GPRS技術(shù)在配電自動化中的應(yīng)用設(shè)計

摘要：分析了遠程抄表系統(tǒng)的組成、硬件配置、軟件設(shè)計、工作原理、功能以及技術(shù)性能。給出了通過下位機和無線收發(fā)模塊來采集、整理數(shù)據(jù)，并通過無線MODEM模塊經(jīng)GSM網(wǎng)與上位機進行通信，從而實現(xiàn)水電公司遠程抄表功能實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：無線通信；自動抄表；PTR2000；GSM

0 引言
    對于水、電、氣供應(yīng)公司來說，每個月上門抄取各個用戶的三表讀數(shù)是非常繁重的工作。為了避免抄表員上門抄表帶來的弊端，省卻上門抄表打擾用戶的尷尬問題，作者設(shè)計了一種遠程無線自動抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)能使水、電、氣供應(yīng)部門將安裝在用戶處的水、電、氣表所記錄的用量數(shù)據(jù)通過遙測、傳輸和計算機系統(tǒng)匯總到營業(yè)部門，從而代替人工抄表及一連串后續(xù)工作。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集點多、數(shù)據(jù)量大、覆蓋面廣等特點，且系統(tǒng)造價低、經(jīng)濟實惠、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確及時、又有一定的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力，可對供應(yīng)公司和用戶提供很大的便利，具有良好的市場推廣前景。

1 系統(tǒng)的組成及工作原理
    該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送、無線通信、數(shù)據(jù)接收和處理等部分組成。數(shù)據(jù)采集裝置首先通過傳感器采集三表的讀數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)存入AT89C205l單片機內(nèi)；之后，單片機再通過無線通訊模塊PTR2000 (發(fā)端)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，并由用戶集中器的PTR2000(收端)接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)。下位機主要完成數(shù)據(jù)采集、分時存儲和同上位機的通信功能，它通過串行接口集成電路INS8250和電平轉(zhuǎn)換電路與GSM／Modem相連接，并以GSM公眾網(wǎng)為平臺，通過電信公眾網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。GSM／Modemt通過GSM的短消息業(yè)務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，PC機(上位機)一般設(shè)在公司的營業(yè)處，它負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的管理，可在收集到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行整理、存儲、顯示，并計算出各用戶需繳納的費用。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計
2．1數(shù)據(jù)采集與發(fā)送
    本系統(tǒng)中的水表要將原水表計數(shù)齒輪指針換裝成帶磁性的指針，再通過傳感器進行數(shù)據(jù)采集；氣表要用帶信號輸出的氣表；電表必須采用脈沖式電子電度表，電表脈沖輸出的器件應(yīng)為光耦輸出，具有較好的隔離作用。數(shù)據(jù)采集裝置與用戶的電表安裝在一起。為了防止用戶突然斷電，其采集裝置必須裝在空氣開關(guān)的前端。電表可以通過計數(shù)脈沖來測量。并由光電采集頭采集電表的計數(shù)脈沖。表盤轉(zhuǎn)一圈，光電采集頭發(fā)出一個脈沖。其輸入為P1口的P1．0，并由AT89C2051存儲，然后通過PTR2000模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。

   PTR2000模塊是一種超小型、超低功耗、高速率(19．2 bps)的無線收發(fā)數(shù)傳MODEM，它采用當(dāng)代最先進的歐洲“藍牙技術(shù)”，應(yīng)用全數(shù)字科技，并由單IC組合而成且收發(fā)合一，工作頻段為433～434 MHz，空中數(shù)據(jù)傳輸速率為19．2 kbps，工作電壓范圍為2．7～5．25 V，采用FSK調(diào)制，抗干擾能力強，并具有標(biāo)準(zhǔn)的DIP引腳間距，更適合嵌入式設(shè)備。當(dāng)PTR2000的TXEN腳為高時，它將處于發(fā)射狀態(tài)；而當(dāng)TXEN腳為低時，為接收狀態(tài)。硬件設(shè)計時，可將TXEN與AT89C2051的P1．1腳相連，并通過軟件控制PTR2000的狀態(tài)。其采集和發(fā)送電路如圖2所示。

