系主要針對OSI參考模型中的三個部分制定了技術規範：應用進程、應用層和低層通信協議。通過制定這些技術規範，使遵循這些規範的計量儀錶、支撐工具以及其它系統元件具有互通性，能夠方便地進行系統集成。

1.1 IEC62056-61物件標識系統（OBIS）

    IEC62056-61物件標識系統部分規定了OBIS（OBject Identification System）的結構，並為計量儀錶中的每一個常用資料項目都提供了唯一的標識碼，資料項目不僅包含了測量值，而且還包含了計量儀錶的配置資訊和表示計量儀錶行為特徵的抽象資料。標識碼的定義基於DIN-43863-3:1997，電氣儀錶-第三部分：費率計量裝置作為電氣儀錶的附加設備-EDIS-電能資料標識系統。本標準定義的ID碼標識的物件包括：

     - 介面類別的各種實例的邏輯名，其定義見IEC 62056-62標

        準；

     - 通過通信線傳輸的資料；

     - 計量儀錶顯示的資料。

其目的在於對所有通過當地或遠方資料交換進行人工或自動採集的資料項目採取與製造商無關的方法進行唯一標識，實現製造商的設備和系統之間的互通性。

OBIS碼是一個由6個數碼組成的組合編碼，其結構如圖2，

它以分層的形式描述了每個資料項目的準確含義，各數碼的用途如下：

圖2 OBIS碼結構

數碼A用於標識抽象資料和被測能量的類型，如：抽象資料0、電1、熱6、氣7、冷水8、熱水9等；
數碼B用於標識測量通道號，如：電能表輸入測量通道的編號（供電饋路）；
數碼C用於標識資訊來源相關的抽象或物理資料項目，如：正向有功功率、電流、電壓等；
數碼D用於標識定義類型或由數碼A和C所標識的物理量按各種特定演算法處理的結果如：對正向有功功率求積分值得到正向有功電能、在固定時間間隔內求平均值得到正向有功平均功率、按固定區間和滑差子間隔進行時間滑動計算平均功率得到正向有功最大需量及發生時間等；
數碼E用於標識針對由費率寄存器對測量結果所做的進一步處理，如：正向有功電能按時間表執行的費率結果，也就是常說的正向有功總電能0、費率1、費率2、費率3等；
數碼F用於標識結算和資料項目的存儲方式等，如：正向有功總

電能當月、上月……等結算或底度值等，當測量值與結算週期無關時，此項編碼為255。
從數碼B到數碼D為廠家自訂標識碼預留了空間。

在IEC62056-61 中僅定義了用於電能的OBIS碼，例如“正向有功總電能底度值”資料，其OBIS碼為1.1.1.8.0.255，表示能量類型為電類、測量通道號為1、資訊來源為正向有功功率、處理方法為積分值、費率類型為總費率、結算方式與結算週期無關。其它能量類型如水、氣、熱等的標識碼在歐洲標準EN13757中定義。

1.2 IEC62056-62介面類別（IC）

     IEC62056-62介面類別將IEC 62056-61物件標識系統中的資料項目進行分類、歸整，採用物件建模的方法構造了計量儀錶通信的介面模型，規定了計量儀錶的功能、資料顯示和資料交換方式等，是COSEM核心組成部分。COSEM把計量儀錶看成是公共事業部門商業過程的一個重要組成部分，從儀錶通信的角度採用物件建模的方法建立了儀錶的介面模型，它不包含儀錶的資料獲取和資料處理方面的內容，從“外部”來看，這個 介面模型代表了計量儀錶在商業過程中的“行為特徵”。

     介面模型由資料、寄存器、擴展寄存器、需量寄存器、通用曲線等23個介面類別組成，見圖3。這些介面類別的實例即為物件，所有物件的第一個屬性都是邏輯名，即OBIS碼。邏輯名連同類標識碼和版本號一起，唯一標識物件包含資訊的含意，並與廠家無關。按照物件導向的程式設計方法，各種不同介面類別的集合構成了一個標準類庫，製造商從這個標準類庫中選擇一個子集來建立自己產品的模型，並進行產品設計，這種標準化儀錶介面類別庫的概念為不同的用戶和製造商提供多種多樣的選擇而且又不失互通性

