基于GSM及單片機(jī)的無(wú)線電力自動(dòng)抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[圖]

摘要：本文以單片機(jī)W78E58為核心對(duì)用戶電能數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，配以MAX813L和DS12887實(shí)現(xiàn)掉電檢測(cè)和數(shù)據(jù)保護(hù)，采用西門(mén)子TC35i及其外圍電路構(gòu)成無(wú)線監(jiān)控通信終端，利用實(shí)現(xiàn)將用戶電能數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)中心計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程電力自動(dòng)抄表系統(tǒng)。

0 引言

目前我國(guó)電能數(shù)據(jù)的采集基本上為手工抄表，這種方式需要抄表工人挨家挨戶去讀取電能表的數(shù)字，每月或每?jī)稍鲁淮危绻脩艏抑袩o(wú)人就沒(méi)法讀取數(shù)據(jù)。通過(guò)微機(jī)或手工制作的電費(fèi)單催繳用戶電費(fèi)，而且人工抄表的方式還非常不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，還存在著錯(cuò)抄、漏抄、估抄等問(wèn)題?，F(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)抄表方式也提出了新的要求，要求提高可靠性、實(shí)時(shí)性及數(shù)據(jù)處理方便性，而無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)則是自動(dòng)抄表系統(tǒng)中一種較優(yōu)的方式。

1 自動(dòng)抄表系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

無(wú)線抄表系統(tǒng)是由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、無(wú)線遠(yuǎn)程抄表終端和GSM無(wú)線通信移動(dòng)網(wǎng)三部分構(gòu)成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控系統(tǒng)中心計(jì)算機(jī)的主要功能是接收下位機(jī)發(fā)來(lái)的電度數(shù)，算出電費(fèi)，然后發(fā)送短消息到用戶手機(jī)，并生成和打印報(bào)表等。遠(yuǎn)程抄表終端定時(shí)讀取電度表，并發(fā)送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。

圖1 電能表無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 GSM無(wú)線通信的硬件

無(wú)線通信終端采用SIEMENS TC35i作為通信模塊，配以MAX3232實(shí)現(xiàn)TTL 電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換，如圖2 所示。TC35 i 與GSM 2 /2 + 兼容、雙頻（GSM900 /GSMl800 ） 、RS232 數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705,且易于升級(jí)為GPRS模塊，模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU 模式的短消息。

該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)。

TC35 i有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF （零阻力插座）連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類(lèi)，分別為電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。其中15腳為點(diǎn)火線IGT,當(dāng)TC35 i通電后需給IGT一個(gè)大于100ms的低電平，模塊才啟動(dòng)； 31 為Power down, 32 為SYNC.16 - 23 為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0.TC35 i的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU - TRS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)： 8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300 bp s~115 kbp s之間可選，硬件握手信號(hào)用RTS0 /CTS0,軟件流量控制用XON /XOFF, CMOS電平。

圖2 TC35 i外圍電路圖

3 電能抄表測(cè)量端的硬件

在本設(shè)計(jì)中，電能抄表測(cè)量端以W inbond 公司的單片機(jī)W78E58為核心如圖3所示，采用MAX813L和S12887分別實(shí)現(xiàn)掉電檢測(cè)和數(shù)據(jù)保護(hù)的功能。工作時(shí)，單片機(jī)只需定時(shí)測(cè)量單相脈沖電能表輸入的脈沖，再根據(jù)脈沖數(shù)與用電量之間的比例關(guān)系即可得到用戶的用電量，定時(shí)通過(guò)TC35 i無(wú)線通信終端監(jiān)控發(fā)送用戶的用電量到系統(tǒng)中心計(jì)算機(jī)。

圖3 電能抄表測(cè)量端硬件圖

MAX813L 除了具備手工復(fù)位功能外，還能夠在上電、掉電以及降壓情況下提供復(fù)位信號(hào)。當(dāng)VCC降到低于4. 65 V門(mén)限電壓時(shí)RST變?yōu)楦唠娖?，在VCC上升超過(guò)4. 65 V門(mén)限電壓后能保持復(fù)位信號(hào)200 ms;當(dāng)VCC降到1 V 時(shí)仍能保證復(fù)位輸出處于正確的狀態(tài)。MAX813L同時(shí)還能對(duì)系統(tǒng)電源前端監(jiān)測(cè)，當(dāng)PF1輸入低于1. 25 V時(shí)，PF0則輸出低電平，以供單片機(jī)通過(guò)中斷對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)處理。

DS12887美國(guó)DALLAS公司推出的8 位并行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片，內(nèi)含14 字節(jié)時(shí)鐘和控制單元、114 字節(jié)的用戶非易失性RAM、十進(jìn)制/二進(jìn)制累加器、總線接口電路。內(nèi)置一個(gè)鋰電池，斷電后能運(yùn)行十年以上而不丟失數(shù)據(jù)；具有計(jì)秒、分、時(shí)、日、月、年、星期信息，并有閏年補(bǔ)償功能； 可編程用二進(jìn)制碼或BCD 碼來(lái)表示時(shí)間、日歷和鬧鐘；具有定時(shí)中斷、周期性中斷、時(shí)鐘更新周期結(jié)束中斷。

液晶顯示模塊采用帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式的FYD12864 - 0402B,內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；內(nèi)置8192個(gè)16 3 16點(diǎn)漢字，和128個(gè)163 8點(diǎn)ASC II字符集，也可完成圖形顯示。系統(tǒng)還可以通過(guò)按鈕實(shí)現(xiàn)查詢當(dāng)前用電量、本月用電量等功能。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4. 1 遠(yuǎn)程抄表終端程序設(shè)計(jì)