【正文】 基于GPRS的嵌入式遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)是未來的發(fā)展的必然趨勢(shì)。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)有線抄表方式的弊端，能實(shí)現(xiàn)對(duì)家用三表的一體化遠(yuǎn)程抄讀、聯(lián)網(wǎng)查詢、繳費(fèi)和智能控制功能、具有無需布線、工作量小、傳輸數(shù)據(jù)量大、準(zhǔn)確性高通、信費(fèi)用低等特點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。設(shè)計(jì)了以S3C2410A和GPRS為核心的無線遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和軟硬件實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了介紹。自動(dòng)抄表系統(tǒng)全程使用無線通信技術(shù)，采用嵌入式系統(tǒng)提高無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，是抄表系統(tǒng)中的信息不受線路、地點(diǎn)等限制。自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)的抄取和傳輸,是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中最核心的部分,給水、電、氣管理的自動(dòng)化帶來了極大的便利。而無線數(shù)據(jù)傳輸以其建設(shè)成本低,傳輸速率高等特點(diǎn)越來越受到人們的重視,已成為有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行аa(bǔ)充。本文針對(duì)自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊問題,規(guī)劃和研究了基于GPRS的遠(yuǎn)程無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)。 本文通過方案對(duì)比以及系統(tǒng)的需求和功能分析,選擇了適合自動(dòng)抄表要求的底層RS485總線和上層GPRS通信方案。底層通信方面,設(shè)計(jì)了采集器與電能表之間通過RS485總線方式通信。上層通信方面,設(shè)計(jì)了集中器的GPRS方式通信。本文選擇GPRS模塊實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控中心對(duì)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄錄,并具功耗低、成本低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可升級(jí)、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：GPRS系統(tǒng)； 嵌入式； 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)；Design of Embedded Remote Automatic Meter Reading System Based on GPRSABSTRACT The wireless automatic meter reading system is the inevitable trend of future development. The system overes the drawbacks of traditional wired meter reading, to achieve the three tables on the integration of remote home readings, networking check, payment, and intelligent control, with no wiring, the workload is small, data transmission capacity, accuracy Qualm, letters and lower cost, there is a wide range of applications.The remote automatic meter reading system was designed,which made S3C2410A and GPRS as its core. Its structure and realization measures in hardware and software were presented Full use of automatic meter reading system, wireless munication technology, embedded systems to improve the stability of wireless data transmission, is the meter reading system information from lines, location restrictions.Automatic meter reading system is mainly taken to plete the data copy and transfer, the data transmission system, the core part, water, electricity, gas management, automation has brought great convenience. The wireless data transmission in its construction, low cost, high transfer rate characteristics of more and more people39。s attention, has bee an effective plement to wired data transmission. This automatic meter reading system for data munication, planning and research of remote wireless GPRSbased automatic meter reading system. In this paper, paring the program and system requirements and functional analysis of selected requirements for automatic meter reading the bottom of the upper RS485 bus and GPRS munications options. The underlying munications, designed between the collector and the power meter mode by RS485 munication bus。 top munications, designed to focus on the GPRS way munication select GPRS module for remote monitoring center point of the data acquisition automatic data copying, and with low power consumption, low cost, simple, scalable, extensible and so on.Keywords: GPRS system ；embedded ；remote automatic meter reading system；目錄第一章 引言 51．1遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)概述 51．2 自動(dòng)抄表研究的背景及意義 51．2．1 自動(dòng)抄表研究的背景 51．2．2研究意義 61．3 國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 61．3．1遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展 61. 3. 2遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)的現(xiàn)狀 71．4 本文的主要內(nèi)容 8第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 102．1總體結(jié)構(gòu) 102．2 工作過程 102．3 GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概念 112．3．1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 112．3．2GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái) 122．3．3GPRS的數(shù)據(jù)傳輸 132．3．4GPRS系統(tǒng)原理 14第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 153．1系統(tǒng)方案的選擇 153．2數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì) 163．3數(shù)據(jù)集中器的設(shè)計(jì) 203．4通信通道的實(shí)現(xiàn) 213．4．1下行通道的實(shí)現(xiàn) 213．4．2上行通道的實(shí)現(xiàn) 213．5 數(shù)據(jù)傳輸形式的選擇 223．6 IC卡電能表的簡(jiǎn)介 233．6．1 IC卡電能表的工作原理 233．6．2 SIM100簡(jiǎn)介 24第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 264．1上位機(jī)軟件設(shè) 264．1．1信息管理模塊 264．1．2抄表管理模塊 264．1．3聯(lián)網(wǎng)繳費(fèi)模塊 274．1．4異常處理模塊 274．2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 274．3主程序設(shè)計(jì) 294．4子程序設(shè)計(jì) 314．4．1 電能表的軟件設(shè)計(jì) 314．4．2串口通信子程序 32第五章 系統(tǒng)的可靠性 35第六章 總結(jié)與展望 366．1總結(jié) 366．2展望 36謝詞 38參考文獻(xiàn) 39附錄 40第一章 引言水表、電表和氣表的抄錄是城市生活的一個(gè)大問題。傳統(tǒng)上采用的人工上門抄表方法不僅效率低，而且經(jīng)常出現(xiàn)漏抄、誤抄等現(xiàn)象。隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了自動(dòng)抄表系統(tǒng)?，F(xiàn)代智能化系統(tǒng)一般采用兩種：電力載波集抄和總線通信方式。由于我國(guó)的電網(wǎng)在傳輸數(shù)據(jù)過程中，經(jīng)常會(huì)受無線電信號(hào)、電磁信號(hào)、脈沖信號(hào)的干擾，導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)碼、丟碼的情況。總線通信方式集抄系統(tǒng)較為復(fù)雜，而且要另外鋪設(shè)通訊電纜，特別對(duì)于舊城區(qū)改造項(xiàng)目，就存在更大問題。但是，如果采用三表GPRS無線集抄系統(tǒng)，以上問題就迎刃而解。1．1遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)概述遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)（AMR，Automation Meter Reading）：一種可以自動(dòng)采集和記錄電力系統(tǒng)客戶負(fù)荷的用電情況，并且通過一定的通信方式，自動(dòng)將記錄的數(shù)據(jù)和客戶信息通過信道傳回電力用電管理中心，并由系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，自動(dòng)完成電力系統(tǒng)用電客戶的電能計(jì)費(fèi)和管理功能的系統(tǒng)。作為自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要組成部分，自動(dòng)抄表技術(shù)從根本上克服了傳統(tǒng)人工抄表模式的弊端，給水,電,氣管理的自動(dòng)化帶來了方便。在電力系統(tǒng)中,對(duì)廣大的電力客戶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表,就是將智能化電表通過通信網(wǎng)絡(luò)與控制中心的計(jì)算機(jī)聯(lián)絡(luò),實(shí)現(xiàn)對(duì)電量的自動(dòng),集中,定時(shí)抄錄,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。電力客戶抄表自動(dòng)化是配電自動(dòng)化的一個(gè)基本功能，是用電營(yíng)業(yè)管理自動(dòng)化的一個(gè)重要手段和組成部分。低壓客戶自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要是面向大量的低壓客戶，量多面廣，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量多，投資巨大。自動(dòng)抄表是信息時(shí)代發(fā)展的總趨勢(shì)，自動(dòng)信息交換為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鲙砹藰O大的方便，節(jié)約了大量的人力和時(shí)間，快捷，準(zhǔn)確的西傳遞提高了現(xiàn)代數(shù)據(jù)管理的科學(xué)性，先進(jìn)性。1．2 自動(dòng)抄表研究的背景及意義1．2．1 自動(dòng)抄表研究的背景 在能源緊缺而又不可缺的今天，科學(xué)、及時(shí)、有效的能源管理和電力調(diào)度已經(jīng)至關(guān)重要了。我國(guó)電力系統(tǒng)長(zhǎng)期以來的查收方式是人工抄表，有查表人員入戶查表計(jì)費(fèi)，再由受費(fèi)人員入戶受費(fèi)或?qū)⑹苜M(fèi)單送到用戶通過銀行進(jìn)行結(jié)算。隨著我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推行，長(zhǎng)網(wǎng)分離、同網(wǎng)同價(jià)和分時(shí)計(jì)費(fèi)等政策的出臺(tái)，用電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模急劇膨脹，使得供電企業(yè)對(duì)用電網(wǎng)絡(luò)的管理任務(wù)日益加劇。傳統(tǒng)的人工抄表模式的餓弊病越來越突出，主要表現(xiàn)在：1． 