隨著電子技術(shù)和通信的發(fā)展，自動(dòng)抄表系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用，各類相關(guān)產(chǎn)品也層出不窮，人們對(duì)新產(chǎn)品也提出了更高的要求。
　　
　　目前的自動(dòng)抄表系統(tǒng)一般分為兩層結(jié)構(gòu)：上層（管理中心與集中站之間）數(shù)據(jù)采集采用星形網(wǎng)絡(luò)；底層（集中站和采集器或智能電能表之間）數(shù)據(jù)采集采用總線型結(jié)構(gòu)，如485總線、儀表總線等。目前上層數(shù)據(jù)采集根據(jù)信道介質(zhì)不同可分為光纖、電話線和無線等多種方式。
　　
　　其中無線方式，對(duì)于范圍廣、布局分散的集中站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信是一種較好的方式?，F(xiàn)在開發(fā)的一些自動(dòng)抄表系統(tǒng)采用的是數(shù)據(jù)電臺(tái)或自行研制的無線通信系統(tǒng)。使用這種通信系統(tǒng)方式，安裝調(diào)試方便；主要缺點(diǎn)是須申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)，另外自己須對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)，這種專網(wǎng)通信系統(tǒng)的可靠性也沒有公網(wǎng)（如GSM網(wǎng)）的高。本節(jié)提出了一種基于短消息的自動(dòng)抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托GSM網(wǎng)，采用短消息方式，通信質(zhì)量可靠，成本低，同時(shí)還能對(duì)集中器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，是一種理想的自動(dòng)抄表解決方案。
　　
　　一、系統(tǒng)的構(gòu)成和功能
　　
　　整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 - 142所示。中心管理機(jī)利用GM360無線調(diào)制解調(diào)器，通過GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)與各集中站以P87LPC767單片機(jī)為核心的下位機(jī)構(gòu)成星形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各電力采集點(diǎn)實(shí)施電量采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控。集中站以P87LPC767單片機(jī)為核心的下位機(jī)模塊通過GM360無線調(diào)制解調(diào)器利用短消息與管理中心進(jìn)行通信。當(dāng)中心發(fā)出采集指示后，P87LPC767單片機(jī)通過RS - 485總線按照三相電子式多功能電能表通信規(guī)范與所連接的電能表進(jìn)行通信，采集電能表中存儲(chǔ)的電力數(shù)據(jù)；然后，再通過短消息將數(shù)據(jù)發(fā)回管理中心。另外下位機(jī)和智能電能表還可配備以89C2051為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)集中站和智能電能表周圍的環(huán)境和電網(wǎng)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳送上位機(jī)。對(duì)于沒有智能電能表的供電區(qū)域也可采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)測，但所采集的數(shù)據(jù)不能用作計(jì)量。當(dāng)環(huán)境溫度、濕度等以及電網(wǎng)的電壓異常時(shí)，下位機(jī)即可通過短消息向管理中心或指定手機(jī)發(fā)回報(bào)警信息。管理中心經(jīng)過權(quán)衡后，可決定是否切斷該區(qū)域供電或派人維護(hù)。如須斷電，則通過短消息向下位機(jī)發(fā)出指令，由下位機(jī)再傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作控制供電回路。另外當(dāng)用戶欠費(fèi)時(shí)，也可實(shí)施停電處理。

1.管理機(jī)

　　監(jiān)控中心的管理機(jī)是由多媒體計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等構(gòu)成的系統(tǒng)，通過GM360利用短消息與分散在不同位置的抄表機(jī)相互聯(lián)系。管理機(jī)采用VB編制的管理軟件實(shí)現(xiàn)信息的提取、發(fā)送及分析處理、顯示和聲光報(bào)警等功能，包括口令認(rèn)證，口令設(shè)置，時(shí)間及日期設(shè)置與顯示，下位機(jī)編號(hào)與名稱設(shè)置，報(bào)警電話設(shè)置，退出系統(tǒng)，提取下位機(jī)數(shù)據(jù)以及控制電路通斷等功能。
　　
　　2．下位機(jī)
　　
