【導(dǎo)讀】電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文--基于GPRS的遠(yuǎn)程智能抄表。電能是現(xiàn)今社會(huì)最為廣泛使用的一種能源影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人民生活。水平的提高隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展電力行業(yè)也得到了迅猛發(fā)展在行業(yè)高速發(fā)。展的同時(shí)也對(duì)配網(wǎng)調(diào)度和供用電管理自動(dòng)化提出了新的要求然而在當(dāng)前國(guó)內(nèi)電。能計(jì)量管理中尤其對(duì)于數(shù)量巨大的一戶一表客戶的管理自動(dòng)化水平仍然較低傳。統(tǒng)的人工抄表方式工作效率低誤差大更不能對(duì)電網(wǎng)故障進(jìn)行緊急響應(yīng)因此提高。供電質(zhì)量和可靠性實(shí)施高效準(zhǔn)確的電能表數(shù)據(jù)抄收方式已是當(dāng)務(wù)之急隨著通信。信息技術(shù)的發(fā)展以及前人致力于電網(wǎng)管理自動(dòng)化所做出的不懈努力為改變上述。情況提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持所以我設(shè)計(jì)了一種利用GPRS技術(shù)進(jìn)行無線通信的嵌。主控芯片Siemens公司的MC55作為GPRS通信模塊接下來對(duì)基于GPRS通信方式。關(guān)鍵詞遠(yuǎn)程抄表GPRSMC55嵌入式系統(tǒng)。GPRS通訊的傳輸層協(xié)議選擇9. 隨著GPRS無線通信技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得建立一個(gè)廉價(jià)可靠時(shí)效

　　

【正文】 AT 命令運(yùn)行結(jié)束 U32 Requestbit0MC55 發(fā)起的 AT 命令具有最高優(yōu)先級(jí) SISO0 主機(jī)斷開提示 bit1 初始化 MODEM bit2 收到短信提示 \r\nCMTI\x22MT\x22 bit3 收到下行數(shù)據(jù)提示 SISRO1\r\n bit4 開 socket 服務(wù) bit5 關(guān) socket 服務(wù) bit6 進(jìn)入 modem 參數(shù)設(shè)置 bit7 應(yīng)答主站查詢 bit8 信號(hào)查詢 bit9socket 連接查詢 bit10 主動(dòng)上報(bào) bit11 登錄 bitl2 心跳 bit31 優(yōu)先級(jí)最低 BOOL NetSendSuccess1 send success Struct 0S BYTE AttribD0D5StandbyD6OSBUSY D7OSREQUSTED BYTE Step 用于控制任務(wù)的分步執(zhí)行和條件等待以減少連續(xù)占用 CPU 的時(shí)間 BYTE Mode 每個(gè)任務(wù)模塊的操作模式若操作任務(wù)并行則按位表示若操作模式單一則可按 Bin 表示 圖 41是主程序的流程圖在主程序中初始化工作結(jié)束之后是通過一個(gè) WHILE 1 語句進(jìn)入到一個(gè)死循環(huán)中的然后循環(huán)檢測(cè)各個(gè)任務(wù)模塊中定義的狀態(tài)標(biāo)志根據(jù)各種狀態(tài)標(biāo)志的指示來判斷是否進(jìn)入各個(gè)任務(wù)模塊執(zhí)行相應(yīng)操作如果執(zhí)行了相應(yīng)的操作那么在執(zhí)行完后操作后就跳出回到主程序繼續(xù)向下執(zhí)行等到所有的狀態(tài)標(biāo)志都循環(huán)檢測(cè)完一次以后就回到死循環(huán)開始的 地方再次檢測(cè)如此循環(huán)下去系統(tǒng)可以正常的運(yùn)行一旦程序出現(xiàn)跑飛的情況看門狗會(huì)將系統(tǒng)復(fù)位從而又一次進(jìn)行初始化的工作確保了軟件系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力 另外在程序執(zhí)行的過程中當(dāng)有被允許的中斷標(biāo)志置位時(shí)就轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置進(jìn)行中斷任務(wù)處理然后回到進(jìn)入中斷前的位置繼續(xù)向下執(zhí)行 圖 41 主程序流程圖 42 上電初始化模塊 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中在初始化模塊里主要完成以下工作 l 初始化 10 口定義各個(gè) 10 