【正文】 具有其獨特的優(yōu)勢，如 Echelon 公司 網(wǎng)絡中支持電力線通信的 收發(fā)器。為了獲得同樣的信道容量，信號帶寬與其信噪比的對數(shù)成反比，即信號帶寬越寬，則所要求的信噪比就越低，甚至信號被淹沒在噪聲之中也能實現(xiàn)可靠通信。無線自動抄表系統(tǒng)的整體構(gòu)建 第 11 頁 共 41 頁 圖 低壓電力線 由于電力線上可變的強電磁干擾，使得信號經(jīng)電力線傳輸后發(fā)生畸變，在接收端，信號的準確接收和檢測變得非常困難。圖 為低壓電力線載波抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。此高頻信號經(jīng)線路傳輸?shù)浇邮辗?，接收機通過耦合電路將高頻信號分離出來、濾去干擾信號后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進制數(shù)字信號。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一個高頻載波上，經(jīng)過功率放大后通過耦合電路耦合到電力線上。該系統(tǒng)適用于城市居民小區(qū)和較密集的商住樓，且電能表已被安裝在集中式表箱中。 總線抄表方式技術(shù)比較簡單、成熟，易于實現(xiàn)，對全電子式電能表改造較小，且總線傳輸速率高，可靠性好。 總線抄表一般使用雙絞線作為網(wǎng)絡總線，對要求較高的系統(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)動芯片即可構(gòu)成通信網(wǎng)絡。 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，各個電能表作為從機?？偩€上掛接的節(jié)點個數(shù)因選用的接口驅(qū)動芯片而異，最多可接 128 個節(jié)點。 最大傳輸速率可達 10Mbps，當波特率為 1200bps 時，最大傳輸距離理論上可達 千米。 3 無線自動抄表系統(tǒng)的整體構(gòu)建 無線自動抄表方式分析 總線抄表 的接口是 TLA/ 所描述的接口。由于此種數(shù)據(jù)類型應用一般為非實時傳送，因此就更加適合 GPRS 網(wǎng)絡的特性，在實際使用中也反映出 GPRS網(wǎng)絡能非常好的支持這類應用。 GPRS 的應用 目前 GPRS 技術(shù)在電力通信行業(yè)應用的環(huán)境下有實時流數(shù)據(jù)和塊數(shù)據(jù)兩種典型數(shù)據(jù)。整個數(shù)據(jù)傳輸、封裝及其中涉及的協(xié)議轉(zhuǎn)換如下圖 所示。本課題外網(wǎng)選用的是 Inter，一定要根據(jù)管理中心的 IP 地址進行路由選擇，最終數(shù)據(jù)將送往監(jiān)控中心。 SGSN對數(shù)據(jù)進行協(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)傳到相應的 GGSN。在使用 串口時，終端和通信模塊在數(shù)據(jù)鏈路層使用 PPP 協(xié)議進行連接， IP 數(shù)據(jù)報被封裝成 PPP 幀，然后通過串口送往 GPRS 通信模塊。 終端設備將原始數(shù)據(jù)按照格式封裝成 TCP 或者 UDP 數(shù)據(jù)包，然后再加上 IP 報頭以及報尾生成 IP 數(shù)據(jù)報。在系統(tǒng)通信的設計中，常常需要將數(shù)據(jù)封裝成不同的格式，以適用相應的協(xié)議。管理中心和終端設備的各種類型數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過 GPRS 模塊、 SGSN、GGSN、 Inter。在對 GPRS 模塊進行了 GPRS 附著過程和 PDP（ Packet Data 應 用 層 傳 輸 層 網(wǎng) 絡 層 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 用戶字定義 UDP/TCP IP PPP GPRS 遠程登錄數(shù)據(jù)終端設計 第 8 頁 共 42 頁 Protocol，分組數(shù)據(jù)協(xié)議）上下文激活過程后，我們就可以使用 GPRS 來進行系統(tǒng)的通信了。管理中心除了接收上傳的數(shù)據(jù)外，也可以通過 Inter 和 GPRS 網(wǎng)絡向終端設備發(fā)出各種指令。當?shù)讓佑布龀龈膭拥臅r候，只需要對底層的驅(qū)動函數(shù)進行改動，而上層函數(shù)的代碼不變。根據(jù)這些操作，編寫 GPRS驅(qū)動函數(shù)：初始化 GPRS 模塊函數(shù) (GPRSInit)、撥號函數(shù) (GPRSDial)、斷開連接函數(shù)(GPRSHangup)、檢測是否處于在線狀態(tài)函數(shù) (GPRSOnline)。