　　下位機(jī)由P87LPC767、74HC245、MAX485、MAX202、24WC32、PCF8563和DC - DC電源模塊等構(gòu)成，通過RS - 485接口接入智能電能表，通過RS - 232接口接人GM360調(diào)制解調(diào)器；另外也可以通過RS - 485接口接人數(shù)據(jù)采集板，用于采集智能電能表周圍環(huán)境，實(shí)施對(duì)智能電能表的相關(guān)監(jiān)控。同時(shí)下位機(jī)具有電源監(jiān)控模塊，可用于下位機(jī)的電源監(jiān)控及蓄電池的充電控制。由于本系統(tǒng)的CPU P87LPC767采用I2C總線外擴(kuò)存儲(chǔ)器和時(shí)鐘芯片，因此本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低的特點(diǎn)。下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 - 143所示，下位機(jī)程序框圖見圖1 - 144。

　　(1) P87LPC767結(jié)構(gòu)和性能
　　
　　P87LPC767是PHILIPS半導(dǎo)體公司推出的51PLC系列OTP(-次編程)單片機(jī)的一種。它在基本結(jié)構(gòu)、匯編指令等方面與80C51系列兼容；然而，它采用80C51加速處理器結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率可高達(dá)20 MHz。20 MHz下其吞吐能力相當(dāng)于40 MHz的傳統(tǒng)C51。雖然只有20個(gè)引腳，但I(xiàn)/O口的功能豐富，有兩個(gè)模擬比較器、Watchdog、IzC總線、4路8位A/D;使用片內(nèi)上電復(fù)位時(shí)，無須外接元件；溫度范圍為- 40～85℃（工業(yè)級(jí)）；內(nèi)部有4K OTP程序存儲(chǔ)器，串行的EPROM允許在線編程。
　　
　　(2) RS - 485接口
　　
　　RS - 485接口采用MAX485，用于與智能電能表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可完成對(duì)環(huán)境及電網(wǎng)的監(jiān)控。RS - 485接口，距離可以超過1 km。每個(gè)下位機(jī)最多可帶128個(gè)智能電能表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
　　
　　(3)掉電報(bào)警
　　
　　下位機(jī)具有掉電報(bào)警功能，電源控制電路主要實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源與蓄電池供電的切換、蓄電池的充電以及交流電斷電與上電檢測等功能?？梢栽诮涣鞯綦姇r(shí)，將掉電日期、時(shí)間以及保存在24WC32 E2PROM中的下位機(jī)編號(hào)、名稱等數(shù)據(jù)報(bào)告給中心管理機(jī)或指定的手機(jī)。報(bào)警電話號(hào)碼也存儲(chǔ)在24WC32 E2PROM中。
　　
　　(4)存儲(chǔ)電路和時(shí)鐘電路
　　
　　存儲(chǔ)電路采用CATALYST公司生產(chǎn)的基于I2C總線的24WC32 E2PROM芯片。它具有1. 6~6.0 V的全電壓范圍和100萬次重寫及擦除周期，可存儲(chǔ)4 KB數(shù)據(jù)；時(shí)鐘電路采用基于IIC總線的PCF8563時(shí)鐘芯片，也是由CATALYST公司所生產(chǎn)；具有低工作電流，典型值為0. 25 μA，寬工作電壓范圍：1.0～5.5 V;同時(shí)，PCF8563還具有世紀(jì)標(biāo)志。
　　
　　3．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　　
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以89C2051單片機(jī)為核心，與8路A/D轉(zhuǎn)換器TLC0838 -起構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成對(duì)非智能設(shè)備的監(jiān)控。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1 - 145所示。每個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有g(shù)路模擬量輸入，加上電量傳感器，可采集電網(wǎng)電壓、電流等數(shù)據(jù)。另外還有兩路開關(guān)量輸入、兩路開關(guān)量輸出接口，適合對(duì)一部智能電能表的監(jiān)控；同時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也可以實(shí)施溫度及電網(wǎng)的監(jiān)控。每個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均采用RS - 485接口與下位機(jī)相連。

