GPRS远程抄表

GPRS远程抄表（精选十篇）

GPRS远程抄表 篇1

GPRS电力远程、系统、是在本公司应用已久的低压载波技术上发展起来的, 它使用原来的数据集中器内置西门子工业级模块无线MODEM的功能, 这样上行信道可以采用GPRS无限分组技术, 是本公司新一代配网系统的重要组织部分。它采用了先进的计算中心技术、嵌入式技术、通信技术、控制技术、智能仪器技术、GPRS无线通讯技术和电力载波技术等专业技术集成的现代化计量管理系统, 使原有系统的稳定性、可靠性得到大幅度提升。GPRS无线网络远程抄表系统提高了数据采集的实时性, 使系统具有高度可靠性, 保密性, 传输无误码, 而且还有纠正错误的功能, 充分满足了电力系统对智能抄表控制系统的通信需求。

2 系统组成内容

由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络, 抄表管理中心计算机主机配置固定的IP地址, 各个电表数据采集点采有用带GPRS功能的集中器和多路采集终端和该主机进行通信, 因此该系统由三部分构建:抄表管理层、GPRS数据集中器、采集终端 (或载波电表) 。

第一层 (上层) :抄表管理层。这一层位于抄一月管理中心内, 由抄表管理计算机和软件部分组成, 是抄表管理人员与本系统直接交流的部分, 负责将数据集中器传输上来的用户电量信息汇总, 整理后加以处理, 提供给收费系统, 用电管理系统使用。

抄表管理中心服务器申请配置固家IP地址, 采用省移动通信公司提供的DDN专线, 与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的宽带, 当电表数据采集点数量增加, 中心不用扩容即可满足需求。

在软件编程方面采用了先进的编程技术, 对数据库的修改维护采用G/S (客户端/服务器) 方式, 对于查询、统计、浏览功能的实现采用B/S (浏览器服务器) 方式。

第二层 (中间层) :GPRS数据集中器。这一层位于380V配电变压器附近, 是整个系统的中心层。

上行通道采用GPRS无线公网, 即向上通过GPRS数据通道与抄表管理单元通讯, 可完成。

a.实时在线, 全自动抄收抄表管理单元的指令, 自动完成抄录电表数据和控制用户供电分合的工作。

b.将从采集终端 (或载波电表) 采集得来的电量数据按照约定的规则传输到抄表管理单元。

下行通道采用电力线载波, 即向下通过电力线载波的数据通讯方式与采集终端 (或载波电表) 通讯, 可完成。

a.定时抄录采集终端 (或载波电表) 采集到的用户电量数据, 并根据设置, 自动将某一时刻的数据另外保存, 作为向用户收费的依据。

b.向采集终端 (或载波电表) 发送用户供电分合指令, 完成对恶意欠费用户的远程惩罚性断电工作。

第三层 (下层) :采集终端 (或载波电表) 这一层位于用户端, 直接采集用户电量数据, 通过电力线载波数据通讯方式向上传输给数据集中器。

3 功能特点

3.1 系统原理。

居民小区的所有电表首先连接到多路采集终端, 通过电力线载波传到集中器, 如果是载波表可以直接到集中器, 集中器通过RS232口与GPRS透明数据传输终端 (LT8030GP RS数传王) 连接, 电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络, 通过GPRS数据网络将数据传送到配电数据中心, 实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。

抄表系统工作时, 通过其安装在各用户的GPRS把计量表参数脉冲信号转换成数字信号存储, 计数, 当定时抄表时, 主站呼叫各个GPRS透明数据传输终端, 然后将各集中器的参数按照一定的顺序通过专线或GPRS网传至主站进行各种参数计算和存储。GPRS无线集中器起采集及通讯中转的作用。整个网络各种设备都有唯一地址, 且整个网络参数的配置可通过主站系统设备, 再自动设置到各设备, 因此, 无线远程抄表的建立, 配置极为方便、灵活。

3.2 主要功能。

系统功能主要由系统设置、数据采集、资料录入、用量查询、用电监控、异常分析、报表生成、系统维护、计费业务几个部分组成。

3.2.1 系统设置。

系统设置主要进行系统网络的建立和初始参数设置, 包括GPRS无线集中器设置, 包括设置抄表日, 冻结表底时间等。

3.2.2 数据采集。数据采集主要进行广播抄表、点抄单表、全抄电表、抄冻结数据、零点抄表和实时点抄。

3.2.3 资料录入。资料录入主要进行用户、表信息录入、GPRS无线集中器资料录入。

3.2.4 系统维护。

系统维护主要进行事务日志年、月、日查询、系统通讯和定时操作的设置、系统操作员密码和权限的管理、数据安全备份维护。

3.2.5 用量查询。

用量查询主要进行日用量日、月、年查询, 月用量月、年查询, 年用量年查询、冻结数据查询分析。具体的查询时间可由查询的时间来调整确定。

3.2.6 用电监控。

用电监控主要是实时监控电表状态, 控制用户的上、断电操, 检测GPRS集中器和GPRS网络运行情况。

3.2.7 报表生成。报表生成主要是生成日、月、年用量报表和报表预览打印。

4 安全措施及方案优点

4.1 由于电力远程抄表系统的特殊性, 本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。

安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破坏, 稳定是指系统能够7*24小时不间断运行, 即使出现硬件和软件故障, 系统也不能中断运行。

4.1.1 APN专网模式。

利用SIN卡的唯五性, 划定用户可接入某系统的范围, 可以有效避免非法入侵, 采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入, 在网络侧对SIM卡和APN进行绑定, 只有属于指定行业的SIM卡才能访问专用APN。普通手机号的GPRS终端无法呼叫专门的APN, 这样可以起到IP过滤的效果。

4.1.2 对于特定用户, 可通过数据中心给每个

移动终端分配特定的用户ID和密码, 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的移动终端将无法登录进入系统, 系统的安全性进一步增强。

4.1.3 数据安全加密通道。

系统采用标准的SSL数据安全通讯协议在客户端和服务器端建立加密数据通道, 保证私有数据传输的安全性, 系统在应用层植入高可靠性的加密算法, 使得数据在任何网络出错时都可以得到保证的高可靠性;采用MD5算法产生“报文摘要”已实现对所有发送报文的数字签名, 保证了数据传输过程中的完整性, 防止数据被篡改。

4.1.4 安全的防火墙过滤, 设置防火墙软件保障系统安全。

4.1.5 访问过程跟踪。

系统对所有的访问过程进行日志记录, 包括用户身份、IP、时间、数字签名、操作事项信息, 向系统管理人员提供了详细、完整、有效的操作证明。

4.2 方案优点。

总之, 通过中国移动的GPRS网络系统, 电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递至地、市、省级的集中监控中心, 以实现对电力监测的统一监控和分布式管理, GPRS网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。

中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信GPRS业务平台上构建成电力远程抄表系统, 实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络、缩短建设周期, 降低建设成本的优点, 而且设备安装方便、维护简单。

结束语

对于电力部门来说, 抄表一直是一件非常头疼的事情, 需要投入大量的人力、物力和财力。因为电表数量众多, 地理位置分散, 给工作人员带来极大的不方便。采用GPRS网络远程数据通信方法解决了此问题, 同时也解决了远程监测系统通信问题, 比起其它有线通信方式有着不可比拟的优越性。由于采用的是无线模式, 数据传输的安全性得到了很大的提高。当然, 万事有利必有缺陷, 该方法的实施也还有一点不足, 如GPRS通信方式比起CSD (电路拨号) 通信方式的可靠性和实时性还有待提高, 但是, 随着GPRS网络的逐渐完整和应用技术的不断成熟, GPRS在其它工业领域的应用必将越来越广阔。

责任编辑:魏玉新

摘要：GPRS通用分组无线业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术, 提供端到端的, 广域的无线IP连接。简单介绍了远程抄表系统的组成、内容、功能特点及提出了确保该系统的安全措施。

GPRS远程抄表 篇2

-厦门四信通信科技

第一部分 概述

随着工业自动化的发展，在原有的人工手动抄表中已经发展到远程智能抄表，通过现有的网络智能化的从远端把需要的数据采集到一起，那么，在很多必须无人值守的设备或监测点，不适合搭建有线通讯网络。若采用光纤或电台的方式实现无线通讯，不仅设备投入耗资巨大，而且不适应移动的需要。

随着新一代移动通讯业务的产生和全面投入，无线移动数据通讯的应用也越来越广泛。安全的数据传输和永远在线特点，配合按流量收费的资费方式，使GPRS通讯在工业控制、环境保护、道路交通、商务金融、移动办公、零售服务等行业中的应用具有无可比拟的性价比优势。采用GPRS无线通讯网络的移动IP通讯，既可独立作为数传通道，也可作为已经架设光纤、数传电台等方式的辅助手段。

GPRS远程抄表系统是厦门四信通信科技有限公司和系统集成商合作开发的基于GPRS技术的用电管理自动抄表系统。它由电度表、F2103 GPRS IP MODEM(GPRS DTU)、采集器及中心服务器组成。采集器实时采集用户的用电数据，通过GPRS网络把数据汇集到服务器。具有采集数据快速准确，能快速生成用电统计分析,交费单据等特点，与传统的人工抄表、电话线抄表相比，极大地提高了效率。

本系统除了准确、实时抄表外，还提供了设备管理功能，如告警：开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过载告警等；控制：对欠费用户进行拉闸等。并提供停电数据保护功能，在停电48--72小时内仍可抄表和监控。本系统结合联通公司的短信平台，在告警时，可根据具体内容发短信给相关的管理人员。

