1 引言
目前,很多國家己廣泛使用遠程自動抄表系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工抄表,。計算機技術,、集成電路和通信技術的高速發(fā)展，使得抄表系統(tǒng)在向著智能化的過程中邁出了堅實的一步?，F(xiàn)在GSM網(wǎng)絡已覆蓋我國大部分地區(qū)，而GPRS是基于GSM移動通信系統(tǒng)的一種移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務,。利用GPRS網(wǎng)絡功能可以傳送電力系統(tǒng)的電表數(shù)據(jù),。本文以ARM處理器平臺和華為gtm900-b無線通信模塊為核心，利用無線數(shù)據(jù)傳輸,，可以將采集的數(shù)據(jù)通過internet傳至監(jiān)控服務器,，該方法具有傳輸快、傳輸量大，距離不受限制等特點,，非常適合電力系統(tǒng)采集點多,、范圍廣、距離遠的特點,。不僅摒棄了人工抄表費時費力的缺點,，也更有利于用電高峰時段的用電量統(tǒng)計?；?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/GPRS" title="GPRS" target="_blank">GPRS與ARM的智能抄表系統(tǒng)包含三個主要的組成部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，基于GPRS的通信傳輸網(wǎng)絡和基于ARM的終端處理系統(tǒng)。
2 GPRS系統(tǒng)
無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展至今,，使用的通信技術經(jīng)歷了四個階段：無線電臺傳輸,、集群通信網(wǎng)、sms短消息和GPRS,。技術比較如表1所示,。
表1 無線數(shù)據(jù)傳輸四個階段
gprs（general packet radio service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱。在原有的基于電路交換（csd）方式的gsm網(wǎng)絡上引入兩個新的網(wǎng)絡節(jié)點：gprs服務支持節(jié)點（sgsn）和網(wǎng)關節(jié)點（ggsn）,。在gsm系統(tǒng)的基礎上構建gprs系統(tǒng)時,，只需做軟件升級。這樣的gprs系統(tǒng)可以看作是對原有的gsm電路交換系統(tǒng)進行的業(yè)務擴充,，以滿足用戶利用移動終端接入internet或是其他分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的需求,。gprs網(wǎng)絡的技術優(yōu)勢：
（1）資源利用率高,。gprs引入了分組無線的傳輸模式,，用戶只在發(fā)送和接受數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個用戶可以高效地共享同一無線通道,。
?。?）傳輸效率高。gprs可提供高達115kb/s的傳輸速率,。
?。?）接入時間短。分組交換接入時間縮短為少于1s,能提供快速即時的鏈接,。
?。?）支持ip協(xié)議和x.25協(xié)議。gprs支持internet上應用最廣泛的ip協(xié)議和x.25協(xié)議,。
1 引言
目前,很多國家己廣泛使用遠程自動抄表系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工抄表。計算機技術,、集成電路和通信技術的高速發(fā)展,，使得抄表系統(tǒng)在向著智能化的過程中邁出了堅實的一步。現(xiàn)在gsm網(wǎng)絡已覆蓋我國大部分地區(qū)，而gprs是基于gsm移動通信系統(tǒng)的一種移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務,。利用gprs網(wǎng)絡功能可以傳送電力系統(tǒng)的電表數(shù)據(jù),。本文以arm處理器平臺和華為gtm900-b無線通信模塊為核心，利用無線數(shù)據(jù)傳輸,，可以將采集的數(shù)據(jù)通過internet傳至監(jiān)控服務器,，該方法具有傳輸快、傳輸量大,，距離不受限制等特點,，非常適合電力系統(tǒng)采集點多、范圍廣,、距離遠的特點,。不僅摒棄了人工抄表費時費力的缺點，也更有利于用電高峰時段的用電量統(tǒng)計,?；趃prs與arm的智能抄表系統(tǒng)包含三個主要的組成部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，基于gprs的通信傳輸網(wǎng)絡和基于arm的終端處理系統(tǒng),。
