基于GPRS通信的網絡電能表設計

隨著技術的發展，抄表方式也從現場人工抄表到遠程自動抄表轉變，目前用于抄表的技術有多種，如RS485總線、紅外和電力線載波等，這些抄表技術相對比較成熟，但應用卻各有其局限性，如RS 485總線抄表需要布線而增加投資，且傳輸距離不能超過1200m，紅外抄表需要人工現場抄表，電力載波抄表由于電磁干擾等的影響傳輸距離受限。GPRS通信技術成熟，網絡覆蓋廣，可以永久在線，按流量計費，費用低廉，且不受距離和空間的限制，使得在抄表行業的應用非常適合。

1 GPRS網絡電能表
GPRS網絡電能表就是GPRS通信技術和電表技術的結合體，他將三相多功能電能表和GPRS通信模塊相結合，形成具有無線網絡通信能力的電能計量裝置。GPRS網絡電能表由基表和GPRS無線通信模塊兩部分組成。
1．1 基表
基表可實現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。它對交流模擬量進行實時采樣、處理和存儲，實現電能計量、需量測量、復費率、負荷曲線計算和存儲、數據凍結、事件記錄、復費率等，可實現用戶預購電控制、負荷控制、遠程控制等功能。具備RS 485通信接口、紅外通信接口、GPRS通信模塊接口，以實現數據的抄讀和設置；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網絡電能表的數據上傳的關鍵節點，作為網絡電能表的一個獨立模塊，在不影響基表計量的情況下，滿足用戶抄表系統的技術要求和傳輸規約，實現數據的可靠傳輸。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議，與主站的上行通信滿足《電力用戶用電信息采集系統通信協議》(Q／GDW 376．1-2009)標準。
在此著重描述GPRS通信模塊的軟硬件設計。

2 GPRS通信模塊硬件結構
2.1 系統框圖
GPRS無線通信模塊的系統框圖如圖1所示。系統包括：ARM微處理器(LPC2138)、GPRS模塊、FLASH和鐵電存儲器、紅外收發、RS 232串行調試接口、RS 485通信接口、JTAG仿真接口、LED指示及電源轉換等。

2．2 模塊功能
2．2．1 微處理器
采用基于ARM7TDMI-S內核的32位微處理器LPC2138，其內嵌了512 KB的高速FLASH存儲器和32 KB的RAM，具有豐富的外設資源，如：2個32位定時器(帶捕獲、比較通道)；2個10位8路ADC；1個10位DAC；PWM通道；47路GPIO；9個邊沿或電平觸發的外部中斷；具有獨立電源和時鐘的RTC；多個串行接口(UART，I2C，SPI，SSP)；內含向量中斷控制器，可配置中斷優先級和向量地址；片內Boot裝載程序，可以實現在系統／在應用編程(ISP／IAP)，通過片內PLL可實現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，其內部集成了TCP／IP協議棧，具有兩個通信鏈路，一路標準TTL串行通信端口，精簡的AT指令集，通過AT命令可實現模塊的參數設置和數據發送。M580與CPU通過一個TTL電平的串行口連接。
2．2．3 存儲器
由于與主站的上行通信應滿足《電力用戶用電信息采集系統通信協議》，需要存儲規約要求的一類數據(實時數據)、二類數據(曲線數據、統計數據)和三類數據(事件)，特別是曲線數據要求存儲的數據量大，因此采用大容量的FLASH存儲器來存儲二類和三類數據。由于鐵電存儲器可無限制的擦寫，所以用來存儲需要經常更新的實時數據和設置參數。存儲器與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、紅外通信口可實現模塊參數的本地設置和維護。其中，RS 232串口可實現對GPRS模塊狀態的監測，通過RS 485串行口可抄讀滿足《電力用戶用電信息采集系統通信協議》的數據；JTAG仿真端口可對ARM處理器進行仿真和程序燒寫。
2．2．5 LED指示
LED指示燈用來指示模塊的電源狀態、模塊登陸狀態、網絡通信狀態及保電狀態等。