（计算机应用技术专业论文）基于gprs与arm的集中抄表系统.pdf

论文题目： 专 业： 硕士生： 指导老i j i l i 基于g p r s 与a r m 的集中抄表系统 计算机应用技术 张库娃 朱宇 摘要 ( 签名)粝彬 ( 签名)起窒 集中抄表系统是一个集现代化管理、计算机应用、现代通讯技术、自动控制、信息 等多学科技术于一体，实现电力营销监控、电力营销管理、营业抄收、数据采集和网络 连接等多种功能的一个完整的系统。 本文设计了基于g p r s 与a r m 技术的集抄系统，充分利用g p r s 通信实时在线、 按流量计费、高速传输的优点。本系统采用的是华为的g t m 9 0 0 一b 模块，适用于小数据 量传送的场合，用户无需实现p p p 协议也可实现数据传输功能。基于g p r s 与a r m 的 集中抄表系统包含三个主要的组成部分：基于n e t 平台的系统管理中心( 主站) ，基于 g p r s 的通信网络和基于a r m 平台的终端系统。系统管理中心负责系统数据的采集、 存储和分析等功能；终端系统实现远程用电设备的信息采集和控制；通信网络则在管理 中心和终端系统间建立数据传输链路。基于g p r s 与a r m 的集中抄表系统丰富了以往 系统原有的应用功能，提升了集中抄表系统的综合性能。 经过测试，本系统能够顺利的进行拨号，与主站进行正常的数据发送和接收，能正 常的对电表数据进行采集和上位机管理命令下发，达到了预期的效果和设计要求。本系 统已经在湖北石首，黄冈，黄石，十堰和湖南部分县、市有一定规模的应用。在石首地 区复杂的供电环境下，2 0 个台区所有电表的数据都能按时正确的收集到主站，终端也能 正常响应主站下发的命令，实现设计的功能，证明了本系统运行稳定可靠，有利于配电 网络运行的安全性和经济性管理，对加强用电管理和提高电网供电质量起到了积极的作 用。 关键词：g p r s ；a r m ；i t c o s i i ；协议分析 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：c o n c e n t r a t e da m m e t e rr e a d i n gs y s t e mb a s e do ng p r sa n d a r m s p e c i a l t y ：t h ea p p l i c a t i o no fc o m p u t e r n a m e ：z h a n gk u w a i n s t r u c t o r ：z h uy h a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) c o n c e n t r a t e da m m e t e rr e a d i n gs y s t e mi s as y s t e mw h i c hi n t e g r a t e dm o d e m m a n a g e m e n t ，c o m p u t e ra p p l i c a t i o n s ，m o d e mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，a u t o m a t i cc o n t r o l ， i n f o r m a t i o na n do t h e rm u l t i - d i s c i p l i n a r yt e c h n o l o g i e s t h i sc o m p l e t e ds y s t e mr e a l i z et h e f u n c t i o no ft h ep o w e ro ft h em a r k e t i n gc o n t r o l ，p o w e rm a r k e t i n gm a n a g e m e n t ，s a l e s c o l l e c t i n g ，d a t ac o l l e c t i o na n d n e t w o r kc o n n e c t i v i t ye t c i nt h i sp a p e r ，t h ed e s i g no fa r mb a s e do nt h eg p r st e c h n o l o g y ，m a k ef u l lu s eo ft h e a d v a n t a g e sg p r sr e a l - t i m eo n l i n ec o m m u n i c a t i o n , a c c o r d i n gt ot h ef l o wo fb i l l i n g ，a n d h i g h - s p e e dt r a n s m i s s i o n t h es y s t e mi sb a s e do nh u a w e i sg t m 9 0 0 - bm o d u l et h a ta p p l y a s m a l la m o u n to fd a t at r a n s m i t t e do c c a