口的方向和狀態(tài)值等初始化 VIC 向量中斷控制器設(shè)置各向量中斷和相應(yīng)中斷向量寄存器并對(duì)快速中斷請(qǐng)求 FIQ 向量中斷請(qǐng)求 IRQ 或非向量 IRQ 加以分類因而可以動(dòng)態(tài)地分配和調(diào)整來自外設(shè)的中斷優(yōu)先級(jí) 2 初始化 SPIO 和 IZCO 以便于使用片外 FLASH 和 EEPROM 3 初始化 LPCZ138定時(shí)器 O和 1其中定時(shí)器 0實(shí)現(xiàn)精確度為 1oms的軟定時(shí)器組可進(jìn)行申請(qǐng)重裝載釋放等操作用于應(yīng)用層任務(wù)延時(shí)通信超時(shí)判斷等所以必須在初始化時(shí)必須對(duì)定時(shí)器 0進(jìn)行設(shè)置初始化定時(shí)器 O時(shí)主要進(jìn)行了以下的設(shè)定將定時(shí)器 A 的時(shí)鐘源選擇為 SMCLK 并且把分頻系數(shù)定為 1 工作模式選擇為模式 1即計(jì)數(shù)至 CCRO 并從 O 重新開始 CCRO 的值設(shè)定為 599 4 本系統(tǒng)中使用 UARTO 完成與 MC55 的通訊工作使用 UARTI 來實(shí)現(xiàn) RS485的通信因此在初始化程序中對(duì)與 UART 相關(guān)的操作做了以下設(shè)定將通訊協(xié)議選擇為線路空閑多機(jī)協(xié)議選擇 UART 模式八位數(shù)據(jù)位一位停止位無校驗(yàn)設(shè)置串口通訊的波特率分別為 9600bps UARTO 12020bps UARTI 設(shè)定通過向 UTXBUF 中裝入數(shù)據(jù)來啟動(dòng)一次發(fā)送數(shù)據(jù)的操作波特率發(fā)生器的時(shí)鐘源選擇為 SMCLK 允許接收到的每一個(gè)字符都能置位接收中斷標(biāo)志從而進(jìn)入中斷處理程序?qū)Πl(fā)送和接收的引腳進(jìn)行了定義并使能發(fā)送和接收的中斷初始化發(fā)送和接收的緩沖區(qū)用于發(fā)送和接收中的相關(guān) 指針以及相關(guān)的狀態(tài)指示標(biāo)志等 5 初始化終端地址和行政區(qū)劃碼這里終端出廠統(tǒng)一設(shè)置為終端地址0x0801 行政區(qū)劃碼 Ox42O1 6 利用 LPC2138 片上實(shí)時(shí)時(shí)鐘的增量中斷 此應(yīng)用中置位分鐘增量 觸發(fā)定時(shí)任務(wù)如采集電表數(shù)據(jù)發(fā)送心跳幀查詢信號(hào)強(qiáng)度刷新時(shí)間顯示等因此也需要對(duì)RTC 進(jìn)行初始化 7 初始化液晶顯示模塊的工作主要包括設(shè)定顯示驅(qū)動(dòng)芯片 HD4478 的相關(guān)參數(shù)選擇以八位數(shù)據(jù)線向 HD44780中輸入數(shù)據(jù)對(duì) LCD采取清屏操作定義光標(biāo)以增量方式移位初始化發(fā)送和接收區(qū)的地址開啟 LCD 初始化顯示緩沖區(qū)并設(shè)定要送LCD 顯示的初始字符串 8 另外初始化一些相關(guān)的狀態(tài)標(biāo)志和數(shù)據(jù)堆棧區(qū) 9 當(dāng)然在初始化程序中一定要設(shè)置的自然是時(shí)鐘源的選擇和頻率設(shè)定其中包括啟動(dòng) XT2 并將它作為 MCLK 和 SMCLK 的時(shí)鐘源設(shè)定 MCLK 8MHzSMCLK 2MHZ 定義了 DCO 的頻率在初始化程序中完成了上述這些工作為后面的各個(gè)軟件功能模塊的正常工作做好了充足的準(zhǔn)備 43 RS485 通信模塊 RS485 總線通信方式是主從式通信方式因此在系統(tǒng)中抄表終端做主機(jī)電能表作從機(jī)電能表響應(yīng)主機(jī)的數(shù)據(jù)通訊請(qǐng)求上傳數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中給每個(gè)電表分配一個(gè)唯一的地址 號(hào)此地址號(hào)唯一區(qū)別各表終端抄收電能表數(shù)據(jù)時(shí)主動(dòng)呼叫電表發(fā)送控制指令讀取數(shù)據(jù)指令中包含有表的地址碼只有當(dāng)表接到的地址碼與本機(jī)地址碼相符時(shí)響應(yīng)指令發(fā)送數(shù)據(jù)終端接收數(shù)據(jù)下表 41 為終端與表通信的命令格式 表 41 終端與表間通信幀格式 START ADDRESS FUNCTION DATA LRC END 1BYTE 2BYTE 1BYTE 3BYTE 1BYTE 2BYTE 說明 START為起始標(biāo)志占 1個(gè)字節(jié)用來表示通訊頭 ADDRESS 占 2 