     圖3 介面類別庫

從上面的介紹可以看出，COSEM的理念是非常清晰的，它希望簡化計量儀錶的通信設計，製造商可以把精力集中在以提高產品性能的核心技術的開發方面，為用戶提供快捷和高水準的服務，避免在儀錶通信部分花去大量的精力進行低水準重複開發。

使用DLMS/COSEM標準與計量儀錶通信基於客戶機/伺服器模型，其中計量計費系統主站（或其它抄表設備）充當客戶機，計量儀錶充當伺服器，給客戶機提供服務，因此在DLMS/COSEM中，計量儀錶也稱為COSEM伺服器。如圖4所示，COSEM伺服器模型為三層體系結構：

第一層：物理設備。它包含一個或多個邏輯裝置,其中一個必須是管理邏輯裝置，用來抽象表示物理電能表。

第二層：邏輯裝置。它包含一組可訪問COSEM物件，用來表示計量儀錶的功能單元。

第三層：COSEM對象。它是構建邏輯裝置的功能模組，即COSEM物件模型。

圖5演示如何使用COSEM伺服器模型來構建一塊具有簡單功能電能表的模型，該模型包括1個管理邏輯裝置，包括4個可訪問的COSEM物件：LDN（Logical Device Name）邏輯裝置名對象、正向有功總電能底度值寄存器對象、正向有功費率1電能底度值寄存器對象、A（Association）連線物件。

     COSEM物件通過選擇介面類別來實現。例如圖5中電能表的“正向有功總電能底度值寄存器”物件，可以選擇“寄存器”類實現。該類共有3個屬性：邏輯名、值、倍率量綱和1個方法：重定，“邏輯名”屬性工作表示該寄存器的OBIS碼；“值”屬性工作表示該寄存器保存的測量值或狀態值；“倍率和量綱”屬性工作表示值屬性的倍率和量綱；“復位”方法可以對該寄存器的值清零。正向有功總電能底度值寄存器物件通過 “寄存器”類的產生實體物件來實現，其屬性分別為1.1.1.8.0.255、1483、10^1Wh，表示該“正向有功總電能底度值寄存器”為14.83kWh。根據不同需要，按照上述過程用各種物件如同搭“積木”一樣可以構建各種類型的電能表。通過定義“積木塊”來實現電能表的整體功能，具有最大限度的靈活性，既可以覆蓋大範圍的產品——從非常簡單的居民表到複雜的多功能電能表，又具有可擴展性來滿足將來需求。

     在解除管制的市場中，所有參與者都需要得到資料，但通常只有部分資料存取權限。為了滿足這種市場需求，使用“連接”物件來控制訪問方式。“連接”物件針對不同的客戶，執行相應的身份驗證機制，提供不同層次的資訊。安全級別分為最低、低（LLS）、高（HLS）三種。最低安全級別主要在資料獲取系統獲取未知儀錶的結構時使用。低安全級別為客戶機身份驗證提供了一個密碼。它主要在通道能夠提供充分保證防止偷聽和報文（密碼）反演時採用。高級安全是一個四步驗證的過程，採用加密演算法和金鑰。使用高級安全時，客戶機和伺服器都需要進行驗證。這種驗證機制在通道不能提供充分保證防止偷聽和報文（密碼）反演時採用。COSEM規範沒有規定加密演算法。另外在COSEM應用層中也使用了加密技術。

圖4 COSEM伺服器模型 圖5 具有簡單功能電能表的模型

1.3 IEC62056-53 COSEM應用層

為在通信介質中傳輸COSEM物件模型，IEC62056參照OSI參考模型，制定了簡化的三層通信模型，包括應用層、資料連結層（或中間協議層）和實體層，如圖6所示。COSEM應用層完成對COSEM物件的屬性和方法的訪問，將資訊轉換為位元組串，通過低層通信協議在對等的應用層之間傳送這些資訊，實現了物件模型與低層通信協定隔離。對於各種類型的通信介質，只需更換與其配套的低層通信協議，絲毫不會影響COSEM應用層及物件模型。

