基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表的設(shè)計(jì)與研究

摘 要:本文針對(duì)自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊問題，研究了基于GPRS的遠(yuǎn)程無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)。研究自動(dòng)采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成，對(duì)集中器的組成部分進(jìn)行了研究，分析了集中器硬件構(gòu)成及軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)以GPRS網(wǎng)絡(luò)為中心的數(shù)據(jù)傳輸部分和監(jiān)控中心管理軟件進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞:遠(yuǎn)程抄表 集中器 遠(yuǎn)方終端 GPRS

中圖分類號(hào):TM7\t\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A\t\t\t文章編號(hào):1672-3791(2011)10(a)-0031-02

傳統(tǒng)人力抄表和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的局限，迫使人們尋找一種高效率、高可靠性的抄表手段，以便能夠在較短周期內(nèi)抄取用電臺(tái)內(nèi)所有用戶電表的用電數(shù)據(jù)，完成用電數(shù)據(jù)的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，并可供用戶隨時(shí)查詢，更進(jìn)一步地，可以對(duì)用電網(wǎng)內(nèi)用戶用電量在時(shí)、空間上的分布做出估算，并可初步判定可疑漏、竊電用戶所在區(qū)域。因此自20世紀(jì)70至80年代人們就開始致力于研究電子式電能表，直到現(xiàn)在自動(dòng)化遠(yuǎn)程抄表的誕生。自動(dòng)抄表，簡(jiǎn)稱AMR(Aut0matioMet erReading)，是利用電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)及通訊等技術(shù)，通過專用設(shè)備對(duì)表計(jì)進(jìn)行讀取及數(shù)據(jù)處理的過程，是供電系統(tǒng)監(jiān)管部門用來對(duì)工業(yè)和生活用電進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理和控制，以及對(duì)用戶用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析的重要手段。自動(dòng)抄表系統(tǒng)(AMRS)是不需要人員到現(xiàn)場(chǎng)，就能完成抄讀用戶電能數(shù)據(jù)并分析、統(tǒng)計(jì)的智能化管理系統(tǒng)。

1 GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案

系統(tǒng)具體由三大部分組成:以采集器為中心的數(shù)據(jù)采集部分，以GPRS網(wǎng)絡(luò)為中心的數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控中心管理軟件。系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 遠(yuǎn)程抄表的集中器設(shè)計(jì)

2.1 集中器的硬件設(shè)計(jì)

集中器是指收集各采集終端或多功能電表的數(shù)進(jìn)行處理存儲(chǔ)，同時(shí)能和主站或手持單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)備。它位于380V配電變壓器的低壓側(cè)，與A、B、C三相電力線相聯(lián)，是整個(gè)系統(tǒng)的通信控制樞紐，其工作情況決定了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

集中器是一個(gè)以單片機(jī)為中心的小型信息處理系統(tǒng)，采用16位的微處理器設(shè)計(jì)。其內(nèi)置GSM，GPRS模塊，配一張開通GPRS服務(wù)的SIM卡，負(fù)責(zé)接收從數(shù)據(jù)服務(wù)中心發(fā)過來的各種指令并加以篩選、判別，將有效指令發(fā)送到相應(yīng)的采集器中;接受監(jiān)控終端采集器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)中心。一個(gè)集中器可以有N(2-56)個(gè)采集器與之相連，連接方式可以采用RS-485總線或低壓電力線載波方式。

集中器內(nèi)還存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)服務(wù)中心聯(lián)網(wǎng)的各種參數(shù)，如:中心的IP地址、服務(wù)端口等。集中器一加電便自動(dòng)運(yùn)行，搜索GPRS網(wǎng)絡(luò)，向數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行注冊(cè)并連接。如果沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可以進(jìn)入休眠狀態(tài)，一旦有數(shù)據(jù)需要發(fā)送或收到中心呼叫(通過短信或電路)時(shí)便重新登陸數(shù)據(jù)服務(wù)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。GSM短信作為備用通道，一旦GPRS網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，立即啟動(dòng)GSM短信通道和數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行通信。

本集中器系統(tǒng)選用雙串口的51系列的W77E58。本系統(tǒng)中的復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，為了保證復(fù)位電路可靠性地工作，將RC電路接施密特電路后再接入單片機(jī)的復(fù)位端?？煞乐雇獠扛蓴_，電源波動(dòng)大的問題。集中器硬件設(shè)計(jì)圖，如圖2所示。

2.2 集中器的軟件

集中器一方面要接收電力線上的數(shù)據(jù)，另一方面要按時(shí)給上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，如果上位機(jī)發(fā)出中斷命令，集中器要及時(shí)給予處理。單片機(jī)中采取定時(shí)器定時(shí)。當(dāng)定時(shí)到，集中器就通過GPRS模塊給上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)定時(shí)器時(shí)間沒到，集中器就循環(huán)掃描三相電力線上耦合下來的數(shù)據(jù)，并調(diào)用函數(shù)進(jìn)行歸類存儲(chǔ)。當(dāng)三相電力線都掃描完后又返回判斷是否有GPRS中斷請(qǐng)求。如果有中斷請(qǐng)求就轉(zhuǎn)向中斷響應(yīng)，開始接受上位機(jī)的命令并開始執(zhí)行。

3 GPRS網(wǎng)絡(luò)為中心的數(shù)據(jù)傳輸

選用國(guó)產(chǎn)GPRS通信模塊ZWG-23A(DTU)，它是一款工業(yè)級(jí)外置式無線數(shù)傳設(shè)備，它內(nèi)部集成了PPP和TCP/IP協(xié)議棧，通過該產(chǎn)品可以方便的實(shí)現(xiàn)串口的遠(yuǎn)程通信功能。如圖3所示。

通過模塊專門的指令初始化GPRS無線模塊，使之附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，以獲得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商動(dòng)態(tài)分配的終端IP地址，并與目的終端建立連接．?dāng)?shù)據(jù)包在主機(jī)和GPRS服務(wù)器群中傳輸使用的是基于IP的分組，即所有的數(shù)據(jù)報(bào)文都要基于IP包。用串口1分別和GPRS模塊的TXDO和RXDO連接，Pl口的其他6個(gè)端口分別接到GPRS模塊對(duì)應(yīng)的剩余RS232通信口。通過軟件置位完成對(duì)ZWG-23A的初始化和控制GPRS模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)。

4 監(jiān)控管理軟件的設(shè)計(jì)

自動(dòng)抄表系統(tǒng)立足于操作員、用戶對(duì)儀表進(jìn)行管理和維護(hù)。它包括對(duì)儀表的實(shí)時(shí)監(jiān)控(即所有的用戶能夠通過瀏覽器實(shí)時(shí)看到儀表上顯示的信息)，對(duì)儀表的抄表控制(如:抄上月用量)、售電、對(duì)儀表用戶的管理。實(shí)現(xiàn)以下功能:身份認(rèn)證賬戶及用戶管理，電表參數(shù)設(shè)計(jì)，抄表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、查詢、備份、報(bào)表、圖表生成、打印輸出，遠(yuǎn)程監(jiān)控和斷電功能，電表用量查詢，自動(dòng)抄表，手動(dòng)抄表，實(shí)時(shí)控制等。

5 結(jié)語

本文詳細(xì)的介紹了遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中的集中器，對(duì)集中器進(jìn)行了可靠性的設(shè)計(jì)，采用雙串口的單片機(jī)完成數(shù)據(jù)雙向傳輸。集中器與上位機(jī)之間用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。采用GPRS模塊完成電表的遠(yuǎn)程管理，節(jié)省了大量的人力物力。