個(gè)字節(jié)表示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地址 FUNCTION 為命令號(hào)包括 11H 和 12H 其中 11H 表示采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù) 12H 表示集中器向監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)送指令 DATA 為數(shù)據(jù)段根據(jù) FUNCTION 的不同而變化 11H 時(shí)為采集到的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)12H 時(shí)表示集中器下發(fā)的指令 LRC 為校驗(yàn)碼采用 CRC 校驗(yàn) END 為結(jié)束碼表示命令的格式 抄表終端通過 RS485 總線與電表串行通信流程如圖 42 所示 圖 42 RS485 通信流程圖 44 GPRS 通信模塊 AT 命令簡(jiǎn)介 AT 即 AttentionAT 指令集是從終端設(shè)備 Terminal EquipmentTE 或數(shù)據(jù)終端設(shè)備 Data Terminal EquipmentDTE 向終端適配器 Terminal Adapter TA 或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備 Data Circuit Terminal EquipmentDCE 發(fā)送的通過 TATE 發(fā)送 AT 指令來控制移動(dòng)臺(tái) Mobile StationMS 的功能與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互用戶可以通過 AT 指令進(jìn)行呼叫短信電話本數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳真等方面的控制 90 年代初AT 指令僅被用于 Modem 操作沒有控制移動(dòng)電話文本消息的先例只開發(fā)了一種叫SMS BlockMode的協(xié)議通過終端設(shè)備 TE 或電腦來完全控制 SMS幾年后主要的移動(dòng)電 話生產(chǎn)廠商諾基亞愛立信摩托羅拉和 HP共同為 GSM研制了一整套 AT指令其中就包括對(duì) SMS 的控制 AT 指令在此基礎(chǔ)上演化并被加入 GSM0705 標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)在的 GSM0707標(biāo)準(zhǔn)完全標(biāo)準(zhǔn)化和比較健全的標(biāo)準(zhǔn)如對(duì) SMS的控制共有 3種實(shí)現(xiàn)途徑最初的 BlockMode 基于 AT 指令的 TextMode 基于 AT 指令的 PDUMode 到現(xiàn)在PDUMode已經(jīng)取代 BlockMode后者逐漸淡出 GSM模塊與計(jì)算機(jī)之間的通信協(xié)議是一些 AT指令集 AT指令是以 AT作首字符結(jié)束的字符串 AT指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在中每個(gè)指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回其他 的一些非預(yù)期的信息 如有人撥號(hào)進(jìn)來線路無信號(hào)等 模塊將有對(duì)應(yīng)的一些信息提示接收端可做相應(yīng)的處理 CMNET 設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)中國(guó)移動(dòng) GPRS APN 接入點(diǎn)有三種分別為 CMNETCMWAP 和企業(yè)專用APNCMNET 用于互聯(lián)網(wǎng)接入 CMWAP 用于手機(jī)上網(wǎng)企業(yè)專用 APN 根據(jù)行業(yè)客戶需求予以定制該指令用于設(shè)置中國(guó)移動(dòng)的 GPRS 節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的名稱和屬性其中 CMNET為移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)的接入網(wǎng)關(guān)操作成功則返回 OK 2 ATIPR 115200 設(shè)置通信波特率為 11520Obs 默認(rèn)的通信速度為 9600bs 3 ATCGCLASS B 設(shè)置移 動(dòng)終端的類別為 B 模式即同時(shí)監(jiān)控多種業(yè)務(wù)但只能運(yùn)行一種業(yè)務(wù)也就是在同一時(shí)間只能使用 GPRS 上網(wǎng)或者使用 