s i o n s ，w i t h o u ta c h i e v i n ga g r e e m e n tp p pd a t a t r a n s m i s s i o nf u n c t i o n sa n du s e r sc o u l da l s oc a r r yo u td a t ad e l i v e r yf u n c t i o n g p r sa n d a r m b a s e dc e n t r a l i z e dm e t e r r e a d i n gs y s t e m h a st h r e em a i n c o m p o n e n t s ：s y s t e m m a n a g e m e n tc e n t e r ( m a i ns t a t i o n ) b a s e do nn e tp l a t f o r m ，n e t w o r kb a s e do nt h eg p r sa n d t h ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l ，b a s e do na r m p l a t f o r ms y s t e m s y s t e mm a n a g e m e n tc e n t e ri s r e s p o n s i b l ef o rd a t ac o l l e c t i o n ，s t o r a g ea n da n a l y s i s ；t h et e r m i n a ls y s t e mc a r r i e so u tt h e i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n dc o n t r o lf o rt h er e m o t ep o w e rs y s t e me q u i p m e n t ；c o m m u n i c a t i o n s n e t w o r ks e tu pad a t at r a n s m i s s i o nl i n kb e t w e e nm a n a g e m e n tc e n t e ra n dt e r m i n a l s g p r sa n d a r m b a s e ds y s t e mm e t e rr e a d i n gs y s t e mh a se n r i c h e dt h ep r e v i o u sa p p l i c a t i o no ft h eo r i g i n a l s y s t e m ，a n de n h a n c e do v e r a l lp e r f o r m a n c eo fc e n t r a l i z e dm e t e rr e a d i n gs y s t e m a f t e r t e s t i n g ，t h i ss y s t e mc a n r e a l i z es m o o t h l yc a r r yo u tad i a l u p ，s e n ta n dr e c e i v e dd a t a 谢mt h en o r m a lm a s t e r ，c a nr e a l i z en o r m a lc o l l e c t i o no fm e t e rd a t am a n a g e m e n ta n da c h i e v e t h ed e s i r e dr e s u l t sa n dd e s i g nr e q u i r e m e n t s t h es y s t e mh a sb e e na p p l i e db yac e r t a i ns c a l ei n s h i s h o ui nh u b e ip r o v i n c e ，h u a n g g a n g ，h u a n g s h i ，h u n a ns h i y a na n ds o m ec o u n t i e sa n d c i t i e s i nt h ec o m p l e xe n v i r o n m e n to ft h ep o w e rs u p p l ys u c ha ss h i s h o ur e g i o n ，a l ld i s t r i c t2 0 m e t e rd a t ac a nb ec o r r e c t l yc o l l e c t e dt ot h em a i ns t a t i o n so nt i m e ，a n dt h et e r m i n a l sc a na l s o m a s t e rt h en o r m a lr e s p o n s et oa no r d e rt oa c h i e v et h ef u n c t i o n so ft h ed