基于GPRS供水管網(wǎng)抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引言
供水管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施，供水管網(wǎng)管理與維護(hù)的成功與否,直接關(guān)系到城市居民生活、工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展。隨著給水管網(wǎng)的擴(kuò)展規(guī)模迅速擴(kuò)大，管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)以指數(shù)級(jí)增加，傳統(tǒng)的人工管理系統(tǒng)存在著費(fèi)人力、速度慢、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差、實(shí)時(shí)性差等不足，已無(wú)法滿足管網(wǎng)數(shù)據(jù)量大、動(dòng)態(tài)更新等要求。充分考慮到數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多且分散野外的特點(diǎn)，系統(tǒng)借助先進(jìn)成熟的GPRS傳輸技術(shù)，將傳感器采集來(lái)的水量通過(guò)GPRS發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)中心，并由WEB發(fā)布。利用計(jì)算機(jī)管理減輕工程技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。雖然采用M23G GPRS模塊進(jìn)行研發(fā)的廠商很多，但資料很少，這里提供詳細(xì)的解決方案。由于供水管網(wǎng)終端均在野外，該設(shè)計(jì)主要解決低功耗問(wèn)題。同時(shí)還解決數(shù)據(jù)服務(wù)中心的安全性和可靠性問(wèn)題。

2 系統(tǒng)總概
該設(shè)計(jì)提出遠(yuǎn)程抄水表系統(tǒng)是一個(gè)小型的分布式智能測(cè)控系統(tǒng)，終端是由BenQ公司的M23G GPRS模塊，Micmchip公司的PICl6F873A和濰微公司W(wǎng)S02型水量計(jì)數(shù)器構(gòu)成。由于采用蓄電池供電，所以節(jié)能和功耗是比較重要的問(wèn)題。系統(tǒng)采用定時(shí)開啟GPRS模塊收發(fā)數(shù)據(jù)，其他時(shí)間只有PICl6F873A在低功耗模式下采集水量。當(dāng)M23G模塊及外圍電路正常啟動(dòng)后，由PICl6F873A和M23G GPRS模塊進(jìn)行USART通信，將啟動(dòng)GPRS功能的AT命令寫入到模塊中，直到與數(shù)據(jù)服務(wù)中心連接成功，再將定時(shí)所計(jì)水量傳送給數(shù)據(jù)中心，傳送完畢后，關(guān)閉模塊，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。數(shù)據(jù)服務(wù)中心通過(guò)WEB站點(diǎn)發(fā)布實(shí)時(shí)和歷史信息。圖1為系統(tǒng)總體框架圖。

3 M23G GPRS模塊
BenO公司的無(wú)線通信模塊M23G GPRS是原M23的升級(jí)無(wú)鉛版．其內(nèi)部集成PPP和TCP／IP協(xié)議棧；支持網(wǎng)絡(luò)類型GPRS CLASS 8，GPRS Class B；支持EGSM 900 MHz，DCS1 800 MHz，PCS 1 900 MHz無(wú)鉛三頻模塊。重量輕，體積小，功耗低，工作穩(wěn)定可靠，性價(jià)比高，使用范圍廣泛。
3．1 M23G模塊啟動(dòng)電路
由于模塊PWON引腳拉低至少保持120 ms才能使該模塊啟動(dòng)，所以將此引腳直接接地，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)模塊。在正常上電后，M23G模塊如果已檢測(cè)到正確的SIM卡和網(wǎng)絡(luò)，LED引腳就保持500 ms的低高電平變換，此時(shí)發(fā)光二極管GPRS也隨之亮或滅。
SIM卡作為特殊型智能卡，采用標(biāo)準(zhǔn)的接觸式IC卡。該模塊遵循ISO7816(接觸式集成電路IC卡的規(guī)定)和ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì))的GSMll．11等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，與SIM卡座相連接。SIM_CLK為SIM時(shí)鐘，SIM_RST為SIM復(fù)位，SIM_I0為SIM卡數(shù)據(jù)輸入輸出，VRSLM產(chǎn)生SIM卡3 V供電電壓。圖2為：M23G模塊啟動(dòng)電路及SIM卡電路。

3．2 M23G模塊電源設(shè)計(jì)
M23G的電壓工作范圍為3．3～4．5 V，此系統(tǒng)采用3.3 V供電。在GPRS模式下，最大電流消耗不大于280 mA。模塊的電流消耗為脈沖形式，消耗峰值電流最多可達(dá)1．7 A,所以在模塊電源部分需要加較大耦合電容，且走線寬度大于50 mil。若是電源從一層走到另外一層時(shí)，必然采用均勻的多個(gè)過(guò)孔來(lái)降低干擾。因此要特別注意電源的布線問(wèn)題，抑制干擾和防止出現(xiàn)紋波燒壞模塊。

3．3 配置M23G模塊軟件設(shè)計(jì)
PICl6F873A通過(guò)引腳電平變化中斷檢測(cè)到LED引腳的變化，說(shuō)明模塊硬件初始化完畢。PIC16F873A發(fā)送初始化AT指令：設(shè)置MS功能：AT+CFUN=1；自動(dòng)運(yùn)營(yíng)商選：AT+COPS=O；設(shè)置DTE波特率：AT+IPR=0(自動(dòng)檢測(cè))；設(shè)置MS的類別：AT+CGCLASS=B”；GPRS鏈接設(shè)置：AT+CGATT=1：激活：PDP上下文(激活GPRS服務(wù))：AT+CGACT=1；ME錯(cuò)誤報(bào)告設(shè)置：AT+CMEE=2；GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)狀態(tài)：AT+CGREG=2；不允許進(jìn)入深度睡眠：AT$NOSLEEP=1。初始化結(jié)束后進(jìn)入GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)置：定義PDP上下文(設(shè)置接入網(wǎng)關(guān))：AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET”；用于PDP上下文激活的PCO字符串：AT％CGPCO=1，“PAP..”，l；設(shè)置目的地址：AT＄DESTINFO=“目的IP”，l(1：TCP，2：UDP)，端口，0(0：禁用DNS，1：?jiǎn)⒂肈NS)撥號(hào)連接：ATD*97#。該過(guò)程結(jié)束后，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。在對(duì)模塊配置AT指令時(shí)，如果所發(fā)送的指令正確，模塊返回0K，反之則返回ERROR。需要注意的是，先將模塊的硬件啟動(dòng)全部結(jié)束后再配置AT指令．且配置按照上述順序進(jìn)行即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。