基于GPRS的远程抄表系统

1、摘 要 本设计设计了一种基于GPRS的远程抄表系统。系统以GPRS分组数据作为远程信号的传输平台，对远程抄表体系结构作了详细的讲解。远程抄表系统包括数据集中器和数据采集器。数据集中器数据的接收和发送是通过AT指令来实现的，讲述了常见的AT指令及其使用方法。数据采集器是依据具体的通信协议和M-BUS协议来实现的。系统的硬件设计中，对主要硬件GPRS模块和STC12C5A08S2单片机及其外围电路进行了详细的讲述。系统分为两个部分进行设计数据中心站和远程采集分站：数据中心站硬件包括STC12C5A08S2单片机，GPRS通信模块SIM300，两者通过RS232连接；远程抄表分站硬件包括RS485或

2、无线射频通信模块，STC12C5A08S2单片机系统，TTL-M-BUS电平转换单元。系统的软件设计包括数据中心站软件（MCU-GPRS）和远程抄表分站软件设计。数据中心站软件完成了数据的接收与发送等功能。远程抄表分站主要完成高一层次的通信协议进行规定和实现，软件包括单片机初始化、主程序、数据采集程序、通过串口的接收和发送程序。论文的最后部分以GPRS的远程数据系统为基础，设计出一套基于GPRS数据系统。 关键词： STC12C5A08S2单片机；GPRS；通信协议；远程抄表目 录1 绪论11.1 远程抄表系统产生的背景和意义11.2 总体要求和规划2 数据服务中心结构图3 远程抄表结构图32

3、 GPRS网络基础知识和GPRS通信原理52.1 GPRS通信技术简介52.2 通信指令AT指令6 用于GPRS模块的AT命令62.3 SIM300无线通信模块73 系统硬件电路的设计93.1系统总体硬件结构设计93.2 暖表采集器电路设计103.2.1 STC12C5A08S2单片机及其外围电路设计103.2.2 数据采集器电源电路设计133.2.3 TTL-MBUS电平转换电路设计143.3 数据集中器系统设计163.3.1 STC12C5A08S2单片机及其外围电路设计163.3.2 SIM300及其外围电路设计173.3.3 数据集中器电源设计194 软件部分204.1 系统总软件设计

4、流程204.2 数据采集器程序设计204.2.1初始化内容204.2.2 通信协议具体实现214.2 数据集中器程序设计25结 论28参考文献29致 谢30附录1：整体电路图31附录2：源程序331 绪论1.1 远程抄表系统产生的背景和意义 长期以来，暖气用户的取暖收费管理依靠人工抄表或按居住面积收费的，这种传统收取方式费时、费力，效率低，常常出现用户欠费、迟缴或漏缴暖费的问题，而且对居民生活也是一种干扰，有时还给不法分子入室犯罪以可乘之机。随着改革的深入，住宅商品化的发展，住宅单元个性化和独立性的增强，这种能耗计量收费方式愈来愈显得与社会发展不相适应。另一方面，随着科学技术的进步和人们物质文

5、化生活水平的提高，住宅中的家用电器数量、种类、容量日益增加，相应地水、电、煤气等生活能耗量也将显著提高。同时国家建设部在居民住宅的有关技术规定中已明确要求3表(水表、电表、煤气表)必须出户。因此为适应国家用水制度的改革，研究和利用现代化智能技术对自来水使用实行自动监控，用现代化科技手段改变供水管理体制的落后现状，具有十分重要的实践意义。 目前，国内智能电表从结构上大致可分为机电一体化式和全电子式两大类。 机电一体化式，即在原机械式电度表上附加一定的部件使其既完成所需功能，又降低造价且易于安装，一般而言其设计方案是在不破坏现行计量表原有的物理结构，不改变其国家计量标准的基础上加装传感装置，变成在

6、机械计度的同时亦有电脉冲输出的智能表。 全电子式则从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而取消了电表上长期使用的机械部件，具有体积小，精度高，耗电少等优越性。在水电气管理方面采用自动抄表技术不仅能节约人力资源更重要的是可提高抄表的准确性，减少因估计或誊写而造成账单出错的现象 使水 电 气管理部门能及时准确获得数据信息，另外用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间 还能迅速查询帐单 所以这种技术越来越受到用户欢迎。针对目前市场上自动抄表系统价格不菲的现状 设计数据传输总线选用M-BUS,传输速度快、距离远、可靠性高。仪表总线(meter bus，M-Bus)是一种新型总线结构，M-Bu

