【正文】 地通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雖然應(yīng)用的范圍和方式都受到一定的限制，但是對(duì)于某些沒(méi)有能力開(kāi)發(fā) TCP/IP協(xié)議棧的工業(yè)用戶也是相當(dāng)具有實(shí)用價(jià)值。正因?yàn)?SIMCOM 如此快速的發(fā)展，作者才把它列入本文的討論之列。西門 子旗下還有一個(gè)系列的模塊目前尚沒(méi)有引入中國(guó)市場(chǎng)，那就是為汽車工業(yè)度身定制的 AC 系列無(wú)線模塊，這一系列的產(chǎn)品針對(duì)汽車應(yīng)用的環(huán)境在工作環(huán)境的限制方面較 MC 和 TC 系列的模塊有更大的適應(yīng)空間。改進(jìn)的地方主要體現(xiàn)在：相對(duì)于 35 系列， 35i 的厚度幾乎減小了一半；同時(shí)， 35i 增加了一些對(duì)于工業(yè)應(yīng)用更為使用的 AT 指令。 （ 1）西門子公 司無(wú)線模塊的介紹 ： 1995 年，西門子成立了無(wú)線模塊（ WM）部門，當(dāng)時(shí)主要業(yè)務(wù)針對(duì)汽車工業(yè)的應(yīng)用。本系統(tǒng)正是采用第三種組網(wǎng)方案，通 過(guò) GPRS 接入 Inter 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。利用 GPRS 通信方式組網(wǎng)有三種方式，下面分別進(jìn)行介紹。該方案的組網(wǎng)方案靈活性更好，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢?、?shù)據(jù)量更大，適合各種對(duì)實(shí)時(shí)性要求不太高的遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)?；?Data 的數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸安全、實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)傳輸量大，但成本較高，適合于可靠、少次、海量數(shù)據(jù)傳輸?；?GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸通常有四種方式，一種是基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸，第二種是基于 Data 方式（一種以電路交換為基礎(chǔ)的傳輸方式）的數(shù)據(jù)傳輸 ，第三種是通過(guò)語(yǔ)音方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后就是通過(guò) IP（ Inter Protocol）方式的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的通信信道方案包括集中器與采集器的底層通信信道方案和管理中心與集中器的上層通信信道方案。 基于 GPRS 的復(fù)合式無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)建 復(fù)合式無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)構(gòu)建 “一戶一表，集中抄表，銀行聯(lián)網(wǎng)”已成為電能計(jì)量計(jì)費(fèi)信息化的長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)，這就決定了抄表系統(tǒng)的兩個(gè)基本特點(diǎn)：系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多，采集點(diǎn)具有分散性，數(shù)據(jù)量大；系統(tǒng)是一個(gè)覆蓋面很廣的通信網(wǎng)絡(luò)。 GPRS通信方式尤其適合于 1000 個(gè)以上采集點(diǎn)規(guī)模的系統(tǒng)。但是，采用以太網(wǎng)抄表開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，對(duì)開(kāi)發(fā)人員有較高要求，并且 TCP/IP 協(xié)議棧需要長(zhǎng)期深入測(cè)試、修改才能達(dá)到可靠性要求。整個(gè)系統(tǒng)可分為兩個(gè)子系統(tǒng)：嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器和嵌入式以 太網(wǎng)子模塊。目前我們方案選擇 RF905,該芯片價(jià)格便宜性能穩(wěn)定，適合短距離傳輸。無(wú)線芯片一般最大發(fā)射功率為 +10dBm，接收靈敏度為 .105dBm，通信距離 100～ 200m 左右。但由于此方式傳輸距離較短，一般只有 3～ 10m，適用范圍有限，所以作為一種無(wú)線自動(dòng)抄表方式有其局限性，而且需要工作人員攜帶手持抄表器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抄表，未真正實(shí)現(xiàn)抄表的完全無(wú)線自動(dòng)化，無(wú)法獲得用電量的一些詳細(xì)信息。此方式是以紅外線作為通信載體，通過(guò)紅外光在空中傳播來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。基于擴(kuò)展頻譜原理的調(diào)制解調(diào)器與以上產(chǎn)品相比，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如 Echelon 公司 網(wǎng)絡(luò)中支持電力線通信的 收發(fā)器。此高頻信號(hào)經(jīng)線路傳輸?shù)浇邮辗剑邮諜C(jī)通過(guò)耦合電路將高頻信號(hào)分離出來(lái)、濾去干擾信號(hào)后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。 總線抄表一般使用雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)總線，對(duì)要求較高的系統(tǒng)可考慮選用帶光電隔離的、抗雷電及抗靜電放電沖 擊的收發(fā)器，直接使用 驅(qū)動(dòng)芯片即可構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。 