2 gprs系統(tǒng)
無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展至今,，使用的通信技術經(jīng)歷了四個階段：無線電臺傳輸、集群通信網(wǎng),、sms短消息和gprs,。技術比較如表1所示。
表1 無線數(shù)據(jù)傳輸四個階段
gprs（general packet radio service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱,。在原有的基于電路交換（csd）方式的gsm網(wǎng)絡上引入兩個新的網(wǎng)絡節(jié)點：gprs服務支持節(jié)點（sgsn）和網(wǎng)關節(jié)點（ggsn）,。在gsm系統(tǒng)的基礎上構建gprs系統(tǒng)時，只需做軟件升級,。這樣的gprs系統(tǒng)可以看作是對原有的gsm電路交換系統(tǒng)進行的業(yè)務擴充,，以滿足用戶利用移動終端接入internet或是其他分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的需求。gprs網(wǎng)絡的技術優(yōu)勢：
?。?）資源利用率高,。gprs引入了分組無線的傳輸模式，用戶只在發(fā)送和接受數(shù)據(jù)期間才占用資源,，這意味著多個用戶可以高效地共享同一無線通道,。
（2）傳輸效率高,。gprs可提供高達115kb/s的傳輸速率,。
（3）接入時間短,。分組交換接入時間縮短為少于1s,能提供快速即時的鏈接,。
?。?）支持ip協(xié)議和x.25協(xié)議。gprs支持internet上應用最廣泛的ip協(xié)議和x.25協(xié)議,。
3 gprs遠程無線抄表設計
遠程抄表模塊的硬件設計,，包括總體的硬件設計和各單元模塊的設計與實現(xiàn)，系統(tǒng)邏輯框圖如圖1所示,。根據(jù)功能,，硬件模塊涉及cpu、數(shù)據(jù)采集,、電源管理,、存儲、rs485接口等幾大模塊,。先由電能采集芯片完成數(shù)據(jù)的采集,，之后由rs485傳輸?shù)絘rm上，經(jīng)過處理,，經(jīng)由rs232傳輸至gprs數(shù)據(jù)傳輸模塊,，再經(jīng)由gprs網(wǎng)絡傳至控制中心。
圖1 系統(tǒng)邏輯框圖
3.1系統(tǒng)硬件電路
在硬件上主要是數(shù)據(jù)采集終端的硬件實現(xiàn),，包括gprs數(shù)據(jù)傳輸模塊以及處理器,、無線傳輸?shù)墓δ茉O計、采集電路,、串口電路接口擴展,、電源模塊設計等，硬件電路如圖2所示,。
圖2 系統(tǒng)硬件電路圖
3.1.1數(shù)據(jù)采集模塊
智能電表使用電能測量芯片ade7757,。將電壓傳感器和電流傳感器輸出的信號輸入ade7757芯片內的兩個adc電路后，用ade7757內置的乘法器將電壓和電流相乘,，得到有功功率,，ade7757通過數(shù)字-頻率轉換器將有功功率轉換成頻率輸出。
ade7758內部有三種寄存器,，分別是測量值寄存器,、控制寄存器和狀態(tài)寄存器。電壓和電流寄存器長度是24位,，能量寄存器為16位,，但是內部沒有單獨的功率存儲器，求功率是無法通過電壓,、電流等參數(shù)得到,。功率就是單位時間內的能量值，一旦獲知定量時間內的能量值,，就能夠得出功率,。求功率的方法可以采用linecyc(line cycle energy accumulation mode,，線性循環(huán)能量累計模式),。視在,、有功和無功這三種能量寄存器里存放的是每個周期t內的能量值e，其每個周期t刷新一次,，得出p=e/t,。arm處理的結果通過rs485接口方式送到gtm900-b模塊，再由gtm900-b通過tcp/ip協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送到相應ip地址的pc機監(jiān)控端,。
3.1.2電源模塊
經(jīng)過簡化的系統(tǒng)電源電路,，設計輸入電壓為5v直流穩(wěn)壓電源。在本系統(tǒng)中,，需要使用5v,、3.3v的直流穩(wěn)壓電源給cpu、sdram,、flash,、lcd、gprs模塊等供電,。根據(jù)系統(tǒng)的實際功耗,，選擇ldo（low-dropout linear regulator）cmlll7-3.3為系統(tǒng)提供直流穩(wěn)壓電源，系統(tǒng)電源電路如圖3所示,。