e s i g n a l lt h i sp r o v e d t h a tt h es y s t e mi ss t a b l ea n dr e l i a b l e ，a n di s a d v a n t a g e dt oc o n d u c i v et h eo p e r a t i o no f d i s t r i b u t i o nn e t w o r ks e c u r i t ya n de c o n o m i cm a n a g e m e n t ，i th a sa l s op l a y e dap o s i t i v er o l et o s t r e n g t h e nm a n a g e m e n ta n di m p r o v et h ep o w e rq u a l i t yo f 鲥de l e c t r i c i t y k e y w o r d ：g p r s a r m t c o s i i p r o t o c o la n a l y s i s t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 西丢彳审技太挲 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：旅辟宠钞日期：矽0 7 、多、弓 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期问 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：批 指导教师签名：朱 字 矽少年石月争日 1 绪论 1 绪论 本章主要介绍集中抄表系统的发展历程，论述集中抄表系统的效益和对企业生产管 理的意义，介绍基于g p r s 的集中抄表系统的研究背景，指出文章的结构安排和工作重 点。 1 1 选题背景 目前我国的发电总量已经跃居世界第二位。随着西电东送工程的启动，我国的发电 总量将进一步增加，全国大部分地区开始走出缺电困境。与此同时，国家电力系统体制 改革不断深化，传统的垄断体制被打破，全国性的买方市场宏观环境已逐步形成，电力 公司所面临的市场形势将日趋严峻，因而加强电网管理，提高电能利用效率和节约能源， 是电力企业走向市场经济的前提条件，也对我国国民经济和社会发展具有重要意义。 传统的人工采集抄表模式的弊病越来越突出，主要表现在： 查表收费人员工作入户难，条件差，效率低，劳动强度大； 供电公司的大客户分布分散，供电公司客户服务中心对客户电表的数据抄录工 作量巨大； 错抄、漏抄、估抄的现象严重，影响电供应部门的经济效益和社会形象； 窃电问题严重，尤其是工业大用户的窃电问题，由于数额较大，严重地损坏了 电力企业的利益，扰乱了供用电秩序。要防止窃电，就必须借助实时通讯手段， 在需要的时间，冻结采集各电表的电量数据，进行分析才能准确判断窃电是否 发生以及窃电发生的位置，及时有效地对窃电行为加以制止p 。 我国将最终实现全国联网、统一调度、厂网分开，完成城网和农网改造，实现全国 城乡电网同网同价，建立竞争有序的电力市场，与国际先进的电力工业管理体制接轨。 大电网的互联是世界各国电网发展的共同经验。美国、日本、西欧等发达国家早已 实现了电网互联。我国实现联网将获得诸如错峰、水火调剂、跨流域补偿，降低备用容 量等巨大的经济效益。但同时电网间电费的商业结算同益复杂，原有的人工抄表，人工 采集处理数据的方式显然不能适应商业化电网电费结算的需要，必须采用抄表自动化系 统，随着电网自动化管理的逐步实施，除了网间采用自动化抄表系统，各网对大用户和 居民小区也逐步采用抄表系统，因为人工抄表效率很低，不利于电力系统减员增效工作 的进行。在这种情况下，采用方便实用的远程集中抄表系统，通过电力线、电话线、宽 带网、g p r s 无线网络或专用通讯线路，利用高科技手段实现快速、准确远抄或集抄工 作对电力企业来说意义十分重大。 西安科技大学硕士学位论文 1 2 本课题的选题意义 集中抄表系统对社会和电力企业具有巨大的经济效益和社会效益。 1 2 1 对用户的效益 集中抄表对用户的效益有以下几点【l 】： ( 1 ) 防止拉闸限电，便于安排生产 全面实行负荷控制后，高峰负荷时，通过事先安排削减峰荷，一般停用的是可中断 的供电负荷，用户的主要生产用电将得到保证，不超用就不会限制。这样就便于安排生 产，不致像无计划拉闸限电时那样毫无准备。 ( 2 ) 按需量控制、实现分时电价和用户受益 实行分时电价，可以刺激用户削峰填谷，将使用户支付的电费下降，对用户来说也 是有利的，尤其是对电费占成本份额较高的炼铝、电石、电炉钢等用户。 ( 3 ) 可以多用电 在电力系统全面实现负荷控制，将高峰负荷压低后，用户的用电水平可以增加，将 能帮助增加生产。 1 2 2 对发电的经济效益 ( 1 ) 协助解决调峰问题 我国电力系统目前缺调峰机组，四大电网峰谷差都已超过4 0 0 万k w ，夏季水电 大发不应调峰，冬季水电不足调峰能力又不够，致使许多大型火电机组被迫参与调峰。 负荷控制能削峰填谷，有利于协助解决调峰问题。 ( 2 ) 有利于提高发电经济性 发电机组轻载和满载效率都不高，实行负荷控制后，负荷曲线平坦，机组可以经济 负载运行，可提高发电经济性。 ( 3 ) 有利于提高发电的安全性 发电机组负荷变动大或频繁的启、停操作，增加了设备磨损，将缩短设备使用寿命。 调峰运行可能产生汽机喷嘴、叶片袭纹损坏，使汽缸转子裂纹，使锅炉厚壁部件裂纹等 不安全因素，集中抄表系统能有效的消峰填谷，有利于缓解这些问题。 1 2 3 对供电的经济效益 集中抄表对供电的效益有以下几点1 2 j ： ( 1 ) 降低线损 由于线路损失与负荷电流的平方成正比，控制了峰荷，使线路通过电流减低，提高 2 1 绪论 了负荷率，将能降低供电线路的损耗，这在节约能源和提高电能效率上也起到很大作用。 ( 2 ) 可以多供电 峰荷降低，负荷率提高，可多供电能，增加电力企业的产值和利润； ( 3 ) 便于开展配电自动化 配电自动化是建立在配电设备和通信网络基础上，由于采用了集中抄表系统，也就 建立了通信网络，为配电自动化的顺利开展提供了前提条件。 1 2 4 对社会的效益 实行集中抄表后可以对前期采集到的用电数据进行统计和分析，就能及时做到调峰 措施从而做到不再拉闸限电，因而有利于社会的安定和保持良好的秩序，建立了正常的 供用电秩序有利于国民经济发展，对促进社会进步有重要意义。 1 3 国内外研究现状及发展方向 如何把庞大且分散的用电量及其它数据及时有效并且准确无误地收集、统计和分 析，已成为国内外供电企业一个迫切需要解决的问题。 国外对于远程电能计量采集技术研究起步较早且比较深入，形成了相对规范的技术 体系，多种计量技术得到了相对广泛、成功的应用1 27 。 由于我国电力工业基础薄弱，使我国的配电系统自动化水平较低，以往发电和配电 投资的比例为l ：o 2 ，大大落后于发达国家l ：( 0 伽7 ) 的投资比例。这样造成了配电 网供电可靠性差、不安全因素较多的状况。 由于我国远程电能自动计量起步也较晚，而引进集抄系统技术的国家在管理体制、 所有制形式、电网负荷结构等方面与我国差异较大，引进的电能计量采集系统存在着价 格高、系统汉化程度水平差、售后服务不及时、软件功能修改、更新不方便等问题，所 以引进的技术一直都不是很成功。进入9 0 年代以后，国内许多研究机构和企业纷纷投 入对集中抄表技术的研究，并有多种集中抄表系统陆续问世，这标志着我国集中抄表技 术应用的已进入一个较快发展时期。 前些年则较多使用电话线通信和普通采集技术，虽然都有一些应用，但量都不大， 十分成功的较少。随着集抄技术研究的深入，低压电力线载波中干扰大的问题正逐渐得 到解决，在自动采集技术中的应用有逐渐推广的趋势。当然，其他各种处于发展阶段的 计量技术应用于不同层次的用户。国内不少企业也看准了电能自动采集行业的发展势 头，积极组织人员研制各种自动采集系统，但由于该行业比较年轻，规范不全，近几年 经过各企业内部技术人员的研制及各研发公司的应用推广，目前自动采集行业发展的特 点是技术较成熟、发展较迅速、问题较多、行业仍有待规范。 集中抄表系统一般由电能表、数据采集器、集中控制器，通讯通道，管理中心计算 3 西安科技大学硕士学位论文 机四级构成。系统中，数据与控制信号传输的路径称为通信通道，它分为上行通道和下 行通道。上行通道是指集中控制器和管理中心计算机之间的通信线路，常采用光纤、电 话线、无线电波，g p r s 等各种通信介质。下行通道是指集中控制器和采集器之间的通 信线路，主要有载波、c a n 总线，r s 4 8 5 总线等方式。采集器和电能表之间通常由电 能表所支持的通信方式所决定。 数据远程通讯技术是实现远程电能计量系统可靠运行的关键。在早期的数据远程传 输方式多依靠电台、数传机等无线通讯方式实现，这些方式不仅容易受到外界干扰，在 使用过程中经常出现数据传输速度较慢、易丢失、准确性不高等问题，而且若系统所处 位置地势较为起伏，也会较大程度地影响通讯效果。在监测点分散广、外界干扰大、数 据实时性要求高的情况下，上述的远程传输方式不是最佳选择。在过去的十几年中，移 动通信产业和互联网产业成为全球发展最迅猛、最具活力的产业，二者的结合使人们能 够随时随地获得语音、文本、图像、数据等各种信息服务。随着公共无线通信网络( 如 g s m g p r s 、c d m a ) 的扩建和成熟，移动通信技术正逐步应用于工业领域中。目前蜂 窝移动无线网( 如m g l o b a l s y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 的成熟度较高、费用低、 基站覆盖范围已遍及全国所有的大中小城市和绝大部分农村地区。 g p r s 无线数据传输方式的出现为数据远程传输带来了新的技术革命，它是在目前 通信体系中最成熟、最完善、覆盖面积最广的g s m 系统上发展出来的一种数据承载业 务1 3 j 。g p r s 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交 换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的分组数据业务。特别适用于间断的、 突发性的和频繁的、少量的数据传输。具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高 速传输 等优点。