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基于LPC2138和GPRS技术的无线抄表系统

曲阜师范大学 李洪波 赵建平?? 2009年09月23日 ?? 收藏0

  0 引言

  随着经济的飞速发展,用电量需求越来越大,电能表的数量也迅速增加,同时,居民住宅的质量和档次越来越高,住户对住宅环境、物业管理水平的要求也日益提高。传统的抄表方式存在许多弊端,如入户麻烦、管理费用过高、存在安全隐患等,已经不适应现代物业管理的需要。为了提高对客户用电的管理水平,供电企业迫切希望通过现代化的手段,对用户用电的监测实现自动化、规范化。自动抄表技术正是为了适应电力系统的迅速发展及电力系统经营管理体制的改革而提出的。

  自动抄表(Automatic Meter Reading-AMR)系统是利用当代微机技术、数字通讯技术与电计量技术的完美结合,集计量、数据采集、传输、处理于一体,将城乡居民用电信息加以综合处理的系统。该系统使电力公司及物业管理部门从根本上减轻了人工上门抄表的劳动强度,克服了传统人工抄表模式的低效率和不确定性,推进了电能管理现代化的发展进程。准确而便捷的收费系统,既可节省人工又可减少供电部门与客户之间的纠纷,不但能提高管理部门的工作效率,也适应现代用户对用电缴费的新需求。本系统就是利用无线收发模块和GPRs模块实现的电能计量无线自动抄表系统。

  1 GPRS介绍

  通用无线分组业务(General Packet Radio Service,GPRS)是一种基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。简单的说,GPRS是一项高速数据处理的技术,其方法是以“分组”的形式传送数据。网络容量只在所需时分配,不要时就释放,这种发送方式称为统计复用。目前,GPRS移动通信网的传输速度可达 115kb/s。GPRS是在GSM基础上发展起来的技术,是介于第二代数字通信和第三代分组型移动业务之间的一种技术,所以通常称为2.5G。

  GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式,只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换,这种改造的投入相对来说并不大,但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同,是以封包(Packet)方式来传输,因此使用者所负担的费用是以其传输资料的单位计算,并非使用其整个频道,理论上较为便宜。

  电能计量是现代电力营销系统中的一个重要环节,而传统的电量结算是依靠人工定期到现场抄取数据的,在实时性、准确性和应用性等方面都存在诸多不足之处。将现代通信技术、计算机技术和电能量测量技术结合在一起,便能够及时、准确、全面地反映电量的使用。而随着无线通信技术的发展,利用移动运营商提供的无线网络实现远程监控和数据传输已被广泛应用于各个领域。通过中国移动通信有限公司的GPRS网络,电力部门可将工业和民用电能表采集的电力系统实时数据传递到地、市、省级的集中监控中心,以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。GPRS为电能远程抄表系统提供了简单、高效的通信传输手段。

  GPRS网络具有以下优点[8]:1)实时在线,接入速度快,甚至可以无需通过拨号上网而持续与网络连接;2)传输速率高,理论值最高可达171.2 kb/s;3)计费合理,以流量计费;4)快捷登录,GPRS用户开机后就始终附着在GPRS网络上,每次使用时只需一个1-3秒的激活过程。因此, GPS车载终端、自动抄表系统等远程遥测遥控系统利用GPRS实现数据传输将成为今后发展的趋势。

  2 系统总体结构

  自动抄表系统由监控中心、GPRS模块、GPRS数据传输无线通道、集中器、采集器和用户电表等组成,如图1所示。

系统总体结构

  数据采集器通过LPC2138串口定时采集用户电表数据,并存储在采集器的存储器中。当集中器发送指令时,采集器就可以根据指令内容进行相应操作,通过射频模块把用户电表的历史电量数据和当前电表数据发送给集中器,经集中器处理后存储起来,用户可以通过键盘和LCD查询并显示出来。集中器把收集好的数据通过RS-232接口传输给GPRS模块,然后通过GPRS无线网络发送到电力公司的监控中心。监控中心对用电数据进行统计处理,实现对用户电表的自动测量采集数据、自动传输数据及远程自动化监控。同时,通过GPRS的双向系统实现对计量设备的远程控制,进行参数调整、开关等控制操作。

  通过本系统,用户可以通过网上银行预交费,监控中心每月扣除用电费用,如果余额不足,就通过本系统向该用户电表发送控制信号,进行断电等操作。另外,监控中心可以通过局域网进行Web发布,用户就可以通过上网查询用电信息。

  3 系统硬件设计

  此系统的硬件可分为两个模块:采集器模块和集中器模块。其中,采集器和集中器可供选择的微控制器、无线收发芯片和GPRS模块较多,本系统是以ARM微控制器LPC2138、nRF903和MC55为基础完成的。


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