摘要：本文以單片機(jī)w78e58為核心對(duì)用戶電能數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，配以max813l和ds12887實(shí)現(xiàn)掉電檢測(cè)和數(shù)據(jù)保護(hù)，采用西門子tc35i及其外圍電路構(gòu)成無線監(jiān)控通信終端，利用gsm無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將用戶電能數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)中心計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了gsm無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程電力自動(dòng)抄表系統(tǒng)。
0引言
目前我國(guó)電能數(shù)據(jù)的采集基本上為手工抄表，這種方式需要抄表工人挨家挨戶去讀取電能表的數(shù)字，每月或每?jī)稍鲁淮危绻脩艏抑袩o人就沒法讀取數(shù)據(jù)。通過微機(jī)或手工制作的電費(fèi)單催繳用戶電費(fèi)，而且人工抄表的方式還非常不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，還存在著錯(cuò)抄、漏抄、估抄等問題。現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)抄表方式也提出了新的要求，要求提高可靠性、實(shí)時(shí)性及數(shù)據(jù)處理方便性，而無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)則是自動(dòng)抄表系統(tǒng)中一種較優(yōu)的方式。
1自動(dòng)抄表系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
無線抄表系統(tǒng)是由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、無線遠(yuǎn)程抄表終端和gsm無線通信移動(dòng)網(wǎng)三部分構(gòu)成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控系統(tǒng)中心計(jì)算機(jī)的主要功能是接收下位機(jī)發(fā)來的電度數(shù)，算出電費(fèi)，然后發(fā)送短消息到用戶手機(jī)，并生成和打印報(bào)表等。遠(yuǎn)程抄表終端定時(shí)讀取電度表，并發(fā)送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。
圖1電能表無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
2gsm無線通信的硬件
無線通信終端采用siemenstc35i作為通信模塊，配以max3232實(shí)現(xiàn)ttl電平到rs232電平的轉(zhuǎn)換，如圖2所示。tc35i與gsm2/2+兼容、雙頻（gsm900/gsml800）、rs232數(shù)據(jù)口、符合etsi標(biāo)準(zhǔn)gsm0707和gsm0705,且易于升級(jí)為gprs模塊，模塊有at命令集接口，支持文本和pdu模式的短消息。
該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的at命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。
tc35i有40個(gè)引腳，通過一個(gè)zif（零阻力插座）連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，分別為電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、sim卡、音頻接口和控制。其中15腳為點(diǎn)火線igt,當(dāng)tc35i通電后需給igt一個(gè)大于100ms的低電平，模塊才啟動(dòng)；31為powerdown,32為sync.16-23為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為dsr0、ring0、rxd0、txd0、cts0、rts0、dtr0和dcd0.tc35i的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合itu-trs232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗(yàn)位，波特率在300bps~115kbps之間可選，硬件握手信號(hào)用rts0/cts0,軟件流量控制用xon/xoff,cmos電平。
圖2tc35i外圍電路圖
3電能抄表測(cè)量端的硬件
在本設(shè)計(jì)中，電能抄表測(cè)量端以winbond公司的單片機(jī)w78e58為核心如圖3所示，采用max813l和s12887分別實(shí)現(xiàn)掉電檢測(cè)和數(shù)據(jù)保護(hù)的功能。工作時(shí)，單片機(jī)只需定時(shí)測(cè)量單相脈沖電能表輸入的脈沖，再根據(jù)脈沖數(shù)與用電量之間的比例關(guān)系即可得到用戶的用電量，定時(shí)通過tc35i無線通信終端監(jiān)控發(fā)送用戶的用電量到系統(tǒng)中心計(jì)算機(jī)。
圖3電能抄表測(cè)量端硬件圖