目前，基于g p r s 的监控系统终端常用两种方法实现：一种是各监测 点采用m o d e m 分别与监控中心通信；另一种是设计专门的集中采集器，通过r s 4 8 5 总线、电力载波等通信方式抄收各监测点数据，由集中采集器通过m o d e m 与监控中心 通信。第一种方法虽然在数据传输的实时性和稳定性上略高于第二种方法，但是系统造 价高，维护工作也较繁重。考虑到系统的成本、实现方式、实时性等因素，本系统采用 第二种使用g p r s 方式和r s 4 8 5 总线通讯方式组合的数据采集方案。 1 4 论文结构安排 第l 章主要介绍集中抄表系统的背景和国内外研究现状，说明了本课题的选题意义： 阐述了本系统对用户的效益，对发电的经济效益，对供电的经济效益和对社会的经济效 益。 第2 章主要对本系统中所用到的技术进行了简单的介绍，主要有主站开发开发平 台n e t 介绍，无线通讯技术g p r s 介绍和相近方案的比较选择，集中器开发平台a r m 和a d s 开发环境介绍。 4 1 绪论 第3 章介绍了系统的总体设计，主站的设计和功能介绍，前置机的设计与实现，系 统采集终端集中器的设计和嵌入式操作系统i t c o s 。i i 的介绍，最后介绍了a s m 、c 和 c + + 的混合编程方式。 第4 章介绍了g p r s 技术在集抄系统中的应用，依次阐述了g p r sd t u 和g t m 9 0 0 g p r s 无线通讯模块，a t 命令集，g p r s 组网和协议转换流程，g p r s 的网络连接过程， 数据的收发流程，最后是系统的可靠性分析。 第5 章通过对系统中所用各种不同的协议进行分析，对电力系统存在多种协议并存 的局面进行分析对比，指出兼容多种协议的必要性和可能性。并给出我们解决多种协议 并存的办法。 第6 章对整个论文进行总结，展示本文的主要工作和工作成果，对系统功能的扩展 和未来发展的展望。 在集中抄表系统中本人主要参与了系统的总体架构设计，前置机通讯软件的设计和 程序编写，g p r s 无线通讯模块在系统中的应用和系统中协议解析程序编写。 5 西安科技大学硕士学位论文 2 相关技术简介及选择 2 1 n e t 平台简介及选择 m i c r o s o f t 致力于开发工具的开发已有2 5 年的历史，其第一个产品是m i c r o s o f t b a s i c ，于1 9 7 5 发行，而1 9 9 7 年首次推出的v i s u a ls t u d i o 是一个巨大的进步，它是当时 易于为广大开发人员使用的一组工具的模型，而且功能足够强大，能够处理最复杂的开 发项目。2 0 0 0 年6 月，m i c r o s o f t 公司发布了它的n e t ( 读作“d o t n e t ) 计划。n e t 平 台对早期的开发平台作了重大改进。n e t 提供了一种新的软件开发模型，它允许用不 同程序设计语言创建的应用程序能相互通信。这个平台也允许开发者创建基于w e b 的 应用程序，这些应用程序能够发布到多种不同的设备( 甚至是无线电话) 和台式机上1 4 】。 m i c r o s o f t 的n e t 计划为利用i n t e m e t 和w e b 进行软件的丌发、设计和使用开辟了广阔 的新前景。n e t 策略的一个主要方面是它与具体的语言或平台无关。它不需求程序员 使用惟一的一种程序设计语言。程序员可以将多种与n e t 兼容的语言如表2 1 结合起来 开发n e t 应用程序。多个程序员可以共同参与同一个软件项目，每个人可以使用自己 最精通的n e t 语言( 如v i s u a lc + + n e t 、c 撑、v i s u a lb a s i c 和其他许多语言) 来编写代码。 表2 1 n e t 支持语言 编程语言 a p l c 捍 c o b o l c o m p o n e n tp a s c a l c u r r i c u l u m e i f 艳l f o r t r a n h a s k e l l j 弹 j s c r i p t n e t m e r c u r y o b e r o n o z p a s c a l p e r l p y t h o n i 心g s c h e m e s m a l l t a l k s t a n d a r dm l v i s u a lb a s i c n e t v i s u a lc + + j 、j e t n e t 的核心是公共语言运行时，它管理代码的执行并提供不同的服务。在运行时 之上包含了一组可重用类的类库，这些类紧密地与通用语言运行时结合在一起。公共语 言运行时是n e t 框架的基础，它管理内存、线程执行、代码执行、代码安全验证、编 译以及其他系统服务。运行时处理的事务包括异常处理，安全性，版本控制，交叉语言 6 2 相关技术简介及选择 集成，组件集成，调试，造型，以及内存管理的细节，如创建对象、管理引用。 不管是用v b 、c 群还是其他n e t 语言编写，所有v s n e t 代码都会编译成中间语言 ( i n t e r m e d i a t el a n g u a g e ，i l ) 。