本系统提供丰富的接口，可与电业系统的MIS系统链接或进行二次开发。

抄表软件系统数据库为ORACLE数据库，运行于WIN98/2000/XP、NT的操作系统，易于使用。软件所能管理的用户数量没有限制。

第二部分 项目分析

本系统由电度表，采集器，F2103 GPRS IP MODEM传输终端，带系统软件的主站组成。手持终端是本系统的补充，在系统出现意外时进行人工抄表。2.1系统组成

2.1.1 电能表： A）三相有功无功多功能表，有功0.5级、无功2级，具有RS485通讯接口，电力部DL/T645通讯规约。或者使用：B）三相有功复费率表，有功1级，具有RS-485通讯接口，电力部DL/T645通讯规约。

2.1.2 采集器：采集器主要特征如下：采用24个I/O口，可带24户电度表，停电数据保护，带后备电源，停电后仍可抄表。

2.1.3 传输终端： 传输终端采用厦门四信的F2103，实时永久在线，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈，透明传输，同时支持RS232和RS485，支持多种工作模式，支持虚拟数据专用网。2.1.4 中心软件系统：基于ORACLE数据库的抄表软件，用户数量无限制，安全可靠，运行和处理速度快，功能丰富完善。2.2 系统总架构

多个电表通过RS485通信接口把电表数据传到采集集中器上，采集集中器通过RS485通信接口和四信通信的IP modem（F2103）连接，远程数据中心服务器可以使用APN专线或普通ADSL等作为网络接入。当F2103通过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机，建立透明数据通道后，采集终端产生的数据只要送到串口，F2103就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机；同时服务器主机下发的命令通过通道传输到F2103后，F2103通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。系统拓扑图如下图所示：

2.3系统功能

（1）设置电能表的参数，读取各种计量和管理数据；（2）抄表数据的统计、查询、备份、报表、图表生成；（3）厂站管理；

（4）自动抄表、定时上报、实时查询等；（5）掉电数据保存；

（6）瞬时量数据的综合处理；

（7）系统数据备份、存档和向外输出数据；（8）历史数据事件记录功能；（9）实时报警；

（10）根据线路上的表计关系计算线路损耗；

（11）可提供多路模拟量、开关量输入，实现开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过压告警、过流告警、过载告警、倾斜或移动报警等其他功能；（12）远程控制断电功能；

（13）采集的参数丰富，如：a.当前、上月、正向有功、反向有功、无功四象限的总及尖、峰、平、谷四费率电量；b.正向、反向、有功、无功的最大需量及最大需量发生时间；c有功功率、无功功率、三相电压、三相电流、功率因数；d失压累计次数、失压累计时间、集抄器停电起止时间等；e单位时间负荷曲线、三相电流曲线、三相电压曲线、有功功率曲线、无功功率曲线、功率因数曲线。

第三部分 项目架构实施 3.1 传输模块与采集终端连接

四信的F2103无线传输模块同时支持RS232/485接口，可通过RS232/485与终端通讯。本系统采用的是485的接口方式。F2103和采集器的接线线序如下：

3.2 数据中心网络接入方式分析 1.APN专线接入

中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP，客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。

为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。

用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。

用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。

中心采用APN专线接入的方式，在实时性，安全性和稳定性表现优异，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。

2.ADSL拨号连接（动态公网IP地址）

中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

3.通过固定公网IP连接

中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。虽然申请固定IP费用比较贵，但其运行可靠稳定，组网方式简易方便，深受广大用户的青睐，一般推荐此种方案。

3.3 无线数据传输方式

传输设备采用F2103，其功能齐全，性能稳定，简单易用，它是一款工业级别的无线传输终端，已经广泛地应用在各种各样的工业，金融场合。

终端设备和传输设备连接好后，设置好各种通讯参数，工作模式后，在传输设备F2103中填入数据中心的地址和应用程序的端口号。这样当终端设备数据传给传输设备F2103，F2103就会把数据透明地传输到中心。终端设备支持多种中心模式（主备中心，多中心），多种激活模式（电话，短信，数据），多种工作模式（TCP，UDP，telnet等），方便用户组网和各种系统需求。心跳包机制，注册包机制，数据帧可控，重连机制等多种机制不仅保证设备实时在线，而且稳定可靠，同时方便客户根据现场的情况，来设置各种传输参数，进而达到最佳效果。

3.4 数据中心软件平台构建

抄表系统的核心部分是系统软件，它遵循DL/T645部标通讯规约，并有扩展性。

具有GPRS无线模块的中心端软件建有多种方式，对于传入数据的方式的不同，我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。目前四信提供三种方式的中心接口：

首先是对于组态软件，目前很多组态软件厂家已经集成了四信通信的驱动了，可以直接配置使用；其次对于原本是读串口的程序，为了兼容原来的系统而不做开发工作，我们提供一个虚拟串口软（TCP2COM）；最后是对于想开发自己独有的数据中心软件的客户，会提供一个动态链接库及四信公司的测试版数据中心软件，不仅开放源码还全程协助客户进行自己数据中心软件和功能的开发。客户可能通过动态链接库快速开发一个灵活的，稳定的，功能齐全的终端管理和数据交互的中心软件。如下是该系统的中心站软件：第一个图式web界面的，第二个图是用VB开发的中心站。

在系统安全方面，本公司除了采用大型、多用户的ORACLE数据库、系统对用户实现分级授权管理和提供防火墙功能及完善的数据备份功能外，对网络无线数据监控中心还提供了安全技术解决方案，以确保数据安全可靠。

三．设备的特点和参数 1.电能表

DTS866型三相四线电子式有功电子式电能表，使用在供电部门、工厂、企业、商业、农业的动力、照明设备的有功电能计量。用于计量频率为50Hz的交流三相有功电能,并电量采用计度器显示，读数直观便于抄表,本仪表可扩展红外和RS485通讯功能，为三相电能测量提供先进、可靠的计量工具。本仪表符合标准DL/T 645-1997《多功能表通讯规约》和GB/T 17215.321-2008《1级和2级静止式交流有功电度表》。

2.F2103通信模块

F2103 GPRS IP MODEM采用高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。

它具有丰富的软件功能：

1.智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。2.支持RSA，RC4加密算法 3.支持虚拟数据专用网（APN）

4.透明数据传输与协议转换，支持多种工作模式 5.支持数据中心动态域名和IP地址访问 6.支持双数据中心备份 7.支持多数据中心

8.支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。9.支持短消息备份及告警。10.多重软硬件看门狗 11.数据包传输状态报告。12.标准的AT命令界面 13.可以用做普通拨号MODEM 14.支持telnet功能。15.支持远程配置，远程控制 16.通过串口软件升级

17.同时支持LINUX和WINDOWS操作系统

四．总结

GPRS远程抄表 篇3

摘要：文章介绍了GPRS电力远程抄表系统的改进与应用，通过对原抄表系统的改进，中原油田分公司采油三厂供电的可靠性和经济性有了大幅度提高，油区电网运行日趋平稳，原油上产、稳产有了可靠保障。

关键词：抄表系统；改进与应用

中图分类号：TM764文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0032-02

随着油田建设和发展的需求，对油区供电质量和供电可靠性提出了更高的要求，而我厂原有的电力抄表系统在运用中出现了种种问题，给电网的正常运行和原油生产带来了负面影响，已不能满足目前生产的需要，迫切需要对CPRS电力运程抄表系统进行改进。

1原有抄表系统的存在的问题

目前，我厂文明寨油矿计量站、马寨油矿计量站、卫城油矿部分计量站安装的是原有电力远程抄表系统，共计97台。这种抄表系统经过较长时间的运行,出现了以下一系列问题：

①该抄表系统在运行中，有些计量站的终端SIM卡经常出现停机、无法接通等现象，致使数据无法正常回传。

②抄表系统服务器主机卡停机后，致使终端SIM卡无法正常调试。调试步骤复杂，调试过程中采用手机短信注册方式调试。

③该抄表系统的一次侧与二次侧在一个计量箱内，箱内空间狭小，给调试工作带来极大安全隐患。

④数据传输回来时间出现延时、时有时无的现象，并且不能整点传输；当二次侧出现故障时，一次侧必须停电处理，影响采油区原油上产。

2对原抄表系统的改进

针对这种情况，供电大队技术人员与计量厂家积极研究攻关，对原有抄表系统进行了技术改进。

①在计量箱电源一次侧加装保险装置；计量箱内增加端子排。

②对抄表终端进行了升级，原有大终端更换为小终端。

③一次侧与二次侧分别装在两个箱内，中间用二次线连接。

3特点

①实时性强。由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据。

②可对电表设备进行远程控制。通过GPRS双向系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。

③建设成本少低。由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低。

④集抄范围广。GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。

⑤数据传送速率高，通信费用低。采用包月计费方式，运营成本低。

4对比分析

改进前：抄表系统的一次侧与二次侧在一个计量柜内，计量柜内空间狭小，母排与设备间的距离近，给二次侧计量调试带来了极大隐患。

改进后：抄表系统的一次侧与二次侧分开，分别装在两个柜子内，在计量调试时避免了与高压侧母排接触，提高了安全系数。

技术创新后实物如图1所示。

①加装保险装置后，当抄表系统出现异常，就不需要停电处理，只需要将保险拔掉，保证了油井的正常生产。

②增加端子排是为了调试时，更好的短接电流互感器的二次侧。以往短接电流互感器二次侧都是采用自制的短接线（短接夹）在电流互感器上直接短接，有时候不能完全短接，这样就很容易产生高电压。采用端子排后，直接就可以在端子排上短接，可以有效地避免这种情况。

