基于單片機STC12C2052AD和MAX202實現(xiàn)無線智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計

隨著電力市場的發(fā)展，尤其是小區(qū)﹑學(xué)校以及企事業(yè)等單位的不斷增加，人工抄表顯得十分繁瑣，而基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的抄表系統(tǒng)又由于其昂貴的費用而得不到廣泛的應(yīng)用。為解決抄表的問題，本文設(shè)計的基于GSM的無線智能抄表系統(tǒng)，充分利用了GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣﹑抗干擾能力強等特點，不但解決了人工抄表的效率低和實時性差的問題，而且大大降低了抄表過程中的通信費用。

1 基于GSM的抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于GSM的抄表系統(tǒng)由上位機﹑下位機和智能表三部分組成，如圖1所示。上位機通過MAX202控制G100短信模塊與各下位機進(jìn)行通信，下位機中的單片機STC12C2052AD通過RS-485與智能表模塊進(jìn)行通信，采集電表中存儲的數(shù)據(jù)，然后再通過G100短信模塊以短消息的形式將數(shù)據(jù)發(fā)回給上位機管理系統(tǒng)，最后在上位機管理軟件上顯示抄表數(shù)據(jù)。

2 上位機管理系統(tǒng)

上位機管理系統(tǒng)包括上位機和G100短信模塊。上位機通過采用VC++編程的上位機管理軟件發(fā)出控制指令，再利用G100短信通信模塊將指令以短消息的形式發(fā)送給指定的下位機，同時，G100短信模塊還可以接收下位機通信模塊回饋的抄表信息，將抄表數(shù)據(jù)顯示在上位機上。上位機發(fā)出的控制指令包括抄表﹑購電﹑巡檢﹑報警設(shè)置﹑讀電表狀態(tài)﹑數(shù)據(jù)清零﹑送電和斷電，讓系統(tǒng)管理員可以有效控制每個電表的工作狀態(tài)［4］。上位機管理軟件監(jiān)控界面如圖2所示。

3 下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 下位機總體硬件結(jié)構(gòu)

下位機的硬件由STC12C2052AD﹑G100﹑74HC4053D﹑VP3082和EL817等構(gòu)成［5］。當(dāng)管理中心發(fā)送一條控制指令給下位機的時候，下位機通信模塊的信號燈會出現(xiàn)閃爍，并將接收到的指令送入MCU，MCU再處理讀入的指令數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的指令通過RS-485接口讀取智能表的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回給上位機管理系統(tǒng)［6］。這樣，系統(tǒng)管理員無需出門，就可以在上位機管理中心得到所想要的數(shù)據(jù)，且整個過程耗時不足10 s，具有高效性和實時性。G100模塊和下位機之間通過EL817隔離，可以有效避免電路中的干擾。硬件電路原理如圖3所示。

3.2 單片機結(jié)構(gòu)和性能

下位機系統(tǒng)選用的單片機是宏晶科技生產(chǎn)的STC12C2052AD，相比8051單片機，其速度要快12倍。使用低頻晶振，工作頻率35 MHz相當(dāng)于8051單片機420 MHz的工作頻率，可以大幅度降低EMI，具有加密型強、無法解密、抗干擾性強和超低功耗等優(yōu)點。單片機采用全雙工異步串行口和先進(jìn)的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，且兼容普通8051指令集。此外，它具有5 KB片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)在10萬次以上。

3.3 GSM模塊功能介紹

下位機和上位機通信用的GSM模塊為北京捷麥公司生產(chǎn)的G100短信模塊，相比其他通信模塊，G100模塊具有以下優(yōu)點：

（1）不必關(guān)心AT指令集，所有與AT有關(guān)的操作均有模塊內(nèi)部完成；

（2）具有格式和透明傳輸兩種數(shù)據(jù)傳輸方式；

（3）完全獨立開發(fā)，在使用或客戶二次開發(fā)的過程中能提供良好的技術(shù)支持；

（4）支持總線式的被動傳輸數(shù)據(jù)方式；

（5）具有省電和正常兩種工作方式；

（6）具有4 B密碼，可使模塊免受廣告和通知等數(shù)據(jù)干擾。

G100模塊自帶RS232﹑RS485和TTL3種接口，可以方便地與PC機和單片機進(jìn)行連機通信，可以快速﹑安全﹑可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的短消息服務(wù)。工作電壓范圍為7~14 V，與上位機的連接方式如圖4所示。

基于GSM的無線智能抄表系統(tǒng)通過短消息進(jìn)行通信，通信費用低廉，且維護(hù)方便。目前，GSM網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋全國，且傳輸距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，這大大增強了基于GSM的抄表系統(tǒng)的性能。由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，用戶無需另外組網(wǎng)，在提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時，也節(jié)省了建網(wǎng)費用和維護(hù)費用。相比其他抄表系統(tǒng)，基于GSM的無線智能抄表系統(tǒng)成本低、可靠性強，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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