max813l除了具備手工復(fù)位功能外，還能夠在上電、掉電以及降壓情況下提供復(fù)位信號(hào)。當(dāng)vcc降到低于4.65v門限電壓時(shí)rst變?yōu)楦唠娖?，在vcc上升超過4.65v門限電壓后能保持復(fù)位信號(hào)200ms;當(dāng)vcc降到1v時(shí)仍能保證復(fù)位輸出處于正確的狀態(tài)。max813l同時(shí)還能對(duì)系統(tǒng)電源前端監(jiān)測(cè)，當(dāng)pf1輸入低于1.25v時(shí)，pf0則輸出低電平，以供單片機(jī)通過中斷對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)處理。
ds12887美國(guó)dallas公司推出的8位并行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片，內(nèi)含14字節(jié)時(shí)鐘和控制單元、114字節(jié)的用戶非易失性ram、十進(jìn)制/二進(jìn)制累加器、總線接口電路。內(nèi)置一個(gè)鋰電池，斷電后能運(yùn)行十年以上而不丟失數(shù)據(jù)；具有計(jì)秒、分、時(shí)、日、月、年、星期信息，并有閏年補(bǔ)償功能；可編程用二進(jìn)制碼或bcd碼來表示時(shí)間、日歷和鬧鐘；具有定時(shí)中斷、周期性中斷、時(shí)鐘更新周期結(jié)束中斷。
液晶顯示模塊采用帶中文字庫的128x64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式的fyd12864-0402b,內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；內(nèi)置8192個(gè)16316點(diǎn)漢字，和128個(gè)1638點(diǎn)ascii字符集，也可完成圖形顯示。系統(tǒng)還可以通過按鈕實(shí)現(xiàn)查詢當(dāng)前用電量、本月用電量等功能。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1遠(yuǎn)程抄表終端程序設(shè)計(jì)
程序設(shè)計(jì)的任務(wù)是：（1）用戶電量的采集與處理；（2）tc35i的啟動(dòng)、狀態(tài)檢測(cè)；（3）單片機(jī)與tc5i的串口通信；（4）液晶顯示。系統(tǒng)軟件主要由初始化模塊、電量的采集模塊程序、串口發(fā)送模塊程序和顯示模塊四部分組成。主程序流程如圖4所示。
圖4主程序流程圖
目前，發(fā)送短消息常用text和pdu（protocoldataunit,協(xié)議數(shù)據(jù)單元）模式。使用text模式收發(fā)短信息代碼簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來容易，但缺點(diǎn)是不能收發(fā)中文短信：而pdu模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。pdu模式收發(fā)短信可使用3種編碼：7-bit、8-bit和ucs2編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ascii字符，8-bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，ucs2編碼用于發(fā)送unicode編碼字符。單片機(jī)與tc35i的軟件接口其實(shí)就是單片機(jī)通過at指令控制手機(jī)的控制技術(shù)，首先設(shè)置tc35i模塊的工作模式；at+cmgf=n,n=0為pdu模式，n=1為文本模式；通常設(shè)置為pdu模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數(shù)據(jù)（用戶自定義數(shù)據(jù)）.at+cmgl=n為讀tc35i模塊內(nèi)的短消息，n為短消息信號(hào)。at+cmgl=n為列出模塊內(nèi)的短消息，n=0時(shí)未讀的短消息，n=1為已讀的短消息，n=2為未發(fā)送的短消息，n=3為已發(fā)送的短消息，n=4為所有短消息。at+cmgl=n為刪除tc35i模塊內(nèi)的短消息，n為短消息編號(hào)。通過tc35i寫入不同的at指令，能完成多種功能，如網(wǎng)絡(luò)登錄、發(fā)送sms消息、接受sms消息等。在本系統(tǒng)中串口通信采用中斷的方式來實(shí)現(xiàn)的，其短消息發(fā)送流程圖如圖5所示。
圖5tc35i短消息發(fā)送流程圖。
4.2系統(tǒng)中心計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)根據(jù)軟件總體設(shè)計(jì)的要求和過程，整pc機(jī)軟件分為數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)管理模塊二大部分。在本設(shè)計(jì)中pc機(jī)作為上位機(jī)，通過串口與tc35i通信，其通信軟件主要是利用vb6.0的mscomm控件實(shí)現(xiàn)的。利用vb建立一個(gè)庫文件，將pc機(jī)接收tc35i傳送來的短消息，用于數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)管理部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、查詢以及數(shù)據(jù)庫的備份和維護(hù)。系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。
圖6pc機(jī)軟件結(jié)構(gòu)框圖
5結(jié)論
采用gsm遠(yuǎn)程無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)大大減少了人力，提高了效率，提高了可靠性，降低了費(fèi)用，為合理用電提供、科學(xué)的管理手段，為電力部分的電能表管理網(wǎng)絡(luò)化、抄表自動(dòng)化提供一種可選擇的有效方法，有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。