然后，在串口函數(shù)的基礎上編寫 GPRS 模塊的驅(qū)動函數(shù)。首先是串行口驅(qū)動層。上層函數(shù)的實現(xiàn)需要應用到底層函數(shù)，而底層函數(shù)的任務就是為上層函數(shù)提供服務，最終完成應用層任務 ——傳送數(shù)據(jù)。有一些協(xié)議的目的是為了保證數(shù)據(jù)的安全傳輸，而當網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)傳輸速度的要求遠高于對安全性的要求時，這些協(xié)議可以省略；有些協(xié)議的目的是為了使 TCP/IP 協(xié)議適應更多的應用系統(tǒng)，而具體到某種應用時，也沒有實現(xiàn)的必要；還有些協(xié)議的作用幾乎相同，它們只不過是讓 TCP/IP 協(xié)議提供更強大的GPRS 無線通信技術(shù)概述 第 7 頁 共 41 頁 功能，因而對嵌入式應用來說，也無多大的實現(xiàn)必要。嵌入式 GPRS 協(xié)議主要包括嵌入式 TCP/IP 協(xié)議和其它的一些附加函數(shù)。有了這些參數(shù)， SGSN 可以發(fā)起建立一條到 GGSN的數(shù)據(jù)傳輸通路， IP 地址的動態(tài)分配也是在這個過程中完成的。傳輸平臺獨立于網(wǎng)絡子系統(tǒng)平臺。但 BSS 設備需要增加新的 Gb 接口，用于與 SGSN 相連，由于 Gb 接口采用幀中繼，原有 BSC 的電路交換設備無法使用，所以需增加相應的硬件設備 PCU。 GPRS 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) GPRS 網(wǎng)絡構(gòu)建在 GSM 網(wǎng)絡的基礎之上，為了升級至 GPRS，在 NSS 側(cè)， GSM 網(wǎng)絡需要新增節(jié)點 SGSN、 GGSN 以及新增節(jié)點與其他硬件設備相連接的接口。利用 GPRS 進行數(shù)據(jù)傳輸具有以下諸多優(yōu)點： （ 1）接入范圍廣： GPRS 是在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)上升級，可充分利用全國范圍的電信網(wǎng)絡，可以使用戶數(shù)據(jù)終端方便、快速、低成本的遠程接入網(wǎng)絡； （ 2）高速傳輸：傳輸速率高，數(shù)據(jù)傳輸速度最高理論值可達 ，是當前 GSM網(wǎng)絡中電路數(shù)據(jù)交換業(yè)務速度的十幾倍，下一代 GPRS 業(yè)務的速度甚至可以達到384kbps，完全可以滿足用戶應用需求； （ 3）快捷登陸：接入時間短， GPRS 接入等待時間短、可快速建立連接、平均耗時為兩秒； （ 4）永遠在線 ：提供實時在線功能。 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)絡資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務。 GPRS 采用與 GSM 同樣的無線調(diào)制標準、頻帶、突發(fā)結(jié)構(gòu)、跳頻規(guī)則以及 TDMA 幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務信道極其相似。 GPRS 是在 GSM 系統(tǒng)基礎上引入新的部件而構(gòu)成的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。 （ 2）在確定整體方案的基礎上解決系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)問題，其中關(guān)鍵部分是無線自動抄表傳輸終端的設計實現(xiàn)。課題的研究內(nèi)容包括以下幾個方面： GPRS 遠程登錄數(shù)據(jù)終端設計 第 4 頁 共 42 頁 （ 1）系統(tǒng)分析目前存在的各種無線自動抄表解決方案，綜合考慮每種方案的技術(shù)適用場合、技術(shù)難點、資金花費等方面的問題，提出一種切實可行的有效方案，解決方案的系統(tǒng)組網(wǎng)方式和整體構(gòu)建。電力系統(tǒng)中推行遠程無線自動抄表是電力企業(yè)提高服務質(zhì)量的有效手段，是推行電力企業(yè)市場化運作的關(guān)鍵技術(shù)。我國電力工業(yè)無線自動化發(fā)展水平也在不斷發(fā)展，其中高壓輸電 網(wǎng)的無線自動化程度已經(jīng)比較高，能量管理系統(tǒng)（ EMS）在我國高壓輸電網(wǎng)中的應用已經(jīng)相當普遍。