当程序运行时，一个实时编译器( i u s t i n - t i m ec o m p i l e r ， 或称为j i t ) 就把i l 代码编译成机器语言。c l r 提供了前所未有的跨语言集成能力，其 中包括跨语言继承代码的能力。所有使用c l r 的语言都使用一个公共类型系统 ( c o m m o nt y p es y s t e m ) ，它使得开发那些多种语言的应用变得更为容易。如图2 1 所 示。 另外，运行时的托管环境还消除了许多常见的软件问题。例如：运行时自动处理对 象布局并管理对对象的引用，当不再引用时将它们释放。这种自动内存管理解决了两个 最常见的应用程序错误：内存泄漏和无效内存引用。尽管运行时是为未来的软件设计的， 但是它也支持现在和以前的软件。托管和非托管代码之间的互操作性使开发人员能够继 续使用所需的c o m 组件和d l l 。 由于n e t 平台的这些技术优势，所以我们决定选择它作为我们系统主站的开发平 台。另外，选择n e t 平台还有技术之外的另外两个原因： n e t 平台的支持多种语言的无缝联合开发，这有利于降低别的厂家的开发人员 在我们系统上进行二次开发的难度。兼顾了使用不同开发语言的开发人员的习 惯，确保了系统的最大兼容性。 n e t 平台适合习惯使用v b 、v c 的研发人员的平稳过渡，能最大限度的利用 公司原有的研发资源，节约公司成本，降低开发风险。 2 2g p r s 简介及选择 2 2 1g p r s 介绍 图2 1 n e t 应用程序执行的方式 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) ，通用无线分组业务，是一种基于g s m 系统的 无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线口连接。通俗地讲，g p r s 是一项高速 7 西安科技大学硕士学位论丈 数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上【5 】。虽然g p r s 是作为现 有g s m 网络向第三代移动通信演变的过渡技术【2 9 】【3 0 1 ，但是它在许多方面都具有显著的 优势。g p r s 网络的技术核心是在g s m 网络中传送分组数据，它的技术优势主要体现 在两个方面： ( 1 ) 实现了用户数据与无线网络资源的最佳结合。 ( 2 ) 实现了i p 协议的透明传送。 与原有的g s m 比较，g p r s 在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势，主 要表现在以下方面： ( 1 ) 通过多个g s m 时隙的利用，支持的数据传输的速率更高，理论峰值为1 7 1 k b p s ； ( 2 ) 不同的网络用户共享同一组g p r s 信道，但只有当某一个用户需要发送或接收 数据时才会占用信道资源。这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用了无线网络信 道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输，很好地适应数据业务的突发性特点： ( 3 ) g p r s 计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费； ( 4 ) 与无线应用协议不同，g p r s 能够随时为用户提供透明的i p 通道，可直接访问 i n t e r n e t 中所有站点和资源； ( 5 ) 采用信道复用技术，每一个g p r s 用户能够实现永远在线。在我国，中国移动 公司从1 9 9 9 年开始就进行了g p r s 的试验和测试阶段，随后在商用建设阶段，g p r s 一期工程就完成了6 个省2 5 个城市的商用建设，而目前中国移动g p r s 网络已覆盖全 国绝大多数地区，只要有手机信号的地方就可以进行进行数据传输，容量达到2 1 0 万。 g p r s 覆盖范围如此之广，为实现自由无线通信提供了坚实的基础。 2 2 2 相近方案优缺点分析 在实现电力系统自动化采集的过程中，关于主站和负控终端之间通信通道有以下几 种方案可供选择： ( 1 ) 有线网络通信 在此方案中，把终端采集到的数据经有线的m o d e m 调制，从集中器进行拨号连 接后经普通电话线传送给主站系统。 系统可行性分析 在当前我国广大农村和城镇，有线电话已基本普及，所以通过有线的m o d e m 来 传输数据的条件已经具备的。 优缺点分析 优点：无需重复搭建通信网络，可以直接利用已有的电话网络，有利于节省投资， 电话信号稳定，传输效率高。 8 2 相关技术简介及选择 缺点：因为通常传输电力采集数据是突发的，两次采集的时间间隔很大，只有在需 要传输数据时才连接，不需要一直在线，所以专门租一条电话线是浪费的。 ( 2 ) w i f i 无线网络通信 在此方案中，采集到的数据经w i f i 无线网卡连接到i n t e m e t ，与主机通信。 系统可行性分析 在城市和城镇，人口稠密，居住集中，而在农村我国也是以村庄分布。在一个村庄 可以建立一个无线局域网。 优缺点分析 优点：网络信号稳定，传输速度快。通过i n t e m e t 传输价格低廉。 