　　為降低硬件成本，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不設(shè)看門狗電路和單獨(dú)電源，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)和電源由下位機(jī)提供。另外由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所須處理的數(shù)據(jù)量較小，因此也不再單獨(dú)外擴(kuò)存儲(chǔ)器。當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序跑飛時(shí)，下位機(jī)不能與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正確交換數(shù)據(jù)，此時(shí)，由下位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)施復(fù)位。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序框圖如圖1 - 146所示。
　　
　　(1)模擬量采集
　　
　　多路數(shù)據(jù)采集電路采用TLC0838完成A/D轉(zhuǎn)換。TLC0838為8路A/D轉(zhuǎn)換，前端接有運(yùn)放LM324組成的緩沖電路。由于LM324運(yùn)放輸入電壓為0～4 V，所以電路之前加有兩個(gè)分壓電阻，用來擴(kuò)展測量范圍，具體輸入范圍由用戶現(xiàn)場來確定。多路數(shù)據(jù)采集電路可以根據(jù)電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)來監(jiān)測電網(wǎng)電壓是否異常；同時(shí)，還可以通過溫度傳感器和其他傳感器對(duì)電力采集點(diǎn)環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)實(shí)際的電力采集點(diǎn)情況選取溫度的測量范圍為-10~-+50℃，選用AD590作為傳感器。
　　
　　(2)開關(guān)量的輸入／輸出
　　
　　開關(guān)量輸出電路可驅(qū)動(dòng)繼電器完成對(duì)設(shè)備電源、供電回路的開關(guān)控制；開關(guān)量輸入電路可用于對(duì)設(shè)備電源、供電回路等的開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測。
　　
　　二、通信問題
　　
　　1．通信方式
　　
　　監(jiān)控中心的管理機(jī)和監(jiān)控機(jī)通過GM360接人GSM網(wǎng)，利用短信息業(yè)務(wù)傳遞信息。該方式優(yōu)點(diǎn)是通信利用公網(wǎng)，免于維護(hù)，通信質(zhì)量有保證，價(jià)格比較低廉，目前每條短信息費(fèi)用為0. 15元；缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)性稍差，每條短信息有效載荷僅為140字節(jié)，對(duì)業(yè)務(wù)量大的應(yīng)用不太適合。另外，短信息利用GSM網(wǎng)絡(luò)的控制信道而不是語音信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，用戶發(fā)出的短信息首先被發(fā)送到短信息中心的服務(wù)器中，然后短信中心的服務(wù)器對(duì)所收到的短信息進(jìn)行排隊(duì)處理，按順序再發(fā)送給相應(yīng)的接收用戶終端。如果接收用戶關(guān)機(jī)或超出服務(wù)區(qū)不能正常通信，則該條短信息進(jìn)行一定的延時(shí)后重新發(fā)送，這樣有可能造成后發(fā)的短信息先到的情況。此外短信息中心服務(wù)器為每個(gè)用戶開設(shè)的緩存區(qū)一般有限，約15～25條。當(dāng)接收緩存區(qū)存滿而接收用戶還不能正常通信時(shí)，將不再接收新的短信息，即發(fā)生短信息擁塞，造成短信息丟失。
　　
　　另外，短信息在短信息中心服務(wù)器中保留的時(shí)間也有一定的期限，一般為一天左右。為了保證下位機(jī)與中心管理機(jī)的數(shù)據(jù)交換，一定要使接收機(jī)可靠地與網(wǎng)絡(luò)處于通信狀態(tài)。GM360模塊所接收的短信息被保存在SIM卡中，普通SIM卡一般能存儲(chǔ)25條短消息。因此，在使用過程中應(yīng)及時(shí)刪除已處理過的短信息，以免造成短信息的丟失。在該系統(tǒng)中采用多點(diǎn)輪詢的通信方式，即中心管理機(jī)按下位機(jī)地址呼叫，下位機(jī)接收后，將所需采集的數(shù)據(jù)送至中心管理機(jī)。當(dāng)遇到下位機(jī)掉電時(shí)，還可由下位機(jī)利用蓄電池供電向管理中心或指定的手機(jī)進(jìn)行三次報(bào)警。
　　
　　2．GM360調(diào)制解調(diào)器
　　
　　(1)主要特點(diǎn)
　　
　　●體積小，質(zhì)量輕，幾何尺寸為：131.5 mm×52.3 mm×13.6 mm;
　　
　　●自帶專用天線；
　　
　　●支持標(biāo)準(zhǔn)RS - 232串行接口；
　　
　　●內(nèi)含SIM卡讀卡器；
　　
　　●模擬語音輸入／輸出；
　　
　　●數(shù)字語音輸入／輸出；
　　
　　●透明模式與非透明模式最高傳輸速率為9 600 b/s;
　　
　　●短信息服務(wù)( SMS)，支持PDU模式，符合GSM07. 05標(biāo)準(zhǔn)；
　　
　　●AT命令集，符合GSM07. 07、GSM07. 05和V25標(biāo)準(zhǔn)；
　　
　　●工作電壓：5. 6～10 V，標(biāo)稱值為6 V;
　　
　　●工作電流：待機(jī)70 mA，工作時(shí)平均450 mA;
　　
　　●操作溫度：-20～+70℃；
　　
　　●儲(chǔ)存溫度：- 40～+85℃。