3 無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的整體構(gòu)建 無(wú)線自動(dòng)抄表方式分析 總線抄表 的接口是 TLA/ 所描述的接口。本課題外網(wǎng)選用的是 Inter，一定要根據(jù)管理中心的 IP 地址進(jìn)行路由選擇，最終數(shù)據(jù)將送往監(jiān)控中心。在系統(tǒng)通信的設(shè)計(jì)中，常常需要將數(shù)據(jù)封裝成不同的格式，以適用相應(yīng)的協(xié)議。當(dāng)?shù)讓佑布龀龈膭?dòng)的時(shí)候，只需要對(duì)底層的驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行改動(dòng)，而上層函數(shù)的代碼不變。上層函數(shù)的實(shí)現(xiàn)需要應(yīng)用到底層函數(shù)，而底層函數(shù)的任務(wù)就是為上層函數(shù)提供服務(wù)，最終完成應(yīng)用層任務(wù) ——傳送數(shù)據(jù)。傳輸平臺(tái)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)平臺(tái)。 GPRS 允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。課題的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： GPRS 遠(yuǎn)程登錄數(shù)據(jù)終端設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 42 頁(yè) （ 1）系統(tǒng)分析目前存在的各種無(wú)線自動(dòng)抄表解決方案，綜合考慮每種方案的技術(shù)適用場(chǎng)合、技術(shù)難點(diǎn)、資金花費(fèi)等方面的問(wèn)題，提出一種切實(shí)可行的有效方案，解決方案的系統(tǒng)組網(wǎng)方式和整體構(gòu)建。一是傳統(tǒng)的人工抄表方式，抄表人需到用戶處讀取數(shù)據(jù)，返回總局后將數(shù)據(jù)重新輸入電腦進(jìn)行處理。 緒 論 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 在發(fā)達(dá)國(guó)家（英國(guó)、美國(guó)、澳大利亞），電力市場(chǎng)降低了電力運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，使得工業(yè)用電和居民用電的費(fèi)用都大幅度下降。采用無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)可以降低抄表人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低人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。時(shí)至今日，電已經(jīng)無(wú)處不在， 種類繁多的負(fù)載對(duì)電力的要求也各不相同，因此要進(jìn)行科學(xué)的用電管理，供電企業(yè)迫切需要一種投資較少，安裝及維護(hù)方便，通訊可靠，計(jì)量準(zhǔn)確的電能表遠(yuǎn)程集中抄表解決方案。緒 論 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) 1 緒論 無(wú)線抄表的目標(biāo)及意義 研究背景 （ 1）設(shè)備上： GPRS 通信 方式特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用與 大數(shù)據(jù)量傳輸。本文所研究的系統(tǒng)可以 避免上述缺點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)防止竊電、實(shí)時(shí)快速、省去眾多人力物力，而且它還可以在其它的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)中。 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理是一種基于 GPRS 技術(shù)的復(fù)合式無(wú)線自動(dòng)無(wú)線抄表方案。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。硬件實(shí)現(xiàn)包括微控制器與 GPRS 模塊的接口和外圍電路，其中微控制器選用 MSP430，GPRS 模塊采用廣州致遠(yuǎn)公司 公司的 ZWG23DP 模塊。利用 GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有：“永遠(yuǎn)在線”、“按流量計(jì)費(fèi)”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)及 RF905性能穩(wěn)定價(jià)格便宜。 GPRS 遠(yuǎn)程登錄數(shù)據(jù)終端設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 42 頁(yè) 從結(jié)構(gòu)上講，無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)是集主站系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表終端、電能表于一體的，全面實(shí)現(xiàn)發(fā)、輸、配電網(wǎng)用戶電能量的無(wú)線自動(dòng)采集、分析與計(jì)費(fèi)功能的無(wú)線自動(dòng)化系統(tǒng)。在方便用戶方面，開(kāi)發(fā)了車載無(wú)線抄表系統(tǒng)，電力用戶不需要抄表人員進(jìn)入自己的家，我國(guó)某些地方在 80 年代曾引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，終因國(guó)情難以適應(yīng)而廢棄。