论文部分内容阅读
摘要：本文所研究的基于GPRS的电力系统远程抄表系统由上位客户管理机和通信服务器、GPRS网络、采集终端和电能表组成。该系统综合和改进了前人已研制应用的抄表系统，将采集终端分为了集中器和采集器两部分，更利于降低成本和系统扩容，且底层数据传输采用了优于电力载波传输等方式的RS485通信方式。分析了本文所述系统的整体实施方案。无线抄表终端能够准确、可靠地完成数据采集、数据处理、数据传输等功能，完全满足了电力远程监控管理的要求。
关键词：无线抄表GPRS通信 采集终端
中图分类号：E271文献标识码： A
前言
1.国内研究现状
国内目前存在的抄表方法也有多种，如传统人工抄表，RS485线抄表，租用电话线抄表，低压电力载波抄表，光纤抄表等，但这些抄表方式都存在着各自的缺陷。传统人工抄表，会造成统计数据不准确，操作难以规范化，成本高，效率低，无法满足诸如分时电价运营、预支电费等先进供用电管理模式的推行。RS485和红外抄表技术比较成熟，且被广泛采用。但是RS485抄表需要布线，如果一栋大楼己经完工，重新布线是很困难的。低压电力载波利用低压电力线为数据传输通道，降低了抄表成本。但明显缺点就是数据噪声大和安全性低。电力线载波抄表只能在小范围内使用，其通信经常会发生一些不可预知的错误，家庭电器产生的电磁波也会对通信产生干扰。更优的无线抄表技术正是在技术与管理两方面急待进步、改革的迫切需求下逐渐发展起来的。目前，采用的无线传输主要有红外传输和无线射频传输。红外抄表采用红外（IrDA）通信，通过红外无线模块实现数据传输。其优点是价格低廉，功耗低。但红外有其自身无法克服的缺点，其方向性强，角度要求严，传输距离短，易受天气影响，易受各种热源、光源干扰，不能有遮挡物。随着无线通信技术的发展，还出现了GSM短消息通信方式的抄表技术。GSM短消息业务是GSM系统提供给用户的一种重要的数字业务，它通过数字控制信道传递。短消息的缺点在于这种通讯方式的可靠性并没有得到网络的保证，特别是当网络繁忙的时候短消息更加容易丢失。无线抄表有其他抄表方式所无法比拟的客观性、准确性、实时性；抄表人员无需靠近危险地区，很大程度地减轻了抄表人员的工作强度。综上所述，针对传统抄表方式和数传电台、电力线载波通讯、短消息通讯等远程自动抄表技术在电力远程测控系统中的不足之处，因此采用GPRS无线传输方式解决电力行业远程监测数据的实时传输问题就成为了一个新的研究热点，本课题正是在这样的背景下提出的。
2基于GPRS的远程抄表系统总体设计方案
基于GPRS技术的无线自动抄表系统的设计是针对目前已有很多自动抄表系统通信距离短、系统容量小等问题而专门设计的，这也是供用电技术改革所需。由于借用了不受通信距离和容量限制的GPRS技术，其基于GSM网络通信，通信费用比到目前为止其它通信手段费用要相对低廉，使得该系统发展极快。基于GPRS无线网络自动抄表系统构建简单，不受地域限制，适合于具有“用户多，分布分散”特点的电能量数据采集应用环境。采用高性能的嵌入式处理芯片，具有采集精度高、可靠性高、存储容量大、配置灵活、开放性好、性能价格比高等优点，能广泛应用于变电站和电力用户的电能量远程抄录。同时，对减少运营成本，降低线损，加强用电管理和提高电网供电质量起到了积极的作用。
3 终端硬件微控制器的选择
3.1 ARM控制单元及相关外围电路设计
3.1.1电源监控及复位电路
