GPRS無(wú)線(xiàn)通訊在無(wú)功補償控制系統中的應用

由于GSM網(wǎng)絡(luò )的通信技術(shù)成熟，覆蓋面又廣，利用移動(dòng)運營(yíng)商提供的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現配電網(wǎng)數據采集和監控，是電力系統現代化的一個(gè)重要發(fā)展方向。如果配備GPRS通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)）無(wú)線(xiàn)Modem，無(wú)論何時(shí)何地，只要有一部可以接入Internet的電腦作為服務(wù)器就能實(shí)現對分布各地的無(wú)功補償控制器進(jìn)行監控，也能實(shí)現移動(dòng)監控。GPRS用于無(wú)線(xiàn)數據接入具有接入范圍廣、傳輸速率高、接入時(shí)間短、收費合理等優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)正適合類(lèi)似無(wú)功補

GPRS在GSM的基礎上引入了分組控制單元(PCU)、服務(wù)支持節點(diǎn)(SGSN)和網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)(GGSN)等新部件而構成的無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統，其用戶(hù)能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數據?；贕PRS網(wǎng)的數據傳輸結構如圖1所示。具體的數據傳輸流程為：

* GPRS終端通過(guò)串行接口從客戶(hù)系統中取出用戶(hù)數據；

* 處理后以GPRS分組數據的形式發(fā)送到GSM基站；

* 分組數據經(jīng)SGSN封裝后，發(fā)送到GPRS IP骨干網(wǎng)；

圖1 GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構框圖

若PC機服務(wù)器以撥號方式接入Internet，即PC機為移動(dòng)GPRS內部網(wǎng)分配的動(dòng)態(tài)IP地址，則分組數據先發(fā)送到目的SGSN，再經(jīng)GSM基站發(fā)送到與PC機相連的GPRS終端；若PC機以專(zhuān)線(xiàn)接入因特網(wǎng)具有固定IP地址，則將分組數據包經(jīng)GGSN進(jìn)行協(xié)議轉換后，發(fā)送到Internet公共網(wǎng)絡(luò )。

由于數據通過(guò)Internet公網(wǎng)傳輸，為了保證數據的安全性，可以申請移動(dòng)公司為接入用戶(hù)建立VPDN（Virtual Private Dial-up Network）即虛擬撥號專(zhuān)網(wǎng)。其專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )加密和通信協(xié)議，可以在公共網(wǎng)絡(luò )上建立安全的虛擬專(zhuān)網(wǎng)，遠程用戶(hù)可以通過(guò)虛擬的加密通道與服務(wù)器內部網(wǎng)絡(luò )連接，而公共網(wǎng)絡(luò )上的用戶(hù)則無(wú)法穿過(guò)虛擬通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器。在基于GPRS網(wǎng)上承載VPDN不受地點(diǎn)限制，只需具有一臺PC機服務(wù)器和GPRS終端即可，具有安全、方便、靈活的特點(diǎn)。

系統組成

本系統由現場(chǎng)無(wú)功補償控制器、單片機控制GPRS通訊管理模塊和服務(wù)器上位機三部分構成。終端使用基于DSP的無(wú)功補償控制器，控制器安裝在電網(wǎng)現場(chǎng)，對電網(wǎng)的電氣參數進(jìn)行采集監測，同時(shí)記錄、分析并計算采集數據，自動(dòng)進(jìn)行電容投切操作，在異常時(shí)主動(dòng)發(fā)出報警信息，同時(shí)存儲運行數據信息；基于MSP430單片機的GPRS通信管理模塊是服務(wù)器與現場(chǎng)控制器之間的數據傳輸的橋梁，它使控制器獲得的電網(wǎng)參數通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )能夠及時(shí)傳送到服務(wù)器計算機；上位機服務(wù)器主要完成對終端傳來(lái)的數據、報警信息進(jìn)行處理并對各終端的歷史數據進(jìn)行管理，是主要的人機接口。

通訊管理模塊主要由TI公司的16位低功耗單片機MSP430F448及其外圍電路構成，GPRS模塊使用Siemens公司的MC35。終端的GPRS無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)主要通過(guò)單片機控制MC35來(lái)實(shí)現。F448單片機具有2個(gè)可編程串行通訊口，其中UART0工作在同步通信方式和DSP的SPI接口相連，DSP工作在主機模式，F448工作在從機模式。UART1通過(guò)MAX232電平轉換芯片和MC35的串行數據口相連作為AT指令和數據的傳輸通道。單片機通過(guò)串口中斷程序及時(shí)處理GPRS終端收到的上位機指令，并及時(shí)傳送給DSP。其硬件結構如圖2所示。 F448帶有液晶驅動(dòng)模塊，通過(guò)外接一個(gè)液晶顯示器和鍵盤(pán)，用戶(hù)就可以在現場(chǎng)手動(dòng)進(jìn)行參數設置，并查看電網(wǎng)實(shí)時(shí)數據、電容的投切狀態(tài)和各種故障報警信息。外接flash型數據存儲器AT45DB041，存儲容量為528KB，主要作為收發(fā)數據的暫存器。

圖2 通訊管理模塊結構圖

TCP/IP協(xié)議的實(shí)現

在本系統中，需要利用TCP/IP協(xié)議來(lái)完成GPRS業(yè)務(wù)數據的裝幀和拆幀，在這里我們采用在MSP430F448中軟件嵌入TCP/IP協(xié)議棧uIP的方法來(lái)實(shí)現TCP/IP協(xié)議。使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數據通信分為三個(gè)階段：

1） 建立連接階段：使用OPEN命令幀控