基于GPRS的遠程抄表系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

0 引言
遠程抄表系統(tǒng)是集現(xiàn)代數(shù)字通信技術、計算機軟硬件技術、電能計量技術和電力營銷技術為主體的用電需求綜合性的實時信息采集與分析處理設備。終端以公共移動通信網(wǎng)絡為主要通訊載體，通過多種通訊方式實現(xiàn)與系統(tǒng)主站之間的數(shù)據(jù)通訊，具有遠程抄表、用電異常信息報警、電能質(zhì)量檢測、負荷曲線管理和負荷控制管理等功能。

1 系統(tǒng)構建
各個監(jiān)控現(xiàn)場一般距離主站系統(tǒng)較遠，若要掌握多個監(jiān)控現(xiàn)場的情況，把各個監(jiān)控現(xiàn)場的電壓、電流、功率、以及度數(shù)等數(shù)據(jù)信息傳送到主站系統(tǒng)，需要建立一個星型的測控通信網(wǎng)絡，解決數(shù)據(jù)遠程傳輸問題。由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡，配電中心計算機主機配置固定的IP地址，各個電表數(shù)據(jù)采集點采用GPRS模塊和該主機進行通信。
1．1 遠程電量監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構
整個監(jiān)控系統(tǒng)由一個主站系統(tǒng)和若干個現(xiàn)場站點組成，而現(xiàn)場站點一般包含有前端數(shù)據(jù)采集器和現(xiàn)場下位機，系統(tǒng)構架見圖1所示。主站系統(tǒng)(中央管理器)主要工作是監(jiān)視和記錄各現(xiàn)場站點的工作狀態(tài)，從而達到遠程控制現(xiàn)場站點的目的?，F(xiàn)場站點主要對電量的各種參數(shù)進行采集與傳送，中央管理器可對各現(xiàn)場站點的歷史記錄進行查詢，從而達到對電力運行過程進行科學管理、預防事故發(fā)生的目的。中央管理器和各現(xiàn)場站點之間GPRS相連，由中央管理器主動建立鏈接，現(xiàn)場站點接到呼叫后應答進行數(shù)據(jù)傳輸。這樣做的好處是可以避免多個現(xiàn)場站點同時呼叫，防止出現(xiàn)網(wǎng)絡阻塞。
GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式及網(wǎng)絡結構：通過GPRS服務，設備可采用互聯(lián)網(wǎng)Internet的標準方式與在互聯(lián)網(wǎng)上的服務器交換數(shù)據(jù)。GPRS的基礎是以IP包的形式進行數(shù)據(jù)的傳輸，GPRS無線終端接入GPRS網(wǎng)絡的方法與普通有線MODEM類似，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對點鏈路上傳輸數(shù)據(jù)包的方法，包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRSMODEM通過PPP協(xié)議獲得動態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)議的基礎上通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如TCP、UDP等實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)上其它計算機的數(shù)據(jù)通訊。
GPRS傳輸方式：在遠程終端，采集數(shù)據(jù)通過A／D接口送入GSM／GPRS無線通信控制終端，GSM／GPRS無線通信控制終端首先將數(shù)據(jù)打包成TCP／IP數(shù)據(jù)包，再轉換成GPRS數(shù)據(jù)包，通過無線鏈路傳送到無線數(shù)據(jù)交換中心(MDEC)。MDEC再剝離GPRS數(shù)據(jù)包并通過GGSN網(wǎng)關將TCP／IP數(shù)據(jù)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Socket套接字接受TCP／IP數(shù)據(jù)包，并把它還原成原始數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)由監(jiān)控中心到遠程終端方向時，情況是類似的。
1．2 監(jiān)測站點的硬件組成設計
監(jiān)測站點由前端數(shù)據(jù)采集器和現(xiàn)場下位機構成，其中前端數(shù)據(jù)采集器采用CS5460模塊和LPC932單片機構成，它負責采集監(jiān)控現(xiàn)場的各項數(shù)據(jù)并存儲。線路的內(nèi)部經(jīng)過嚴格的電磁隔離，測量電路經(jīng)過采樣、A／D轉換處理后形成的數(shù)字信號再經(jīng)過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口模擬時序的方式進行串口通信。
現(xiàn)場下位機部分是整個系統(tǒng)的工作核心，既負責和前端數(shù)據(jù)采集器之間的通信，又負責和中央管理器的數(shù)據(jù)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“時鐘+看門狗”電路及顯示電路的通信。因此，這部分電路至關重要。針對系統(tǒng)的要求和實際應用條件的情況，選用高性能的rabbit單片機作為系統(tǒng)的監(jiān)控核心，Rabbit2000是專門為嵌入式控制，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位的8位微處理器，以其C語言友好指令集和快速數(shù)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：不像Z80指令集那樣使用16位尋址覆蓋存儲空間，而用1個20位或l兆字節(jié)的實際存儲空間：采取直接與靜態(tài)存儲器相連接的方式，有3條存儲芯片選擇線路和2組寫入／輸出啟動線路。Rabbit2000的系統(tǒng)工作頻率最高可達29．49MHz。Rabbit2000片上外設包括5個8位并行I／0端口、4個串行端口、1個子端口、5個8位定時器、1個lO位定時器、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(tǒng)頻率，異步傳輸速率最高可達91．6kbps。
現(xiàn)場下位機部分主要包括：主從芯片單片機、顯示電路、時鐘+看門狗電路、GPRS等部分。它與前端數(shù)據(jù)采集器一起構成了現(xiàn)場站點。現(xiàn)場站點的系統(tǒng)組成連接如圖2所示。

2 主站系統(tǒng)的總體設計
主站系統(tǒng)由個人計算機加上管理軟件構成。該部分由Pc機、Windows操作系統(tǒng)、應用軟件和數(shù)據(jù)庫組成。數(shù)據(jù)庫采用Access數(shù)據(jù)庫，將不同現(xiàn)場站點的狀態(tài)參數(shù)以及現(xiàn)場信息存儲在不同的表格內(nèi)。簡單來說，這部分的軟件設計主要以下幾部分工作：
2．1 設置動態(tài)數(shù)據(jù)庫