無(wú)線自動(dòng)抄表成為新的產(chǎn)業(yè)部門，國(guó)外已有不少?gòu)S商生產(chǎn)出 AMR 系列產(chǎn)品。當(dāng)前在我國(guó)國(guó)內(nèi)大量使用的仍然是傳統(tǒng)的人工抄表方式，部分地區(qū)己經(jīng)開(kāi)始了遠(yuǎn)程抄表的試點(diǎn)。在硬件設(shè)計(jì)方面綜合比較了市場(chǎng)上各種 GPRS 模塊的性能，選擇了一款合適的 GPRS 模塊， 在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了硬件平臺(tái)； GPRS 無(wú)線通信技術(shù)概述 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 2 GPRS 無(wú)線通信技術(shù)概述 GPRS（ General Packet Radio Service）是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，它是第 代移動(dòng) 通信 系統(tǒng) ，是 全球移 動(dòng)通 訊系 統(tǒng) GSM （ Global system for Mobile munication）向 3G 過(guò)渡的一個(gè)橋梁。“實(shí)時(shí)在線”或“永遠(yuǎn)在線”即用戶隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，即使沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送終端還一直與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，這將使訪問(wèn)服務(wù)變得非常簡(jiǎn)單、快速； （ 5）按流量計(jì)費(fèi)：用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用無(wú)線資源，計(jì)費(fèi)方式是按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量，沒(méi)有數(shù)據(jù)流量傳遞時(shí)，用戶即使掛在網(wǎng)上也不收費(fèi)的； GPRS 遠(yuǎn)程登錄數(shù)據(jù)終端設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 42 頁(yè) （ 6）切換自如：用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，不影響語(yǔ)音信號(hào)的接收，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的切換有兩種方式：無(wú)線自動(dòng)和手動(dòng)，具體形式依據(jù)不同終端而定。 系統(tǒng)整體協(xié)議數(shù)據(jù)流程 終端的精簡(jiǎn)協(xié)議層次 數(shù)據(jù)終端設(shè)備的軟件實(shí)現(xiàn)主要是在微處理器中嵌入 TCP/IP 協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)控制GPRS 模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。它實(shí)現(xiàn)打開(kāi)關(guān)閉串口，讀寫(xiě)串口數(shù)據(jù)等功能。管理中心應(yīng)當(dāng)接入 Inter 并且具有外部 IP。接著進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層的封裝，由于各種不同的終端設(shè)備與GPRS 無(wú)線模塊之間的物理連接不同（有串口、 USB、紅外等），因而進(jìn)一步的封裝所依據(jù)的協(xié)議會(huì)有不同。 GPRS 無(wú)線通信技術(shù)概述 第 9 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程圖 在整個(gè)通信過(guò)程中， GGSN 要么接收用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，選路到外部網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)它相當(dāng)于接入外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)；或接收外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，根據(jù)其目的地址選擇 GPRS網(wǎng)內(nèi)的傳輸通道，傳給相應(yīng)的 SGSN，這時(shí) GGSN 則相當(dāng)于子網(wǎng)路由器。 接口在一個(gè)通道上可進(jìn)行半雙工通信，所以只需兩根線就能完成雙向通信，很方便地構(gòu)成一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)。但是， 總線抄表系統(tǒng)施工布線工作量大，網(wǎng)線易受人為破壞，故障點(diǎn)不易查找和易受雷擊和過(guò)電壓的影響等缺點(diǎn)。但由于我國(guó)電力網(wǎng)污染嚴(yán)重，使得這一抄表方式很難真正推廣應(yīng)用，目前在電能表抄表應(yīng)用方面比較局限，真正推廣還要有相當(dāng)?shù)臍v程，需對(duì)現(xiàn)有的電力線載波抄表技術(shù)進(jìn)行深人的研究和改進(jìn)，比如采用先進(jìn)的擴(kuò)頻技術(shù)，以提高通信的抗干擾能力 。采用擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)制方式的電路實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，但傳輸速率可高達(dá) 10kbps，且抗干擾性、可靠性和穩(wěn)定性將大大提高，因此這種調(diào)制方式將是低壓電力線載波通信的發(fā)展方向。紅外發(fā)射器和接收器簡(jiǎn)單易用，紅外發(fā)射管有 TSAL6200 等，紅外接收器有HS0038B 等。