基于GSM的电能计量无线抄表系统

该文基于GSM网络传输之远程抄表方案，详细介绍了终端（小区）系统之软硬件设计，以及通过W77E58型单片机来控制TC35模块来进行无线通信之方法[阳光电子学校维修专家友情提示]。由于应用了GSM网络作为上层通信媒介，故系统具有良好之经济性和可扩展性[阳光电子学校维修专家友情提示]。 关键字：GSM网络 SMS TC35 抄表 　　自动抄表是指采用通信和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据[阳光电子学校维修专家友情提示]。基于GSM网络之自动抄表系统借助公共GSM网络之SMS机制或数据业务传输数据[阳光电子学校维修专家友情提示]。由于SMS使用GSM网络中之信令信道来传输数据分组，该信令信道在大多数情况下处于空闲状态，可有效利用[阳光电子学校维修专家友情提示]。GSM高速数据业务更能可靠地支持点对点之数据传输，在GSM网络工作正常之前提下，实时性和准确性均可满足要求[阳光电子学校维修专家友情提示]。与常规无线通信相比，无须架设天线，不占用频点，干扰小，误码率低，且不存在通信盲区，是一种值得推广之监控手段[阳光电子学校维修专家友情提示]。系统同时具有安装调试方便之特点，不仅适合于居民小区抄表，而且适合配电网系统中分散和边远之测控对象[阳光电子学校维修专家友情提示]。在电力系统远程监控之实际产品中，使用GSM无线调制解调器作为主站和用户端之通信设备可以实现真正意义上之“远程”抄表[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　1系统模型
　　
　　基于GSM之电能计量装置之无线抄表系统之模型如图1所示[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　图1无线抄表系统模型
　　
　　系统模型可以分为如下3层：小区电表采集层、小区集中器层与电力管理中心层[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　采集层主要是带有RS-485接口之多功能电能表和底层RS-485总线部分[阳光电子学校维修专家友情提示]。小区集中器层主要由台湾华邦之W77E58型单片机和西门子之TC35型无线手机通信模块构成[阳光电子学校维修专家友情提示]。电力管理中心层则是由PC机与TC35模块及一些配套软件组成[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　电力管理中心之管理机利用GSM短消息模块，通过GSM无线通信网络与各居民小区集中站之集中器构成星型网络[阳光电子学校维修专家友情提示]。管理中心对各小区电力采集点实施电量采集、远程监控数据传递等命令操作[阳光电子学校维修专家友情提示]。小区终端接收电力管理中心呼叫命令并对其进行分析解释[阳光电子学校维修专家友情提示]。若是操作命令，用户端在验证操作权限无误后，执行相应之操作，并将执行后之结果按预定协议上传至电力管理中心[阳光电子学校维修专家友情提示]。2系统硬件设计
　　
　　2.1小区集中器设计
　　
　　小区集中器结构框图如图2所示[阳光电子学校维修专家友情提示]。它由一款MCS-51增强型单片机、TC35模块、RS-485总线采集电路以及一些外围人机接口电路组成[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　图2小区集中器结构框图
　　
　　2.2电力管理中心设计
　　
　　电力管理中心之硬件主要由PC机和TC35模块组成，TC35模块支持标准之RS-232接口，它与PC机连接时，通过RS-232芯片把TC35之CMOS电平转化为PC机RS-232电平后连接到PC机串口上，就可以和PC机正常通信了[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　3系统软件设计
　　
　　3.1小区集中器软件设计
　　
　　小区集中器件设计总之思想是：正常情况下单片机自动地完成对抄表指令之检测（括来自自身定时器，键盘以及电力管理中心通过短信发送之抄表指令），一旦检测到抄表指令就会执行抄表，在正常情况下通过GSM模块定期地向电力管理中心发送电量数据消息，一般情况使用短信收发，当然为了保证可靠，可以每条发送短信都需要用户给予相应之一条固定回应，即我们常说之发送报告[阳光电子学校维修专家友情提示]。小区终端软件流程图如图3所示[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　图3小区抄表流程图
　　
　　3.2短信息处理方式由于文本方式比较简单，这里我们只针对PDU方式进行说明[阳光电子学校维修专家友情提示]。因为控制TC35模块要用到AT指令，所以对TC35控制时可以用串口把指令以字符串之形式发送出去[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　3.2.1参数设置
　　
　　AT+CSCA?#确认短消息服务中心号码存在并是正确之
　　
　　AT+CMGF=0#设置为PDU格式
　　
　　AT+CSMS=1#符合phaseII标准
　　
　　AT+CNMI=0，0，0，0#设置新收之短消息显示方式[阳光电子学校维修专家友情提示]。第一个参数表示新收之短消息在数据模式与命令模式下之显示方式，第二个到第四个参数表示新收之SMSDELIVER、CBM、SMS-STATUS-REPORT是否显示到终端上[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　3.2.2发送短消息
　　
　　AT+CMGS=#<LENGTH>是需要发送之PDU之PT部分字节个数，回车后发送之PDU内容用ASCII表示发送成功后会给出短消息参考号码等字符[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　3.2.3接收短消息
　　
　　读短消息有路由方式和查询方式两种方式[阳光电子学校维修专家友情提示]。路由方式是将网络上发来之短消息自接通过串口读入；查询方式是先不处理网络上发来之短消息，将其存到SIM卡上，然后通过主动向GSM网络发出AT命令查询是否有短消息来了，如果有就读入，交给上级程序处理，然后将此短消息删除[阳光电子学校维修专家友情提示]。采取查询方式不适合需要大量接收短消息之场合，因为实时性不高[阳光电子学校维修专家友情提示]。但采取路由之方式，需要不断扫描串口，一旦发现有短消息到来，必须马上读出，如果没有及时处理，消息就会堵塞在网络上引起通信堵塞，使后面之短消息无法接收[阳光电子学校维修专家友情提示]。主站需要接收多条短消息，我们可以采用路由方式[阳光电子学校维修专家友情提示]。而终端不像主站那样[阳光电子学校维修专家友情提示]。会同时接收到多条短消息，所以可以采取查询方式[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　AT+CMGL=0#读取ReceivedUnreadMessage模块会读所有收到未读SM[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　AT+CPMS=?#读取各个存储空间短消息条数，以此判断是否收到新之短消息[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　AT+CMGR=1#读Index=1处之SM
　　
　　3.2.4删除短消息
　　
　　AT+CMGD=#删除处之短消息[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　
　　3.3管理中心之软件设计
　　
　　电力监控中心是由1个具有固定ID之服务器及监控软件和数据库组成之[阳光电子学校维修专家友情提示]。所有无线终端发送之数据都将汇总到电力监控中心服务器上，监控软件将这些由小区集中器上传之信息数据进行处理和存储，为未来之数据查询做准备，在本系

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