基于GPRS的遠程抄表系統設計與實(shí)現

0 引言
遠程抄表系統是集現代數字通信技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)、電能計量技術(shù)和電力營(yíng)銷(xiāo)技術(shù)為主體的用電需求綜合性的實(shí)時(shí)信息采集與分析處理設備。終端以公共移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )為主要通訊載體，通過(guò)多種通訊方式實(shí)現與系統主站之間的數據通訊，具有遠程抄表、用電異常信息報警、電能質(zhì)量檢測、負荷曲線(xiàn)管理和負荷控制管理等功能。

1 系統構建
各個(gè)監控現場(chǎng)一般距離主站系統較遠，若要掌握多個(gè)監控現場(chǎng)的情況，把各個(gè)監控現場(chǎng)的電壓、電流、功率、以及度數等數據信息傳送到主站系統，需要建立一個(gè)星型的測控通信網(wǎng)絡(luò )，解決數據遠程傳輸問(wèn)題。由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網(wǎng)絡(luò )，配電中心計算機主機配置固定的IP地址，各個(gè)電表數據采集點(diǎn)采用GPRS模塊和該主機進(jìn)行通信。
1．1 遠程電量監控系統的總體結構
整個(gè)監控系統由一個(gè)主站系統和若干個(gè)現場(chǎng)站點(diǎn)組成，而現場(chǎng)站點(diǎn)一般包含有前端數據采集器和現場(chǎng)下位機，系統構架見(jiàn)圖1所示。主站系統(中央管理器)主要工作是監視和記錄各現場(chǎng)站點(diǎn)的工作狀態(tài)，從而達到遠程控制現場(chǎng)站點(diǎn)的目的?，F場(chǎng)站點(diǎn)主要對電量的各種參數進(jìn)行采集與傳送，中央管理器可對各現場(chǎng)站點(diǎn)的歷史記錄進(jìn)行查詢(xún)，從而達到對電力運行過(guò)程進(jìn)行科學(xué)管理、預防事故發(fā)生的目的。中央管理器和各現場(chǎng)站點(diǎn)之間GPRS相連，由中央管理器主動(dòng)建立鏈接，現場(chǎng)站點(diǎn)接到呼叫后應答進(jìn)行數據傳輸。這樣做的好處是可以避免多個(gè)現場(chǎng)站點(diǎn)同時(shí)呼叫，防止出現網(wǎng)絡(luò )阻塞。
GPRS數據傳輸方式及網(wǎng)絡(luò )結構：通過(guò)GPRS服務(wù)，設備可采用互聯(lián)網(wǎng)Internet的標準方式與在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器交換數據。GPRS的基礎是以IP包的形式進(jìn)行數據的傳輸，GPRS無(wú)線(xiàn)終端接入GPRS網(wǎng)絡(luò )的方法與普通有線(xiàn)MODEM類(lèi)似，都采用建立PPP(Point―to―Point Protoco1)連接方式。PPP協(xié)議是一種被廣泛采用的串行點(diǎn)對點(diǎn)鏈路上傳輸數據包的方法，包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRSMODEM通過(guò)PPP協(xié)議獲得動(dòng)態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)議的基礎上通過(guò)數據傳輸協(xié)議，如TCP、UDP等實(shí)現與互聯(lián)網(wǎng)上其它計算機的數據通訊。
GPRS傳輸方式：在遠程終端，采集數據通過(guò)A／D接口送入GSM／GPRS無(wú)線(xiàn)通信控制終端，GSM／GPRS無(wú)線(xiàn)通信控制終端首先將數據打包成TCP／IP數據包，再轉換成GPRS數據包，通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路傳送到無(wú)線(xiàn)數據交換中心(MDEC)。MDEC再剝離GPRS數據包并通過(guò)GGSN網(wǎng)關(guān)將TCP／IP數據包傳送到Internet，再由Internet傳送到通信控制計算機，通信控制計算機通過(guò)Socket套接字接受TCP／IP數據包，并把它還原成原始數據。當數據由監控中心到遠程終端方向時(shí)，情況是類(lèi)似的。
1．2 監測站點(diǎn)的硬件組成設計
監測站點(diǎn)由前端數據采集器和現場(chǎng)下位機構成，其中前端數據采集器采用CS5460模塊和LPC932單片機構成，它負責采集監控現場(chǎng)的各項數據并存儲。線(xiàn)路的內部經(jīng)過(guò)嚴格的電磁隔離，測量電路經(jīng)過(guò)采樣、A／D轉換處理后形成的數字信號再經(jīng)過(guò)光電耦合由信號適配器向從單片機LPC932傳送，主單片機與從單片機之間可采用I／0口模擬時(shí)序的方式進(jìn)行串口通信。
現場(chǎng)下位機部分是整個(gè)系統的工作核心，既負責和前端數據采集器之間的通信，又負責和中央管理器的數據通信，即將轉換和處理后的信號送到中央管理器，還要負責和“時(shí)鐘+看門(mén)狗”電路及顯示電路的通信。因此，這部分電路至關(guān)重要。針對系統的要求和實(shí)際應用條件的情況，選用高性能的rabbit單片機作為系統的監控核心，Rabbit2000是專(zhuān)門(mén)為嵌入式控制，通信和以太網(wǎng)連接而設計的微處理器，具有非常低的電磁干擾。Rabbit2000是Rabbit半導體公司為嵌入式環(huán)境設計的高性能低價(jià)位的8位微處理器，以其C語(yǔ)言友好指令集和快速數字處理功能而受到矚目。Rabbit2000的結構以Zilog公司的原始Z80微處理器為基礎，但作了幾項改進(jìn)：不像Z80指令集那樣使用16位尋址覆蓋存儲空間，而用1個(gè)20位或l兆字節的實(shí)際存儲空間：采取直接與靜態(tài)存儲器相連接的方式，有3條存儲芯片選擇線(xiàn)路和2組寫(xiě)入／輸出啟動(dòng)線(xiàn)路。Rabbit2000的系統工作頻率最高可達29．49MHz。Rabbit2000片上外設包括5個(gè)8位并行I／0端口、4個(gè)串行端口、1個(gè)子端口、5個(gè)8位定時(shí)器、1個(gè)lO位定時(shí)器、精確脈沖發(fā)生硬件和電池支持的RTC。其串口可采用同步或異步傳輸方式，采用29．4912MHz的系統頻率，異步傳輸速率最高可達91．6kbps。
現場(chǎng)下位機部分主要包括：主從芯片單片機、顯示電路、時(shí)鐘+看門(mén)狗電路、GPRS等部分。它與前端數據采集器一起構成了現場(chǎng)站點(diǎn)?，F場(chǎng)站點(diǎn)的系統組成連接如圖2所示。

2 主站系統的總體設計
主站系統由個(gè)人計算機加上管理軟件構成。該部分由Pc機、Windows操作系統、應用軟件和數據庫組成。數據庫采用Access數據庫，將不同現場(chǎng)站點(diǎn)的狀態(tài)參數以及現場(chǎng)信息存儲在不同的表格內。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這部分的軟件設計主要以下幾部分工作：
2．1 設置動(dòng)態(tài)數據庫