基于GPRS的遠程抄表系統(tǒng)設(shè)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(shù)、計算機軟硬件技術(shù)、電能計量技術(shù)和電力營銷技術(shù)為主體的用電需求綜合性的實時信息采集與分析處理設(shè)備。終端以公共移動通信網(wǎng)絡(luò)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(gòu)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(luò)，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(luò)，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(jié)構(gòu)
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(gòu)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。現(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(yù)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(yīng)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(luò)阻塞。
GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：通過GPRS服務(wù)，設(shè)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(wù)器交換數(shù)據(jù)。GPRS的基礎(chǔ)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(luò)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(chǔ)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(zhuǎn)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(guān)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(shè)計
監(jiān)測站點由前端數(shù)據(jù)采集器和現(xiàn)場下位機構(gòu)成，其中前端數(shù)據(jù)采集器采用CS5460模塊和LPC932單片機構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)重要。針對系統(tǒng)的要求和實際應(yīng)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(shè)計的微處理器，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(jié)構(gòu)以Zilog公司的原始Z80微處理器為基礎(chǔ)，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(shè)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(gòu)成了現(xiàn)場站點?，F(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(shè)計
主站系統(tǒng)由個人計算機加上管理軟件構(gòu)成。該部分由Pc機、Windows操作系統(tǒng)、應(yīng)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(shè)計主要以下幾部分工作：
2．1 設(shè)置動態(tài)數(shù)據(jù)庫