基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言
遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)是集現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、電能計(jì)量技術(shù)和電力營(yíng)銷(xiāo)技術(shù)為主體的用電需求綜合性的實(shí)時(shí)信息采集與分析處理設(shè)備。終端以公共移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為主要通訊載體，通過(guò)多種通訊方式實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)主站之間的數(shù)據(jù)通訊，具有遠(yuǎn)程抄表、用電異常信息報(bào)警、電能質(zhì)量檢測(cè)、負(fù)荷曲線(xiàn)管理和負(fù)荷控制管理等功能。

1 系統(tǒng)構(gòu)建
各個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)一般距離主站系統(tǒng)較遠(yuǎn)，若要掌握多個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的情況，把各個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)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(gè)星型的測(cè)控通信網(wǎng)絡(luò)，解決數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸問(wèn)題。由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，配電中心計(jì)算機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址，各個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。
1．1 遠(yuǎn)程電量監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)主站系統(tǒng)和若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)組成，而現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)一般包含有前端數(shù)據(jù)采集器和現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)，系統(tǒng)構(gòu)架見(jiàn)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(chǎng)站點(diǎn)的工作狀態(tài)，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的目的。現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)主要對(duì)電量的各種參數(shù)進(jìn)行采集與傳送，中央管理器可對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的歷史記錄進(jìn)行查詢(xún)，從而達(dá)到對(duì)電力運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行科學(xué)管理、預(yù)防事故發(fā)生的目的。中央管理器和各現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)之間GPRS相連，由中央管理器主動(dòng)建立鏈接，現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)接到呼叫后應(yīng)答進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這樣做的好處是可以避免多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)同時(shí)呼叫，防止出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞。
GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：通過(guò)GPRS服務(wù)，設(shè)備可采用互聯(lián)網(wǎng)Internet的標(biāo)準(zhǔn)方式與在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。GPRS的基礎(chǔ)是以IP包的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，GPRS無(wú)線(xiàn)終端接入GPRS網(wǎng)絡(luò)的方法與普通有線(xiàn)MODEM類(lèi)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上傳輸數(shù)據(jù)包的方法，包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRSMODEM通過(guò)PPP協(xié)議獲得動(dòng)態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)議的基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如TCP、UDP等實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)上其它計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。
GPRS傳輸方式：在遠(yuǎn)程終端，采集數(shù)據(jù)通過(guò)A／D接口送入GSM／GPRS無(wú)線(xiàn)通信控制終端，GSM／GPRS無(wú)線(xiàn)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(zhuǎn)換成GPRS數(shù)據(jù)包，通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路傳送到無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)交換中心(MDEC)。MDEC再剝離GPRS數(shù)據(jù)包并通過(guò)GGSN網(wǎng)關(guān)將TCP／IP數(shù)據(jù)包傳送到Internet，再由Internet傳送到通信控制計(jì)算機(jī)，通信控制計(jì)算機(jī)通過(guò)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(dāng)數(shù)據(jù)由監(jiān)控中心到遠(yuǎn)程終端方向時(shí)，情況是類(lèi)似的。
1．2 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的硬件組成設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)站點(diǎn)由前端數(shù)據(jù)采集器和現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)構(gòu)成，其中前端數(shù)據(jù)采集器采用CS5460模塊和LPC932單片機(jī)構(gòu)成，它負(fù)責(zé)采集監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。線(xiàn)路的內(nèi)部經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的電磁隔離，測(cè)量電路經(jīng)過(guò)采樣、A／D轉(zhuǎn)換處理后形成的數(shù)字信號(hào)再經(jīng)過(guò)光電耦合由信號(hào)適配器向從單片機(jī)LPC932傳送，主單片機(jī)與從單片機(jī)之間可采用I／0口模擬時(shí)序的方式進(jìn)行串口通信。
現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)部分是整個(gè)系統(tǒng)的工作核心，既負(fù)責(zé)和前端數(shù)據(jù)采集器之間的通信，又負(fù)責(zé)和中央管理器的數(shù)據(jù)通信，即將轉(zhuǎn)換和處理后的信號(hào)送到中央管理器，還要負(fù)責(zé)和“時(shí)鐘+看門(mén)狗”電路及顯示電路的通信。因此，這部分電路至關(guān)重要。針對(duì)系統(tǒng)的要求和實(shí)際應(yīng)用條件的情況，選用高性能的rabbit單片機(jī)作為系統(tǒng)的監(jiān)控核心，Rabbit2000是專(zhuān)門(mén)為嵌入式控制，通信和以太網(wǎng)連接而設(shè)計(jì)的微處理器，具有非常低的電磁干擾。Rabbit2000是Rabbit半導(dǎo)體公司為嵌入式環(huán)境設(shè)計(jì)的高性能低價(jià)位的8位微處理器，以其C語(yǔ)言友好指令集和快速數(shù)字處理功能而受到矚目。Rabbit2000的結(jié)構(gòu)以Zilog公司的原始Z80微處理器為基礎(chǔ)，但作了幾項(xiàng)改進(jìn)：不像Z80指令集那樣使用16位尋址覆蓋存儲(chǔ)空間，而用1個(gè)20位或l兆字節(jié)的實(shí)際存儲(chǔ)空間：采取直接與靜態(tài)存儲(chǔ)器相連接的方式，有3條存儲(chǔ)芯片選擇線(xiàn)路和2組寫(xiě)入／輸出啟動(dòng)線(xiàn)路。Rabbit2000的系統(tǒng)工作頻率最高可達(dá)29．49MHz。Rabbit2000片上外設(shè)包括5個(gè)8位并行I／0端口、4個(gè)串行端口、1個(gè)子端口、5個(gè)8位定時(shí)器、1個(gè)lO位定時(shí)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(dá)91．6kbps。
現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)部分主要包括：主從芯片單片機(jī)、顯示電路、時(shí)鐘+看門(mén)狗電路、GPRS等部分。它與前端數(shù)據(jù)采集器一起構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的系統(tǒng)組成連接如圖2所示。

2 主站系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
主站系統(tǒng)由個(gè)人計(jì)算機(jī)加上管理軟件構(gòu)成。該部分由Pc機(jī)、Windows操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)組成。數(shù)據(jù)庫(kù)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，將不同現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)信息存儲(chǔ)在不同的表格內(nèi)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這部分的軟件設(shè)計(jì)主要以下幾部分工作：
2．1 設(shè)置動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)