基于GPRS通信的网络电能表设计

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 随着技术的发展,抄表方式也从现场人工抄表到远程自动抄表转变,目前用于抄表的技术有多种,如RS485总线、红外和电力线载波等,这些抄表技术相对比较成熟,但应用却各有其局限性,如RS 485总线抄表需要布线而增加投资,且传输距离不能超过1200m,红外抄表需要人工现场抄表,电力载波抄表由于电磁干扰等的影响传输距离受限。GPRS通信技术成熟,网络覆盖广,可以永久在线,按流量计费,费用低廉,且不受距离和空间的限制,使得在抄表行业的应用非常适合。

1 GPRS网络电能表
GPRS网络电能表就是GPRS通信技术和电表技术的结合体,他将三相多功能电能表和GPRS通信模块相结合,形成具有无线网络通信能力的电能计量装置。GPRS网络电能表由基表和GPRS无线通信模块两部分组成。
1.1 基表
基表可实现普通三相多功能电能表的基本功能,在未接入GPRS通信模块的情况下,不影响其作为普通多功能电能表的使用。它对交流模拟量进行实时采样、处理和存储,实现电能计量、需量测量、复费率、负荷曲线计算和存储、数据冻结、事件记录、复费率等,可实现用户预购电控制、负荷控制、远程控制等功能。具备RS 485通信接口、红外通信接口、GPRS通信模块接口,以实现数据的抄读和设置;基表还具有本地液晶显示,可支持本地巡显和键显功能。
1. 2 GPRS通信模块
GPRS通信模块是GPRS网络电能表的数据上传的关键节点,作为网络电能表的一个独立模块,在不影响基表计量的情况下,满足用户抄表系统的技术要求和传输规约,实现数据的可靠传输。GPRS通信模块与基表的下行通信满足DT/L645多功能电能表通信协议,与主站的上行通信满足《电力用户用电信息采集系统通信协议》(Q/GDW 376.1-2009)标准。
在此着重描述GPRS通信模块的软硬件设计。

2 GPRS通信模块硬件结构
2.1 系统框图
GPRS无线通信模块的系统框图如图1所示。系统包括:ARM微处理器(LPC2138)、GPRS模块、FLASH和铁电存储器、红外收发、RS 232串行调试接口、RS 485通信接口、JTAG仿真接口、LED指示及电源转换等。

 


2.2 模块功能
2.2.1 微处理器
采用基于ARM7TDMI-S内核的32位微处理器LPC2138,其内嵌了512 KB的高速FLASH存储器和32 KB的RAM,具有丰富的外设资源,如:2个32位定时器(带捕获、比较通道);2个10位8路ADC;1个10位DAC;PWM通道;47路GPIO;9个边沿或电平触发的外部中断;具有独立电源和时钟的RTC;多个串行接口(UART,I2C,SPI,SSP);内含向量中断控制器,可配置中断优先级和向量地址;片内Boot装载程序,可以实现在系统/在应用编程(ISP/IAP),通过片内PLL可实现60 MHz的CPU操作频率,具有空闲和掉电2种低功耗模式,并且可通过外部中断唤醒。
2.2.2 GPRS模块
采用深圳有方科技出品的M580z模块,其内部集成了TCP/IP协议栈,具有两个通信链路,一路标准TTL串行通信端口,精简的AT指令集,通过AT命令可实现模块的参数设置和数据发送。M580与CPU通过一个TTL电平的串行口连接。
2.2.3 存储器
由于与主站的上行通信应满足《电力用户用电信息采集系统通信协议》,需要存储规约要求的一类数据(实时数据)、二类数据(曲线数据、统计数据)和三类数据(事件),特别是曲线数据要求存储的数据量大,因此采用大容量的FLASH存储器来存储二类和三类数据。由于铁电存储器可无限制的擦写,所以用来存储需要经常更新的实时数据和设置参数。存储器与MPU的接口为SPI接口。
2.2.4 串行接口和JTAG仿真端口
利用RS 232串行口、红外通信口可实现模块参数的本地设置和维护。其中,RS 232串口可实现对GPRS模块状态的监测,通过RS 485串行口可抄读满足《电力用户用电信息采集系统通信协议》的数据;JTAG仿真端口可对ARM处理器进行仿真和程序烧写。
2.2.5 LED指示
LED指示灯用来指示模块的电源状态、模块登陆状态、网络通信状态及保电状态等。
 

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