7、s主要特点是仅用2条无极性传输线来同时供电和传输串行数据，而各个子站(以不同的ID确认) 并连在M-Bus总线上。将M-Bus用于各类仪表或相关装置的能耗类智能化管理系统中时，可对相关数据或信号进行采集并传递至集中器，然后再通过相应的接口传送至主站。利用M-Bus可大大简化住宅小区、办公场所等能耗智能化管理系统的布线及连接，且具有结构简单、造价低廉、可靠性高等特点。由M-Bus构成的能耗智能化管理系统由终端数据或信号采集子站及其M-Bus收发电路、M-Bus总线、主站及其M-Bus转换器等组成。对于基于TSS721的M-Bus子站介绍也比较多，但对于计算机到M-Bus转换所需要的转换器介绍的则

8、比较少，M-Bus总线通讯的具体实现介绍更少。尽管M-Bus定义了物理层的借口和电气特性，但它没有对高一层次的通信协议进行规定，高一层的通信协议留给用户自己去实现。本文就集中器的设计当中有软件实现暖气热能表无线抄写数据功能及其中通信协议的实现做了详细介绍。 GPRS技术-通用分组无线业务(General Packet Radio Service， 简称GPRS)是在GSM系统的基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统， 它使用分组交换技术， 能兼容GSM并在网络上更加有效地传输高速数据和信令。GPRS是一个以分组交换为基础的系统， 它具有与其他分组数据系统一样的特性， 特别适合突发性分组数据

9、的传输， 由于使用了分组交换技术， 在无线接口上可以按需分配信道资源， 一方面， 每个用户可以根据需要同时使用多个信。1.2 总体要求和规划 无线远程数据采集系统实现的思想是：在内部加装智能模块的户用计量仪表，具有对采集的脉冲信号进行分析判断，对信号进行处理，对脉冲进行累计存储等功能，最终以标准的电气通讯模式，按一定的通讯规约将数据送入GPRS通信模块，模块将数据组成GPRS分组，通过GPRS和Internet送到服务器。服务器除了接收上传的数据外，也可通过Internet和GPRS网络向终端发出指令，并且具有外部IP。对GPRS模块进行GPRS附着过程和PDP（Packet Data Pro

10、tocol,分组数据协议）上下文激活过程，即可用GPRS进行系统的通信。2. 数据采集系统整体方案规划及实现 目前的无线远程数据采集系统的通信信道包括服务器与集中器（又称为数据传输终端设备）的通信信道和集中器与采集器的通信信道。无线远程数据采集系统的整体都采用分布式体系结构，该结构分上下两层： 上层（服务器与集中器之间）数据采集采用星型结构，其信道采用了GPRS无线网络和InterNet；下层（集中器与采集器之间）数据采集采用总线型结构, 其信道采用RS-485总线或CAN总线或射频无线模块。服务器与集中器构成上层通信系统,底层通信系统位于数据采集现场,包括户用计量仪表、采集器和集中器。采集器

11、通过RS-485串行总线把采集到的数据传送给集中器，而集中器的主要是进行数据采集、汇总和转发。本系统集中器主要是由微控制器MCU（Micro Control Unit）和通信模块构成,采集器用RS-485总线把比较接近集中器的数据汇总过来进行存储，并利用通信模块通过GPRS网络把数据传送给服务器。因此，为实现数据汇总和转发，集中器具有两部分通信功能：一是采集器和集中器之间的短距离通信，主要由RS-485总线来完成；二是控制器和通信模块之间的RS-232总线串行通信，通过RS-232串行接口微控制器可发送AT指令来控制通信模块以实现集中器和服务器之间的远距离无线通信。本文中数据采集系统整体方案的

12、实现成为本系统的关键部分，其数据采集系统结构如图1所示。数据采集系统组成原理图如图2所示。本系统由采集模块、MCU、GPRS模块、GPRS网络、Internet等部分组成。其中，采集的数据在MCU里进行处理、存储，处理后的数字信号传送给GPRS模块并由其发射出去，经过GPRS网络和Internet送到服务器。 数据服务中心结构图 GSM/GPRS移动网络 目前本系统中采用G P R S网络进行历史数据、 实时数据以及报警信息的远程传输，并采用短消息业务发送参数变化、 报警信息等到监控中心作为补充。 系统可按照C / S的结构即客户+ 服务器的模式来设计。 由于G P R S络工作方式是以I P

