基于GPRS通信的網(wǎng)絡(luò)電能表設(shè)計(jì)

隨著技術(shù)的發(fā)展，抄表方式也從現(xiàn)場人工抄表到遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表轉(zhuǎn)變，目前用于抄表的技術(shù)有多種，如RS485總線、紅外和電力線載波等，這些抄表技術(shù)相對(duì)比較成熟，但應(yīng)用卻各有其局限性，如RS 485總線抄表需要布線而增加投資，且傳輸距離不能超過1200m，紅外抄表需要人工現(xiàn)場抄表，電力載波抄表由于電磁干擾等的影響傳輸距離受限。GPRS通信技術(shù)成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，可以永久在線，按流量計(jì)費(fèi)，費(fèi)用低廉，且不受距離和空間的限制，使得在抄表行業(yè)的應(yīng)用非常適合。

1 GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表
GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表就是GPRS通信技術(shù)和電表技術(shù)的結(jié)合體，他將三相多功能電能表和GPRS通信模塊相結(jié)合，形成具有無線網(wǎng)絡(luò)通信能力的電能計(jì)量裝置。GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表由基表和GPRS無線通信模塊兩部分組成。
1．1 基表
基表可實(shí)現(xiàn)普通三相多功能電能表的基本功能，在未接入GPRS通信模塊的情況下，不影響其作為普通多功能電能表的使用。它對(duì)交流模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣、處理和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量、需量測量、復(fù)費(fèi)率、負(fù)荷曲線計(jì)算和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)凍結(jié)、事件記錄、復(fù)費(fèi)率等，可實(shí)現(xiàn)用戶預(yù)購電控制、負(fù)荷控制、遠(yuǎn)程控制等功能。具備RS 485通信接口、紅外通信接口、GPRS通信模塊接口，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的抄讀和設(shè)置；基表還具有本地液晶顯示，可支持本地巡顯和鍵顯功能。
1. 2 GPRS通信模塊
GPRS通信模塊是GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表的數(shù)據(jù)上傳的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，作為網(wǎng)絡(luò)電能表的一個(gè)獨(dú)立模塊，在不影響基表計(jì)量的情況下，滿足用戶抄表系統(tǒng)的技術(shù)要求和傳輸規(guī)約，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。GPRS通信模塊與基表的下行通信滿足DT／L645多功能電能表通信協(xié)議，與主站的上行通信滿足《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議》(Q／GDW 376．1-2009)標(biāo)準(zhǔn)。
在此著重描述GPRS通信模塊的軟硬件設(shè)計(jì)。

2 GPRS通信模塊硬件結(jié)構(gòu)
2.1 系統(tǒng)框圖
GPRS無線通信模塊的系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)包括：ARM微處理器(LPC2138)、GPRS模塊、FLASH和鐵電存儲(chǔ)器、紅外收發(fā)、RS 232串行調(diào)試接口、RS 485通信接口、JTAG仿真接口、LED指示及電源轉(zhuǎn)換等。

2．2 模塊功能
2．2．1 微處理器
采用基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的32位微處理器LPC2138，其內(nèi)嵌了512 KB的高速FLASH存儲(chǔ)器和32 KB的RAM，具有豐富的外設(shè)資源，如：2個(gè)32位定時(shí)器(帶捕獲、比較通道)；2個(gè)10位8路ADC；1個(gè)10位DAC；PWM通道；47路GPIO；9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷；具有獨(dú)立電源和時(shí)鐘的RTC；多個(gè)串行接口(UART，I2C，SPI，SSP)；內(nèi)含向量中斷控制器，可配置中斷優(yōu)先級(jí)和向量地址；片內(nèi)Boot裝載程序，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)／在應(yīng)用編程(ISP／IAP)，通過片內(nèi)PLL可實(shí)現(xiàn)60 MHz的CPU操作頻率，具有空閑和掉電2種低功耗模式，并且可通過外部中斷喚醒。
2．2．2 GPRS模塊
采用深圳有方科技出品的M580z模塊，其內(nèi)部集成了TCP／IP協(xié)議棧，具有兩個(gè)通信鏈路，一路標(biāo)準(zhǔn)TTL串行通信端口，精簡的AT指令集，通過AT命令可實(shí)現(xiàn)模塊的參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)發(fā)送。M580與CPU通過一個(gè)TTL電平的串行口連接。
2．2．3 存儲(chǔ)器
由于與主站的上行通信應(yīng)滿足《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議》，需要存儲(chǔ)規(guī)約要求的一類數(shù)據(jù)(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))、二類數(shù)據(jù)(曲線數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))和三類數(shù)據(jù)(事件)，特別是曲線數(shù)據(jù)要求存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大，因此采用大容量的FLASH存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)二類和三類數(shù)據(jù)。由于鐵電存儲(chǔ)器可無限制的擦寫，所以用來存儲(chǔ)需要經(jīng)常更新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。存儲(chǔ)器與MPU的接口為SPI接口。
2．2．4 串行接口和JTAG仿真端口
利用RS 232串行口、紅外通信口可實(shí)現(xiàn)模塊參數(shù)的本地設(shè)置和維護(hù)。其中，RS 232串口可實(shí)現(xiàn)對(duì)GPRS模塊狀態(tài)的監(jiān)測，通過RS 485串行口可抄讀滿足《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議》的數(shù)據(jù)；JTAG仿真端口可對(duì)ARM處理器進(jìn)行仿真和程序燒寫。
2．2．5 LED指示
LED指示燈用來指示模塊的電源狀態(tài)、模塊登陸狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)及保電狀態(tài)等。