基于GSM及單片機的無線電力自動抄表系統(tǒng)的設計[圖] - 全文

摘要：本文以單片機W78E58為核心對用戶電能數(shù)據(jù)進行采集，配以MAX813L和DS12887實現(xiàn)掉電檢測和數(shù)據(jù)保護，采用西門子TC35i及其外圍電路構(gòu)成無線監(jiān)控通信終端，利用實現(xiàn)將用戶電能數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)中心計算機，實現(xiàn)了GSM無線網(wǎng)絡遠程電力自動抄表系統(tǒng)。

0 引言

目前我國電能數(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，每月或每兩月抄一次，如果用戶家中無人就沒法讀取數(shù)據(jù)。通過微機或手工制作的電費單催繳用戶電費，而且人工抄表的方式還非常不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計，還存在著錯抄、漏抄、估抄等問題。現(xiàn)在科學技術(shù)的發(fā)展對抄表方式也提出了新的要求，要求提高可靠性、實時性及數(shù)據(jù)處理方便性，而無線自動抄表系統(tǒng)則是自動抄表系統(tǒng)中一種較優(yōu)的方式。

1 自動抄表系統(tǒng)總體設計

無線抄表系統(tǒng)是由監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)、無線遠程抄表終端和GSM無線通信移動網(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)中心計算機的主要功能是接收下位機發(fā)來的電度數(shù)，算出電費，然后發(fā)送短消息到用戶手機，并生成和打印報表等。遠程抄表終端定時讀取電度表，并發(fā)送到監(jiān)控中心計算機。

圖1 電能表無線自動抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 GSM無線通信的硬件

無線通信終端采用SIEMENS TC35i作為通信模塊，配以MAX3232實現(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標準GSM0707和GSM0705,且易于升級為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，向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。

TC35 i有40個引腳，通過一個ZIF （零阻力插座）連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，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腳為點火線IGT,當TC35 i通電后需給IGT一個大于100ms的低電平，模塊才啟動； 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/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合ITU - TRS232接口標準。它有固定的參數(shù)： 8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300 bp s~115 kbp s之間可選，硬件握手信號用RTS0 /CTS0,軟件流量控制用XON /XOFF, CMOS電平。

圖2 TC35 i外圍電路圖

3 電能抄表測量端的硬件

在本設計中，電能抄表測量端以W inbond 公司的單片機W78E58為核心如圖3所示，采用MAX813L和S12887分別實現(xiàn)掉電檢測和數(shù)據(jù)保護的功能。工作時，單片機只需定時測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系即可得到用戶的用電量，定時通過TC35 i無線通信終端監(jiān)控發(fā)送用戶的用電量到系統(tǒng)中心計算機。

圖3 電能抄表測量端硬件圖

MAX813L 除了具備手工復位功能外，還能夠在上電、掉電以及降壓情況下提供復位信號。當VCC降到低于4. 65 V門限電壓時RST變?yōu)楦唠娖?，在VCC上升超過4. 65 V門限電壓后能保持復位信號200 ms;當VCC降到1 V 時仍能保證復位輸出處于正確的狀態(tài)。MAX813L同時還能對系統(tǒng)電源前端監(jiān)測，當PF1輸入低于1. 25 V時，PF0則輸出低電平，以供單片機通過中斷對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行保護處理。

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

液晶顯示模塊采用帶中文字庫的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)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；內(nèi)置8192個16 3 16點漢字，和128個163 8點ASC II字符集，也可完成圖形顯示。系統(tǒng)還可以通過按鈕實現(xiàn)查詢當前用電量、本月用電量等功能。

4 系統(tǒng)軟件設計

4. 1 遠程抄表終端程序設計

程序設計的任務是： （1）用戶電量的采集與處理；（2） TC35 I的啟動、狀態(tài)檢測； （3）單片機與TC5 i的串口通信； （4）液晶顯示。系統(tǒng)軟件主要由初始化模塊、電量的采集模塊程序、串口發(fā)送模塊程序和顯示模塊四部分組成。主程序流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

目前，發(fā)送短消息常用Text和PDU （ Protocol DataUnit,協(xié)議數(shù)據(jù)單元）模式。使用Text模式收發(fā)短信息代碼簡單，實現(xiàn)起來容易，但缺點是不能收發(fā)中文短信：而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。PDU模式收發(fā)短信可使用3種編碼： 7 - bit、8 -bit和UCS2編碼。7 - bit編碼用于發(fā)送普通的ASC II字符，8 - bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode編碼字符。單片機與TC35 i的軟件接口其實就是單片機通過AT指令控制手機的控制技術(shù)，首先設置TC35 i模塊的工作模式； AT + CMGF =n, n = 0 為PDU 模式，n = 1為文本模式；通常設置為PDU模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數(shù)據(jù)（用戶自定義數(shù)據(jù)） .AT +CMGL = n為讀TC35 i模塊內(nèi)的短消息，n為短消息信號。AT + CMGL = n為列出模塊內(nèi)的短消息，n = 0時未讀的短消息，n = 1為已讀的短消息，n = 2為未發(fā)送的短消息，n = 3為已發(fā)送的短消息，n = 4為所有短消息。AT +CMGL = n為刪除TC35 i模塊內(nèi)的短消息，n為短消息編號。通過TC35 i寫入不同的AT指令，能完成多種功能，如網(wǎng)絡登錄、發(fā)送SMS消息、接受SMS消息等。在本系統(tǒng)中串口通信采用中斷的方式來實現(xiàn)的，其短消息發(fā)送流程圖如圖5所示。

圖5 TC35 i短消息發(fā)送流程圖。

4. 2 系統(tǒng)中心計算機軟件設計

本設計根據(jù)軟件總體設計的要求和過程，整PC機軟件分為數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)管理模塊二大部分。在本設計中PC機作為上位機，通過串口與TC35 i通信，其通信軟件主要是利用VB6. 0 的MSCOMM 控件實現(xiàn)的。利用VB建立一個庫文件，將PC機接收TC35 i傳送來的短消息，用于數(shù)據(jù)的顯示、存儲。數(shù)據(jù)管理部分負責數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢以及數(shù)據(jù)庫的備份和維護。系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。

圖6 PC機軟件結(jié)構(gòu)框圖

5 結(jié)論

采用GSM遠程無線自動抄表系統(tǒng)大大減少了人力，提高了效率，提高了可靠性，降低了費用，為合理用電提供高效、科學的管理手段，為電力部分的電能表管理網(wǎng)絡化、抄表自動化提供一種可選擇的有效方法，有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。