【正文】 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，使您的數(shù)據(jù)終端設(shè)備的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 41 頁(yè) 設(shè)備具有 GPRS 無(wú)線通信功能。硬件方面，IMT100 提供 60 腳的連接器，除了一些常用的引腳外，專門提供了 5 個(gè)通用輸入接口、 5 個(gè)通用輸出接口，這十個(gè)引腳配合使用，專門用于讀取鍵盤輸入。 （二） MC45 支持 GPRS C1ass10，而 MC388 支持 GPRS Class 8。抄表終端的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示，主要由微控制器 MCU 為核心，通過(guò) RS232 接口控制 GPRS模塊建立同移動(dòng)基站的鏈接，以及提供同采集器或電能表通信的 接口。因此，我們采用 GPRS 作為電力抄表的上層通信方式來(lái)設(shè)計(jì)儀器的通信接口。短消息數(shù) 據(jù)傳輸方式適合小數(shù)據(jù)量，中低采集頻率的無(wú)線采集系統(tǒng)使用。 本文構(gòu)建的復(fù)合式無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)整體采用分布式體系結(jié)構(gòu)，底層數(shù)據(jù)采集為 RF905 無(wú)線傳輸結(jié)構(gòu)。當(dāng)終端數(shù)量在 200 臺(tái)以下時(shí)，一般選用前一種模式；當(dāng)終端數(shù)量大于 200 臺(tái)時(shí)，采用后一種模式。這一方面使得管理中心無(wú)法對(duì)用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控；另一方面當(dāng)集中器數(shù)目較多時(shí)，租用電話線路多，其租用費(fèi)用也很可觀，因此不適合大容量系統(tǒng)。使用此方式進(jìn)行抄表，要求電能表和抄表器均內(nèi)置有無(wú)線電收發(fā)模塊。手持紅外抄表器和電能表均具有紅外通信電路。 低壓電力線載波抄表 電力線載波的抄表方式是一種利用現(xiàn)有的電力網(wǎng)進(jìn)行抄表的方式，低壓電力線通到了每家每戶，利用低壓電力線作為無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)通道，具有無(wú)需布線、安裝使用比較方便，而且無(wú)需支付抄表數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁M(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。塊（包）數(shù)據(jù)典型的應(yīng)用為電能計(jì)量和抄表等系統(tǒng)，其應(yīng)用環(huán)境通常是配網(wǎng)，分布的面很廣，單獨(dú)為其建立通信網(wǎng)成本很高，維護(hù)困難。附著過(guò)程用于接入 GPRS 網(wǎng)，通過(guò)附著過(guò)程將自己的信息登記在 SGSN 中，SGSN 就可以對(duì)用戶進(jìn)行移動(dòng)性管理；激活過(guò)程用于激活 IP 協(xié)議，使數(shù)據(jù)能以 IP 報(bào)的形式進(jìn)行傳送，通過(guò)激活過(guò)程， GPRS 通信模塊與 GGSN 建立一條邏輯通路，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析 TCP/IP 協(xié)議族中的各協(xié)議，許多協(xié)議在無(wú)線自動(dòng)抄表數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中是用不到的。 GPRS 技術(shù)及優(yōu)點(diǎn) GPRS 是在現(xiàn)有 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為 GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 80 年代以來(lái)，美國(guó)在 AMR 技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上就已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步：在 1998 年度，美國(guó)共有 791 項(xiàng) AMR 應(yīng)用項(xiàng)目，其中約有 550 萬(wàn)臺(tái)電表實(shí)現(xiàn)了無(wú)線自動(dòng)抄表，到 20xx 年已經(jīng)有 910 萬(wàn)美元的營(yíng)業(yè)額。根據(jù)電能表的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線自動(dòng)抄表主要有兩種方式： 一是通過(guò)電能表本身來(lái)解決，即是采用 IC 卡或電卡等形式的電能表，用戶在售電機(jī)上買電后將卡插入自己的表中即可用電，預(yù)先將使用的電量記錄在售電機(jī)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)先買電后使用； 另一種就是利用無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)來(lái)解決。其穩(wěn)定性高，價(jià)格低廉，同時(shí)可以省去協(xié)議的編寫，節(jié)約大量開(kāi)發(fā)成 本和時(shí)間，系統(tǒng)軟件均使用 C 語(yǔ)言編寫，稍加改動(dòng)就可以在各種控制器上實(shí)現(xiàn)，可移植性也較強(qiáng)。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 Ⅶ Research on Automatic Meter Reading System With GPRS Student: TianyuanWan, Yangtze University College Of Technology Engineering Counselor:ChenZhiZhao, Electronic Information Institute of Yangtze University [ABSTRACT] Automatic Meter Reading(AMR)is a new technology in the supply and manageme Water,power,and disadvantage of traditional manual meter reading system ca overe,such as lower efficiency and so ,with the development