由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低，在运行时极有可能发生干扰和被干扰的现象，严重时系统可能会出现死机，因此可靠性是一个不容忽视的问题。为了克服这种情况，除了在软件上作一些保护措施外，硬件上也必须作相应的处理。硬件上最有效的保护措施就是采用具有监视(Watchdog)功能的自动复位电路.本系统选用的电源监控及复位电路为MAXM公司的MAX706T。微处理器监控电路MAX706T具有看门狗、上电自动复位、人工复位功能及低电压报警功能，其主要性能为:(l)上电自动复位，电源电压超过复位门限以后，复位低电平维持200ms;(2)具有人工复位输入，复位按键弹起后，复位脉冲维持200ms; (3)独立的看门狗电路，定时时间为1.65;(4)MAX7O6T的电源为3.1-5.0v，低电平复位输出，复位门限为3.08v。
(1)MAX706T工作原理
ARM正常工作时，在1.65s内驱动WDI引脚，ARM不会被复位。如果ARM出现死机，WDO输出低电平至MR，将RESET引脚拉低，那么ARM将复位。此电路在上电时自动复位，电源电压超过复位门限以后，将产生 200ms的复位脉冲。
3.1.2时钟电路
(l)系统时钟
给ARM芯片提供时钟一般有两种方法:一种是利用ARM芯片内部所提供的晶振电路，在ARM芯片的X1和X2/CLKIN之间连接一晶体，可启动内部振荡器;另一种方法是将外部时钟源直接输入X2/CLKIN引脚，Xl悬空，采用封装好的晶体振荡器。本系统选用的就是第一种方法。
(2)实时时钟
实时时钟(RTC)提供一套计数器在系统上电和关闭操作时对时间进行测量RTC在掉电模式下消耗的功率非常低，这使其适合于由电池供电的，CPU不续工作(空闲模式)的系统。LPC2138的RTC时钟由独立32.768HZ振荡器来提供。以32.768kHZ晶振和3.3V的银锌纽扣电池为独立时钟源和电源，用于抄表时间控制和实时时间显示。
3.2.3人机接口电路
(l)键盘控制电路
在设计键盘输入功能的时候，考虑到键盘在实际操作中的作用和参数设置的方式，决定采用2个键来完成键盘操作，其中键S2用来进行单向循环选择菜单，键S3用来进行确认选定菜单。利用 LPC2138的P0.15-P0.16脚来接收键盘的输入信号，在软件程序中判断按下的是什么键，从而实现相应的操作，如修改终端地址、波特率等。
4.系统软件实现流程图
在主程序中，初始化工作结束之后是通过一个WHILE(l)语句进入到一个死循环中的，然后循环检测各个任务模块中定义的状态标志，根据各种状态标志的指示来判断是否进入各个任务模块执行相应操作，如果执行了相应的操作，那么，在执行完后操作后就跳出回到主程序继续向下执行。等到所有的状态标志都循环检测完一次以后，就回到死循环开始的地方再次检测，如此循环下去，系统可以正常的运行，一旦情况异常，看门狗会将系统复位，确保了软件系统的可靠性和抗干扰能力。
5总结
根据近年来电力系统自动化抄表技术和GPRS通讯技术等发展趋势，本文设计了基于GPRS通讯技术的电能系统中的远程抄表系统。同时，还对近年来热度非常大的GPRS通信技术和本系统使用到的GPRS模块MC55做了一定阐述。论文的主要篇幅用来讨论系统终端硬件和通讯模块的选择设计，该电表集抄系统充分利用覆盖面广，运行可靠的GPRS公用无线网络，选用工业级的GPRS通信模块，以GPRS网络通信的方式进行数据传输，具有传输距离不受限制，误码率低，不用自行组网，易于扩容，方便安装，投资省，免维护等优点，实现了大用户管理的一大突破，具有广阔的应用前景。系统具有良好的抗干扰能力，具有高可靠性。随着GPRS业务的发展，网络质量的提高，将来有望实现电表的远程实时监测。
参考文献
[1]朱洪波.GPRS通用分组无线业务.北京:人民邮电出版社