③小终端改为大终端后，现场调试方法更加简便，不在采用SIM卡短信调试，只需要笔记本电脑通过数据线与终端485接口相连，在电脑上写入数据即可。采用小终端后数据传输时间均为整点传输，数据对比更加精确。

④改进后调试方法更加简便、快捷，通过笔记本电脑现场即可写入数据。输入参数后直接点写入参数即完成调试。改进前，需要通过短信一步一步完成注册。

目前，在卫城正在安装的该装置均为创新后的系统，共计安装34台。

5效益分析

①原油损失减少。改进后的抄表系统当电能表或传输装置出现故障时，只需拔掉二次侧保险而不需要一次侧停电即可处理。以每年出现5次故障，一次故障需停井10口，每次故障排除时间2小时计算，影响原油产量171.4 t。创效171.4 t×0.4万元/t=68.56万元。

②电网跳闸事故减少。计量箱内一次侧与二次侧分开后，因安全距离、二次侧线路故障导致一次侧故障致使整条线路跳闸事故降低。以每年出现这种事故一次计算。线路故障对原油产量的影响，按50 t计算。创效50 t×0.4万元/ t=20万元。

③调试费用降低。改进后抄表系统，调试方法简单、快捷，节约了大量人力、物力、财力，按10万元计算。创效：10万元。

合计年创造直接经济效益：68.56+20+10=98.56万元。

参考文献：

[1] 林磊.电能计量装置的技术改造[J].中国电力企业管理, 2009,(2).

[2] 姜秀萍.电能计量装置的环节控制[J].中国科技财富,2009,6).

[3] 陆祖良.电能表计量现状和问题讨论[J].中国计量,2009,(1).

GPRS远程抄表 篇4

远程抄表系统是集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、电能计量技术和电力营销技术为主体的用电需求综合性的实时信息采集与分析处理设备。终端以公共移动通信网络为主要通讯载体,通过多种通讯方式实现与系统主站之间的数据通讯,具有远程抄表、用电异常信息报警、电能质量检测、负荷曲线管理和负荷控制管理等功能。

1 系统构建

各个监控现场一般距离主站系统较远,若要掌握多个监控现场的情况,把各个监控现场的电压、电流、功率、以及度数等数据信息传送到主站系统,需要建立一个星型的测控通信网络,解决数据远程传输问题。由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络,配电中心计算机主机配置固定的IP地址,各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。

1.1 远程电量监控系统的总体结构

整个监控系统由一个主站系统和若干个现场站点组成,而现场站点一般包含有前端数据采集器和现场下位机,系统构架见图1所示。主站系统(中央管理器)主要工作是监视和记录各现场站点的工作状态,从而达到远程控制现场站点的目的。现场站点主要对电量的各种参数进行采集与传送,中央管理器可对各现场站点的历史记录进行查询,从而达到对电力运行过程进行科学管理、预防事故发生的目的。中央管理器和各现场站点之间GPRS相连,由中央管理器主动建立链接,现场站点接到呼叫后应答进行数据传输。这样做的好处是可以避免多个现场站点同时呼叫,防止出现网络阻塞。

GPRS数据传输方式及网络结构:通过GPRS服务,设备可采用互联网Internet的标准方式与在互联网上的服务器交换数据。GPRS的基础是以IP包的形式进行数据的传输,GPRS无线终端接入GPRS网络的方法与普通有线MODEM类似,都采用建立PPP(Point-to-Point Protocol)连接方式。PPP协议是一种被广泛采用的串行点对点链路上传输数据包的方法,包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRS MODEM通过PPP协议获得动态分配的IP地址。连接建立后,在PPP协议的基础上通过数据传输协议,如TCP、UDP等实现与互联网上其它计算机的数据通讯。

GPRS传输方式:在远程终端,采集数据通过A/D接口送入GSM/GPRS无线通信控制终端,GSM/GPRS无线通信控制终端首先将数据打包成TCP/IP数据包,再转换成GPRS数据包,通过无线链路传送到无线数据交换中心(MDEC)。MDEC再剥离GPRS数据包并通过GGSN网关将TCP/IP数据包传送到Internet,再由Internet传送到通信控制计算机,通信控制计算机通过Socket套接字接受TCP/IP数据包,并把它还原成原始数据。当数据由监控中心到远程终端方向时,情况是类似的。

1.2 监测站点的硬件组成设计

监测站点由前端数据采集器和现场下位机构成,其中前端数据采集器采用CS5460模块和LPC932单片机构成,它负责采集监控现场的各项数据并存储。线路的内部经过严格的电磁隔离,测量电路经过采样、A/D转换处理后形成的数字信号再经过光电耦合由信号适配器向从单片机LPC932传送,主单片机与从单片机之间可采用I/0口模拟时序的方式进行串口通信。

现场下位机部分是整个系统的工作核心,既负责和前端数据采集器之间的通信,又负责和中央管理器的数据通信,即将转换和处理后的信号送到中央管理器,还要负责和"时钟+看门狗"电路及显示电路的通信。因此,这部分电路至关重要。针对系统的要求和实际应用条件的情况,选用高性能的rabbit单片机作为系统的监控核心,Rabbit2000是专门为嵌入式控制,通信和以太网连接而设计的微处理器,具有非常低的电磁干扰。Rabbit2000是Rabbit半导体公司为嵌入式环境设计的高性能低价位的8位微处理器,以其C语言友好指令集和快速数字处理功能而受到瞩目。Rabbit2000的结构以Zilog公司的原始Z80微处理器为基础,但作了几项改进:不像Z80指令集那样使用16位寻址覆盖存储空间,而用1个20位或1兆字节的实际存储空间;采取直接与静态存储器相连接的方式,有3条存储芯片选择线路和2组写入/输出启动线路。Rabbit2000的系统工作频率最高可达29.49MHz。Rabbit2000片上外设包括5个8位并行I/0端口、4个串行端口、1个子端口、5个8位定时器、1个10位定时器、精确脉冲发生硬件和电池支持的RTC。其串口可采用同步或异步传输方式,采用29.4912MHz的系统频率,异步传输速率最高可达91.6kbps。

现场下位机部分主要包括:主从芯片单片机、显示电路、时钟+看门狗电路、GPRS等部分。它与前端数据采集器一起构成了现场站点。现场站点的系统组成连接如图2所示。

2 主站系统的总体设计

主站系统由个人计算机加上管理软件构成。该部分由PC机、Windows操作系统、应用软件和数据库组成。数据库采用Access数据库,将不同现场站点的状态参数以及现场信息存储在不同的表格内。简单来说,这部分的软件设计主要以下几部分工作:

2.1 设置动态数据库

在管理监控中心计算机中要设置动态数据库,用以存放各现场采集的数据、上/下限告警值、参数整定值等。

2.2 设置各种通讯标志位

由于通讯任务分为定时通讯,随机通讯和紧急通讯,通过合理地分配各种通讯位标志,依据通讯位标志进行程序的分支转移,以实现不同的动作。

应用软件需自行开发,主要实现以下功能:

(1)提供与操作者交互的人机界面,使用Windows操作界面,操作简单、快捷。

(2)与现场站点建立通讯并交换数据。

(3)各站点数据的显示、存储及检索查询,存储大量的历史数据,可以根据用户的需要生成统计报表、营业抄表或者曲线、图表等形式。

(4)通过现场站点单片机实现远程监测的功能,在中央管理器端具有多项设置功能,包括报警或预警参数的选择,门限值的设定,用电设备维护人的呼叫电话、手机(或BB机)号码都可以方便地设置。

(5)添加、删除现场站点等系统维护功能。

根据以上功能要求,对中央管理器端的软件系统做出了如图所示3的流程。

3 监控系统的工作过程

本系统的工作过程包括两个部分,一部分为前端数据采集器对电量各个参数进行采集,并初步处理后送至存储器;另一部分是中央管理器对数据的收集处理。中央管理器采用〃轮询〃的方式依次拨通各现场下位机进行通讯,下位机将所存储的、由数据采集器采集到的电参数经过通讯部分送至中央管理器进行数据的处理,从而获得用户的相关数据。即监控中心的中央管理器通过GPRS将指令发给下位机中的主芯片,采集器采集到的电量的各项参数,包括三相电压UA、UB、UC,三相电流IA、IB、IC,有功功率,无功功率和功率因数等,被送入到从芯片LPC932处理,从而将数据传送到中央管理器。同时一旦出现参数异常的特殊情况,下位机可以自动拨通预先存储的电话号码,发出〃报警〃或提示信号。

4 系统方案

各电表使用GPRS透明数据传输终端,通过移动的GPRS网络与配电中心相连。用电现场服务与管理系统由数据库服务器、应用服务器、数据采集前置机、多业务接入平台和用户现场终端系统组成,多业务接入平台实现多种通讯方式的数据通讯,其中包括VPN方式、PPPOE宽带网、中国移动GPRS/GSM、10/100M宽带网络及通过PSTN电话网各种方式;数据采集前置机包含数据采集、终端线路故障分析,异常报警、以及把各种异常信息、预警信息自动提交给95598客服系统、终端用户和系统相关人员;应用服务器集成各种应用支撑平台,通过业务逻辑整合实现各种复杂应用;数据库系统提供数据存储,为应用服务器及相关的各种应用提供数据服务。

其中具有以下特性:

多层分布式的应用体系结构,增强了系统的延展性。

多层分布的结构,为开发在INTERNET/INTRANET上的应用打好基础。提高了软件资源的可重用性。降低二次开发成本。

系统维护方便:客户端软件一次安装好后,后续的维护工作只在一台应用服务器上,降低软件的维护成本。

采用稳定可靠的正版WINDOWS SERVER、UNIX或LINUX平台和ORACLE数据库系统,保证海量数据下,系统的应用效率。

由于使用了多层分布式的应用体系结构,自动采集和计费主站系统就比其它使用Client/server的应用系统具有更好的可维护性和系统延展性。同时,为了使电力用户其它应用系统访问计费相关的数据,我们以企业对象的形态编写企业逻辑,为电力市场系统的顺利运行和企业数据上网打下良好的基础,另外,系统在软件上从服务器到客户端都支持UNIX、LINUX操作系统和WINDOWS 2000server操作系统,在硬件上用户可以按照自己的需求选择机型,整个系统都支持跨平台,用户可以对系统灵活组态。

5 结束语

基于GPRS的远程电量监控系统通过数据采集模块对变压器的电参数进行采集,下位机将检测到的数据通过GPRS中国移动网送到上层监控中心的计算机系统进行存储和处理,以提供主管部门的分析和统计之用。系统能够7×24小时不间断运行,即使出现硬件和软件故障,系统也不能中断运行。总体来说该系统具有设备简单、成本低和准确实用的特点,对于目前电力系统的应用价值较高。

三相交流电压和电流经接线端子直接接入数据采集模块,由三相交流电压和电流可以测量出用电设备的相关的几个电量:三相电压Ua,Ub,Uc的有效值、三相电流Ia,Ib,Ic的有效值、三相有功功率Pa,Pb,Pc、有功功率P、无功功率E及功率因数。

在中央处理器通过〃轮询〃的方式,通知每一个站点(或用电设备),读取各个站点的现场数据,这些数据和各参数的序列,主机按照一定规则进行校验,有效的数据存储在存储器,利用计算机的强大的数据处理功能极大的方便了管理工作。这些测量形成相应的电量和某些状态的数据报表、图表、曲线,数据可以保存较长时间,除了查阅、显示还可打印输出,这些可以帮助操作、管理人员完成多重要工作,譬如变压器(或用电设备)长期的运行状况,负荷的分布图,功率因数是否合理等,在出现事故的同时可以及时发出"报警",在事故的过后我们也能够找出发生故障的真正原因。

参考文献

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[2]杨宏业，张跃，吕芳．自动抄表系统中通信方案的现状与展望，电测与仪表2001(8)：8-10

[3]周奕．网络通信中的远程接入技术．电力系统通信，2002(3)：14-17

[4]何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计一系统配置与接口技术．北京：北京航空航天出版社，2000．371-378

[5]崔铭伟．电力自动化抄表的应用分析，电力自动化设备，2003(6)：77-81

GPRS远程抄表 篇5

关键词：无线通信技术；ZigBee；GPRS；远程控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）06-0026-05

目前使用的传统路灯的照明管理系统存在不足之处，如浪费电量大、路灯使用寿命短、不能进行远程控制、无法自动识别故障路灯、人工作业量大等。近年来，随着无线通信技术的发展，无线传感器网络应用范围越来越广泛[1-2]。基于ZigBee技术的无线组网通信技术是一种新兴技术，其用无线通信方式对路灯节点进行管理，具有通讯频段多、组网能力强、无通讯费用、硬件成本低、功耗低等优点[3-5]。ZigBee无线传感器网络具有省电、可靠、安全等优点，能够对路灯进行实时监控，降低管理成本，而且系统容易组建、便于扩展[6]。

本课题设计一种基于GPRS+ZigBee的远程路灯监控系统。控制系统采用ZigBee无线自组织网络技术和GPRS技术进行数据传输，各个节点把采集到的信息实时发送回来，通过串口传送到上位机，可以清楚地看到当前光照强度和各个路灯的运行情况，同时可根据实际情况的不同提供灵活的控制策略，从而使照明系统更智能化、更可靠，并能达到节能环保的目的。

1 系统硬件设计

系统采用监控中心通过GPRS公网连接到各条道路的现场控制器（GPRS模块），从而实现对远程数据传输，上位机发送控制指令，通过GPRS网络将控制指令传输到现场控制器，GPRS模块通过RS-232接口与ZigBee协调器连接，将数据传给ZigBee协调器，ZigBee协调器采取广播的方式将控制指令发送给各个ZigBee路由器模块和ZigBee终端节点模块，通过控制与之相连的继电器模块的通断，实现远程控制路灯的功能。同时，ZigBee终端节点定时监测各个设备的工作状态，并且实时上传到ZigBee协调器，协调器将收到的数据通过GPRS模块传到监控中心，上位机软件对收到的数据进行分析，并且实时将各个设备的工作状态显示出来，最终达到远程监控的目的。系统的硬件主要由最小系统、串口接口电路、仿真器接口电路、恒流驱动电路、GPRS模块、路灯工作状态监测电路、光照强度监测电路组成。系统总体框图如图1所示。

1.1 最小系统

最小系统的设计如图2所示。采用以CC2530芯片为主要元件构成的硬件平台，并将Z-Stack协议栈移植到该硬件平台，可以实现无线网络的自组网以及网络节点间的数据传递。

1.2 串口通信接口

串口接口电路如图3所示。协调器和GPRS模块之间采用RS232接口通讯，使用简单方便。

1.3 恒流驱动

恒流驱动是指通过LED的电流为一个合适的恒定值，使用恒流驱动旨在提高LED的发光效率和稳定度，减少LED的光衰度[7]。大功率LED都是采用恒流驱动方式。

LED恒流驱动电源采用的是两级变换器，第一级采用UCC28810转换电路，目的是将AC转换成36 V的DC电源。第二级采用UCC2811模式，目的是将恒压源转换为0.9 A恒流源。此方案电源的转化效率更高，保证了系统的高效率。此方案使用TI公司生产的UCC28810EVM-002评估板。恒流驱动模块如图4所示。

1.4 GPRS模块

GPRS模块的作用是实现远程数据传输，可以与管理者之间进行短信的收发，并与ZigBee协调器之间进行无线通信，当现场出现故障时，以最快的速度将故障信息传输给管理者或用户。GPRS模块内部结构框图如图5所示。

1.5 路灯工作状态监测电路

状态监测电路主要对路灯的状态进行监测，可以让值班人员实时看到路灯系统的工作状态，如果发生故障方便及时处理。系统主要是通过监测路灯的工作电流来进行监控的[8]，采用电流检测技术和精密型霍尔磁敏传感器，当检测到路灯出现故障不能正常工作时，ZigBee网络立即发送报警信号到主控端，通知管理人员采取相应的措施。电流型电压测量电路如图6所示。

2 系统软件设计

系统的软件主要包括：ZigBee协调器，ZigBee路由器，ZigBee终端节点，GPRS模块和上位机。系统软件设计框图如图7所示。

2.1 ZigBee协调器软件设计

协调器负责选择一个信道和一个网络ID（也称为PAN ID，即Personal Area Network ID）来建立整个网络。网络建立完成后开始进行数据的传输，并将现场和监控中心之间的数据进行传递，根据信号类型的不同调用相应的处理函数进行处理。网络建立过程如图8所示。

2.2 ZigBee路由器软件设计

路由器模块的功能为：允许其他终端节点设备加入网络，多跳路由和协助它自己的终端设备的通讯。基本路由算法如图9所示。

2.3 ZigBee终端节点软件设计

终端节点用来发送及接收协调器和路由器发来的消息，它可以在睡眠或者唤醒状态之间进行切换。对于新加入的节点，首先搜索所在区域可用的父节点，当检测到可用的网络之后，查找网络中深度最浅的节点，并发出请求加入网络的信号，该父节点收到信号后，发出网络关联的命令。终端节点加入网络开始工作之后，实时检测现场数据，当检测到设备工作不正常时，把故障设备通过GPRS以短信的形式发送给工作人员的监控设备，以便快速处理，提高工作效率。终端节点工作流程如图10所示。

2.4 GPRS模块初始化

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在对GPRS模块进行初始化时，需要对以下几部分进行相应的设置：接通电源，设置串口的波特率，对短信中心号码的设置，对短信收发格式的设置，设置终端进行编码字符等。初始化流程如图11所示。

2.5 GPRS模块软件设计

GPRS模块通过串口芯片与ZigBee协调器之间进行无线通信，并且实现数据的远程传输，当现场出现异常时，能够将信息及时准确地发送给工作人员或用户。当GPRS模块通电后，串口监视和数据发送两个功能模块分别进入监视和监听状态，对数据缓冲区和串口进行实时检测。当串口监听到有数据时，立即将其数据写到缓冲区当中；当数据发送线程监测到有数据写入缓冲区时，GPRS网络会将缓冲区的数据发送出去。GPRS模块软件流程如图12所示。

2.6 上位机软件设置

本系统可以设置为手动控制方式和自动控制方式，其中自动控制方式只需要配置好相关参数即可，控制方便灵活。同时，可以查看各个区域街道的路灯工作状态，并将系统数据自动保存下来，方便查看。路灯管理控制系统如图13所示。

3 结论

设计一种基于GPRS+ZigBee的远程路灯控制系统，利用GPRS技术和ZigBee无线组网技术实现了对路灯控制系统的实时监控和网络化的管理。系统的网络扩展性好，现场安装简单方便，操作界面显示现场数据，有利于用户的远程操作，具有较好的使用价值。

参考文献

[1] 张宏锋.一个基于ZigBee技术的无线传感器网络平台[D].湖北：武汉理工大学，2006.