13、地址寻址为基础的，所以监控中心作为网络的服务器端，需指定固定的I P 和端口号，各监测点作为客户机， 只需要简单接入I n te rn et ， 并具备公网分配的I P地址即可。同时， 因为G P R S终端产品本身由网络提供商动态地分配地址，在未进入连接待机状态时，其本身是不具备I P地址的。客户机即各监测点需主动定时的向服务器发送数据，进行网络连接。 上位机（PC）GPRS模块Internet 图2-1 数据中心整体框图 远程抄表结构图整个系统的硬件分为数据集中器、采集器以及M-BUS通信3部分。如下图2-1所示： GSM/GPRS移动网络 数据集中器有无线RS-485总线采集器n.采集器

14、1M-BUSM-BUSM-BUS采集表n.采集表1采集表 图2-2 抄表系统整体框图 数据集中器硬件电路主要有：STC12C5A08S2单片机，电源电路，GPRS模块，无线模块采集器硬件电路主要有：电源电路，STC12C5A08S2单片机，无线模块，TTL到M-BUS的电平转化电路。主要功能有：1：其中实现TTL电平转M-bus电平的转换，实现从05V到1236V的转换。2：采用无线通信，实施远程抄表，在无障碍时传输距离可达1000米。 2 GPRS网络基础知识和GPRS通信原理2.1 GPRS通信技术简介 通用分组无线业务GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新无线数据传数业务，目的是给

15、移动用户提供高速无线IP或X.25服务。在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。GPRS与其他无线方式的应用比较如下： 传输方式比较内容GPRS 短消息无线数传电台覆盖范围全国全国不大于20KM建设费用一般低高施工难度较低低高施工周期较短较短长计费方式流量无月租或流量包月条/0.1元占频费运行费用较低较高一般通信速率较高一般低误码率较低较高高可靠性较高一般低群收群发支持不支持不支持传输时延短长短网络协议支持不支持不支持维护成本低低高GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40100Kbit/s，GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时

16、占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS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。GPRS永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。2.2 通信指令AT指令 AT 即 Attention AT 命令集是从 TETerminal Equipment 或 DTEData Terminal Equipment 向TATerminalAdapter 或 DCEData Circuit Terminating

17、 Equipment 发送的通过 TATE 发送 AT 命令来控制 MSMobile Station的功能与 GSM 网络业务进行交互。用户可以通过 AT 命令进行呼叫短信电话本数据业务补充业务传真等方面的控制同时数据采集模块可以与GPRS模块通信，使其通过GPRS网络把数据发送给监控中心。2.2.1 用于GPRS模块的AT命令 命令 功能描述 AT+CIPSTART 连接到服务器 AT+CIPSEND 发送数据 AT+CIPCLOSE 关闭TCP/UDP 连接 AT+CIPSHUT 关闭移动场景 AT+CLPORT 设置本地端口号 AT+CSTT 启动任务并设置APN, user name,

18、 password AT+CIICR 激活移动场景 AT+CIFSR 获得本地IP 地址 AT+CIPSTATUS 查询目前状态 AT+CDNSCFG 配置DNS 的IP 地址 AT+CDNSGIP 域名解析, 获取IP 地址 AT+CDNSORIP 设置连接域名或IP 地址 AT+CIPHEAD 设置接收的数据头 AT+CIPATS 设置自动发送时间 AT+CIPSPRT 设置在AT+CIPSEND 后是否返回发送提示符> AT+CIPSERVER 配置为服务器 AT+CIPCSGP 设置为CSD 或GPRS 连接以及相关参数 AT+CIPCCON 设置当前的连接 2.3 SIM300

19、无线通信模块 数据采集模块的微处理器收集到电表的数据信息后，要通过GPRS通信网络把数据发送到监控中心。系统中完成通信工作的GPRS模块采用国产化的SIM300模块，该模块接口简单、使用方便且功能强大。模块只需要单一的3.44.5V电源即可工作，但需要注意的是其电流比较大(尖峰电流大于2A)。SIM300 是一款三频段 GSM/GPRS模块，可在全球范围内的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三种频率下工作，能够提供 GPRS多信道类型多达 10 个，并且支持 CS-1、CS-2、CS-3 和 CS-4 四种 GPRS编码方案。 SIM300 结构小巧，外