    COSEM應用層是在DLMS的基礎上制定的。DLMS原來是指配電線報文規範（Distribution Line Message Specification），它是一個應用層規範，與低層通信協定和通道無關，是為支援配電設備在電腦集成環境中進行發送和接收報文通信而設計的，它由IEC TC 57制定成國際標準IEC 61334-4-41。為了給結構化建模和儀錶資料交換提供具有互通性的環境，這一概念後來發展成為設備語言報文規範，用於支援諸如遠方抄表、負荷控制/管理和增值服務等應用，並適用於計量各種能量類型如電、水、氣和熱等。COSEM的主要目的是為計量設備或系統提供一個面向商業領域的物件模型，同時保持與現存DLMS標準的向前相容性,為了達到這些目的，COSEM包容並發展了DLMS。除了與原有DLMS標準保持完全相容外，COSEM還通過使用COSEM物件來更加滿足計量的特定需求。 

使用COSEM介面類別與儀錶通信基於客戶機/伺服器模型，計量儀錶在此模型中充當伺服器的角色。通常情況下，客戶機和伺服器的應用進程分別位於不同的設備，它們之間的資訊交換借助於通信協定來實現，如圖6所示。

圖6– 通過通信協定進行資訊交換

由IEC62056-61的介紹可知，對COSEM物件的引用可以使用物件的邏輯名，即OBIS碼，但是為了相容以前的計量儀錶，還可以採用短名來引用COSEM物件方法和屬性。因此伺服器側COSEM應用層提供兩套機制和DLMS服務集來訪問物件的方法和屬性。短名引用從以前的DLMS標準繼承而來，邏輯名引用則是為了支援對象模型對DLMS標準進行了擴展。客戶機側應用層總是使用邏輯名引用。

   當使用短名引用時，每個物件的屬性和方法首先必須映射到由DLMS命名的變數。通過讀取“短名連接”物件的object_list屬性可以獲得分配給計量設備的基本名。短名引用通過COSEM應用層的READ和WRITE服務實現。

 

    當使用邏輯名引用時，屬性和方法可通過物件的邏輯名，即OBIS碼，並在確定該屬性和方法的索引值之後進行訪問。邏輯名引用通過COSEM應用層的GET、SET（對於屬性）和ACTION（對於方法）服務實現。

1.4 低層通信協議

低層通信協定指三層通信模型中的資料連結層和實體層，用來實現計量儀錶和資料獲取系統之間的資訊報文傳送。由於計量儀錶通信大多採用連線導向的非同步通信，所以採用了在國際上經過廣泛認可的使用HDLC協定的資料連結層，在IEC62056-46中定義。實體層在IEC62056-42中定義，用於支援PSTN、GSM、雙絞線（RS485）等。由於IEC1107通信協定應用廣泛，對該協議進行擴充後制定了IEC62056-21，能夠支援COSEM物件，用於通過光口或電流環實現直接本地資料交換。

為使計量儀錶的COSEM物件模型通過其它通信介質傳輸，如Internet、GPRS、PLC等，只需要更換低層通信協議即可，通信介質僅依賴於低層通信協議，而不會影響COSEM應用層及COSEM物件模型。目前在Internet上應用已經通過了可行性研究，將來COSEM 應用可以方便地與其它Internet應用一起使用和發展。

 

2    IEC62056標準體系的特點

相對於其它常用的計量儀錶通信協議，如IEC1107、IEC 62056-31、IEC 60870-5-102以及北美使用的通信協議ANSI C12.18（光口）、C12.19（公用表）和C12.21（電話通信）和國內使用的DL/T645等，IEC62056標準體系能夠支持各種各樣的商務活動、支持變革與競爭，並顯著降低系統生存週期費用，這是IEC62056標準與其它通信協定標準的本質區別。該標準體系的特點有：

⑴ 定義了物件模型，該模型適用於各種能量類型，包括電、氣、水、熱等。每個物件都有一個唯一的標識碼，用來標識在介面上顯示和通信線路上傳輸的資料。該模型還支援廠家自訂實例、屬性和方法，並可增加新的介面類別和版本而不會改變訪問物件的服務，從而實現了互通性。