of Ge acket Radio Service(GPRS)technology,which is introduced into the AMR system is a idea and will bee a trend. In this paper,a new automatic meter reading system based on GPRS is prese nted. system is based on the analysis of AMR technology and to meet the application of GPR wireless data transfer system GPRS terminal equipment for data acquisition and transf The hardware and software design of data terminal equipment with GPRS is research this paper,which is the key technology of the system. The hardware design of data term equipment is interface and supporting circuit design of the and GPRS mo AT89S52 is selected as the MCU of this platform, modu chosen as the GPRS equipment is pact， The AMR system proposed in this paper can be used in power meter system and wireless transfer can find wide applications and acquire great economic social benefits. [Keywords]: GPRS Module, GPRSbased wireless meter reading system, ZWG23DP. Ⅷ 前言 電力載波方式中，由于電力網(wǎng)污染嚴(yán)重，使得信號(hào)經(jīng)電力線傳輸后發(fā)生畸變，在接收端，信號(hào)的準(zhǔn)確接收和檢測(cè)變得非常困難。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(wú)誤地收集、統(tǒng)計(jì)及分析，防止竊電行為，成為供電企業(yè)一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。 90 年代后期，少數(shù)國(guó)家在低壓載波技術(shù)上取得了突破性的進(jìn)展，推出第三代無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)（即低壓載波遠(yuǎn)程無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)），充分解決了在低壓配電線路進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的抗干擾問(wèn)題，使系統(tǒng)的工程應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)，第三代無(wú)線自動(dòng)抄表技術(shù)也成為國(guó)際主 流。電力系統(tǒng)中推行遠(yuǎn)程無(wú)線自動(dòng)抄表是電力企業(yè)提高服務(wù)質(zhì)量的有效手段，是推行電力企業(yè)市場(chǎng)化運(yùn)作的關(guān)鍵技術(shù)。但 BSS 設(shè)備需要增加新的 Gb 接口，用于與 SGSN 相連，由于 Gb 接口采用幀中繼，原有 BSC 的電路交換設(shè)備無(wú)法使用，所以需增加相應(yīng)的硬件設(shè)備 PCU。根據(jù)這些操作，編寫 GPRS驅(qū)動(dòng)函數(shù)：初始化 GPRS 模塊函數(shù) (GPRSInit)、撥號(hào)函數(shù) (GPRSDial)、斷開(kāi)連接函數(shù)(GPRSHangup)、檢測(cè)是否處于在線狀態(tài)函數(shù) (GPRSOnline)。 SGSN對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，按照 GTP（ GPRS Tunnel Protocol， GPRS 隧道協(xié)議）封裝成 GTP包，經(jīng)由 GPRS 骨干網(wǎng)傳到相應(yīng)的 GGSN。 總線抄表系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，其中集抄器作為主機(jī)，各個(gè)電能表作為從機(jī)。為了獲得同樣的信道容量，信號(hào)帶寬與其信噪比的對(duì)數(shù)成反比，即信號(hào)帶寬越寬，則所要求的信噪比就越低，甚至信號(hào)被淹沒(méi)在噪聲之中也能實(shí)現(xiàn)可靠通信。紅外接收時(shí)，以 HS0038B 接收器為例，如果接收到 38kHz 的載波信號(hào)輸出低電平，否則輸出高電平，從而可以將“時(shí)斷時(shí)續(xù)”的紅外光信號(hào)解調(diào)成一定周期的連續(xù)的方波信號(hào)（根據(jù)周期的不同 分別代表數(shù)據(jù)“ 0”或“ 1”），通過(guò)單片機(jī)中斷引腳處理此電脈沖信號(hào)，即可恢復(fù)出原數(shù)據(jù)信號(hào)。其特點(diǎn)是傳輸頻帶較寬，通信容量較大（可達(dá)幾千臺(tái)），通信距離幾十公里，可通過(guò)中繼站延伸。嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器的功能在于比較實(shí)時(shí)的控制子模塊，存儲(chǔ)子模塊的數(shù)據(jù)，屏蔽廣域網(wǎng)絡(luò)的非法以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，且比較透明地傳輸子模塊和外界網(wǎng)絡(luò)的交互數(shù)據(jù)，必要時(shí)可進(jìn)行UDP 到 TCP 數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線自動(dòng)抄表，無(wú)線方式更有優(yōu)勢(shì)。 無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的整體構(gòu)建 第 17 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 下面兩章將對(duì)終端的軟硬件設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹。由于 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)是 TCP/IP 協(xié)議，因此基于 IP 的數(shù)據(jù)傳輸方式核心的內(nèi)容是 TCP/IP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換。第三種方式要求遠(yuǎn)程監(jiān)控中心用有一臺(tái)連接 Inter 的服務(wù)器和公網(wǎng) IP 地址，用戶通過(guò) Inter，利用監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器和前端軟件，運(yùn)行相應(yīng)的程序，可以查詢到對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)程接口終端的數(shù)據(jù)。隨著技術(shù)平臺(tái)的升級(jí)， 20xx 年下半年起， TC35 和 MC35 也逐漸停止生產(chǎn)，西門子為了滿足長(zhǎng)期使用 35 系列客戶的需要，推出了與 35 系列產(chǎn)品高度兼容的 TC35i 和MC35i。這款模塊在 20xx 年底已經(jīng)大批量投產(chǎn)。兩者的硬件平臺(tái)和接口完全相同，區(qū)別是 Q2403 支持 GPRS Class2，而 Q2406 支持 GPRS C1ass10。該模塊同時(shí)提供配置串口和通信串口，使用便捷。所以在其模塊的設(shè)計(jì)上有很明顯的針對(duì)手機(jī)應(yīng)用的傾向。 2）內(nèi)含 Java 虛擬機(jī)，提供 Java 變成平臺(tái)。 TC35 是單純的 GSM 模塊，不具有 GPRS 功能，而 MC35 除具有 TC35 的所有功能外，還具有 GPRS 功能。 比較三種組網(wǎng)方式，第一種方式適合于實(shí)時(shí)通 信或數(shù)據(jù)量特別大的場(chǎng)所，安全性較高，但成本也高。該方案基本不被采用，但可以作為備選方案用于無(wú)線安防系統(tǒng)中。在這種 方式下，信道的通信數(shù)據(jù)量大，要求有一定的傳輸速率和帶寬。 圖 3. 3 GSM/GPRS 無(wú)線抄表系統(tǒng)終端 GPRS 遠(yuǎn)程登錄數(shù)據(jù)終端設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 42 頁(yè) 從上文可以看出無(wú)線自動(dòng)抄表從原理上可以用有線和無(wú)線兩種方式實(shí)現(xiàn)。嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器通過(guò)局域以太網(wǎng)來(lái)控制各個(gè)子模塊，同時(shí)通過(guò)嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器的另外一個(gè)以太網(wǎng)接口連接到廣域以太網(wǎng)。這種抄表方式使用自己建設(shè)的小型無(wú)線電電臺(tái)，在 200～ 400MHz 的頻點(diǎn)上用散射通信方式進(jìn)行無(wú)線電通信。紅外載波頻率為 38kHz 的方波，發(fā)送采用脈寬調(diào)制 PWM 方式，通過(guò)待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)“ 0”或“ 1”控制兩個(gè)脈沖串之間的時(shí)間間隔（即 PWM 的占空比）。無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的整體構(gòu)建 第 11 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 低壓電力線 由于電力線上可變的強(qiáng)電磁干擾，使得信號(hào)經(jīng)電力線傳輸后發(fā)生畸變，在接收端，信號(hào)的準(zhǔn)確接收和檢測(cè)變得非常困難。總線上掛接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)因選用的接口驅(qū)動(dòng)芯片而異，最多可接 128 個(gè)節(jié)點(diǎn)。在使用 串口時(shí)，終端和通信模塊在數(shù)據(jù)鏈路層使用 PPP 協(xié)議進(jìn)行連接， IP 數(shù)據(jù)報(bào)被封裝成 PPP 幀，然后通過(guò)串口送往 GPRS 通信模塊。然后，在串口函數(shù)的基礎(chǔ)上編寫 GPRS 模塊的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GPRS 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在 GSM 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上，為了升級(jí)至 GPRS，在 NSS 側(cè)， GSM 網(wǎng)絡(luò)需要新增節(jié)點(diǎn) SGSN、 GGSN 以及新增節(jié)點(diǎn)與其他硬件設(shè)備相連接的接口。我國(guó)電力工業(yè)無(wú)線自動(dòng)化發(fā)展水平也在不斷發(fā)展，其中高壓輸電 網(wǎng)的無(wú)線自動(dòng)化程度已經(jīng)比較高，能量管理系統(tǒng)（ EMS）在我國(guó)高壓輸電網(wǎng)中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍。在這個(gè)時(shí)期有人提出了利用低壓配電線路載波抄表的理論，但是沒(méi)有更好的方法解決低壓線路上的干擾問(wèn)題而擱淺。所有成本比以前大為降低， （ 2）國(guó)情上： 電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推進(jìn)，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。該終端硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)功耗低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 每個(gè)月上門抄取用戶的三表讀數(shù)是非常繁重的工作 弊端，為省卻上門抄表打擾用戶的尷尬問(wèn)題，于是就出現(xiàn)了無(wú)線電力抄表系統(tǒng)。該方案底層通信采用從站 RF905 無(wú)線長(zhǎng)距離傳輸，采集用戶電表數(shù)值，主站接受到眾多從站數(shù)據(jù)再集中處理，處理后通過(guò) 短距離傳輸給上層 GPRS 終端， 上層 GPRS終端利用自身的 Inter 接入功能，把收到的數(shù)據(jù)通過(guò) Inter 再轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)中心，在 Inter 上設(shè)置