20、形尺寸仅 40mm*33mm*2.85mm，几乎可满足所有对产品尺寸有要求的工业应用，比如智能电话，掌上电脑和其他移动设备。 模块与移动应用设备通过一个 60 引脚的板板连接器相连，它提供了除了 RF 天线接口的其他所有模块与开发板的硬件接口。 SIM300 内部功能模块有： 键盘和 SPI 类型的 LCD接口，方便用户开发自己的应用设备。 具有调试和数据输出两个串口，帮助开发人员更容易开发产品。 双音频通道，包含两个麦克风输入和两个话筒输出，可方便的由 AT 指令配置其工 作模式。 SIM300 有两种 RF天线接口： 一种是天线连接器、 一种是天线焊点。 天线连接器型号为 MURATA M

21、M9329-2700，或者用户也可以通过天线焊点自己焊接天线。 SIM300 具有低功耗设计，睡眠模式下的电流消耗仅为 2.5mA。 SIM300 内部集成了 TCP/IP 协议栈，并且扩展了 TCP/IP AT 指令，使用户利用该模块开发数据传输设备变得特别简单、方便。主要硬件电路如图2.3.1。 3. 应用程序接口 SIM300 除了RF接口，其他所有硬件接口都通过一个 60 引脚、引脚间距为 0.5mm的板板连接器与用户移动应用平台连接，板板连接器的子接口有如下特征： · 电源供电（115,34,17） · 双串行接口（28,3849） · 两个模拟音频接口

22、（36,5060） · SIM 卡接口（16，1925） ·一般用途输入输出（18,26,2933,35,37,） 3 系统硬件电路的设计3.1系统总体硬件结构设计整个远程抄表系统结构可分为3部分：数据中心、现场数据集中器中和现场采集器。系统中的数据采集部分由物理层M-Bus总线负责实时采集现场暖表信号，经过电平转换后直接以数字形式传送给STC12C5A08S2单片机。单片机取得相应的用户数据后经主程序分析，然后将有效信息通过RS485或无线射频模块上传到数据集中器，数据集中器将得到的信息通过GPRS模块传回数据中心。另外，STC12C5A08S2单片机也通过数据中心控制信

23、息，实现对被控制对象的管理和控制。监控中心主要功能是实时监控现场各测量设备状态，并对安装在现场的监控系统实时上传的各种信息、数据进行分析及处理。若接收到异常状态数据，服务器提供报警显示，管理维护。 智能数据集中器由中兴的SIM300模块、STC12C5A08S2模块、RS-485通信模块或射频无线模块构成。采集器则由STC12C5A08S2模块、RS-485通信模块或射频无线模块构成。图3-1为此数据集中器系统的硬件结构框图，图3-2为此数据采集器硬件结构框图。串口1串口2485总线 控制中心STC12C5A08S2GPRS模块 图3-2 数据采集器暖表MBUS总线TTL转MBUS模块 控制中

24、心STC12C5A08S2串口1485总线串口2 图3-1 数据集中器采集器 图3-2 数据采集器3.2 暖表采集器电路设计 本设计由STC12C5A08S2单片机及其外围电路、TTL-MBus、电源电路构成。 STC12C5A08S2单片机及其外围电路设计 在此设计中采用单片机STC12C5A08S2，在数据采集器器中它的主要任务是采集对象的数据，然后对其进行协议编码，通过通信模块发送到数据集中中心；同时接收来自数据集中器的指令短消息，对其解码后执行相应的操作。 STC12C5A08S2单片机是大陆本土深圳宏晶科技有限公司的典型8位单片机产品，采用了增强型8051内核（STC是1时钟周期/机

