基于GPRS在供电抄表中的设计与应用.doc

基于GPRS在供电抄表中的设计与应用陈杰山东理工大学 机械学院摘要：分析了远程抄表系统的组成、工作原理、硬件配置、软件设计、功能以及技术性能。给出了通过下位机和无线收发模块来采集、整理数据，并通过无线MODEM模块经GSM网与上位机进行通信，从而实现水电公司远程抄表功能实现方法。关键词：自动抄表；无线通信；PTR2000；GSMDesign and Application in Power Meter Reading based on GPRSChen JieShandong University of Technology Mechanical CollegeAbstract：We analyse the composition of the remote meter reading system, working principle, hardware configuration, software design, function and technical performance. Showing the system collect and manipulate data by lower computer and the wireless transceiver modules，we use the wireless Module which through GSM network to communicate with the host computer，so that we can realize the remote meter reading capabilities for the Hydro Implementation.Keywords：Automatic meter reading; Wireless communication; PTR2000; GSM0 引言在现代化城市生活中，水、电、气等式日常生活中必不可少的物品，随着生活节奏的加速，对其需求量也是越来越大。对于供应水、电、气等的公司来说，每个月派工作人员到每家每户去记录他们月用量，那将是很繁重的事情，不仅消耗了大量的人力、物力，更重要的是记录员在读表的时候难免会出现错误，给公司带来一定的损失。为了避免抄表员上门抄表带来的弊端，省却上门抄表打扰用户的尴尬问题，我们设计了一种远程无线自动抄表系统。该系统能使安装在用户处的水、电、气表所记录用户的用量数据通过遥测、传输和计算机系统汇总到营业部门，从而代替人工抄表及一连串后续工作。该系统具有数据采集点多、数据处理量大、覆盖面广等特点，且系统构造比较简单、成本比较低、能准确、快速的采集数据处理数据，具有实时性，又有一定的环境适应能力和抗干扰能力，可对供应公司和用户提供很大的便利，对于目前的市场有良好的前景。1 系统的组成和工作原理该系统主要由数据采集、数据发送、无线通信、数据接收和处理等部分组成。数据采集装置首先通过传感器采集三表的读数，并将采集的数据存入AT89C205l单片机内；之后，单片机再通过无线通讯模块PTR2000 (发送端)将数据发送出去，通过GSM1无线网络，由用户集中器的PTR2000(接收端)接收发送来的数据。下位机主要完成数据采集、分时存储和同上位机的通信功能，它通过串行接口集成电路INS8250和电平转换电路与GSM/Modem相连接，并以GSM公众网为平台，通过电信公众网络传输数据。GSM/Modem通过GSM的短消息业务发送数据，PC机(上位机)一般设在公司的营业处，它负责整个系统的管理，可在收集到数据后对数据进行整理、存储、显示，并计算出各用户需缴纳的费用。其系统原理图如图1所示。电泵n水泵n气泵n气泵1电泵1水泵1 下位机电信局PTR2000数据采集装置数据采集装置PTR2000PTR2000GSM/ModemILL1GSM网 上位机PCModem 电话线 图1 系统原理图 水、煤、电气公司2 硬件电路设计2.1数据采集与发送为了能够实现对数据的采集，本系统的硬件设计中我们要做的工作是要将原水表计数齿轮指针换装成带磁性的指针，以便传感器能够对其进行数据采集；气表要用带信号输出的气表；电表必须采用脉冲式电子电度表，电表脉冲输出的器件应为光耦输出，具有较好的隔离作用。我们将数据采集装置与用户的电表安装在一起。为了防止用户突然断电，其采集装置必须装在空气开关的前端。电表可以通过计数脉冲来测量。并由光电采集头采集电表的计数脉冲。表盘转一圈，光电采集头发出一个脉冲。其输入为P1口的P1.0，并由AT89C2051存储，然后通过一个模块进行数据的发送，这里我们选择PTR2000作为数据发送模块。