[2] 陈鸿飞.基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统智能终端设计[D].长沙：中南大学，2009.

[3] 蔡型，张思全.短距离无线通信技术综述[J].现代电子技术，2004，20（3）：38-66.

[4] 田金琴.基于ZigBee和GPRS技术的嵌入式家居报警系统设计与实现[D].成都：西南交通大学，2009.

[5] 董乐.基于无线网络的智能家居系统网络节点和网关的设计与实现[D].天津：天津工业大学，2012.

[6] 闫沫.ZigBee协议栈的分析与设计[D].厦门：厦门大学，2007.

[7] 金纯，罗祖秋，罗凤，等.ZigBee技术基础及案例分析[M].北京：国防工业出版社，2008.

[8] 郑相全.无线自组网技术使用教程[M].北京：清华大学出版社，2004.

Abstract： A remote street lamp monitoring system was designed based on GPRS+ZigBee in this paper. The system uses ZigBee wireless self-organizing network technology and GPRS technology in data transmission， and each node sends back the information collected in real time， which is shown on the upper machine. It can monitor the current light intensity and the operation situation of the street lamp in real time， and also can regulate the suitable illuminating brightness according to the current illumination intensity.

Key words： wireless communication technique； ZigBee； GPRS； remote control

GPRS远程抄表 篇6

一、系统的总体架构及数据采集终端的主要功能

1. 系统的总体架构

基于GSM/GPRS的用电管理与负荷监控系统的总体结构如图l所示, 该系统由数据采集终端与后台管理系统构成。数据采集终端接收并处理通讯控制器指令, 并自动应答接收的指令。主站系统由通讯控制器、前置机、数据库服务器和工作站组成。其中通讯控制器连接在前置机的串口上, 负责通讯指令的收发。前置机的监测程序是后台软件的核心, 负责收发数据, 根据通讯指令识别码将收发的数据进行分类, 并自动存储在数据库服务器上。服务器负责数据库的管理。工作站应用软件负责历史数据的处理和向数据采集终端发送需求指令。

2. 数据采集终端的主要功能

和通讯控制器由公司自行研制的, 其中数据采集终端有多个系列产品, GSM-1是用于连接一台具有RS-485接口的数字智能表的终端设备, GSM-2是用于采集脉冲电能表的终端设备, GSM-3是专用于变电站的集中抄表终端设备, 每台GSM-3可以连接多个具有RS-485接口的电能表。数据采集终端的主要功能如下: (1) 电能表的数据采集; (2) 对窃电和电能运行异常实时报警; (3) 预交电费的设置; (4) 遥控操作; (5) 分时段费率设置。

二、后台软件的设计

1. 总体设计思想

本系统采用GSM/GPRS为数据传输通讯通道, 针对GSM系列数据采集终端设备, 集成变电站远程抄表和社会配变远程抄表与一体, 实现对电力设备的遥脉、遥测、遥信、遥控及用电负荷的监控, 预付费管理, 电力负荷分析, 电力调度等功能, 以满足电力系统变电站、农网和城网远程抄表和用电管理的需求, 达到配网自动化的要求。系统数据库平台采用SQL Server, 前置机通讯程序采用C++, 管理软件采用VB.net, 数据库连接中间件采用ODBC, 数据库访问对象采用ADO, 数据库的操作采用SQL查询语言, 计算模式为C/S (客户机/服务器) 。

2. 系统的实体及其联系

找出系统的实体, 分析系统实体之间的关系是数据库设计的基础, 同时也是系统实现兼容性的技术关键, 图2给出了系统的ER图, 由于篇幅所限, 这里不再对每个实体的属性及数据库表结构设计作介绍。

3. 软件架构设计

系统的软件架构如图3所示, 各个子系统的具体功能如下:

(1) 基础数据维护:主要负责系统基础数据表记录的添加、删除、编辑、修改、查询和打印等, 由管理单位数据表的维护、终端设备数据表的维护、变压器参数数据表的维护、电能表记参数的维护、时段及费率数据表的维护、线损表的数据维护几个子系统组成。 (2) 基础数据查询:对基础信息表的信息查询和打印。 (3) 设备注册管理器:是对终端数据采集器的参数进行远程注册, 由变电站终端设备注册管理器和社会变终端设备注册管理器组成, 并以页面切换的方式实现。变电站终端设备注册管理器实现有权与终端设备进行通讯的手机号码的设置、电能表地址码注册、报警地址的设置以及清除主机号码等功能。社会变终端设备注册管理器实现变压器参数注册, 单相表底数的设置, 报警地址的设置, 监听号码的设置, 威胜表地址码的设置, 时段和费率的设置, 清除主机号码, 清空预付费账户, 清空累计电能电费和允许与终端数据采集设备进行通讯的手机号码的注册等。在主机注册的手机号操作权限也不一样, 例如最高权限管理员的手机号有权控制断电和送电, 而用户的手机号则只能用于接收终端设备发送的短信以及查询预付费电量等。 (4) 预付费管理:主要是对先交费后用电的大用户的管理, 由预付费用户管理、预付费结算和预付费用户信息查询三个子系统构成。预付费用户管理实现预付费用户信息的查询、抄表指令 (定时抄、群抄、单抄) 的发送。预付费结算主要实现用户交纳电费的结算、票据打印和向终端设备进行预付费注册。 (5) 遥信、遥测与遥控操作管理:实现对线路开关运行状态 (闭、合) 的监测, 电流、电压、有功、无功的监测, 以及发送遥控操作指令。 (6) 实时数据管理:由收发数据实时监测和实时数据查询两个模块构成。收发数据实时监测实现对收发的原始数据在窗口上实时显示, 首先以文本文件的格式进行保存, 然后再根据收发数据的指令识别码对数据进行分类, 保存在不同的数据表中, 并实现报警信息语音提示。实时数据查询实现按日期进行分类浏览数据。 (7) 设备报警查询:分类查询设备的报警信息。 (8) 电费管理:主要是针对先用电后交费用户的管理, 由抄表管理、电费结算和电费结算查询三个子系统构成。抄表管理实现信息的查询、抄表指令 (定时抄、群抄、单抄) 的发送。电费结算主要实现用户交纳电费的结算和票据打印。 (9) 电力负荷分析:通过曲线图、棒图、饼图和表格等多种方式对电力运行负荷进行分析。 (10) 线损分析:通过曲线图、棒图、饼图和表格等多种方式对电力线路的损耗进行分析。 (11) 操作员管理:由操作员权限管理、操作员密码修改和操作员重新登录几个模块组成, 操作员权限分管理、维护、查询和遥控四种权限, 操作员以不同的身份登录, 系统将自动控制可操作的模块。

摘要：针对电力系统远程抄表中, GSM和GPRS两种通讯方式数据接收的不兼容, 集中式抄表数据采集终端和点对点抄表数据采集终端数据传输格式的不统一, 以及脉冲电能表和数字电能表数据采集量的差异, 本文提出了一种后台设计方案, 统一了数据接收, 整合了用电管理系统、负荷监控系统及预付费管理系统。

关键词：远程抄表,负荷监控,GSM/GPRS,数据采集

参考文献

[1]庄严.电力远程抄表系统的设计与实现[J].微计算机信息, 2006, 3:22-28.

[2]赵金东.Web应用中手机短消息模块的设计与应用[J].计算机工程与设计, 2006, 23:78-79.

[3]孟庆浩.基于GSM/GPRS的海上导航灯器远程监测系统[J].仪器仪表学报, 2006, 2:27-28.

GPRS远程抄表 篇7

1 电表控制器

H7210无线DDN通信系统为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。主要针对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、证券等行业部门的应用,利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输,同时考虑到各应用部门组网方面的需要,在网络结构上实现虚拟数据专用网。

H7210电表控制器是H7200无线DDN通信系统系列产品之一,RS232/422/485或TTL电平接口,高性能、工业级,外置式,适用于使用环境恶劣的各种工业监控、交通管理、气象等应用场合。H7210网络应用示意图如图1所示。

电表控制器和电表之间采用RS485接口进行通信,之所以选择RS485协议,是因为它和其他协议相比有着不可比拟的优势。

由于本系统的服务器端软件只有一个,多个客户端软件通过它对多个电表控制器进行控制。所以,在设计时利用了H7210的点对多点传输方式。H7210点对多点传输示意图如图2所示。

基于GPRS的远程抄表系统结构如图3所示。

2 系统关键技术与难点

由于目前市场上用于集中抄表的电能表均以某种形式提供可供抄表的接口,例如RS485接口、红外接口和载波接口等,只要电表控制器提供的指令格式符合国家电网公司规定的DL/T645协议,就可以通过这些接口读出电表的数据或者是对电表进行各种控制操作。各个电表生产厂家在生产用于集中抄表的电能表时,DL/T645协议是默认写入到电表的固件程序中的,所以只要电表控制器的接口和集抄电表的通信接口以及通信速率匹配时,就可以通过电表提供的通信接口对电表进行读数据以及其他控制操作。本系统采用的电表提供一个RS485接口以供电表控制器对电表进行数据抄读和断送电操作。由于电表控制器将GPRS网络的传输协议透明化了,所以在抄表软件客户端将电表的控制信息准备好后,传送给相应的电表控制器就可以实现对电表的控制。