使用小功率無(wú)線發(fā)射裝置的現(xiàn)場(chǎng)手持無(wú)線電抄表與紅外抄表的方式比較類似，但其通信距無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的整體構(gòu)建 第 13 頁(yè) 共 41 頁(yè) 離較紅外抄表方式遠(yuǎn)，實(shí)用性更強(qiáng)。無(wú)線電波抄表的另一種方式是使用小型大功率無(wú)線電臺(tái)的遠(yuǎn)程無(wú)線電抄表。主機(jī)對(duì)集中器的呼叫可以通過(guò)撥號(hào)由交換機(jī)無(wú)線自動(dòng)完成，也可以租用專線，但費(fèi)用較高。嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器和子模塊可以通過(guò)單片機(jī)上集成 TCP/IP 協(xié)議棧的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用 GSM 組網(wǎng)的最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)安裝施工方便、快捷，只要到移動(dòng)通信服務(wù)商處購(gòu)買 SIM 卡就可進(jìn)行通信，一次性投資少，通信覆蓋范圍大；其缺點(diǎn)是每月的運(yùn)行費(fèi)用較高。另外， GPRS 結(jié)合 GPS 定位系統(tǒng)也是電力線路巡檢的一個(gè)發(fā)展方向。電話交換網(wǎng)、大功率無(wú)線電波、低壓電力線載波、以太網(wǎng)、 GSM/GPRS 通信網(wǎng)的通信距離相對(duì)較遠(yuǎn)，可以作為上層的數(shù)據(jù)傳輸方式。上層通信系統(tǒng)是以安裝在管理中心的系統(tǒng)工作站為中心點(diǎn)，以發(fā)散的形式分別通過(guò)通信信道與分散于各區(qū)域的集中器連接，形成 1 對(duì) N 的連接形式。目標(biāo)機(jī)接收到短消息后，利用 AT 指令將短消息讀出并將信息還原，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)通信。該方案主要的優(yōu)點(diǎn)是可以用來(lái)傳輸音頻模擬數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性很好（電路交換方式），但由于 GSM 系統(tǒng)的語(yǔ)音編碼方式的局限，對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮還原會(huì)造成數(shù)據(jù)的失真。數(shù)據(jù)傳輸終端的通信模塊也將相應(yīng)的選擇 GPRS 模塊。 （ 3） Inter 接入方式，用戶的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心采用 ADSL 等與 Inter 建立連接，申請(qǐng)一個(gè)公網(wǎng) IP 地址，通過(guò) Inter 將數(shù)據(jù)由 GPRS 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器傳送到監(jiān)控中心，也可采用以下方式：遠(yuǎn)程監(jiān)控中心在連接 Inter 時(shí)向域名服務(wù)器注冊(cè)動(dòng)態(tài) IP 地址，而 GPRS 終端撥號(hào)上網(wǎng)向域名服務(wù)器索取監(jiān)控中心的動(dòng)態(tài) IP 地址。它的設(shè)計(jì)要求和難度都比較高，一般要完成硬件和軟件的設(shè)計(jì)。這兩款產(chǎn)品外觀和物理尺寸完全相同。 35 系列的模塊在市場(chǎng)上特別是工業(yè)市場(chǎng)擁有良好 的聲譽(yù)和影響，由于技術(shù)本身的升級(jí)和希望在消費(fèi)品領(lǐng)域獲得更多的份額，西門子又推了 MC45 模塊和它的中國(guó)版本 MC388。這款模塊具有三個(gè)非常具有意義的突破性特點(diǎn)： 1）開(kāi)放內(nèi)部的 MCU 以及相關(guān)的資源供用戶程序使用 。 SIMCOM 公司無(wú)線模塊目前主要產(chǎn)品是 IMT100。但是這家公司主要面對(duì)的對(duì)象是手機(jī)生產(chǎn)廠家，特別是 TCL 與其擁有長(zhǎng)期良好的合作關(guān)系，每年 WAVECOM 給 TCL 的供貨量占到其在中國(guó)銷售量的一大半。而 WAVECOM 的 Q24 系列較早地提出了模塊直接支持 GPIO 的概念。它具有 小巧的體積和靈活的應(yīng)用方式，可以非常方便的嵌入到用戶的設(shè)備中，使您的設(shè)備具有 GPRS 無(wú)線通信功能。ZWG23DP 借助 GPRS 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（目前為 “中國(guó)移動(dòng)通信公司 ” ）現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，可以說(shuō)只要能用移動(dòng)電話的地方就可以使用該產(chǎn)品。常用接口包括：電源 接口，第一串口， SIM 卡接口，模擬音頻接口，電池接口，模塊開(kāi)關(guān)機(jī)管理接口以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘備份接口。從上述引腳定義不難看出這款模塊的最初銷售對(duì)象是無(wú)線公話，無(wú)論是鍵盤還是 LCD 都顯然是為無(wú)線公話應(yīng)用設(shè)計(jì)的。 （ 2） SIMCOM 公司 IMT100 模塊 ： SIMCOM 公司是在 20xx 年上半年才出觀在國(guó)內(nèi)無(wú)線通信模塊這一領(lǐng)域，但在20xx 年下半年， SIMCOM 的出貨量已經(jīng)超過(guò)了很多小品牌，給 WAVECOM 和西門子造成了很大的壓力。相對(duì)于 35 系列模塊， MC45 系列的體積更為小巧，更重要的是在硬件和軟件上為開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)全新的平臺(tái)。 35i 系列產(chǎn)品與系先 35 系列的引腳定義完全相同，長(zhǎng)寬尺寸和固定點(diǎn)等也沒(méi)數(shù)據(jù)終端設(shè)備的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 41 頁(yè) 有差別，