GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表的設(shè)計方案

1 GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表就是GPRS通信技術(shù)和電表技術(shù)的結(jié)合體，他將三相多功能電能表和GPRS通信模塊相結(jié)合，形成具有無線網(wǎng)絡(luò)通信能力的電能計量裝置。GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表由基表和GPRS無線通信模塊兩部分組成。

　　1.1 基表

　　基表可實現(xiàn)普通三相多功能電能表的基本功能，在未接入GPRS通信模塊的情況下，不影響其作為普通多功能電能表的使用。它對交流模擬量進(jìn)行實時采樣、處理和存儲，實現(xiàn)電能計量、需量測量、復(fù)費率、負(fù)荷曲線計算和存儲、數(shù)據(jù)凍結(jié)、事件記錄、復(fù)費率等，可實現(xiàn)用戶預(yù)購電控制、負(fù)荷控制、遠(yuǎn)程控制等功能。具備RS 485通信接口、紅外通信接口、GPRS通信模塊接口，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的抄讀和設(shè)置;基表還具有本地液晶顯示，可支持本地巡顯和鍵顯功能。

　　1. 2 GPRS通信模塊

　　GPRS通信模塊是GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表的數(shù)據(jù)上傳的關(guān)鍵節(jié)點，作為網(wǎng)絡(luò)電能表的一個獨立模塊，在不影響基表計量的情況下，滿足用戶抄表系統(tǒng)的技術(shù)要求和傳輸規(guī)約，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。GPRS通信模塊與基表的下行通信滿足DT/L645多功能電能表通信協(xié)議，與主站的上行通信滿足《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議》(Q/GDW 376.1-2009)標(biāo)準(zhǔn)。

　　在此著重描述GPRS通信模塊的軟硬件設(shè)計。

　　2 GPRS通信模塊硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1 系統(tǒng)框圖

　　GPRS無線通信模塊的系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)包括：ARM微處理器(LPC2138)、GPRS模塊、FLASH和鐵電存儲器、紅外收發(fā)、RS 232串行調(diào)試接口、RS 485通信接口、JTAG仿真接口、LED指示及電源轉(zhuǎn)換等。

　　2.2 模塊功能

　　2.2.1 微處理器

　　采用基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的32位微處理器LPC2138，其內(nèi)嵌了512 KB的高速FLASH存儲器和32 KB的RAM，具有豐富的外設(shè)資源，如：2個32位定時器(帶捕獲、比較通道);2個10位8路ADC;1個10位DAC;PWM通道;47路GPIO;9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷;具有獨立電源和時鐘的RTC;多個串行接口(UART，I2C，SPI，SSP);內(nèi)含向量中斷控制器，可配置中斷優(yōu)先級和向量地址;片內(nèi)Boot裝載程序，可以實現(xiàn)在系統(tǒng)/在應(yīng)用編程(ISP/IAP)，通過片內(nèi)PLL可實現(xiàn)60 MHz的CPU操作頻率，具有空閑和掉電2種低功耗模式，并且可通過外部中斷喚醒。

　　2.2.2 GPRS模塊

　　采用深圳有方科技出品的M580z模塊，其內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧，具有兩個通信鏈路，一路標(biāo)準(zhǔn)TTL串行通信端口，精簡的AT指令集，通過AT命令可實現(xiàn)模塊的參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)發(fā)送。M580與CPU通過一個TTL電平的串行口連接。

　　2.2.3 存儲器

　　由于與主站的上行通信應(yīng)滿足《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議》，需要存儲規(guī)約要求的一類數(shù)據(jù)(實時數(shù)據(jù))、二類數(shù)據(jù)(曲線數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù))和三類數(shù)據(jù)(事件)，特別是曲線數(shù)據(jù)要求存儲的數(shù)據(jù)量大，因此采用大容量的FLASH存儲器來存儲二類和三類數(shù)據(jù)。由于鐵電存儲器可無限制的擦寫，所以用來存儲需要經(jīng)常更新的實時數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。存儲器與MPU的接口為SPI接口。

　　2.2.4 串行接口和JTAG仿真端口

　　利用RS 232串行口、紅外通信口可實現(xiàn)模塊參數(shù)的本地設(shè)置和維護(hù)。其中，RS 232串口可實現(xiàn)對GPRS模塊狀態(tài)的監(jiān)測，通過RS 485串行口可抄讀滿足《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議》的數(shù)據(jù);JTAG仿真端口可對ARM處理器進(jìn)行仿真和程序燒寫。

　　2.2.5 LED指示

　　LED指示燈用來指示模塊的電源狀態(tài)、模塊登陸狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)及保電狀態(tài)等。

　　2.2.6 三相電能表

　　三相電能表實現(xiàn)電能量及電壓電流等數(shù)據(jù)的采集與計算。它與MPU通過一個串行口連接，通信規(guī)約滿足DT/L645協(xié)議，模塊定時抄讀三相表數(shù)據(jù)，包括電量、需量、電壓、電流等實時數(shù)據(jù)，并將抄讀到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲，以滿足主站對模塊的訪問要求。