25、器周期8051单片机，同样的工作频率，速度是普通8051单片机的812倍），片内集成了8KB程序Flash、512B Data Flash（EEPROM）、1280字节RAM两个标准串口等丰富的片上资源。STC12C5A08S2单片机的所有指令和标准8051内核完全兼容，并具有不在系统可编程(ISP)功能,具有良好的兼容性和很强的数据处理能力，所以完全可以胜任数据处理与传输场合。( 1 ) 工作温度：-40 85（工业级）/075（商业级）； ( 2 ) 储藏温度：-65 +15； ( 3 ) 任一引脚对地电压：-1.0V +7.0V； ( 4 ) 最高工作电压：6.6V； ( 5 ) 直流输

26、出电流：15.0mA。 STC12C5A08S2单片机有40引脚，其各引脚都有各自的功能，其大致可以分为以下3类。1.外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。2.控制或与其它电源复用引脚RST、ALERESET复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/当访问外部存储器

27、时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲。如果需要的话，通过对专用寄存(SFR)区中8EH单元的D0位置数，可禁止ALE操作。该位置数后，只有在执行一条MOVX或MOVC指令期间，ALE才会被激活。另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。3.输入/输出引脚 (P0.0P0.7、P1.0P1

28、.7、P2.0P2.7、P3.0P3.7和P4.0P4.7)P0端口（P0.0P0.7）P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。 在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7）P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把

29、端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序验证时，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7）P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVX DPIR指令）时，P2送出高8位地址在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI

30、指令）时，P2口引脚上的内容(就是专用寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容)，在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序验证期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7）P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。作为第一功能使用时，就作为普通I/O口使用，功能和操作方法与P1口相同。P4端口（P4.0P4.7）的某些端口具有复用功能，可配置成SPI通信线、

31、捕捉/比较/脉宽调制、第二串口线等。STC12C5A08S2单片机的所有I/O口均可由软件配置成4种工作模式之一：准双向口（标准8051单片机输出模式）、推免输入/输出、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。每个口的工作模式由两个控制寄存器中的相应位控制。STC12C5A08S2单片机是整个系统的核心控制部件，串口1连接TTL-MBUS，负责接收TTL-MBUS采集的数据。串口2连接MAX485将信息发送到数据集中器（通过RS485总线）。主要包括采用MAX485接口的串行通信电路图、复位电路。如图3-3为单片机整体外围控制电路。电路系统包括:STC单片机最小系统，串口通信模块、RS485模块（MA

32、X485）、TTL-MBUS电平转换电路。 图图3.3 采集器电路 STC12C5SS D 数据采集器电源电路设计 本设计需为以上电路提供+5V、+12V、+24V、+36V本设计是由二个稳压电源电路组成的，因为此设计需要分别提供一个36V、24V、12V电压和一个5V,0.5A的单片机及其外围电路电压，所以根据设计需要经过变压器变压整流后接了一个稳压电源电路。一个是由LM2576稳压芯片组成的开关电源电路得到+36V，然后由7812、7824三端正稳压器得到+12V、+24V。另一个是由LM7805三端稳压芯片组成的电源电路其输出电压值为5V。LM7805、LM7812、LM7824三端正稳

33、压器具有内部过流、热过载和输出晶体管安全区保护功能，电路使用安全可靠，供电输出电压+5V、+12V、+24V，最大输出电流0.5A。加散热片时驱动电流可达1A，输出电流200300mA时，7805、7812、7824温度在50度左右，并且有过温切断输出起到保护功能。该系列芯片技术成熟，所需的外围器件少，性价比高，运用的非常广泛。开关电源体积小、重量轻、变换效率高，因此，广泛地应用于计算机、通信设备、控制装置及家用电器等电子设备中7。目前各国正在努力开发新器件、新材料以及改进装连方法，进一步提高效率、缩小体积、降低价格，以解决开关电源面临的新课题。随着变频调速技术日益广泛的应用，对各种变频器用开

34、关电源的要求也越来越高，不同条件下对开关电源的要求也各不相同。LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。提供有3.3V（-3.3）、5V（-5.0）、12V（-12）、15V（-15）及可调（-ADJ）等多个电压档次产品8。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。 LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下： 最大输出电流：3A； 最高输入电压：40V； 输出电压：3.3V、5V、12V、1