本系统的最大难点就是实现动态IP解析和服务器端软件路由的功能,由于动态IP解析功能的实现涉及计算机网络中的许多协议和细节问题,一旦设计的不合理,就不能实现动态IP解析的功能,或者是解析错误。而服务器端软件的路由功能的实现则要涉及许多路由算法,一旦算法选取的不合适,就可能造成数据超时或者路由错误的问题。所以,这个系统实际上主要的任务就是解决这两个问题,从而实现软硬件的完美结合。

3 系统软件实现

3.1 与客户端连接的实现

服务器端软件和客户端软件之间的通信方式采用的是socket方式。服务器端软件先启动监听,然后客户端才能链接到服务器端进行后续的操作。Socket面向连接通信示意图如图4所示。

3.2 监听远端电表控制器上线和传送数据的实现

在本系统中,采用了深圳市宏电公司的GPRS模块H7210来实现电表控制器的功能,H7210从硬件上对GPRS网络进行透明化,使用户可以在不了解GPRS通信流程的情况下轻松地进行设备间的GPRS通信。由于软件采用模块化的设计技术,将底层的细节封装在一个动态链接库中,在这个动态链接库中实现了监测远程电表控制器上线和发送数据等操作。前台界面只需要调用相关的函数就可以实现在应用程序中和远程电表控制器进行数据的交换操作。

监听远端电表控制器上线和传送数据核心代码如下:

3.3 路由信息的转发实现

服务器端软件和远程电表控制器之间的数据交换操作,服务器端软件的作用就是进行数据包转发的。它在接收到客户端软件对远程电表控制器的操作命令后,会将这个带有命令的数据包依照数据包中的目的地址转发给远程电表控制器,远程电表控制器在将命令执行完毕之后会向服务器端软件发送执行命令的结果,这时,服务器端软件只需要再依照数据包中的目的地址转发数据包就行了。

4 小结

本文利用GPRS对电力系统远程电表进行数据抄读和控制,节省了大量人力、物力和财力,并在一定程度上解决了人工抄表带来的扰民、易出错和工作量大等问题。

摘要：该文研究利用GPRS对电力系统远程电表进行数据抄读和控制等操作的方法,从而对GPRS在数据采集中的作用进行研究,GPRS对电力系统远程电表的状态信息的采集以及控制具有很好的指导作用,节省了大量人力、物力和财力,该方案在一定程度上解决了人工抄表带来的扰民、易出错和工作量大等问题。该文所研究的基于GPRS的远程抄表系统采用了无线的方式传送数据,前期投资低,系统稳定度高,可以说是免维护的,同时,使用GPRS无线网络对远程仪器的状态信息的采集以及控制也有很好的指导作用。

关键词：远程抄表,GPRS,RS485

参考文献

[1]Teare D,Paquet C,CCNP学习指南:组建可扩展的Cisco互联网络(BSCI)[M].陈宇,袁国忠,译.北京:人民邮电出版社,2007.

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GPRS远程抄表 篇8

远程电能采集系统是指采用计算机技术和通信技术自动读取和处理表具数据的一种手段, 是提高电能管理部门自动化水平的需要, 也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然。而传统的电量结算是依靠人工定期到现场抄取数据的, 在实时性、准确性和应用性等方面都存在诸多不足之处。将现代通信技术、计算机技术和电能量测量技术结合在一起, 便能够及时、准确、全面地反映电量的使用。通过中国移动通信有限公司的通用无线分组业务 (general packet radio service, GPRS) 网络, 电力部门可将工业和民用电能表采集的电力系统实时数据传递到地、市、省级的集中监控中心, 以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。GPRS为电能远程抄表系统提供了简单、高效的通信传输手段。

2. 电能远程抄表系统的原理

目前, 国内外生产的绝大多数多功能电能表都带有RS485接口, 同时, 现行有一系列的通信规约, 如我国电力行业通信标准DL/T645—1997《多功能电能表通信规约》等。终端设备按照通信规约, 通过RS485接口与多功能电能表进行通信, 采集到电能表相关参数后, 通过GPRS网络将数据远程传送到后台数据中心。电能远程抄表系统的结构如图1所示。

3. 终端系统设计与实现

终端系统主要完成电能表数据的采集和传输功能。目前实现终端系统功能的流行方法主要有两种:一种是采用微控制器控制GPRS模块, 比如采用西门子公司的MC35模块和Sony Ericsson Mobile Comm unica tions公司的GR47模块等;另一种方法是直接采用嵌入式网络模块来实现, 比如采用成都英创信息技术有限公司的ETR186嵌入式网络模块等。相对而言, 第一种方法在灵活性和扩展性方面比第二种方法更具优势, 又由于移动梦网的网关GPRS支持节点 (GGSN) 与GPRS模块通信时遵循点对点协议 (po int to point pro tocol, PPP) , 所以要在微控制器中也实现一部分PPP才能与之对话, 其中GR47模块本身已经实现了传输控制协议-网际协议 (TCP/IP) 堆栈, 因此应用得更为广泛。

3.1 硬件结构

电能远程抄表系统主要由GPRS网络模块、微控制器、外围接口电路和RS485接口电路组成。系统硬件设计总体框图如图2所示。

GRPS网络模块选用GR47模块。GR47模块是Sony Ericsson Mobile Comm unica tions公司推出的新一代全球移动通信系统 (global system form obile comm unications, GSM) 通信模块, 支持端对端、端对用户的通信方式, 支持短信息业务 (short m essage service, SMS) 和GPRS等数据传输和语音呼叫。模块提供了非常完整的使用接口, 包括三路串行数据通信接口、用户识别卡 (subscribe riden tity m odule, SIM) 接口, 内嵌TCP/IP栈, 串口支持GSM 07.10协议, 波特率可调。GPRS模块的UART A是一个全双工的RS232串口, 支持所有在线与非在线的通信方式, 并且所有需要无线发送的数据必须要通过该串口进入模块的发送单元, 同时该串口上还有请求发送 (RTS) 、清除发送 (CTS) 、数据终端准备 (D TR) 、数据载波检测 (DCD) 、振铃指示 (RI) 、数据准备 (DSR) 等控制信号线, 其中的D TR引脚用于从硬件上控制GPRS模块数据态与命令态的切换;UART B可以用来接收一些特殊的串行数据, 比如接收全球定位系统 (GPS) 数据;也可下载软件UART C, 对模块进行嵌入式开发。

微控制器选用W77E58单片机。W77E58是Winbond公司的新型单片机, 内含2个增强型串口和32 KB大容量闪速存储器。指令集与51系列单片机完全兼容, 非常适合在智能化监控系统中使用。在系统功能比较复杂的情况下, 控制GR47模块的微控制器可以选用ARM 9嵌入式处理器单元。W77E58单片机的UART0与GR47模块的UARTA连接以控制GR47模块, UART1通过RS485接口芯片与多功能电能表进行通信。

3.2 软件设计

终端软件部分主要由电能表数据采集和控制数据网络传输两个模块组成, 程序通过Keil C语言实现。

3.2.1 电能表数据采集

采集电能表数据的电路符合最简单的RS485总线接口标准, 因此只需按照电能表厂商提供的协议, 通过串口向电能表发送合适的数据帧, 然后接收到响应帧后对数据进行分析来获取电能表参数。

针对本系统, W77E58中UART1与RS485接口芯片相连, UART0用于与GR47模块的UARTA连接, 那么, 为方便通信程序的调用, 可以设计如下的接收和发送函数。

2.2.2 数据网络传输

GPRS模块GR47有两种工作状态, 即指令状态和数据状态。

W77E58通过UART0与GR47模块的UARTA通信, 发送相关AT指令到GR47模块, 以控制GR47模块与Internet的连接。

在指令状态下建立GR47模块与Internet连接的步骤:

a) 为GPRS模块开通TCP/IP服务。发送指令“A T+CGDCON T=1, "IP", "CMN ET"”, 正常情况下返回“OK”。

b) 为GPRS模块分得固定虚拟IP地址。发送指令“AT*E2IPA=1, 1”, 正常情况下返回“OK”。

c) 查看GPRS模块分得的IP地址。发送指令“AT*E2IPI=0”, 正常情况下返回IP地址。

d) 通过TCP连接后台数据接收服务器。发送指令“AT*E2IPO=1, "61.183.187.174", 1001”, 连接后返回“CONN ECT”。如果返回的信息是“ERROR”, 则必须重新发送相关指令。

具体到软件程序的实现, 以第一个步骤为例, 只需调用函数sendstring (0, ”AT+CGDCONT=1, "IP", "CMNET"”, 25) , 然后通过accep tchart函数接收返回数据, 判断是否含有“OK”即可。

当GR47模块和后台服务器成功建立连接后, 就进入了数据状态, 所有的AT指令都已经无效, 此时GR47模块通过UART A只与服务器端有连接, 对数据和其它端口都不响应。从数据状态到指令状态的切换通过硬件实现, 由W77E58单片机给GR47模块的DTR引脚发送一个高电平脉冲, 使得GR47模块从数据状态自动切换到指令状态, 此时UART A将会接收到模块的反馈值“OK”。

