GPRS網(wǎng)絡(luò )電能表的設計方案

1 GPRS網(wǎng)絡(luò )電能表

　　GPRS網(wǎng)絡(luò )電能表就是GPRS通信技術(shù)和電表技術(shù)的結合體，他將三相多功能電能表和GPRS通信模塊相結合，形成具有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信能力的電能計量裝置。GPRS網(wǎng)絡(luò )電能表由基表和GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊兩部分組成。

　　1.1 基表

　　基表可實(shí)現普通三相多功能電能表的基本功能，在未接入GPRS通信模塊的情況下，不影響其作為普通多功能電能表的使用。它對交流模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣、處理和存儲，實(shí)現電能計量、需量測量、復費率、負荷曲線(xiàn)計算和存儲、數據凍結、事件記錄、復費率等，可實(shí)現用戶(hù)預購電控制、負荷控制、遠程控制等功能。具備RS 485通信接口、紅外通信接口、GPRS通信模塊接口，以實(shí)現數據的抄讀和設置;基表還具有本地液晶顯示，可支持本地巡顯和鍵顯功能。

　　1. 2 GPRS通信模塊

　　GPRS通信模塊是GPRS網(wǎng)絡(luò )電能表的數據上傳的關(guān)鍵節點(diǎn)，作為網(wǎng)絡(luò )電能表的一個(gè)獨立模塊，在不影響基表計量的情況下，滿(mǎn)足用戶(hù)抄表系統的技術(shù)要求和傳輸規約，實(shí)現數據的可靠傳輸。GPRS通信模塊與基表的下行通信滿(mǎn)足DT/L645多功能電能表通信協(xié)議，與主站的上行通信滿(mǎn)足《電力用戶(hù)用電信息采集系統通信協(xié)議》(Q/GDW 376.1-2009)標準。

　　在此著(zhù)重描述GPRS通信模塊的軟硬件設計。

　　2 GPRS通信模塊硬件結構

　　2.1 系統框圖

　　GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊的系統框圖如圖1所示。系統包括：ARM微處理器(LPC2138)、GPRS模塊、FLASH和鐵電存儲器、紅外收發(fā)、RS 232串行調試接口、RS 485通信接口、JTAG仿真接口、LED指示及電源轉換等。

　　2.2 模塊功能

　　2.2.1 微處理器

　　采用基于A(yíng)RM7TDMI-S內核的32位微處理器LPC2138，其內嵌了512 KB的高速FLASH存儲器和32 KB的RAM，具有豐富的外設資源，如：2個(gè)32位定時(shí)器(帶捕獲、比較通道);2個(gè)10位8路ADC;1個(gè)10位DAC;PWM通道;47路GPIO;9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷;具有獨立電源和時(shí)鐘的RTC;多個(gè)串行接口(UART，I2C，SPI，SSP);內含向量中斷控制器，可配置中斷優(yōu)先級和向量地址;片內Boot裝載程序，可以實(shí)現在系統/在應用編程(ISP/IAP)，通過(guò)片內PLL可實(shí)現60 MHz的CPU操作頻率，具有空閑和掉電2種低功耗模式，并且可通過(guò)外部中斷喚醒。

　　2.2.2 GPRS模塊

　　采用深圳有方科技出品的M580z模塊，其內部集成了TCP/IP協(xié)議棧，具有兩個(gè)通信鏈路，一路標準TTL串行通信端口，精簡(jiǎn)的AT指令集，通過(guò)AT命令可實(shí)現模塊的參數設置和數據發(fā)送。M580與CPU通過(guò)一個(gè)TTL電平的串行口連接。

　　2.2.3 存儲器

　　由于與主站的上行通信應滿(mǎn)足《電力用戶(hù)用電信息采集系統通信協(xié)議》，需要存儲規約要求的一類(lèi)數據(實(shí)時(shí)數據)、二類(lèi)數據(曲線(xiàn)數據、統計數據)和三類(lèi)數據(事件)，特別是曲線(xiàn)數據要求存儲的數據量大，因此采用大容量的FLASH存儲器來(lái)存儲二類(lèi)和三類(lèi)數據。由于鐵電存儲器可無(wú)限制的擦寫(xiě)，所以用來(lái)存儲需要經(jīng)常更新的實(shí)時(shí)數據和設置參數。存儲器與MPU的接口為SPI接口。

　　2.2.4 串行接口和JTAG仿真端口

　　利用RS 232串行口、紅外通信口可實(shí)現模塊參數的本地設置和維護。其中，RS 232串口可實(shí)現對GPRS模塊狀態(tài)的監測，通過(guò)RS 485串行口可抄讀滿(mǎn)足《電力用戶(hù)用電信息采集系統通信協(xié)議》的數據;JTAG仿真端口可對ARM處理器進(jìn)行仿真和程序燒寫(xiě)。

　　2.2.5 LED指示

　　LED指示燈用來(lái)指示模塊的電源狀態(tài)、模塊登陸狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò )通信狀態(tài)及保電狀態(tài)等。

　　2.2.6 三相電能表

　　三相電能表實(shí)現電能量及電壓電流等數據的采集與計算。它與MPU通過(guò)一個(gè)串行口連接，通信規約滿(mǎn)足DT/L645協(xié)議，模塊定時(shí)抄讀三相表數據，包括電量、需量、電壓、電流等實(shí)時(shí)數據，并將抄讀到的數據進(jìn)行轉換和存儲，以滿(mǎn)足主站對模塊的訪(fǎng)問(wèn)要求。