缺点：要在每一个采集区域里建立一个或者几个无线网络接入点，需要耗费大量的 投资，成本太高。 ( 3 ) g p r s 无线网络通信 在此方案中，g p r s 终端接收主站指令后采集电表数据，然后采集到的数据经g p r s 模块通过g p r s 网络发送到主站。 系统可行性分析 在现阶段，g p r s 网络已经覆盖的很广泛了，除了很少的一些山区和高原地带，大 多数的地区都已经有很稳定的信号覆盖了，而山区和高原基本是很少有人居住的。 优缺点分析【1 8 】【3 6 】【3 7 】 优点：现有的g p r s 网络已经很成熟，具有“实时在线 、“按量计费”、“快捷登录 、 “高速传输 、“自如切换”等优点。不需要另外追加额外的投资，不需要另外架设无线 网络接入点，节省成本。 缺点：g p r s 网络在联机的速度和稳定性上仍存在着一些问题，传输品质距有线网 络仍有一定的差距。 2 2 3g p r s 方案选择及理由 在前面的三种方案中，通过比较我们最终选择了第三种基于g p r s 网络传输电力采 集数据，理由如下： ( 1 ) 在第一两种方案中，虽然电话线已经普及，但需要专门租条电话专线，很是浪 费。第二种方案需要电力公司在每个采集点建立无线的网络接入点，投资浩大。而第三 种方案中，只需要使用无线网络提供服务商的g p r s 服务即可，无需重复投资。 ( 2 ) 由于电力系统的数据量偏小，而且传输数据具有突发性和集中性等特点，故不 适合用前两种按月收费的方梨6 1 。而第三种方案，即g p r s 方案是分组交换技术，具有 “实时在线”、“按流量计费”“自如切换 的优点，刚好能满足电力数据的突发性、数 据量偏小的要求，有利于节省网络费用。 9 西安科技大学硕士学位论文 2 3a r m 简介及选择 2 3 1a r m 简介 a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) 是3 2 位的微处理器核，它是由a r m 公司研发的， 自1 9 8 5 年出现至今已有2 0 多年。在这2 0 多年的发展中，a r m 公司采用了i p 授权的 方式，允许其他半导体公司生产基于a r m 核的处理器芯片和产品，而它本身并不直接 从事芯片的生产，这种经营方式使得a r m 技术得到了非常快速的推广。另外，由于a r m 处理器具有高性能、低功耗、低成本等等的特点，目前已经占据了3 2 位和6 4 位嵌入式 处理器的绝大部分市场p j 。 a r m 微处理器目前包括a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 、a r m l0 e 、s e e u r c o r e 、s t r o n g a r m 等几个系列，除了具有a r m 体系结构的共同特点高性能和低功耗等以外，每一个系列 的a r m 微处理器都有各自的特点和应用领域：如a r m 7 最适合于要求低价位和低功耗 的消费类应用；a r m 9 e 主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控 制、存储设备和网络设备等领域；a r m i o e 系列微处理器采用了两种先进的节能方式， 使其功耗极低。它主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通 信和信息系统等领域；s e c u r c o r e 主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用 系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域；是便携式通信 产品和消费类电子产品的理想选择。 2 3 2a r m 处理器选择 采用r i s c 架构的a r m 微处理器一般具有如下特点： ( 1 ) 体积小、低功耗、低成本、高性能； ( 2 ) 支持t h u m b ( 1 6 位) a r m ( 3 2 位) 双指令集，能很好的兼容8 位1 6 位器件； ( 3 ) 大量使用寄存器，指令执行速度更快； ( 4 ) 大多数数据操作都在寄存器中完成； ( 5 ) 寻址方式灵活简单，执行效率高； ( 6 ) 指令长度固定； 因为上述a r m 特点，所以本系统中集中器主控芯片选择p h i l i p s 公司生产的 l p c 2 2 1 4 ，它是a r m 7 t d m i s 内核，该芯片是一款性价比很高的芯片，尤其要强调的 是它具有非常丰富的片内资源： 1 6 k b 的片内静态r a m ； 2 5 6 k b 的片内f l a s h 程序存储器； 8 通道的1 0 位a ，d 转换器，转换时间低至2 4 4 微秒； 1 0 2 相关技术简介及选择 外部3 2 位的总线； 最高片内p l l ( p h a s el o c k e dl o o p ，锁相环) 可实现6 0 m h z 的c p u 操作频率； 存储器接口可配置4 组存储器，每组容量均可高达1 6 m b ； 多个串行接1 2 1 ，包括2 个u a r t 、高速( 4 0 0 k b p s ) 1 2 c 接口和2 个s p i 接口； 支持系统编程o s p ) 和应用中编程( i a p ) ； 2 个3 2 位定时器、实时时钟和看门狗： 1 1 2 个通用i o 口： 有空闲和掉电两种低功耗模式( 更节电，有利于制作便携式仪器) ； 双电源： c p u 操作电压范围：1 6 5 1 9 5 v ( 1 8 x ( 1 士8 3 ) ) ； i 0 口操作电压范围：3 0 - - 3 6 v ( 3 3 x ( 1 士1 0 ) ) 。 