查表受費(fèi)人員工作入戶難，條件差，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；2． 錯(cuò)抄、漏抄、估抄的現(xiàn)象嚴(yán)重，影響供電部門的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)形象；3． 竊電問題嚴(yán)重，尤其是工業(yè)大用戶的竊電問題，由于數(shù)額較大，嚴(yán)重地?fù)p壞了電力企業(yè)的利益，擾亂了供電秩序。 以上這些問題一直困擾著電力部門，并成為制約電力部門提高效益、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化的瓶頸。國(guó)家如何把龐大且分散的用電量及其它數(shù)據(jù)及時(shí)有效并且準(zhǔn)確無誤地收集、統(tǒng)計(jì)及分析，成為宮殿企業(yè)一個(gè)迫切需要解決的問題。1．2．2研究意義 隨著一戶一表的推廣及城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的改造，以及國(guó)家打破電力供應(yīng)壟斷局面、引入競(jìng)爭(zhēng)政策的逐步深入，發(fā)展遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)是提高用電管理水平的需要，也是網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的必然。遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)具有抄收速度快，計(jì)算精度高、抄表實(shí)時(shí)性好、可直接與營(yíng)業(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等突出的優(yōu)點(diǎn)。采用遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)可以緩解抄表人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低認(rèn)為因素造成的抄表誤差，并能迅速地統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)線損等。它是根本上克服了傳統(tǒng)人工抄表模式的弊端，給電能管理的現(xiàn)代化帶來了新的希望。采用遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)：1． 采用遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，不再需要預(yù)約上門抄表時(shí)間，居民用電量自動(dòng)抄收，收費(fèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)劃撥，還能迅速查詢帳單，能更好地方便用戶。2． 隨著一戶一表的推廣及城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的改造，電表的數(shù)量迅速增大，抄表的工作量越來越大，所需抄表人員越來越多，人力成本大幅度上升。采用自動(dòng)抄表，能節(jié)約人力資源實(shí)現(xiàn)減員增效。3． 采用遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，對(duì)加強(qiáng)用電管理，防止竊電、電費(fèi)催收、杜絕貪污腐敗現(xiàn)象等都有積極的意義。4． 采用遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，可提高抄表的準(zhǔn)確性，減少因估計(jì)或抄寫而造成帳單錯(cuò)誤，使供電管理部門能及時(shí)準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)信息。5． 電力的發(fā)展，需要從用戶處盡快獲取更多的數(shù)據(jù)信息，如電能需量、配電變壓器的監(jiān)測(cè)線、損的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)分、時(shí)電量和負(fù)荷曲線等，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表為實(shí)現(xiàn)上述要求提供了切實(shí)可行技術(shù)手段。1．3 國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 前許多國(guó)家和地區(qū)都已廣泛采用自動(dòng)抄表系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工抄表，主要集中在煤氣表，電能表和流量表的自動(dòng)抄表，特別是煤氣抄表已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史。抄表技術(shù)的快速發(fā)展得意與80年代計(jì)算機(jī)技術(shù)，超大規(guī)模集成電路和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，使得抄表系統(tǒng)在向著智能化、低功耗、低成本和通信準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的過程邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，達(dá)到了可以大規(guī)模推廣的實(shí)用性階段。 我國(guó)國(guó)內(nèi)所采用的抄表方式可以分三種：一是傳統(tǒng)的人工抄表方式；二是預(yù)付費(fèi)方式；三是遠(yuǎn)程抄表方式。當(dāng)前在我國(guó)國(guó)內(nèi)大量使用的是預(yù)付費(fèi)方式，部分地區(qū)已經(jīng)開始了遠(yuǎn)程抄表的試點(diǎn)。1．3．1遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展 自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要有電能、采集器、集中器、數(shù)據(jù)傳輸通道、主站系統(tǒng)構(gòu)成，通過網(wǎng)絡(luò)還可以和供電局的營(yíng)業(yè)受費(fèi)系統(tǒng)相連實(shí)現(xiàn)抄表受費(fèi)一體化。采用無線抄表方式在布點(diǎn)時(shí)根據(jù)地域情況可采用星形、樹形、線形、扇形等靈活的布點(diǎn)結(jié)構(gòu)。具有建網(wǎng)費(fèi)用低、建設(shè)周期短、維護(hù)量小、抗災(zāi)能力強(qiáng)、不占用耕地、無需查線檢修、不受人為破壞、數(shù)據(jù)易傳、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。尤其是架設(shè)不易或數(shù)據(jù)通信越遠(yuǎn)，點(diǎn)越多時(shí)，更能顯示出優(yōu)異的性能價(jià)格比，既節(jié)約了架設(shè)明線電纜徹的器材和人工費(fèi)用，提高了工作效率，有減輕了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，避免進(jìn)戶抄表給住戶帶來不便。能使當(dāng)?shù)氐碾娏?shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)傳輸?shù)诫娏芾聿块T。使用電力無線抄表系統(tǒng)后，為合理分配，測(cè)控用