[2]周立功深入浅出ARM7—LPC213X/214X(上)IMI.EasyARM213附贈版.北京:北京航空航天大学出版社
[3]王典洪，梁娟，熊月华.基于MC55和LPC2136的GPRS用电监测终端的实现，数据采集与处理
关键词：无线抄表GPRS通信 采集终端
中图分类号：E271文献标识码： A
前言
1.国内研究现状
国内目前存在的抄表方法也有多种，如传统人工抄表，RS485线抄表，租用电话线抄表，低压电力载波抄表，光纤抄表等，但这些抄表方式都存在着各自的缺陷。传统人工抄表，会造成统计数据不准确，操作难以规范化，成本高，效率低，无法满足诸如分时电价运营、预支电费等先进供用电管理模式的推行。RS485和红外抄表技术比较成熟，且被广泛采用。但是RS485抄表需要布线，如果一栋大楼己经完工，重新布线是很困难的。低压电力载波利用低压电力线为数据传输通道，降低了抄表成本。但明显缺点就是数据噪声大和安全性低。电力线载波抄表只能在小范围内使用，其通信经常会发生一些不可预知的错误，家庭电器产生的电磁波也会对通信产生干扰。更优的无线抄表技术正是在技术与管理两方面急待进步、改革的迫切需求下逐渐发展起来的。目前，采用的无线传输主要有红外传输和无线射频传输。红外抄表采用红外（IrDA）通信，通过红外无线模块实现数据传输。其优点是价格低廉，功耗低。但红外有其自身无法克服的缺点，其方向性强，角度要求严，传输距离短，易受天气影响，易受各种热源、光源干扰，不能有遮挡物。随着无线通信技术的发展，还出现了GSM短消息通信方式的抄表技术。GSM短消息业务是GSM系统提供给用户的一种重要的数字业务，它通过数字控制信道传递。短消息的缺点在于这种通讯方式的可靠性并没有得到网络的保证，特别是当网络繁忙的时候短消息更加容易丢失。无线抄表有其他抄表方式所无法比拟的客观性、准确性、实时性；抄表人员无需靠近危险地区，很大程度地减轻了抄表人员的工作强度。综上所述，针对传统抄表方式和数传电台、电力线载波通讯、短消息通讯等远程自动抄表技术在电力远程测控系统中的不足之处，因此采用GPRS无线传输方式解决电力行业远程监测数据的实时传输问题就成为了一个新的研究热点，本课题正是在这样的背景下提出的。
2基于GPRS的远程抄表系统总体设计方案
基于GPRS技术的无线自动抄表系统的设计是针对目前已有很多自动抄表系统通信距离短、系统容量小等问题而专门设计的，这也是供用电技术改革所需。由于借用了不受通信距离和容量限制的GPRS技术，其基于GSM网络通信，通信费用比到目前为止其它通信手段费用要相对低廉，使得该系统发展极快。基于GPRS无线网络自动抄表系统构建简单，不受地域限制，适合于具有“用户多，分布分散”特点的电能量数据采集应用环境。采用高性能的嵌入式处理芯片，具有采集精度高、可靠性高、存储容量大、配置灵活、开放性好、性能价格比高等优点，能广泛应用于变电站和电力用户的电能量远程抄录。同时，对减少运营成本，降低线损，加强用电管理和提高电网供电质量起到了积极的作用。
3 终端硬件微控制器的选择
3.1 ARM控制单元及相关外围电路设计
3.1.1电源监控及复位电路
由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低，在运行时极有可能发生干扰和被干扰的现象，严重时系统可能会出现死机，因此可靠性是一个不容忽视的问题。为了克服这种情况，除了在软件上作一些保护措施外，硬件上也必须作相应的处理。硬件上最有效的保护措施就是采用具有监视(Watchdog)功能的自动复位电路.本系统选用的电源监控及复位电路为MAXM公司的MAX706T。微处理器监控电路MAX706T具有看门狗、上电自动复位、人工复位功能及低电压报警功能，其主要性能为:(l)上电自动复位，电源电压超过复位门限以后，复位低电平维持200ms;(2)具有人工复位输入，复位按键弹起后，复位脉冲维持200ms; (3)独立的看门狗电路，定时时间为1.65;(4)MAX7O6T的电源为3.1-5.0v，低电平复位输出，复位门限为3.08v。
