基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)硬件接口電路的設(shè)計

戴小紅

(福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 永安 366000)

我國傳統(tǒng)的電力能源管理方式已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前電力事業(yè)飛速發(fā)展的要求，如何及時有效地對用戶用電量及其他數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計和分析是電力系統(tǒng)迫切需要解決的問題，而解決這個問題的根本途徑是采用先進的遠(yuǎn)程抄表技術(shù). 遠(yuǎn)程抄表是一種可以對各種儀表進行自動采集和記錄數(shù)據(jù)，并通過一定的通信方式自動將記錄的數(shù)據(jù)信息傳送給計算機中心，然后由計算機系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析、處理的技術(shù)[1]8-11.

1 基于GPRS的電能表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于GPRS的電能表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示. 系統(tǒng)由電能表、采集器、帶GPRS模塊的集中器和主站4個部分組成. 采集器與電能表之間、采集器與集中器之間的底層通信采用RS-485總線通信方式，集中器與主站之間的上層通信采用通過GPRS接入Internet的通信方式.

數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w過程是：采集器實時采集用戶電能表的用電數(shù)據(jù)，通過RS-485總線將數(shù)據(jù)傳送到集中器，集中器通過GPRS模塊登陸GPRS網(wǎng)絡(luò)，進而與因特網(wǎng)建立連接，最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站，從而完成數(shù)據(jù)傳送.

圖1 基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 基于GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)硬件接口電路的設(shè)計

數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸終端的實現(xiàn)是硬件系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，它的核心是集中器，它上要通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與主站建立連接，下要通過RS-485 總線與采集器連接，該硬件系統(tǒng)的核心是中心處理器，它通過RS-485接口與采集器進行數(shù)據(jù)傳遞，通過RS232接口控制GPRS模塊，通過Internet網(wǎng)實現(xiàn)與主站中心服務(wù)器的連接，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸.

2.1 采集器的通信接口電路

系統(tǒng)中采集器的主要作用是根據(jù)集中器轉(zhuǎn)發(fā)的命令對用戶的電表數(shù)據(jù)進行定時的采集和存儲，并按要求將數(shù)據(jù)傳輸給集中器，所以采集器下行要與電能表、上行要與集中器進行數(shù)據(jù)通信，采集器的上、下行通信信道均采用RS-485總線,這里采用MAX1487芯片來實現(xiàn)采集器的主控制器(AT89S52)與RS-485總線的連接. 采集器的通信接口電路如圖2所示. 采集器的主控制器AT89S52分別與兩片MAX1487芯片連接，這兩片MAX1487分別接在兩條不同的RS-485總線上，一條與電能表相連，另一條則與集中器連接. 其中,與智能表相連接的MAX1487的RO、DI腳,連接在主控制器AT89S52的Pl.0和Pl.1腳上, Pl.2接MAX1487的兩個控制端；與集中器相連接的MAX1487的RO、DI腳,連接在主控制器AT89S52的P3.0和P3.1腳上, Pl.3接MAX1487的兩個控制端.

圖2 采集器的通信接口電路

2.2 集中器主控制器通信接口電路的設(shè)計

本文的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)選用了MSP430F149單片機作為集中器的中心處理器. MSP430F149是一款具有精簡指令集的16位總線的帶FLASH(閃存)的超低功耗的混合型單片機，其突出優(yōu)點是低電源電壓、高效的尋址方式和超低功耗. GPRS模塊則選擇了無鉛環(huán)保型通信模塊MC39i.

集中器的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，主控制器MSP430F149的通信接口電路由兩部分組成：一是MSP430F149與采集器之間的通信接口電路，由于它們之間采用RS-485總線通信，因此這里主控制器也選用了MAX1487芯片實現(xiàn)與RS-485總線的連接；另一個是MSP430F149與GPRS模塊MC39i之間的通信接口電路，它們之間通過MAX3232芯片連接從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸.

圖3 集中器的結(jié)構(gòu)框圖

2.2.1 主控制器與采集器的通信接口電路

2.2.2 主控制器與GPRS模塊MC39i的通信接口電路

由于主控制器輸出的是TTL信號，而GPRS模塊預(yù)留的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，因此要實現(xiàn)兩者間的通信必須進行電平轉(zhuǎn)換. 本系統(tǒng)采用了Maxim 公司生產(chǎn)的具有電平轉(zhuǎn)換功能的MAX3232 總線接口芯片，該芯片可以實現(xiàn)TTL電平和RS-232電平的相互轉(zhuǎn)換. MAX3232將MSP430F149的數(shù)據(jù)發(fā)送端UTXD0發(fā)送的TTL電平信號接收(10號引腳)，并轉(zhuǎn)換成RS-232電平信號從T2OUT(7號引腳)輸出到MC39i 的數(shù)據(jù)接收端RXD0；而將MC39i 的數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD0發(fā)出的RS-232電平信號接收并轉(zhuǎn)換成TTL電平信號從R2OUT(9號引腳)輸送到MSP430F149的數(shù)據(jù)接收端URXD0上，從而實現(xiàn)了主控制器和GPRS模塊的數(shù)據(jù)通信. 主控制器與GPRS模塊MC39i的通信接口電路如圖5所示.

集中器通過GPRS模塊登陸GPRS網(wǎng)絡(luò)，進而與因特網(wǎng)建立連接，最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站，從而完成數(shù)據(jù)傳送.

圖4 主控制器與采集器的通信接口電路

圖5 主控制器與MC39i的通信接口電路

3 結(jié)語

在飛速發(fā)展的無線通信技術(shù)的推動下，GPRS技術(shù)已經(jīng)十分完善、規(guī)范和實用，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛. 與此同時,隨著國家對能源利用效率更加重視和電力管理部門對抄表自動化改革的不斷深化,基于GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)必將有一個廣闊的應(yīng)用前景.

[1] 楊宏業(yè),張 躍. 自動抄表系統(tǒng)中通信方案的現(xiàn)狀與展望[J]. 電測與儀表，2001(08).

[2] 魏小龍. MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.