圖3 電源模塊圖
3.1.3嵌入式arm模塊
本系統(tǒng)使用的是ARM公司為samsung公司設計的ARM7tdmi s3c44box嵌入式處理器,。該處理器為32位risc結構，最高工作主頻66mhz,，外部尋址范圍可以達到1g,，片上資源豐富。本系統(tǒng)設計中使用了2個異步串行通信口,，片內實時時鐘用于定時數(shù)據(jù)采集,、處理和傳輸，片內自帶看門狗,，防止系統(tǒng)死機以及準確的系統(tǒng)復位,，外擴2mb
norflash和8 mb nandflash存儲系統(tǒng)程序和抄表數(shù)據(jù)，16mb sdram作為系統(tǒng)內存,。這樣的配置完全滿足系統(tǒng)的硬件和程序編譯的需要,。
3.1.4gprs模塊
華為gtm900-b是一款兩頻段gsm/gprs無線模塊，它支持900mhz/1800mhz雙頻自動選擇,。支持標準的 at命令及增強 at命令交互數(shù)據(jù)模式,，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N應用的理想解決方案,。gtm900-b增加了數(shù)據(jù)傳送的at命令,，適用于小數(shù)據(jù)量傳送的場合,。內置tcp/ip協(xié)議棧，用戶無需后臺計算機支持,，無需實現(xiàn)ppp協(xié)議也可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能,。
因為gprs模塊是基于ip協(xié)議的，數(shù)據(jù)在服務器與gprs模塊中傳輸是使用基于ip協(xié)議的分組,，這說明所有的數(shù)據(jù)都要基于ip,。數(shù)據(jù)傳輸?shù)腶t命令例子如下：
at%etcpip=[]，[],，[] // 初始化命令
at%ipopen=,，，,，[[,，[local_port>]] // 打開一條 tcp或者udp鏈接命令
at%ipsend= // 單鏈接模式下發(fā)送數(shù)據(jù)命令
at%ipdr=[] // 數(shù)據(jù)讀取命令
3.2系統(tǒng)軟件設計
在監(jiān)控軟件設計上包括嵌入式操作系統(tǒng)的移植，硬件驅動程序設計,，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的制定,，數(shù)據(jù)采集模塊軟件實現(xiàn)，利用socket進行tcp/ip協(xié)議編程,，以及上位機的服務器應用程序和下位機的客戶端應用程序的實現(xiàn),。終端軟件設計的整體思想是將實時嵌入式操作系統(tǒng)μc/os-ii移植到抄表系統(tǒng)的mcu上，之后在此操作系統(tǒng)上編寫的程序,。軟件采用了模塊化設計,，結構清晰簡潔，便于以后修改,、調試和擴充,。當μc/os-ii移植成功后，只需完成相關設計的編程即可,，其實時性和可靠性由實時嵌入式操作系統(tǒng)保障,。
監(jiān)控服務器是由具有固定ip地址的服務器、監(jiān)控數(shù)據(jù)軟件和數(shù)據(jù)庫組成,。收集到的電能表數(shù)據(jù)都將傳輸?shù)椒掌鞴潭ǖ膇p地址端,。監(jiān)控軟件通過軟件端將這些由數(shù)據(jù)終端上傳的數(shù)據(jù)進行處理和存儲。在本系統(tǒng)對應的監(jiān)控軟件中,，其功能除了可以存儲每個gprs終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)顯示在界面上之外,，還可以增加偷電警示、電表故障提示以及電費金額不足提示等實用功能,。
圖4 終端軟件結構圖
4 結束語
電力抄表系統(tǒng)現(xiàn)已經(jīng)廣泛分布在全國各地,，規(guī)模大，分布廣,，需要投入的人力物力很多,，所以如何更好的實現(xiàn)快速準確的抄表有著重要的意義,。一般的抄表方式會有各種不同的缺點，有線抄表受到距離,、布線的影響,，會受到抄表現(xiàn)場環(huán)境的影響，工作人員不能及時得到數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在,，本文提出的利用gprs抄表的方式可以很好的解決這些問題，經(jīng)現(xiàn)場測試,，精確性和可靠性完全符合設計要求。依托電信運營商廣泛的gprs網(wǎng)絡,，搭建抄表平臺,，實現(xiàn)了無線抄表，省去了很多人力物力,，少去了人為干預及現(xiàn)場環(huán)境的影響,，在保障數(shù)據(jù)通信暢通的前提下提高了電力系統(tǒng)的工作效率和社會經(jīng)濟效益。