4. 接收程序设计

后台接收程序通过套接字 (Socke t) 编程来实现。

Socket有两种主要的操作方式:无连接的操作和面向连接的操作。无连接的操作使用用户数据报协议 (UDP) , 一个数据报是一个独立的单元, 它包含了所有传送的信息, 在这种模式下, Socket不需要连接一个目的地的Socket, 它只是简单地传输数据报, 无连接的操作快速、高效, 但是数据安全性不佳。面向连接的操作使用TCP, 在这种模式下, Socket必须在发送数据之前与目的地的Socket取得连接, 一旦建立连接后, Socket就可以使用一个流接口, 打开→读写→关闭, 所有发送的信息都会在另一端以同样的顺序被接收。面向连接的操作比无连接的操作效率低, 但是数据的安全性更高。Socket支持同步和异步模式。在同步模式中, 对于执行网络操作的函数调用, 一直等到操作完成后才将控制返回给调用程序;在异步模式中, 这些调用立即返回。在TCP/IP网络应用中, 通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户-服务器模式, 即客户向服务器发出服务请求, 服务器接收到请求后, 提供相应的服务, 因此Socket编程也包括服务器端和客户端的编程。

后台接收程序属于服务器端Socket程序, 而终端设备网络通信程序则相当于客户端程序, 后台接收程序采用TCP, 基于异步方式来实现。程序具体的实现可以通过VC, Delphi, .net和java等支持多线程的语言和技术来实现。程序流程图如图3所示。

5. 结束语

总之, 电能远程抄表系统的开发, 实现了对用户用电信息的无线采集, 并通过对数据的系统处理, 实现了网上预交费和对用电情况的实时监测, 有效防止了欠费和窃电等情况的发生。同时, 通过GPRS双向系统可实现对远端电能表和其它电力设备进行控制, 节省人力资源和建设成本, 缩短修护时间。目前, 基于GPRS的电能远程抄表系统在供电部门已得到广泛的应用。

参考文献

[1]林绍文.GPRS网络技术在无线抄表系统中的应用[J].电力科技论文平台, 2005, 12, (69) , 87-89.

GPRS远程抄表 篇9

关键词：自动抄表,集中抄表系统,集中器,采集器

0 引言

当前水表自动抄表系统主要有四大类型:智能卡式水表、分线制集中式水表、总线制智能式水表、无线发射式水表。总线制水表的采集计量工作单元均装配在水表内并密封,数据采集、处理、存贮等工作全由智能水表本身完成,手抄器或电脑不参与底层数据采集,仅进行通讯联系,而通讯方式又多种多样。本系统采用GPRS通讯和USB通讯,系统正常工作时以GPRS通讯为主,当GPRS通讯出现故障时,工作人员可从集中器中通过USB通讯读出数据。该系统的安全性、稳定性和可靠性都比较高。

1 系统组成及功能

水表远程集中抄表系统主要由脉冲水表、采集器、集中器和管理机组成。脉冲水表主要完成用水量数据的采集,将水量数据转化成脉冲信号;采集器对脉冲信号进行处理、存储,并通过485总线与集中器进行通讯,当接收到上层指令后,可通过控制电动阀来控制用户用水;集中器的作用为数据中转和总线隔离,它的主要任务有两项:一是通过485总线与智能水表通讯,根据管理机的要求查询某个水表的数据;二是通过GPRS网络与管理机通讯,将采集器的数据信息传输给管理机;为避免GPRS网络故障导致无法抄表,在集中器中设置USB接口,工作人员可用电脑或手抄器通过集中器抄读数据;管理机对用户的购水量和用水量信息进行管理,并可通过发送特定指令远程控制用户用水。其系统框图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 采集器的硬件设计

采集器主要由CPU、阀门控制电路、低电压检测电路、485通讯接口电路、数据显示、数据存储、故障报警电路组成,其硬件框图如图2所示。

由于采集器通过电池供电,CPU选择TI公司MSP430系列超低功耗的混合信号控制器,MSP430系列单片机,在1.8~3.6V电压、1MHz的时钟条件下运行,工作电流在0.1~400µA之间,并且外设资源丰富。

阀门是系统工作的重要器件,本系统中采用的是电动球阀,它对工作电压要求不高,在3V电压下也能正常工作,而且工作电流低,可以直接驱动。正常供水情况下,电动阀处于常开状态,驱动机构不消耗电能;当预购水量用完时,电磁阀关闭并自锁于常闭状态。为防止阀门生锈出现不能关闭的情况,在程序上应设定每运行一定时间,控制阀门开闭一次。

采集器采用专用协议与集中器通信,RS-485的传输距离最大可达1200m。RS-485标准中没有规定总线上允许连接的收发器数量,但规定了最大总线为32个单位负载,可以通过增大收发器输入电阻扩展总线节点数。

采集器通过LCD模块显示的信息包括总用水量、当月用水量、开关阀状态、电池状态和故障等。为满足低功耗的要求,LCD平时处于休眠状态,可用中断唤醒的方式使其显示。

2.2 集中器的硬件设计

集中器主要通过GPRS网络与管理机通讯。集中器的电源采用市电,为保证系统的可靠运行,配有备用电源。其硬件框图如图3所示。

由于系统采用外部电源供电,低功耗不再是系统设计的主要目标。为实现集中器的功能,选择C8051F340作为集中器的CPU,C8051F340是Silicon Laboratories公司推出的可提供USB功能的混合信号微控制器,其USB功能控制器具有完整的USB2.0认证,支持全速与低速操作,可用于大多数USB外设设计。Silicon Laboratories公司还为USB驱动程序开发提供了USBXpress开发套件,使USB主机和从机驱动程序开发可以快捷、高效地完成。

目前,用于工业系统的GPRS数据传输模块比较多,本系统选择M32模块。其主要特点是:内嵌TCP/IP协议,免除了编写上网通信协议的繁杂过程,缩短了开发周期;内部使用通用AT命令集控制数据的收发;支持所有的通信方式。

3 水表远程集中抄表系统的软件设计

3.1 集中器与采集器通讯协议

为确保通讯成功,通讯双方必须在软件上有一系列的约定,通常称为通讯协议。本系统的通讯协议如下:

集中器发出的信息帧由前导字节、帧起始符、仪表类型、采集器地址域、控制码、数据长度、数据域、帧信息、纵向校验码及帧结束符等九个域组成,每个域由若干字节组成,信息帧的结构如图4所示。

其中前导字节是由集中器或采集器发送的所有帧前面的一串规定数目的十六进制的字符,本系统采用3个字符;帧起始符为68H,表示一帧信息的开始;仪表类型是指参与通信的采集器属于何种类型的计量仪表,水表抄表系统的仪表类型为10H-19H中任意一个数据,本系统选择10H;采集器地址域由7个字节组成(A0A1A2A3A4A5A6),每个字节为2位BCD码格式,地址长度为14位十进制数,其中A6A5为厂商代码,低地址在前,高地址在后。当某一字节以AAH寻址时,忽略该字节地址;当地址为AAAAAAAAAAAAAAH时,为广播地址。控制码的格式如图5所示:其中D7为0时表示由集中器发出的控制帧,为1时表示由采集器发出的应答帧。D6为0时表示采集器正确应答,为1时表示采集器对异常信息的应答。D5-DO为控制码,部分控制码及其功能如下:

000000:保留;

000100:读计量数据;

000101:读地址;

001000:广播校时;

001100:更改通信速率;

010010:写机电同步数据;

010100:写时域;

010101:写阀门控制;

011010:设定密钥;

1xxxxx:厂商自定义

数据长度字段包含一个表示字节数的整数,用十六进制表示,是数据长度字段和校验字段之间(不包括该两个字段)的数据字节的计数值。读数据时,数据长度小于或等于64H。写数据时,数据长度小于或等于32H。数据长度等于0,表示无数据域。校验码采用累加和校验,一个字节从帧起始符开始到校验码之前的所有各字节进行二进制算术累加,不计超过FFH的溢出值。

3.2 采集器的软件设计

采集器的软件功能主要包括脉冲数据的采集、数据显示、阀门控制和485通讯等部分组成。主程序主要负责初始化,初始化完成后即进入低功耗模式,等待中断,由各个中断服务程序完成采集器的全部功能。中断服务程序包括计数脉冲信号中断、通讯中断、显示中断、低电量中断、防拆信号中断。采集器的中断服务程序流程如图6所示。

3.3 集中器的软件设计

3.3.1 接入GPRS网络

集中器主程序的主要任务是通过AT指令控制M32模块接入GPRS网络和USB功能的初始化。其登入GPRS网络的AT指令为

AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET”;这条指令指使用中国移动的APN。

AT%CGPCO=1“PAP,,”,1;这条指令完成PAP验证。

AT$DESTINFO=“XXXX.XXXX.XXX X.XXXX”,1,1234;这条指令中XX XX.XXXX.XXXX.XXXX为管理机的公网IP地址,1234为管理机中管理软件接收/发送数据所用端口。

ATD*97#;这条指令直接用于拨号。

完成上述AT指令后,集中器与管理机建立了透明传输连接。

3.3.2 USB通讯API程序设计

借助USBXpress提供的USB器件API,可以简便地实现C8051F340单片机作为USB器件的USB通信。USBXpress提供了10个USB器件API函数。在对C8051F340单片机进行编程时,只需将USBXpress提供的API函数的封装库USBX_F34X.LIB调入编译软件的链接器中,并在主程序中用“include”命令包含USB_API.h头文件,就可以调用USBXpress提供的10个USB器件API函数,从而实现对USB数据包的读写,其程序流程图如图7所示,图7a为USB器件的初始化,图7b为中断服务程序。

4 结束语

实现水表的远程集中抄表,可以有效地解决入户抄表效率低的问题,提高自来水公司的用水管理水平和管理效率,使管理部门随时了解居民的用水情况,并且抄表工作不受时间限制,杜绝拖欠水费,避免干扰居民生活,减少安全隐患。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.GB/T 778.1～3-2007饮用冷水水表和热水水表,北京:中国标准出版社[S].