GSM 的語音通訊 4 ATCGACT l激活 GPRS功能若返回 OK則 GPRS連接成功若返回 ERROR則 GPRS模塊激活失敗這時(shí)應(yīng)檢查 SIM卡的 GPRS業(yè)務(wù)是否開通 GPRS模塊天線是否安裝正確等問題取消 GPRS 附著時(shí)設(shè)置值改為 00 5 ATD991 建立撥號(hào)過程該指令用于連接中國(guó)移動(dòng)的 GPRS 節(jié)點(diǎn)服務(wù)器操作成功則返回 CONNECT 表明可進(jìn)行 PPP 配置若一段時(shí)間內(nèi)不對(duì) MC55 進(jìn)行相關(guān) PPP操作將返回命令模式 6 ATCSQ 檢查信號(hào)若返回 1031 則繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟若返回 99 則應(yīng)不停的鍵入 A 重復(fù)本命令 模塊不斷搜尋網(wǎng)絡(luò) 7 ATTCPSERV 1 設(shè)置主站的 IP 地址 本系統(tǒng)的 MC55使用標(biāo)準(zhǔn)的 AT指令格式指令以 AT開始以回車換行符 即 \r\n 作為指令的結(jié)束符包括通信波特率接入網(wǎng)關(guān)移動(dòng)終端的類別設(shè)置和狀態(tài)查詢的命令等相鄰 AT 命令間要有一定延時(shí) 圖 43AT 指令控制流程圖 GPRS 通信流程 主站和 GPRS模塊之間進(jìn)行雙向通信時(shí) GPRS自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)情況一旦發(fā)生異常GPRS 模塊自動(dòng)重新建立鏈路本系統(tǒng)中 GPRS 無線數(shù)據(jù)通信分為 GPRS 模塊網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)通信下發(fā)通信和上發(fā)通信幾個(gè)過程 1 GPRS 模塊網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)通信 集中器上電后會(huì)激發(fā) GPRS 模塊登錄 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)根據(jù) GPRS 模塊內(nèi)部參數(shù)設(shè)置通過 APN 呼叫到 SGSNSGSN 通過 DNS 解析 APN 接入相應(yīng)的 GGSN 地址 GPRS 網(wǎng)絡(luò)在 SGSN 和 GGSN 間啟動(dòng)相應(yīng)的 GTP 隧道協(xié)議實(shí)現(xiàn) GPRS 骨干網(wǎng)內(nèi)的安全傳輸 2 GPRS 分組數(shù)據(jù)的下發(fā)通信 主站根據(jù)應(yīng)用通過本地局域網(wǎng)給集中器發(fā)送 1 個(gè) IP 數(shù)據(jù)分組分組通過本地局域網(wǎng)再通過路由器構(gòu)建的專用數(shù)據(jù)通道到達(dá) GGSNGGSN 檢驗(yàn)該終 端是否登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)如果終端處于登錄狀態(tài) GGSN會(huì)將分組數(shù)據(jù)采用封裝格式選擇路由發(fā)給SGSNSGSN 拆掉封裝請(qǐng)求移動(dòng)交換中心 MSC 在所有節(jié)點(diǎn)建立路由通過基站收發(fā)信機(jī) BTS 將分組數(shù)據(jù)封裝成空中接口協(xié)議發(fā)送給集中器集中器的 GPRS 模塊接收數(shù)據(jù)然后由集中器的 LPC2138 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 3 GPRS 分組數(shù)據(jù)的上發(fā)通信 集中器的 GPRS模塊根據(jù)通信協(xié)議將數(shù)據(jù)封裝成 IP分組后向移動(dòng)基站請(qǐng)求分配信道系統(tǒng)預(yù)留好時(shí)隙后給出應(yīng)答數(shù)據(jù)在預(yù)留的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送給 BTSBTS 在接收完數(shù)據(jù)后給出應(yīng)答信息從空中鏈路協(xié)議拆掉封裝將數(shù)據(jù)發(fā)送 給 SGSNSGSN 將數(shù)據(jù)封裝成傳送協(xié)議并發(fā)送給 GGSNGGSN 拆掉封裝校驗(yàn)分組的地址和協(xié)議選出正確的路由通過專線和路由器到達(dá)接收方的本地局域網(wǎng)最后發(fā)送給主站 45 本章小結(jié) 