基于GPRS與ARM的智能抄表系統(tǒng)

　　3.1系統(tǒng)硬件電路

　　在硬件上主要是數(shù)據(jù)采集終端的硬件實現(xiàn)，包括gprs數(shù)據(jù)傳輸模塊以及處理器、無線傳輸?shù)墓δ茉O(shè)計、采集電路、串口電路接口擴展、電源模塊設(shè)計等，硬件電路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件電路圖

　　3.1.1數(shù)據(jù)采集模塊

　　智能電表使用電能測量芯片ade7757。將電壓傳感器和電流傳感器輸出的信號輸入ade7757芯片內(nèi)的兩個adc電路后，用ade7757內(nèi)置的乘法器將電壓和電流相乘，得到有功功率，ade7757通過數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器將有功功率轉(zhuǎn)換成頻率輸出。

　　ade7758內(nèi)部有三種寄存器，分別是測量值寄存器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器。電壓和電流寄存器長度是24位，能量寄存器為16位，但是內(nèi)部沒有單獨的功率存儲器，求功率是無法通過電壓、電流等參數(shù)得到。功率就是單位時間內(nèi)的能量值，一旦獲知定量時間內(nèi)的能量值，就能夠得出功率。求功率的方法可以采用linecyc(line cycle energy accumulation mode，線性循環(huán)能量累計模式)。視在、有功和無功這三種能量寄存器里存放的是每個周期t內(nèi)的能量值e，其每個周期t刷新一次，得出p=e/t。arm處理的結(jié)果通過rs485接口方式送到gtm900-b模塊，再由gtm900-b通過tcp/ip協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)ip地址的pc機監(jiān)控端。

　　3.1.2電源模塊

　　經(jīng)過簡化的系統(tǒng)電源電路，設(shè)計輸入電壓為5v直流穩(wěn)壓電源。在本系統(tǒng)中，需要使用5v、3.3v的直流穩(wěn)壓電源給cpu、sdram、flash、lcd、gprs模塊等供電。根據(jù)系統(tǒng)的實際功耗，選擇ldo（low-dropout linear regulator）cmlll7-3.3為系統(tǒng)提供直流穩(wěn)壓電源，系統(tǒng)電源電路如圖3所示。

圖3 電源模塊圖

3.1.3嵌入式arm模塊

　　本系統(tǒng)使用的是arm公司為samsung公司設(shè)計的arm7tdmi s3c44box嵌入式處理器。該處理器為32位risc結(jié)構(gòu)，最高工作主頻66mhz，外部尋址范圍可以達到1g，片上資源豐富。本系統(tǒng)設(shè)計中使用了2個異步串行通信口，片內(nèi)實時時鐘用于定時數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸，片內(nèi)自帶看門狗，防止系統(tǒng)死機以及準確的系統(tǒng)復(fù)位，外擴2mb
norflash和8 mb nandflash存儲系統(tǒng)程序和抄表數(shù)據(jù)，16mb sdram作為系統(tǒng)內(nèi)存。這樣的配置完全滿足系統(tǒng)的硬件和程序編譯的需要。

3.1.4gprs模塊

　　華為gtm900-b是一款兩頻段gsm/gprs無線模塊，它支持900mhz/1800mhz雙頻自動選擇。支持標準的 at命令及增強 at命令交互數(shù)據(jù)模式，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N應(yīng)用的理想解決方案。gtm900-b增加了數(shù)據(jù)傳送的at命令，適用于小數(shù)據(jù)量傳送的場合。內(nèi)置tcp/ip協(xié)議棧，用戶無需后臺計算機支持，無需實現(xiàn)ppp協(xié)議也可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。

　　因為gprs模塊是基于ip協(xié)議的，數(shù)據(jù)在服務(wù)器與gprs模塊中傳輸是使用基于ip協(xié)議的分組，這說明所有的數(shù)據(jù)都要基于ip。數(shù)據(jù)傳輸?shù)腶t命令例子如下：

at%etcpip=[]，[]，[] // 初始化命令
at%ipopen=，，，[[，[local_port>]] // 打開一條 tcp或者udp鏈接命令
at%ipsend= // 單鏈接模式下發(fā)送數(shù)據(jù)命令
at%ipdr=[] // 數(shù)據(jù)讀取命令

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　在監(jiān)控軟件設(shè)計上包括嵌入式操作系統(tǒng)的移植，硬件驅(qū)動程序設(shè)計，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的制定，數(shù)據(jù)采集模塊軟件實現(xiàn)，利用socket進行tcp/ip協(xié)議編程，以及上位機的服務(wù)器應(yīng)用程序和下位機的客戶端應(yīng)用程序的實現(xiàn)。終端軟件設(shè)計的整體思想是將實時嵌入式操作系統(tǒng)μc/os-ii移植到抄表系統(tǒng)的mcu上，之后在此操作系統(tǒng)上編寫的程序。軟件采用了模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)清晰簡潔，便于以后修改、調(diào)試和擴充。當(dāng)μc/os-ii移植成功后，只需完成相關(guān)設(shè)計的編程即可，其實時性和可靠性由實時嵌入式操作系統(tǒng)保障。

　　監(jiān)控服務(wù)器是由具有固定ip地址的服務(wù)器、監(jiān)控數(shù)據(jù)軟件和數(shù)據(jù)庫組成。收集到的電能表數(shù)據(jù)都將傳輸?shù)椒?wù)器固定的ip地址端。監(jiān)控軟件通過軟件端將這些由數(shù)據(jù)終端上傳的數(shù)據(jù)進行處理和存儲。在本系統(tǒng)對應(yīng)的監(jiān)控軟件中，其功能除了可以存儲每個gprs終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)顯示在界面上之外，還可以增加偷電警示、電表故障提示以及電費金額不足提示等實用功能。

圖4 終端軟件結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

　　電力抄表系統(tǒng)現(xiàn)已經(jīng)廣泛分布在全國各地，規(guī)模大，分布廣，需要投入的人力物力很多，所以如何更好的實現(xiàn)快速準確的抄表有著重要的意義。一般的抄表方式會有各種不同的缺點，有線抄表受到距離、布線的影響，會受到抄表現(xiàn)場環(huán)境的影響，工作人員不能及時得到數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，本文提出的利用gprs抄表的方式可以很好的解決這些問題，經(jīng)現(xiàn)場測試，精確性和可靠性完全符合設(shè)計要求。依托電信運營商廣泛的gprs網(wǎng)絡(luò)，搭建抄表平臺，實現(xiàn)了無線抄表，省去了很多人力物力，少去了人為干預(yù)及現(xiàn)場環(huán)境的影響，在保障數(shù)據(jù)通信暢通的前提下提高了電力系統(tǒng)的工作效率和社會經(jīng)濟效益。