三是遠程抄表方式，監(jiān)控中心通過遠程通信系統(tǒng)（例如公用電話網(wǎng)、電力線載波、數(shù)據(jù)網(wǎng)等）無線自動獲取遠程儀表數(shù)據(jù)的方式。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)重新輸入電腦進行處理。在 Scott 報告中，截止到 20xx 年 1 月，北美已經(jīng)有 49311372 個單位使用無線自動抄表。對 AMR 的研究也越來越深入，美國于 1986 年就建立了無線自動抄表技術(shù)協(xié)會（ AMRA），每一年半左右開一次國際性年會，每次年會都有專題報道，旨在進一步發(fā)展和推廣 AMR 技術(shù)。隨著全球范圍內(nèi)電力經(jīng)營市場化的發(fā)展，電力等公共事業(yè)企業(yè)無線自動抄表技術(shù)的應用越加廣泛。 緒 論 第 3 頁 共 41 頁 在發(fā)達國家（英國、美國、澳大利亞），電力市場降低了電力運營費用，使得工業(yè)用電和居民用電的費用都大幅度下降。 90 年代后期，少數(shù)國家在低壓載波技術(shù)上取得了突破性的進展，推出第三代無線自動抄表系統(tǒng)（即低壓載波遠程無線自動抄表系統(tǒng)），充分解決了在低壓配電線路進行數(shù)據(jù)通訊的抗干擾問題，使系統(tǒng)的工程應用成為現(xiàn)實，同時，第三代無線自動抄表技術(shù)也成為國際主 流。在這個時期有人提出了利用低壓配電線路載波抄表的理論，但是沒有更好的方法解決低壓線路上的干擾問題而擱淺。最初開發(fā)是為了迅速從用戶處獲取更多的數(shù)據(jù)信息，如電能需量、分時需量和負荷曲線等，無線自動抄表為實現(xiàn)上述要求提供了切實可行的技術(shù)手段。采用無線自動抄表系統(tǒng)可以降低抄表人員的勞動強度、降低人為因素造成的抄表誤差，并能迅速地統(tǒng)計實時線損。 IC 卡預付費方式雖然實施方便，但有用戶預付費， IC 卡槽易污染，卡易磨損等缺點。無線自動抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)人工抄表過程中遇到的許多問題，并且提高了工作效率和數(shù)據(jù)的準確性。無線自動抄表是指采用通訊和計算機網(wǎng)絡等技術(shù)，通過專用設備對各種儀表進行無線自動采集和處理表記數(shù)據(jù)，它一般是通過數(shù)據(jù)采集器對標記的脈沖進行計數(shù)，然后通過傳輸控制將信息傳至計算機中心，由計算機對 數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲、打印，必要時還可以通過網(wǎng)絡和營業(yè)收費系統(tǒng)相連實現(xiàn)抄表收費一體化。時至今日，電已經(jīng)無處不在， 種類繁多的負載對電力的要求也各不相同，因此要進行科學的用電管理，供電企業(yè)迫切需要一種投資較少，安裝及維護方便，通訊可靠，計量準確的電能表遠程集中抄表解決方案。國家如何把龐大且分散的用電量及其它數(shù)據(jù)及時有效并且準確無誤地收集、統(tǒng)計及分析，防止竊電行為，成為供電企業(yè)一個迫切需要解決的問題。所有成本比以前大為降低， （ 2）國情上： 電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推進，用電網(wǎng)絡規(guī)模急劇膨脹，使得供電企業(yè)對用電網(wǎng)絡的管理任務日益加劇。由于采用的是分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值能達 ， GPRS 通信方式還可利用現(xiàn)有的 TCP/IP 協(xié)議。緒 論 第 1 頁 共 41 頁 1 緒論 無線抄表的目標及意義 研究背景 （ 1）設備上： 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。 該系統(tǒng)實現(xiàn)原理是一種基于 GPRS 技術(shù)的復合式無線自動無線抄表方案。選擇內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議的 GPRS 模塊 M23。 GPRS 可以連接 Inter ，其適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸。本文所研究的系統(tǒng)可以 避免上述缺點，同時可以實現(xiàn)防止竊電、實時快速、省去眾多人力物力，而且它還可以在其它的遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)中。 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 e