无线收发一体数传MODEM模块PTR2000芯片性能优异，它的显著特点是所需外围元件少，因而设计非常方便。该模板在内部需成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而使目前集成度较高的无线数传产品。2下面介绍下PTR200的主要特征：该器件将接收和发射和结为一体；工作频率为国际通用的数传频段433MHZ；采用FSK调制/解调，可直接进入数据输入/输出，抗干扰能力强，特别是和工业控制场合；采用DDS(直接数据合成)+PLL频率合成技术，因而频率稳定性极好；灵敏度高达105BbM;工作电压低(2.7V)，功耗小，接收待机状态电流仅为8uA；具有两个频道，可满足需要多心到工作的场合；工作频率最高达20kbit/s(也可在较低速率下工作，比如9600bps)；体积小；可以直接与CPU串口进行连接，也可以用RS232与计算机接口，软件编程非常方便；标准的DIR引脚间距更适合于嵌入式设备；才用了地发射功率、高接收灵敏的设计，因此使用时无需申请许可证，开阔时的使用距离最远可以达到1000米。它采用当代最先进的欧洲“蓝牙技术”，应用全数字科技，并由单IC组合而成，当PTR2000的TXEN脚为高时，它将处于发射状态；而当TXEN脚为低时，为接收状态。硬件设计时，可将TXEN与AT89C2051的P1.1脚相连，并通过软件控制PTR2000的状态3。其采集和发送电路如图2所示。图2 数据采集与发送电路原理图图3数据接收原理图2.2 数据接收和远程无线通讯通过PTR2000可将数据接收并存入AT89C51内，其中ROM和RAM分别用来存储程序和数据，数据按当时的时间存入相应时段的存储区内，时段间隔为10分钟。不同日期的同一时段数据仅在相应的存储区内累加。由于采集装置内装有免维护电源，故可保证断电后继续工作，同时保护数据的接收和执行上位机的命令。AT89C5l通过异步接收发送器UART (INS8250)与无线MODEM相连接，可实现与上位机的无线通讯。其数据接收电路原理图如图3所示。开始设置波特率，初始化串行通讯通讯寄存器及存储单元检查有无信号发来？ Y采集数据并存储 N接收特征码判断是否对应下位机的特征码？N回送同样的特征码接收上位机命令，发送数据上位机是否发送执行完成命令？ NY结束图4 数据程序流程2.3 数据处理上位机一般通过DDE接口将下位机发送的数据传送到EXCEL工作表中，在EXCEL中定义好报表格式和计量格式，并将文件以模板格式保存，这样，在抄表完成后，系统就能自动将数据填写到相应指定的单元格，然后由EXCEL自动计算，并换算成KWH值和收费值，我们也可以在上位机上打印、显示用户的水、电、气费和各种报表及负荷曲线。也可以设置用户负荷限额，超出该限额时也会发出报警信号，公司可以根据报警信号，是否发遥控命令给下位机以对用户实行断电处理。还可以计算各个时段的费用，为电力部门实行分时收费提供可靠的依据和保证。本系统的上位机(PC机)采用双硬盘来做数据备份，这样就能够保证数据存储的安全性。3 软件设计由于该系统采用的是一点对多点的双向数据传输，因此，我们对每户的表都设置了相应的地址码。上位机可以查询下位机，下位机也可以定时发送数据给上位机。本系统要实现的目的是一机(上位机)对多机(下位机)的通讯控制，其通讯软件主要分为两部分：一是上位机与下位机的远程通讯软件，二是单片机与GSM/MODEM的串行通讯软件。程序设计的关键是上、下位机间的远程通讯的准确性。在程序设计中，可采用通讯协议的做法，由上位机发出读表指令与地址码，让各个下位机将记录的数据传过来，同时进行校验。以保证数据的正确性。每个下位机都编有不同的地址码，当上位机向所有的下位机发送一个地址码和抄表指令时，所有的下位机都会接收到该地址码，并比较是否与其自身的地址码相同，如不相同，则退出比较，不再接收其他命令；如相同，则表示上位机查询的就是该下位机，同时收回应答信号，并准备接收命令。而上位机则将收回的应答信号与发出的地址码相比较，若不同，则给出错误信息，若相同，则可控制已叫通的下位机。此时已叫通的下位机将继续接收上位机发送的抄表命令。并收集用户的数据，同时通过GSM网络发送给上位机，直到接收到上位机发来的执行完成命令。图4所示是该系统的数据通讯程序流程。4 结束语本文介绍的自动抄表系统集计算机、通信技术于一体，并采用先进的无线通讯模块和最成熟、最完善、应用最广的GSM作为数据传输平台。该系统抄数快速准确，彻底解决了人工抄表的所有弊病。其短消息业务具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等优势。还可进一步与银行系统的微机联网，实现费用自动划拨，故大大提高工作效率，因而