GPRS網(wǎng)絡(luò)電能表的設(shè)計(jì)方案

　　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(wú)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(wú)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(cè)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(gòu)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(wú)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。

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　　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(guò)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(guò)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(jiǎn)的AT指令集，通過(guò)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(guò)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(lái)存儲(chǔ)二類和三類數(shù)據(jù)。由于鐵電存儲(chǔ)器可無(wú)限制的擦寫，所以用來(lái)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(cè)，通過(guò)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(lái)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。

　　2.2.6 三相電能表

　　三相電能表實(shí)現(xiàn)電能量及電壓電流等數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算。它與MPU通過(guò)一個(gè)串行口連接，通信規(guī)約滿足DT/L645協(xié)議，模塊定時(shí)抄讀三相表數(shù)據(jù)，包括電量、需量、電壓、電流等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將抄讀到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，以滿足主站對(duì)模塊的訪問(wèn)要求。