GPRS無線通訊在無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于GSM網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)成熟，覆蓋面又廣，利用移動(dòng)運(yùn)營商提供的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的一個(gè)重要發(fā)展方向。如果配備GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)）無線Modem，無論何時(shí)何地，只要有一部可以接入Internet的電腦作為服務(wù)器就能實(shí)現(xiàn)對(duì)分布各地的無功補(bǔ)償控制器進(jìn)行監(jiān)控，也能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)監(jiān)控。GPRS用于無線數(shù)據(jù)接入具有接入范圍廣、傳輸速率高、接入時(shí)間短、收費(fèi)合理等優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)正適合類似無功補(bǔ)

GPRS在GSM的基礎(chǔ)上引入了分組控制單元(PCU)、服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)等新部件而構(gòu)成的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)?；贕PRS網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)如圖1所示。具體的數(shù)據(jù)傳輸流程為：

* GPRS終端通過串行接口從客戶系統(tǒng)中取出用戶數(shù)據(jù)；

* 處理后以GPRS分組數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到GSM基站；

* 分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，發(fā)送到GPRS IP骨干網(wǎng)；

圖1 GPRS無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖

若PC機(jī)服務(wù)器以撥號(hào)方式接入Internet，即PC機(jī)為移動(dòng)GPRS內(nèi)部網(wǎng)分配的動(dòng)態(tài)IP地址，則分組數(shù)據(jù)先發(fā)送到目的SGSN，再經(jīng)GSM基站發(fā)送到與PC機(jī)相連的GPRS終端；若PC機(jī)以專線接入因特網(wǎng)具有固定IP地址，則將分組數(shù)據(jù)包經(jīng)GGSN進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到Internet公共網(wǎng)絡(luò)。

由于數(shù)據(jù)通過Internet公網(wǎng)傳輸，為了保證數(shù)據(jù)的安全性，可以申請(qǐng)移動(dòng)公司為接入用戶建立VPDN（Virtual Private Dial-up Network）即虛擬撥號(hào)專網(wǎng)。其專用的網(wǎng)絡(luò)加密和通信協(xié)議，可以在公共網(wǎng)絡(luò)上建立安全的虛擬專網(wǎng)，遠(yuǎn)程用戶可以通過虛擬的加密通道與服務(wù)器內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接，而公共網(wǎng)絡(luò)上的用戶則無法穿過虛擬通過訪問服務(wù)器。在基于GPRS網(wǎng)上承載VPDN不受地點(diǎn)限制，只需具有一臺(tái)PC機(jī)服務(wù)器和GPRS終端即可，具有安全、方便、靈活的特點(diǎn)。

系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由現(xiàn)場無功補(bǔ)償控制器、單片機(jī)控制GPRS通訊管理模塊和服務(wù)器上位機(jī)三部分構(gòu)成。終端使用基于DSP的無功補(bǔ)償控制器，控制器安裝在電網(wǎng)現(xiàn)場，對(duì)電網(wǎng)的電氣參數(shù)進(jìn)行采集監(jiān)測，同時(shí)記錄、分析并計(jì)算采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行電容投切操作，在異常時(shí)主動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息；基于MSP430單片機(jī)的GPRS通信管理模塊是服務(wù)器與現(xiàn)場控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海箍刂破鳙@得的電網(wǎng)參數(shù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)能夠及時(shí)傳送到服務(wù)器計(jì)算機(jī)；上位機(jī)服務(wù)器主要完成對(duì)終端傳來的數(shù)據(jù)、報(bào)警信息進(jìn)行處理并對(duì)各終端的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，是主要的人機(jī)接口。

通訊管理模塊主要由TI公司的16位低功耗單片機(jī)MSP430F448及其外圍電路構(gòu)成，GPRS模塊使用Siemens公司的MC35。終端的GPRS無線上網(wǎng)主要通過單片機(jī)控制MC35來實(shí)現(xiàn)。F448單片機(jī)具有2個(gè)可編程串行通訊口，其中UART0工作在同步通信方式和DSP的SPI接口相連，DSP工作在主機(jī)模式，F(xiàn)448工作在從機(jī)模式。UART1通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片和MC35的串行數(shù)據(jù)口相連作為AT指令和數(shù)據(jù)的傳輸通道。單片機(jī)通過串口中斷程序及時(shí)處理GPRS終端收到的上位機(jī)指令，并及時(shí)傳送給DSP。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。 F448帶有液晶驅(qū)動(dòng)模塊，通過外接一個(gè)液晶顯示器和鍵盤，用戶就可以在現(xiàn)場手動(dòng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并查看電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、電容的投切狀態(tài)和各種故障報(bào)警信息。外接flash型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT45DB041，存儲(chǔ)容量為528KB，主要作為收發(fā)數(shù)據(jù)的暫存器。

圖2 通訊管理模塊結(jié)構(gòu)圖

TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

在本系統(tǒng)中，需要利用TCP/IP協(xié)議來完成GPRS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的裝幀和拆幀，在這里我們采用在MSP430F448中軟件嵌入TCP/IP協(xié)議棧uIP的方法來實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議。使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信分為三個(gè)階段：

1） 建立連接階段：使用OPEN命令幀控