⑵ 介面類別將儀錶功能進行了標準化，包括寄存器、需量記錄、費率和活動時間表、時鐘同步處理以及能量品質監測等等。同時定義了屬性值的資料類型，並將資料類型隨同資料一起傳送，從而保證資料含意不會出現二義性，確保了資料的溯源性和一致性。

⑶ 支援多用戶訪問，具有多重身份驗證和存取權限機制，確保資料的安全性。

⑷ 由於物件模型完全做到了與通信介質無關，因而可以廣泛選擇通信介質，無需改變模型和資料獲取系統的應用程式。

與其它協定不同，在資料獲取系統中需要為每一個新的計量儀錶型號定制專用的設備驅動程式，而該標準體系支援構建一個通用的設備驅動程式，一個客戶機系統既支援全部標準化的性能，又可以支援特殊性能。

 

 

 3    IEC62056標準體系的應用

IEC62056標準體系目前在國際上得到了廣泛的認可，並已經應用於多種能量計量領域（如電、熱水、冷水、氣、熱等）的儀錶、集中器、計量計費系統、自動抄表系統、負荷控制和管理系統、配電自動化系統和其它增值服務等。國外一些知名廠家已經生產出遵循該標準的計量儀錶和計量計費系統。

IEC62056標準體系完全支持各種類型計量儀錶的應用，包括從複雜儀錶如關口表和大用戶表，到簡單儀錶如居民用戶表。製造廠家只需根據具體需要，從標準化的物件程式庫中選取適當的物件來實現各種各樣的功能，

生產廠家還可以採用標準化的方法，自訂物件來實現對於廠家的獨特功能。這種標準化的物件程式庫及設計方法既能保證各個廠家遵循統一的標準，又不會限制每個廠家的創新能力。

     IEC62056標準同樣適用於集中器的設計。集中器作用是採集、存儲、處理多塊表計的資料，可通過伺服器模型具體實現，表計通過邏輯裝置模型來實現，每塊表計的資料則通過每個邏輯裝置中物件來實現。這種方法同樣可應用於同時計量多種能量類型的組合式計量儀錶以及多用戶表的設計之中。

      IEC62056標準亦適用於計量計費系統的設計。系統主站只需構建一個通用的設備驅動程式，就能支援不同廠家不同型號表計以及多種能量類型，通信介質升級換代也不會影響主站的應用程式，克服了以往系統主站需要為每一個新的計量設備類型定制專用的設備驅動程式的弊端。

4 結束語

由於IEC62056標準體系具有良好的互連性和互通性，實現了原始計量資料的溯源性和一致性，具有其它計量儀錶通信標準所無法比擬的優點，因而在全世界範圍內得到了廣泛認可和應用。計量儀錶製造廠家和系統集成商只要共同遵循IEC62056標準體系，實現計量儀錶通信標準的統一，將會給計量儀錶製造廠家、系統集成商和用戶帶來巨大的經濟效益。

注:全國電工儀器儀錶標準技術委員會已經將IEC62056等效國家標準(報批階段)名稱為自動抄表系統

《自動抄表系統》標準體系包括四個部分：

—— 第一部分：總則

—— 第二部分：抄表系統

—— 第三部分：應用層資料交換協定

—— 第四部分：低層通信協議

《自動抄表系統》作為開放式標準體系，互連性和互通性是本標準的主要目的。為此，作為資料交換協定的第二部分“應用層資料交換協定”和第三部分“低層通信協定”等同採用IEC 62056《抄表、費率和負荷控制的資料交換》相應的標準檔，有利於與國際標準接軌。

由於《自動抄表系統》標準是一個龐大而又複雜的標準體系，將標準體系劃分為相對獨立的幾個部分，這樣有利於各部分獨立發展。同時，將IEC 62056系列標準劃分為“應用層資料交換“和“低層通信“兩個部分。有利於對標準的理解和慣策。

本系統標準是以計量儀錶資料獲取為基礎，以COSEM資料交換為核心的自動抄表規範。

本標準由全國電工儀器儀錶標準化技術委員會提出並歸口。

 《自動抄表系統》國家標準體系框架