2 4a d s 开发套件介绍 a d s ( a r md e v e l o p e rs u i t e ) 是a r m 公司推出的新一代a r m 集成开发工具【8 l 。现在 a d s 的最新版本是1 2 。它除了可以安装在w i n d o w s n t 4 ，w i n d o w s 2 0 0 0 ，w i n d o w s 9 8 和w i n d o w s 9 5 操作系统下，还支持w i n d o w s x p 和w i n d o w s m e 操作系统。a d s 由命令 行开发工具，a r m 时实库，g u i 开发环境( c o d ew a r r i o r 和h x d ) ，实用程序和支持软 件组成。有了这些部件，用户就可以为a r m 系列的r i s c 处理器编写和调试自己的开 发应用程序了。用户一般直接操作的是c o d e w a r r i o r i d e 集成开发环境和a x d 调试器。 2 4 1c o d e w a r r i o ri d e 简介 c o d e w a r r i o rf o ra r m 是一套完整的集成开发工具，充分发挥了a r mr i s c 的优势， 使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术。该工具是专为基于a r mr i s c 的处理器而设计的，它可加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节，使得开发人员只需 通过一个集成软件开发环境就能研制出a r m 产品，在整个开发周期中，开发人员无需 离开c o d e w a r r i o r 开发环境，因此节省了在操做工具上花的时间，使得开发人员有更多 的精力投入到代码编写上来，c o d e w a r r i o r 集成开发环境为管理和开发项目提供了简单 多样化的图形用户界面。用户可以使用a d s 的c o d e w a r r i o ri d e 为a r m 和t h u m b 处理 器开发用c ，c + + ，或a r m 汇编语言的程序代码。 c o d e w a r r i o ri d e 能够让用户将源代码文件，库文件还有其他相关的文件以及配置 设置等放在一个工程中。每个工程可以创建和管理生成目标设置的多个配置。例如，要 编译一个包含调试信息的生成目标和一个基于a r m 7 t d m i 的硬件优化生成目标，生成 目标可以在同一个工程中共享文件，同时使用各自的设置。 c o d e w a r r i o ri d e 为用户提供下面的功能： 西安科技大学硕士学位论丈 ( 1 ) 源代码编辑器，它集成在c o d e w a r r i o ri d e 的浏览器中，能够根据语法格式， 使用不同的颜色显示代码。 ( 2 ) 源代码浏览器，它保存了在源码中定义的所有符号，能够使用户在源码中快速 方便的跳转；查找和替换功能，用户可以在多个文件中，利用字符串通配符，进行字符 串的搜索和替换。 ( 3 ) 文件比较功能，可以使用户比较路径中的不同文本文件的内容。 2 4 2a x d 调试器简介 a x d ( a r me x t e n d e dd e b u g g e r ) 为a r m 扩展调试器，支持硬件仿真和软件仿真 ( a r m u l a t o r ) 。a x d 能够装载映像文件到目标内存，具有单步、全速、断点等调试功能， 可以观察变量、寄存器和内存的数据。a x d 是a d s 的调试器，独立于a d s ，属于交叉 编译器。运行在w i n d o w s 操作系统下，为a r m 目标板生成运行程序，包含下列基本调 试功能： ( 1 ) 下载目标映像文件到系统中，如果目标系统支持，还可以将映像文件烧入到系 统的f l a s h 存储器中。 ( 2 ) 在目标程序中设置断点，包括程序断点和数据断点；查看和修改断点处处理器 状态，查看和修改断点处存储器内容，查看和修改目标程序中标量的值。 ( 3 ) 单步执行目标程序，可以显示反汇编和源程序代码，可以调试c 和c + + 程。 1 2 3 1 系统总体架构 3 系统设计 电力负荷管理系统由主站软件( 主站软件包括：主站管理软件和前置机通讯软件) 、 通信网络、集中器和站端设备组成，如图31 所示。站端设备包括采集终端、电能表、 掌机等多种涉及电能计量的设备。掌机是系统的补充部分，在系统通信网络出现故障时， 通过红外接口实现对终端的基本数据的设置和读取。 系统主站通过g p r s 通讯网络与集中器等站端设备进行通讯，负责应用服务器维护、 前置机服务器维护、档案维护、集中器参数设置，集中器实时数据查询、居民集抄