(1)MAX706T工作原理
ARM正常工作时，在1.65s内驱动WDI引脚，ARM不会被复位。如果ARM出现死机，WDO输出低电平至MR，将RESET引脚拉低，那么ARM将复位。此电路在上电时自动复位，电源电压超过复位门限以后，将产生 200ms的复位脉冲。
3.1.2时钟电路
(l)系统时钟
给ARM芯片提供时钟一般有两种方法:一种是利用ARM芯片内部所提供的晶振电路，在ARM芯片的X1和X2/CLKIN之间连接一晶体，可启动内部振荡器;另一种方法是将外部时钟源直接输入X2/CLKIN引脚，Xl悬空，采用封装好的晶体振荡器。本系统选用的就是第一种方法。
(2)实时时钟
实时时钟(RTC)提供一套计数器在系统上电和关闭操作时对时间进行测量RTC在掉电模式下消耗的功率非常低，这使其适合于由电池供电的，CPU不续工作(空闲模式)的系统。LPC2138的RTC时钟由独立32.768HZ振荡器来提供。以32.768kHZ晶振和3.3V的银锌纽扣电池为独立时钟源和电源，用于抄表时间控制和实时时间显示。
3.2.3人机接口电路
(l)键盘控制电路
在设计键盘输入功能的时候，考虑到键盘在实际操作中的作用和参数设置的方式，决定采用2个键来完成键盘操作，其中键S2用来进行单向循环选择菜单，键S3用来进行确认选定菜单。利用 LPC2138的P0.15-P0.16脚来接收键盘的输入信号，在软件程序中判断按下的是什么键，从而实现相应的操作，如修改终端地址、波特率等。
4.系统软件实现流程图
在主程序中，初始化工作结束之后是通过一个WHILE(l)语句进入到一个死循环中的，然后循环检测各个任务模块中定义的状态标志，根据各种状态标志的指示来判断是否进入各个任务模块执行相应操作，如果执行了相应的操作，那么，在执行完后操作后就跳出回到主程序继续向下执行。等到所有的状态标志都循环检测完一次以后，就回到死循环开始的地方再次检测，如此循环下去，系统可以正常的运行，一旦情况异常，看门狗会将系统复位，确保了软件系统的可靠性和抗干扰能力。
5总结
根据近年来电力系统自动化抄表技术和GPRS通讯技术等发展趋势，本文设计了基于GPRS通讯技术的电能系统中的远程抄表系统。同时，还对近年来热度非常大的GPRS通信技术和本系统使用到的GPRS模块MC55做了一定阐述。论文的主要篇幅用来讨论系统终端硬件和通讯模块的选择设计，该电表集抄系统充分利用覆盖面广，运行可靠的GPRS公用无线网络，选用工业级的GPRS通信模块，以GPRS网络通信的方式进行数据传输，具有传输距离不受限制，误码率低，不用自行组网，易于扩容，方便安装，投资省，免维护等优点，实现了大用户管理的一大突破，具有广阔的应用前景。系统具有良好的抗干扰能力，具有高可靠性。随着GPRS业务的发展，网络质量的提高，将来有望实现电表的远程实时监测。
参考文献
[1]朱洪波.GPRS通用分组无线业务.北京:人民邮电出版社
[2]周立功深入浅出ARM7—LPC213X/214X(上)IMI.EasyARM213附贈版.北京:北京航空航天大学出版社
[3]王典洪，梁娟，熊月华.基于MC55和LPC2136的GPRS用电监测终端的实现，数据采集与处理