基于LPC2138和GPRS技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)

0 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用電量需求越來越大，電能表的數(shù)量也迅速增加，同時，居民住宅的質(zhì)量和檔次越來越高，住戶對住宅環(huán)境、物業(yè)管理水平的要求也日益提高。傳統(tǒng)的抄表方式存在許多弊端，如入戶麻煩、管理費(fèi)用過高、存在安全隱患等，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代物業(yè)管理的需要。為了提高對客戶用電的管理水平，供電企業(yè)迫切希望通過現(xiàn)代化的手段，對用戶用電的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)自動化、規(guī)范化。自動抄表技術(shù)正是為了適應(yīng)電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展及電力系統(tǒng)經(jīng)營管理體制的改革而提出的。
自動抄表(Automatic Meter Reading-AMR)系統(tǒng)是利用當(dāng)代微機(jī)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)與電計(jì)量技術(shù)的完美結(jié)合，集計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理于一體，將城鄉(xiāng)居民用電信息加以綜合處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)使電力公司及物業(yè)管理部門從根本上減輕了人工上門抄表的勞動強(qiáng)度，克服了傳統(tǒng)人工抄表模式的低效率和不確定性，推進(jìn)了電能管理現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程。準(zhǔn)確而便捷的收費(fèi)系統(tǒng)，既可節(jié)省人工又可減少供電部門與客戶之間的糾紛，不但能提高管理部門的工作效率，也適應(yīng)現(xiàn)代用戶對用電繳費(fèi)的新需求。本系統(tǒng)就是利用無線收發(fā)模塊和GPRs模塊實(shí)現(xiàn)的電能計(jì)量無線自動抄表系統(tǒng)。

1 GPRS介紹
通用無線分組業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service，GPRS)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。簡單的說，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，其方法是以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)容量只在所需時分配，不要時就釋放，這種發(fā)送方式稱為統(tǒng)計(jì)復(fù)用。目前，GPRS移動通信網(wǎng)的傳輸速度可達(dá) 115kb／s。GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù)，是介于第二代數(shù)字通信和第三代分組型移動業(yè)務(wù)之間的一種技術(shù)，所以通常稱為2．5G。
GPRS突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍?Packet)方式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料的單位計(jì)算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。
電能計(jì)量是現(xiàn)代電力營銷系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的電量結(jié)算是依靠人工定期到現(xiàn)場抄取數(shù)據(jù)的，在實(shí)時性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用性等方面都存在諸多不足之處。將現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電能量測量技術(shù)結(jié)合在一起，便能夠及時、準(zhǔn)確、全面地反映電量的使用。而隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，利用移動運(yùn)營商提供的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。通過中國移動通信有限公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)，電力部門可將工業(yè)和民用電能表采集的電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)傳遞到地、市、省級的集中監(jiān)控中心，以實(shí)現(xiàn)對電力監(jiān)測設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控和分布式管理。GPRS為電能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)提供了簡單、高效的通信傳輸手段。
GPRS網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)點(diǎn)[8]：1)實(shí)時在線，接入速度快，甚至可以無需通過撥號上網(wǎng)而持續(xù)與網(wǎng)絡(luò)連接；2)傳輸速率高，理論值最高可達(dá)171．2 kb／s；3)計(jì)費(fèi)合理，以流量計(jì)費(fèi)；4)快捷登錄，GPRS用戶開機(jī)后就始終附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，每次使用時只需一個1-3秒的激活過程。因此， GPS車載終端、自動抄表系統(tǒng)等遠(yuǎn)程遙測遙控系統(tǒng)利用GPRS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸將成為今后發(fā)展的趨勢。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
自動抄表系統(tǒng)由監(jiān)控中心、GPRS模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸無線通道、集中器、采集器和用戶電表等組成，如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集器通過LPC2138串口定時采集用戶電表數(shù)據(jù)，并存儲在采集器的存儲器中。當(dāng)集中器發(fā)送指令時，采集器就可以根據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)操作，通過射頻模塊把用戶電表的歷史電量數(shù)據(jù)和當(dāng)前電表數(shù)據(jù)發(fā)送給集中器，經(jīng)集中器處理后存儲起來，用戶可以通過鍵盤和LCD查詢并顯示出來。集中器把收集好的數(shù)據(jù)通過RS-232接口傳輸給GPRS模塊，然后通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到電力公司的監(jiān)控中心。監(jiān)控中心對用電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，實(shí)現(xiàn)對用戶電表的自動測量采集數(shù)據(jù)、自動傳輸數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程自動化監(jiān)控。同時，通過GPRS的雙向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對計(jì)量設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、開關(guān)等控制操作。
通過本系統(tǒng)，用戶可以通過網(wǎng)上銀行預(yù)交費(fèi)，監(jiān)控中心每月扣除用電費(fèi)用，如果余額不足，就通過本系統(tǒng)向該用戶電表發(fā)送控制信號，進(jìn)行斷電等操作。另外，監(jiān)控中心可以通過局域網(wǎng)進(jìn)行Web發(fā)布，用戶就可以通過上網(wǎng)查詢用電信息。