[2]王铁流,吴丹丹.李成.基于C8051F320 USB接口的数据采集存储电路[J].电子产品世界,2006,12:101-103.

[3]姚灵.水表自动抄表系统技术现状与发展趋势[J].上海计量测试,2008,3:2-4.

[4]朱磊,刘东.C8051F340与Labview基于API的USB通信[J].单片机与嵌入式系统应用,2007,(11):35-37.

[5]中华人民共和国建设部.CJ/T 224—2006电子远传水表,北京:中国标准出版社[S].

GPRS远程水库水位监测系统设计 篇10

1 水位监测系统总体概述

GPRS远程水位监测系统组成如图1所示。

监测系统主要由水位数据采集部分和数据接收部分组成。数据接收部分就是常用的具有短信收发功能的手机。水位数据采集部分安装于水库监测点, 液位变送器采集到的信号经过信号调理电路、模拟信号变换为数字信号, 然后送CPU LPC2132处理, 经LCD显示并以短消息形式发送到接收手机中。手机便于监测人员携带, 各个接收手机的SIM卡号必须开通短信的收发功能。采集部分也可以通过键盘设定接收手机的号码, 接收手机也可以给采集部分发送短信来设定接收手机的号码, 而且可以设定多部手机同时接收, 便于多人同时查看水位数据信息。水位数据采集部分主要由CPU LPC2132、液位变送器数据采集模块、GPRS模块、人机交互模块和声光报警模块等组成, 能够实现数据的现场显示和短消息的发送与接收功能。

2 系统硬件设计

2.1 处理器

LPC2132微处理器是一个具备嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-S CPU, 并且支持实时仿真功能, 带有64k B的高速Flash存储器[2]。128位宽度的存储器接口和加速器结构可以实现最大60MHz时钟速率下的运行, 具备多种低功耗工作模式。芯片内部集成了4个32位定时器、16k RAM、最多47个I/O管脚, 并且I/O口可承受5V的电压。此款芯片多应用于便携设备、较高的性价比和低功耗满足系统的需求。

2.2 GPRS模块设计

系统采用的GPRS模块是SIMCOM公司推出的SIM300模块, SIM300是一款三频段GSM/GPBS模块, 可以提供多达10个GPRS信道类型, 支持数据透明传输。SIM300为单电源供电, 电源电压4.2V, 模块内部封装了TCP/IP协议栈, 扩展了TCP/IP AT指令, 可以更加方便地开发数据传输[5]。SIM300通过串行接口 (RS232) 由CPU LPC2132控制, 在物理上具备一个40管脚的FPC连接器来和其他外围设备相连。FPC连接器包括串行接口、电源接口和SIM卡接口等。微处理器LPC2132通过发送AT指令与SIM300通信, 实现短消息的发送、接收和通信的连接等功能。

2.3 人机交互模块设计

人机交互模块包括LCD显示输出、键盘输入和声光报警。显示输出部分采用的是一块128×64 LCD, 型号为MS12864CR, 并且带汉字字库。系统输入部分采用4×5的键盘矩阵。LCD主要用来显示液位变送器采集到的水位数据和发送的超限报警短消息等内容。用户可以通过键盘来设定发送的接收手机号码, 以中断的方式向LPC2132发出指令。报警部分采用一个高亮的红色LED和一个蜂鸣器来对水位超过设定值的声光报警。

2.4 数据采集模块设计

液位变送器是基于水的静压与水的高度成正比的原理来测量高度的。采用的型号为RDZ-1001P, 具有电源极性防反保护和限流过载保护。液位变送器输出的是电流信号, 须将此电流信号转换为电压信号, 经过TLV2272运算放大器滤波放大, 然后进入高精度的12位A/D转换器TLC2543转换为数字信号。TLC2543具有4线制串行SPI接口, 分别为CS、CLOCK、DATA IN和DATA OUT, 可以直接与CPU LPC2132连接。

2.5 电源模块设计

由于水库水位需要实现连续24小时不间断实时监测, 系统供电选择12V, 2400m Ah的可充电锂电池。系统中GPRS模块SIM300的工作电压为4.2V, 在发送和接收数据时需要的电流较大, 峰值电流可能达到2A, 但在模块处于待机状态下其平均电流只有几十毫安, 采用LM2576来转换12V为5V, 其最大供电电流可达3A, 采用OCP2020来产生4.2V电源电路, LM1117来设计3.3V电路, 在每个电源芯片的输入端还并行接入470u F钽电容和10u F瓷片电容, 以减少电源上产生的干扰。

3 系统软件设计

3.1 µC/OS-II系统任务划分

系统程序设计中采用µC/OS-II操作系统, 具有便于移植、可裁剪, 稳定性和可靠性高的特点[3]。µC/OS-II操作系统的内核将硬件和应用程序结合起来, 在OS_CPU_C.C、OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM三个文件中与LPC2132相关部分进行修改。为保证系统划分的各个任务相对独立和避免调用频繁, 根据系统工作原理并结合µC/OS-II操作系统, 可将系统的任务划分为初始化任务、声光报警任务、短信发送和接收任务、串口通信任务、键盘输入任务、消息队列任务、数据采集任务和LCD显示任务 (优先级依次从高到低, 系统初始化任务优先级最高, LCD显示任务的优先级最低) 。监测系统软件运行流程如图2所示。

3.2 系统的通信方式

系统的数据采集部分和各个接收手机之间通信方式有查询和自动发送两种通信方式。

①查询方式:携带手机的人员可以通过向数据采集端发送编号来获取该采集点最新的水库水位值信息。当数据采集端接收到查询短信时, 先验证手机号码, 通过验证后才会回复当前最新的采集水位值, 如果手机号码没有通过验证, 系统则不回复, 这样可以屏蔽掉垃圾短信。

②自动发送方式:携带手机的人员可设定水位的超限报警值, 当水位超过设定值时系统自动向所有携带手机的人员发送当前水位值。也可设定时间采集某一时刻的水位值, 当到了定时时间, 系统会自动将此时的最新水位值发向携带手机的人员。

3.3 GPRS模块发送短信

GPRS模块SIM300和CPU LPC2132之间的通信采用AT指令, 通过发送和接收AT指令来建立通信链接, GPRS模块SIM300通过串口UART实现和CPU LPC2132的通信, 采用的是基于AT指令的PDU Mode, 短消息的内容都是经过Unicode编码后传输的[4]。目前中国各大运营商的网络都支持PDU Mode短信业务, 这样可以保证系统的广泛应用性和覆盖面。以某一时刻采集的水库水位数据为例, 需要发送的短信内容为“当前水位:25.6m;状态:未超警戒水位”。短信内容的Unicode编码为:5F53524D6C344F4DFF1A00320035002E0036006DFF1B72B66001FF1A672A8D858B6662126C344F4D。PDU作为一个数据包, 还应该包括发送的源地址、目的地址、有效时间、数据形式和数据内容, 其中数据内容的长度可达140字节。发送短信程序略。

4 系统测试

按照此方案设计的水库水位监测系统, 经水库的现场测试, 完全符合预期的设计要求, 系统测量准确, 工作稳定。从选取的几组实际测量数据可以看出:系统采用的高精度测量方法得当, 测量误差较小, 达到了使用要求 (见表1) 。测量值与实际值之间存在着较小的误差, 水库环境的液面不平稳和传感器本身存在误差是造成误差的主要因素。由于GPRS网络的稳定性和可靠性, 数据的传输不会造成任何误差。同时系统还有如下优点:①无缝覆盖。GPRS网络已基本能够覆盖全国任何地方, 具有可靠的传输稳定性。②成本低。利用GPRS网络节省了大量布线费用, 具有很高的成本优势。

从表1可以看出, 系统测量误差较小, 可满足使用要求, 而且系统运行稳定。

5 结束语

GPRS远程水库水位监测系统成功地实现了对水库水位的数据采集。系统使用大容量可充电锂电池供电, LPC2132具有掉电和空闲两种工作方式, 配合软件设计可大量节省耗电量, 可以满足24h的不间断工作。系统采用GPRS网络来实现数据的远程采集, 节省了大量布线的费用, 实现了多点无人监测, 而且通信费用仅仅与短信的使用量有关, 更具成本优势。经实际实验表明, 系统工作稳定可靠, 可以有效保证实时监测水库水位的实时性和精确性。

摘要：为了能够及时了解汛期水位情况, 设计了一种基于ARM7的水位监测系统。其以ARM7高性能微处理器LPC2132为核心, 采用高精度AD转化器TLC2543采集数据, 结合GPRS传输网络的系统软件和硬件设计, 包含对水位的传感器数据采集、GPRS短信远程传输、人机交互模块等多个组成部分。系统程序设计中采用C/OS-Ⅱ操作系统, 利用短信实现水位信息远程通信。实验测试结果表明:系统采集数据精度高, 传输稳定可靠, 有效实现了对水位数据的实时监测。

关键词：GPRS网络,LPC2132,μC/OS-Ⅱ,水位数据采集

参考文献

[1]李凤云, 严德昆.GPRS城市供水远程无线监测管理系统[J].机械与电子, 2007 (1) :80-81.

[2]Philips Semiconductor.LPC2132data sheet[S/OL][2005-04-15].wenku.baidu.com/view/275f11a6f524ccbff121...2009-12-16.

[3]Jean J.Labrosse.嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ[M].邵贝贝, 等, 译.第2版.北京:北京航空航天大学出版社, 2003.

[4]钱春丽, 张兴敢.用于矿井环境监测的无线传感器网络[J].电子技术应用, 2006 (9) :21-23.