35、5V和ADJ（可调）等可选； 振东频率：52kHz； 转换效率：75%88%（不同电压输出时的效率不同）； 控制方式：PWM； 工作温度范围：- 40°C +12°C； 工作模式：低功耗/正常两种模式可外部控制； 工作模式控制：TTL电平兼容； 所需外部元件：仅四个（不可调）或六个（可调）； 器件保护：热关断及电流限制； 封装形式：TO-220或TO-263。两稳压电源电路图如图3-4所示图3-4复S2单片机内部集成了1K字节的数 使用时，建议同一次修改的数t据放在同一个扇区，不 220V的交流电压经变压器T后降为42V的交流电压。四个整流二极管组成了桥式整流，把42V的交

36、流电压整流为直流脉冲电压。一路经电容C1（滤高频）、C2滤波后得到直流电源。再经过稳压集成块LM2576和R1、R2后得到可调的直流电压其范围为1.23V 37V最大输出电流可达3A，在经D2稳压管进行稳压，最后经电感电阻和电容再次滤波得到一个需要的输出电源。本电路为一个稳定的36V直流电源。C3、C4也起到滤波的作用。另一路，经C5滤波得到直流电源经LM7805后到得到一个+5V。 3.2.3 TTL-MBUS电平转换电路设计 电平转换电路由两部分构成：发送器和接收器。 MBUS电平特点： 由集中器向终端仪表终端传输的信号采用电压值的变化来表示，即集中器向终端仪表终端发送的数据码流是一种电压

37、脉冲序列，用+36 V表示逻辑“1”，用+24V表示逻辑“0”。在稳态时电平保持“1”状态。 从终端仪表向集中器传输的信号采用的是电流值的变化来表示，即由仪表终端向集中器发送的数据流是一种电流脉冲序列，通常用1.5mA的电流值表示逻辑“1”，当传输“0”时，由终端仪表控制电流值增加到11-20Ma。在稳态时，线路上的值为持续“1”状态。当终端仪表接收信号时，其电流应处于稳态“1”，在接收信号时，其电流处于稳态“1”接收器：输入的电流脉冲经R10后变为电压信号，经U6构成的电压放大器信号放大。然后分两路进入U7构成的反相输入单值比较器。一路经R11、CS2构成的积分电路进入负相端，一路经D6、R

38、12进入正相端构成基准点压。此比较器的输入基准电压是可变的，随外部表的数量而变，集成运放工作在非饱和区输出高时电压接近+24V。所以可实现不同数目表的接入。输出电压经分压后输入Q3构成的反相器，得到TTL电平。 图3-5 TTL-MBUS电平转换电路3.3 数据集中器系统设计数据集中器主要完成与数据采集器的信息传递，同时控制GPRS实现网络连接，进行数据上传与接收。其中RS-232实现与GPRS通信，RS-485总线实现与数据采集器通信。如图3-6所示为单片机外围电路部分，图3-7为GPRS部分，图3-9为数据集中器电源部分。3.3.1 STC12C5A08S2单片机及其外围电路设计 本部分应

39、用STC12C5A08S2单片机双串口，实现数据的处理和上传。其中串口1依据一定的通信协议与采集器进行数据与命令通信，串口2控制GPRS进行网络连接与数据上传。 图3-6 SIM300及其外围电路设计 SIM300 是一款三频段 GSM/GPRS模块，可在全球范围内的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三种频率下工作，能够提供 GPRS多信道类型多达 10 个，并且支持 CS-1、CS-2、CS-3 和 CS-4 四种 GPRS编码方案。 SIM300 结构小巧，外形尺寸仅 40mm*33mm*2.85mm，几乎可满足所有对产品尺寸有要求的工业应用，比如智

40、能电话，掌上电脑和其他移动设备。 模块与移动应用设备通过一个 60 引脚的板板连接器相连，它提供了除了 RF 天线接口的其他所有模块与开发板的硬件接口。 SIM300 内部功能模块有： · 键盘和 SPI 类型的 LCD接口，方便用户开发自己的应用设备。 · 具有调试和数据输出两个串口，帮助开发人员更容易开发产品。 · 双音频通道，包含两个麦克风输入和两个话筒输出，可方便的由 AT 指令配置其工作模式。 SIM300 有两种 RF天线接口： 一种是天线连接器、 一种是天线焊点。 天线连接器型号为 MURATA MM9329-2700，或者用户也可以通过天线焊点自己

