基于SIM300與Web Server的無線抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔡志威，湯 彬，韓 鑫

（東華理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 撫州 344000）

1 系統(tǒng)構(gòu)成及原理

文章設(shè)計(jì)了一個(gè)無線抄表系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由電能采集部分，GPRS終端，Web服務(wù)器，控制客戶端組成。在單元戶與樓層之間，我們采用了通信距離較長和抗干擾能力較好的R S 485總線通信，然后通過一個(gè)RS484轉(zhuǎn)TTL 232模塊進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，再連接到m c u串口進(jìn)行通信，同時(shí)，m c u另一個(gè)串口通過A T指令控制s i m 300模塊的初始化，撥號(hào)上網(wǎng)，數(shù)據(jù)的發(fā)送等等。GPRS連接到服務(wù)器后，用戶可以在客戶端用I E登陸到遠(yuǎn)程Web Server,輸入I P后服務(wù)器返回用戶一個(gè)認(rèn)證頁面，通過用戶名和密碼登陸后可以查看所用的電量數(shù)據(jù)。由于GPRS下行數(shù)據(jù)傳輸最大85.6k b p s，上行數(shù)據(jù)傳輸最大42.8k b p s，如果用戶過多可以設(shè)計(jì)多個(gè)GPRS節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作。具體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

電能采集部分，采用了美國ADI公司生產(chǎn)的ADE 7755電能計(jì)量芯片，它是一種高準(zhǔn)確度電能測量電路集成電路，主要用于單相電表系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)超過了IEC 1036規(guī)定的準(zhǔn)確度要求。它只在ADC和基準(zhǔn)電路中使用了模擬電路，其他的信號(hào)處理都由數(shù)字電路完成，這使得在惡劣的環(huán)境下仍然可以保持極高的準(zhǔn)確度和長時(shí)間的穩(wěn)定性，通過引腳F1、F2以低頻形式輸出有功功率的平均值，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)數(shù)器，或者與微控制器接口，從引腳C F以高頻形式輸出有功功率的瞬時(shí)值，用于電能計(jì)量表的校準(zhǔn)。從F1和F2輸出的脈沖信號(hào)頻率為1600imP/kWh，即1600個(gè)輸出脈沖表示一度電。

主控電路部分，由于涉及到串口操作比較多，一次抄表數(shù)據(jù)量龐大，一般的51單片機(jī)難以實(shí)現(xiàn)。為了解決此問題，筆者采用了以意法半導(dǎo)體公司的stm 32f103c8t6作為主控制器，因?yàn)樗哂械凸?，多達(dá)3個(gè)串口，并具有M D A功能，非常適合大吞吐率的數(shù)據(jù)傳輸。

GPRS網(wǎng)絡(luò)部分，主要采用了Simcom公司的具有四頻G S M/GPRS900/1800/1900M H z功能的sim 300模塊，它除了具有基本的短信功能,還內(nèi)嵌了強(qiáng)大的TCP/IP協(xié)議棧，并且支持GSM 07.07增強(qiáng)型A T指令集，是作為GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x。AT指令是Hayes公司推出的一套Modem操作指令集，是Modem通信接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它的功能可以配置Modem與遠(yuǎn)程系統(tǒng)通信，發(fā)起或應(yīng)答一個(gè)呼叫等。因此，MCU可以利用AT指令集操作S i m 300模塊的全部功能。

硬件設(shè)計(jì)電路如圖2所示：

供電電源：由于GPRS發(fā)射時(shí)需要很大的電流，在設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)最大能提供到1.2A，在設(shè)計(jì)中我們用外部5V輸入的電壓經(jīng)兩個(gè)二個(gè)1N 4007硅整流二極管進(jìn)行降壓，使得在3.8-4.5之間；LED指示：SIM 300上電以后，一開始網(wǎng)絡(luò)指示燈Network LED的閃爍頻率為 64msON/800m sOFF，此時(shí)表示 SIM 300模塊正在搜索 GPRS網(wǎng)絡(luò)，過一段時(shí)間后，網(wǎng)絡(luò)指示燈的閃爍頻率變?yōu)?64msON/3000m sOFF，此時(shí)表示模塊已經(jīng)連接到 GPRS網(wǎng)絡(luò)上；PWRKEY是模塊的啟動(dòng)使能端，模塊的一種啟動(dòng)方式是通過控制PWRKEY管腳，在該管腳上產(chǎn)生一個(gè)一段時(shí)間的低電平，按照手冊上PWRKEY然后為高阻態(tài)，實(shí)際電路測試中采用高阻態(tài)和高電平均可以啟動(dòng)模塊。

圖2 GPRS硬件電路圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在軟件功能上，實(shí)現(xiàn)了短信PUD格式的發(fā)送和接收，在TCP/IP層實(shí)現(xiàn)HTTP數(shù)據(jù)傳輸。在軟件構(gòu)架上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)模塊的整合，由MCU統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能。

采用Windows XP自帶的IIS組件來構(gòu)架Web服務(wù)器，通過安裝相應(yīng)的安裝包，設(shè)置調(diào)試即可使用,Web Server是一種新的WE D應(yīng)用程序的分支，可使用標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，通過HTTP與客戶端實(shí)現(xiàn)通訊。其步驟如下：①建立TCP連接：建立TCP連接后，監(jiān)聽程序設(shè)計(jì)好的端口(如默認(rèn)端口號(hào):80)，若收到一個(gè)TCP包，即進(jìn)入TCP回調(diào)函數(shù)。②向服務(wù)器發(fā)送請求：建立連接后，客戶端可以向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，將采集到的電能數(shù)據(jù)包發(fā)送給Web服務(wù)器。③Web服務(wù)器響應(yīng)：服務(wù)器收到請求后，會(huì)發(fā)出響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)報(bào)文中包含協(xié)議版本號(hào)、應(yīng)答狀態(tài)、冗余校驗(yàn)碼等信息。通過以上步驟，一個(gè)完整的通訊過程就完成了。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

4 結(jié)語

基于GPRS的無線抄表系統(tǒng)可根據(jù)客戶的不同要求定制，具有廣闊的市場前景。運(yùn)用該系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性，節(jié)省了人工成本。在Web服務(wù)器上，運(yùn)用數(shù)據(jù)加密算法，從而保證數(shù)據(jù)安全，這也是無線抄表技術(shù)在未來的發(fā)展方向之一。