在本章中完成了智能抄表終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作此軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循了模塊化的設(shè)計(jì)原則在充分分析了下位機(jī)終端軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)之上將軟件系統(tǒng)細(xì)分成初始化模塊電能表數(shù)據(jù)采集及處理命令執(zhí)行模塊以及通訊模塊等幾個(gè)功能模塊并對(duì)每個(gè)模塊加以具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)首先在初始化模塊中完成了智能抄表終端系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須進(jìn)行的各項(xiàng)初始化工作之后在詳細(xì)分析了MC55的 AT命令以及本系統(tǒng)對(duì)通訊的要求之后設(shè)計(jì)出了下位機(jī)終端系統(tǒng)的通訊程序在軟件設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)中都充分地考慮到了抗干擾的具體措施 第 5 章 總結(jié)與展望 51 本文總結(jié) 發(fā)展電能信息遠(yuǎn)程抄表技術(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)展的必然趨勢(shì)在用電管理方面采用自動(dòng)抄表技術(shù)不僅能節(jié)約人力資源更重要的是可提高抄表的準(zhǔn)確性避免因估計(jì)或謄寫而造成帳單出錯(cuò)使供用電管理部門能及時(shí)準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)信息 隨著 GPRS 無線通信技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得建立一個(gè)廉價(jià)可靠時(shí)效性強(qiáng)的電力監(jiān)控?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)因此本文設(shè)計(jì)了一 個(gè)基于 GPRS 通訊的無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)首先對(duì)課題進(jìn)行了細(xì)致的需求分析制定了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了終端系統(tǒng)的軟硬件部分并解決 GPRS 通訊中的相關(guān)問題在完成了以上工作之后對(duì)下位機(jī)終端系統(tǒng)分別進(jìn)行了硬件調(diào)試軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)并記錄整個(gè)調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)評(píng)定的重要依據(jù)各項(xiàng)調(diào)試結(jié)果都證明本文所設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的下位機(jī)終端在正確性穩(wěn)定性可靠性和抗干擾能力等方面都有很好保證滿足了課題所制定的設(shè)計(jì)要求 52 研究展望 1 擴(kuò)展其他功能 在整個(gè)課題進(jìn)行的過程中作者按步驟有計(jì)劃地完成了課題規(guī)定的各項(xiàng)任務(wù)同時(shí)還增長(zhǎng)了見識(shí)獲得了知識(shí)積累了很多寶貴的課題經(jīng)驗(yàn)但由于時(shí)間和精力的限制此無線抄表終端的功能還顯得單一可以在后續(xù)工作中進(jìn)行改進(jìn)如增加紅外線接口以便于在網(wǎng)絡(luò)或其他原因出現(xiàn)故障而無法進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)時(shí)可以使用 PDA到終端現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抄表和監(jiān)控這是值得以后繼續(xù)研究的內(nèi)容 2 提高數(shù)據(jù)傳輸速度 GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率要達(dá)到理論上的最大值 1722kbps但是實(shí)際應(yīng)用中的速率受到了網(wǎng)絡(luò)和終端現(xiàn)實(shí)條件的制約遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值如本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試所