41、焊接天线。 SIM300 具有低功耗设计，睡眠模式下的电流消耗仅为 2.5mA。 SIM300 内部集成了 TCP/IP 协议栈，并且扩展了 TCP/IP AT 指令，使用户利用该模块开发数据传输设备变得特别简单、方便。SIM300的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU RS232接口标准。它固有的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，硬件握手信号用RTSO/CTSO，波特率在300bps115kbps之间可选，软件流量控制在XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集18。图3-6为本设计的TC35I的外围电路。工作频段 SIM300 具有三个频段：EGSM90

42、0、DCS1800、PCS1900。频段频率置，默认频段是 EGSM900和 DCS1800。 与 GSM Phase 2/2+兼容。 GSM 类型 小型移动基站（MS） 发射功耗 在频率 EGSM900 CLASS 4 下2W 在频率 DCS1800 和 PCS1900 CLASS 1下 1W GPRS连接 GPRS多时隙 10 级 GPRS移动电台 B 级 工作温度 z 正常工作温度：-22+55 极限工作温度：-25-20，+55+70 存储温度：-40+80 GPRS数据传输 z GPRS下行数据传输最大 85.6kbps GPRS上行数据传输最大 42.8kbps 编码方案：CS-1

43、，CS-2，CS-3，CS-4 SIM300 支持PAP（密码验证）协议，此协议通常用于 PPP 连接 此模块是实现本设计的关键也是难点，只有实现此电路模块的功能才能实现GPRS网络连接，才能通过接口RS323与单片机连接编辑AT指令实现通信;接发所需短消息,从而实现远程控制的目的。 图3-7 SIM300外围电路 GPRS模块SIM300通信接口采用的是CMT-DZ01提供标准的RS-232串行接口，用户可以通过串行口使用AT命令完成对模块的操作。由于RS-232标准采用负逻辑，而一般单片机均为0 5V的正逻辑，为了实现单片机的通信，在电路上采用电平转换芯片MAX232实现正电压、负电压的转

44、换。MAX232芯片是包含两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于各种通信接口。芯片内部有一个电源电压变换器，它可以完全MAX323和AT89S52间的电压转换，电压转换范围是-10V +5V或+5V +10V14。所以采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电压就可以了。此设计模块的MAX232的接口电路如图3-8所示。 图3-8 MAX232接口电路3.3.3 数据集中器电源设计 本设计是由两个稳压电源电路组成的，因为此设计需要分别提供一个4.2V,3A的GPRS模块电压，所以根据设计需要经过变压器变压整流后接了一个稳压电源电路。一个是由LM2576稳压芯片组成的开关电源电路。 图 3-9

45、 4 软件部分4.1 系统总软件设计流程 系统软件分为两部分：数据集中器部分和数据采集器部分。其中数据集中器部分，完成与GPRS模块进行数据通信它要完成的基本功能包括以下任务：通过现有的终端数据通讯网络(如RS-485)采集数据：GPR模块初始化，即模块本身的资源初始化和通信波特率的设置等：启动GPRS无线通讯模块的CPIP功能设置，建立连接；接收管理微机的抄表命令、预置数命令等。子站数据采集器完成与M-Bus总线通信与数据集中器通信包括以下任务：对上位机命令进行协议解析，完成抄表命令、参数设置等； 对用户暖表进行监控、地址设置等。4.2 数据采集器程序设计4.2.1初始化内容1)设置串口P3

46、.1为输出,使串口不发送数据时,为高电平2)定时器设定(1)定时器0用作系统复位定时(2)定时器1用作串口1(P3)波特率发生器 2400bps(3)BRT定时器用作串口2(P1)波特率发生器 2400bps3)串口初始化(1)串口19位数据,波特率可变(2)串口28位数据,波特率可变4)中断初始化允许定时器0中断每记满一次约0.07秒,Count_Timer加15)P3.1输出高电平4.2.2 通信协议具体实现 1.对从数据中心得到的信息的处理主要是具体协议的解析，对相关功能码的响应。一下为协议分析过程： 从数据中心得到具体的数据格式为：发送数据: 0F 小区地址 源地址 目的地址 上个中继

