戴小紅

(福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 永安 366000)

我國(guó)傳統(tǒng)的電力能源管理方式已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前電力事業(yè)飛速發(fā)展的要求，如何及時(shí)有效地對(duì)用戶用電量及其他數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計(jì)和分析是電力系統(tǒng)迫切需要解決的問題，而解決這個(gè)問題的根本途徑是采用先進(jìn)的遠(yuǎn)程抄表技術(shù). 遠(yuǎn)程抄表是一種可以對(duì)各種儀表進(jìn)行自動(dòng)采集和記錄數(shù)據(jù)，并通過一定的通信方式自動(dòng)將記錄的數(shù)據(jù)信息傳送給計(jì)算機(jī)中心，然后由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理的技術(shù)[1]8-11.

1 基于GPRS的電能表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于GPRS的電能表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示. 系統(tǒng)由電能表、采集器、帶GPRS模塊的集中器和主站4個(gè)部分組成. 采集器與電能表之間、采集器與集中器之間的底層通信采用RS-485總線通信方式，集中器與主站之間的上層通信采用通過GPRS接入Internet的通信方式.

數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w過程是：采集器實(shí)時(shí)采集用戶電能表的用電數(shù)據(jù)，通過RS-485總線將數(shù)據(jù)傳送到集中器，集中器通過GPRS模塊登陸GPRS網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而與因特網(wǎng)建立連接，最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站，從而完成數(shù)據(jù)傳送.

圖1 基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 基于GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)硬件接口電路的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸終端的實(shí)現(xiàn)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它的核心是集中器，它上要通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與主站建立連接，下要通過RS-485 總線與采集器連接，該硬件系統(tǒng)的核心是中心處理器，它通過RS-485接口與采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，通過RS232接口控制GPRS模塊，通過Internet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與主站中心服務(wù)器的連接，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸.

2.1 采集器的通信接口電路

系統(tǒng)中采集器的主要作用是根據(jù)集中器轉(zhuǎn)發(fā)的命令對(duì)用戶的電表數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)的采集和存儲(chǔ)，并按要求將數(shù)據(jù)傳輸給集中器，所以采集器下行要與電能表、上行要與集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，采集器的上、下行通信信道均采用RS-485總線,這里采用MAX1487芯片來實(shí)現(xiàn)采集器的主控制器(AT89S52)與RS-485總線的連接. 采集器的通信接口電路如圖2所示. 采集器的主控制器AT89S52分別與兩片MAX1487芯片連接，這兩片MAX1487分別接在兩條不同的RS-485總線上，一條與電能表相連，另一條則與集中器連接. 其中,與智能表相連接的MAX1487的RO、DI腳,連接在主控制器AT89S52的Pl.0和Pl.1腳上, Pl.2接MAX1487的兩個(gè)控制端；與集中器相連接的MAX1487的RO、DI腳,連接在主控制器AT89S52的P3.0和P3.1腳上, Pl.3接MAX1487的兩個(gè)控制端.

圖2 采集器的通信接口電路

2.2 集中器主控制器通信接口電路的設(shè)計(jì)

本文的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)選用了MSP430F149單片機(jī)作為集中器的中心處理器. MSP430F149是一款具有精簡(jiǎn)指令集的16位總線的帶FLASH(閃存)的超低功耗的混合型單片機(jī)，其突出優(yōu)點(diǎn)是低電源電壓、高效的尋址方式和超低功耗. GPRS模塊則選擇了無鉛環(huán)保型通信模塊MC39i.

集中器的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，主控制器MSP430F149的通信接口電路由兩部分組成：一是MSP430F149與采集器之間的通信接口電路，由于它們之間采用RS-485總線通信，因此這里主控制器也選用了MAX1487芯片實(shí)現(xiàn)與RS-485總線的連接；另一個(gè)是MSP430F149與GPRS模塊MC39i之間的通信接口電路，它們之間通過MAX3232芯片連接從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸.

圖3 集中器的結(jié)構(gòu)框圖

2.2.1 主控制器與采集器的通信接口電路

2.2.2 主控制器與GPRS模塊MC39i的通信接口電路

由于主控制器輸出的是TTL信號(hào)，而GPRS模塊預(yù)留的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，因此要實(shí)現(xiàn)兩者間的通信必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換. 本系統(tǒng)采用了Maxim 公司生產(chǎn)的具有電平轉(zhuǎn)換功能的MAX3232 總線接口芯片，該芯片可以實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS-232電平的相互轉(zhuǎn)換. MAX3232將MSP430F149的數(shù)據(jù)發(fā)送端UTXD0發(fā)送的TTL電平信號(hào)接收(10號(hào)引腳)，并轉(zhuǎn)換成RS-232電平信號(hào)從T2OUT(7號(hào)引腳)輸出到MC39i 的數(shù)據(jù)接收端RXD0；而將MC39i 的數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD0發(fā)出的RS-232電平信號(hào)接收并轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)從R2OUT(9號(hào)引腳)輸送到MSP430F149的數(shù)據(jù)接收端URXD0上，從而實(shí)現(xiàn)了主控制器和GPRS模塊的數(shù)據(jù)通信. 主控制器與GPRS模塊MC39i的通信接口電路如圖5所示.

集中器通過GPRS模塊登陸GPRS網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而與因特網(wǎng)建立連接，最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站，從而完成數(shù)據(jù)傳送.

圖4 主控制器與采集器的通信接口電路

圖5 主控制器與MC39i的通信接口電路

3 結(jié)語(yǔ)

在飛速發(fā)展的無線通信技術(shù)的推動(dòng)下，GPRS技術(shù)已經(jīng)十分完善、規(guī)范和實(shí)用，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛. 與此同時(shí),隨著國(guó)家對(duì)能源利用效率更加重視和電力管理部門對(duì)抄表自動(dòng)化改革的不斷深化,基于GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)必將有一個(gè)廣闊的應(yīng)用前景.

[1] 楊宏業(yè),張 躍. 自動(dòng)抄表系統(tǒng)中通信方案的現(xiàn)狀與展望[J]. 電測(cè)與儀表，2001(08).

[2] 魏小龍. MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.