2．2 數(shù)據(jù)接收和遠程無線通訊
    通過PTR2000可將數(shù)據(jù)接收并存入AT89C51內(nèi)，其中ROM和RAM分別用來存儲程序和數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按當(dāng)時的時間存入相應(yīng)時段的存儲區(qū)內(nèi)，時
段間隔為10分鐘。不同日期的同一時段數(shù)據(jù)僅在相應(yīng)的存儲區(qū)內(nèi)累加。由于采集裝置內(nèi)裝有免維護電源，故可保證斷電后繼續(xù)工作，同時保護數(shù)據(jù)的接收和執(zhí)行上位機的命令。AT89C5l通過異步接收發(fā)送器UART (INS8250)與無線MODEM相連接，可實現(xiàn)與上位機的無線通訊。其數(shù)據(jù)接收電路原理圖如圖3所示。

2．3 數(shù)據(jù)處理
    上位機一般通過DDE接口將下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到EXCEL工作表中，在EXCEL中定義好報表格式和計量格式，并將文件以模板格式保存，這樣，在抄表完成后，系統(tǒng)就能自動將數(shù)據(jù)填寫到相應(yīng)指定的單元格，然后由EXCEL自動計算，并換算成KWH值和收費值，必要時還可在上位機上打印、顯示用戶的水、電、氣費和各種報表及負(fù)荷曲線。當(dāng)用戶負(fù)荷超限時也可發(fā)出報警信號，或根據(jù)公司規(guī)定決定，是否發(fā)遙控命令給下位機以對用戶實行斷電處理。還可以計算各個時段的費用，為電力部門實行分時收費提供可靠的依據(jù)依據(jù)和保證。為了保證數(shù)據(jù)存儲的安全性，本系統(tǒng)的上位機(PC機)采用雙硬盤來做數(shù)據(jù)備份。由于系統(tǒng)帶有后備電源，因而停電后能保持正常工作狀態(tài)。后備電源可保證系統(tǒng)在滿負(fù)荷工作狀態(tài)下正常工作36小時以上，若停電時間更長，系統(tǒng)將不會進行數(shù)據(jù)采集，但原有數(shù)據(jù)不會丟失，供電恢復(fù)后，可重新核查數(shù)據(jù)，以更新設(shè)置用戶集中器中下位機存儲的數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計
    由于該系統(tǒng)采用的是一點對多點的雙向數(shù)據(jù)傳輸，因此，每戶的表都有自己的地址碼。上位機可以查詢下位機，下位機也可以定時發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機。本系統(tǒng)要實現(xiàn)的目的是一機(上位機)對多機(下位機)的通訊控制，其通訊軟件主要分為兩部分：一是上位機與下位機的遠程通訊軟件，二是單片機與GSM／MODEM的串行通訊軟件。程序設(shè)計的關(guān)鍵是上、下位機間的遠程通訊的準(zhǔn)確性。在程序設(shè)計中，可采用通訊協(xié)議的做法，由上位機發(fā)出讀表指令與地址碼，讓各個下位機將記錄的數(shù)據(jù)傳過來，同時進行校驗。以保證數(shù)據(jù)的正確性。每個下位機都編有不同的地址碼，當(dāng)上位機向所有的下位機發(fā)送一個地址碼和抄表指令時，所有的下位機都會接收到該地址碼，并比較是否與其自身的地址碼相同，如不相同，則退出比較，不再接收其他命令；如相同，則表示上位機查詢的就是該下位機，同時收回應(yīng)答信號，并準(zhǔn)備接收命令。而上位機則將收回的應(yīng)答信號與發(fā)出的地址碼相比較，若不同，則給出錯誤信息，若相同，則可控制已叫通的下位機。此時已叫通的下位機將繼續(xù)接收上位機發(fā)送的抄表命令。并收集用戶的數(shù)據(jù)，同時通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機，直到接收到上位機發(fā)來的執(zhí)行完成命令。圖4所示是該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊程序流程。

4 結(jié)束語
    本文介紹的自動抄表系統(tǒng)集計算機、通信技術(shù)于一體，并采用先進的無線通訊模塊和最成熟、最完善、應(yīng)用最廣的GSM作為數(shù)據(jù)傳輸平臺。該系統(tǒng)抄數(shù)快速準(zhǔn)確，徹底解決了人工抄表的所有弊病。其短消息業(yè)務(wù)具有永遠在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢。還可進一步與銀行系統(tǒng)的微機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)費用自動劃撥，故大大提高工作效率，因而具有良好的市場前景。該系統(tǒng)目前已投入運行，實際使用證明，其工作性能非?？煽?。