47、地址 下个中继地址 字长 + 命令字 + 数据位 + CRC接收数据: F0 小区地址 源地址 目的地址 上个中继地址 下个中继地址 字长 + 命令字 + 数据位 + CRC1)以3ms为一段接收PC消息,接收到进行其它处理,否则进行下一段2)收到的第一个字节必须为0F,AA,55中的一个,否则继续等待PC消息3)格式1: 0F Dist_Addr(小区地址)+ PC_Addr（中心地址）+ Des_Addr（目标采集器地址）+ Src_Relay（原中继地址）+ Des_Relay（中继地址）+ Num_Follow（后继字节数）+ Fun_Code（功能码）+ Code_1 . （数据）C

48、RC_Lo（CRC低）+ CRC_Hi（CRC高） 前两个字节正确就接收全部字节,然后判断是否是目标地址或者目标中继地址,然后校验;Fun_Code（功能吗简绍）: 01命令: (用表地址读取数据)发送: 01 + 表地址接收: 成功: 01 + 4位表编号 + 表地址 + 2位生产厂家 + 1位状态 + 4位累积热量 + 4位累积流量 + 3位瞬时热量 + 3位瞬时流量 + 2位进水温度 + 2位出水温度 失败: 01 + 00Mbus校验和错误: 06 + 0202命令:(修改无线频段)发送: 02 + 频段号接收:成功: 02 + 01失败: 02 + 0003命令:(设小区地址,采集器

49、地址,上一跳地址,下一跳地址)发送: 03 + 小区地址 + 采集器地址 + 上一跳地址 + 下一跳地址接收:成功: 03 + 01失败: 03 + 0004命令:(读取参数小区地址,采集器地址,上一跳地址,下一跳地址,无线频段)发送: 04接收:成功: 04 + 小区地址 + 采集器地址 + 上一跳地址 + 下一跳地址 + 无线频段失败: 04 + 0005命令:(无线设地址)发送: 05 + 4位表编号 + A7 + 32 + 04 + 03 + 表地址接收:成功: 05 + 01失败: 05 + 00其它: 05 + 0206命令:(用4位编号读取数据)发送: 06 + 4位表编号 +

50、A7 + 32 + 04 + 03接收:成功: 06 + 4位表编号 + 表地址 + 2位生产厂家 + 1位状态 + 4位累积热量 + 4位累积流量 + 3位瞬时热量 + 3位瞬时流量 + 2位进水温度 + 2位出水温度失败: 06 + 00Mbus校验和错误: 06 + 0207命令:(初始化)发送: 07接收:成功: 07 + 01失败: 07 + 00格式2: AA Dist_Addr格式3:55 Collector_Addr Dist_Addr只处理这3种格式的消息2. 当采集器由于物理原因无法与集中器通信时，采集子站用中继功能实现命令传递。 中继设置说明:(人工模式)1)如果在中心点

51、可以直接读到的采集器,不需修改 0F 01 00 08 00 08 02 01 xx CRC 可以直接读到8号采集器的数据 2)如果在中心点不可以直接读到,可以使用任意其它可以直接读到的采集器做中继7号不可以读到,8号可以直接读到0F 01 00 07 00 08 02 01 xx CRC 以8号为中继读取7号采集器的数据 8号向7号发送：0F 01 00 07 08 07 02 01 xx CRC3)如果使用方式2(跳一次方式)也不能读到，则用跳两次的方法及用两次中继如果7不能直接读到,6也不能直接读到,但6可以读到7,8可以读到6 首先,修改8的中继模式和下一中继地址 0F 01 00 0

52、8 00 08 02 21 06 CRC 设置8的中继模式为非正常模式（RELAY_MODE=0）, 下一中继为6，以 中心->8->6->7的方式读取采集器7的数据 PC给8号发送：0F 01 00 07 00 08 02 01 xx CRC 8号给6号发送：0F 01 00 07 08 06 02 01 xx CRC 6号给7号发送：0F 01 00 07 06 07 02 01 xx CRC 7号给6号返回数据：F0 01 00 07 07 06 + 字长 + 命令字 + 数据位 + CRC 6号给8号返回数据：F0 01 00 07 06 08 + 字长 + 命令字 + 数据位 + CRC 8号给PC返回数据：F0 01 00 07 08 00 + 字长 + 命令字 + 数据位 + CRC 两次以上的中继同样的方法设置,但不具实用性,并且中继的方式为线式,由一个起始中继只能确定一个中继路线。3. 系统参数 系统参数分别为：小区地址（0255）、采集器地址（0255）、表地址（0255），分别配置了不同的地址域。 主程序流