基于ＧＰＲＳ和电力载波的远程抄表系统分析

摘要：本文介绍了一种基于电力线载波和GPRS技术的远程抄表系统，系统能够及时、准确地采集户用计量仪表的相关数据。文中详细给出了系统各组成部分的原理、内部结构和工作过程。最后对系统的安全措施和升级性能做了阐述。

关键词：户用计量仪表；GPRS；电力载波；远程采集；单片机

1前言

户用计量仪表（智能水表、燃气表、热量表）不仅是现代能源供给系统的重要组成部分，而且与所有用户的生产生活息息相关。传统的抄表方式已经不适应现在这个飞速发展的社会，无论是用户还是管理部门都迫切需要一个先进的自动抄表系统的介入。本文正是基于这一背景，将低压电力载波通信与GPRS无线数据通信方式结合起来。实现抄表系统的自动化、远程化、网络化。这样的智能抄表系统可以节省大量的人工，提高工作效率。降低出错率。而且可以存储大量的数据。方便查询、检索。

2 系统的总体构成

系统由户用计量仪表、集中器和监控中心三个部分构成分布式体系结构，这种体系结构分上下两级：

第一级是由集中器与户用计量仪表构成的数据采集级，采用总线型结构。住户计量仪表表数据通过220V电力线载波到住宅区内的集中器，集中器汇集了住宅区同一个变压器下所有用户的用水量、用热量、用气量等数据。

第二级是由监控管理中心与集中器构成的数据传输级，采用星型结构。由中国移动GPRS网络、Internet和监控中心组成。各个住宅区的集中器通过GPRS接口将数据接人Internet，监控中心Internet获取各个住户的用水量、用热量、用气量等数据，实行集中管理和控制。

3 GPRS通信系统的实现

3.1 GPRS技术

GPRS是GSM 网络向第三代移动通信过渡的技术，是对GSM 网络的升级。GPRS在原有的基于电路交换(CSD)方式的GSM 网络上增加了一些基于分组应用的接口， 为移动用户提供无线分组数据网接入服务。与GSM 数据通信相比，GPRS有许多独特的特性：

传输速率高。通过同时使用8个时隙，GPRS网络数据传输速率最大可达171．2kbit／s，而且通过不同的编码方式，支持不同速率的传输。

接入时间短。能够提供快速即时的连接，保证通信的实时性。

频谱效率。由于采用分组交换方式，用户只有在数据传输时才占用无线信道，无线资源可以同时被若干用户共享，大大提高了频段利用率，避免了资源的浪费。

支持TCP／IP协议和X．25协议，可与Internet互通，突破了GSM 通信中数据流量的限制。GPRS在数据通信领域独有的技术优势为它赢得了广泛的应用，在数据采集和监控、移动办公、调度和定位等方面有很好的应用前景。

3.2 GPRS通信系统的设计

本文提出一种利用GPRS的Internet接入功能，以GPRS无线网络和Internet为通道的通信模型。在该系统中，终端设备通过GPRS无线网络连接到Internet，与客户端前置机(具有上网功能)进行通信。考虑到实际中，客户端一般都是拨号上网，没有固定IP，需要在Internet上设置一个服务器(有固定IP)作为通信中心，负责中转客户端前置机与终端设备之GPRS。

由于系统中的数据要流经Internet， 这就对系统的安全性提出了更高的要求。本系统中，采用加密算法对所有流经公网的数据加密；由GPRS终端和客户端前置机主动发起连接，杜绝非法用户访问：通信中心服务器的网络端设置专用防火墙等，保证系统的数据安全。

4基于GPRS的远程抄表硬件设计

监控系统由一个中央管理器和若干个现场站点组成。现场站点一般包含有前端数据采集器和现场下位机。中央管理器主要工作是监视和记录各现场站点的工作状态和远程控制现场站点，现场站点主要对各种户用计量仪表的各种参数进行采集与传送，中央管理器可对各现场站点的历史记录进行查询，这样可以对供水、供气、供暖各环节运行过程中的各种参数和报警次数等进行统计分析，从而达到对各种运行过程进行科学管理、预防事故发生的目的。中央管理器和各现场站点以GPRS方式相连．由中央管理器主动建立链接，现场站点接到呼叫后应答进行数据传输。这样做的好处是可以避免多个现场站点同时呼叫，防止出现网络阻塞。

监测站点由前端数据采集器和现场下位机构成，其中前端数据采集器采用CS5460模块，它负责采集监控现场的各项数据并存储。线路的内部经过严格的电磁隔离。测量电路经过采样、A／D转换处理后形成的数字信号再经过光电耦合由信号适配器向从单片机传送，主单片机与从单片机之问可采用I／O 口模拟时序的方式进行串口通信。

现场下位机部分是整个系统的工作核心。既负责和前端数据采集器之间的通信，又负责和中央管理器的数据通信，因此，这部分电路至关重要。针对系统的要求和实际应用条件的情况，我们选用高性能的rabbit单片机作为系统的监控核心。Rabbit2000是专门为嵌入式控制、通信和以太网连接而设计的微处理器，电磁干扰非常低。现场下位机部分主要包括：主从芯片单片机、显示电路、时钟+看门狗电路、GPRS等四大部分。它与前端数据采集器一起构成了现场站点。

5 集中器

各用户计量仪表的数据经过220V 电力线载波，传输到集中器，集中器完成住宅小区局域范围内的数据集中和再转发任务，对于整个集抄系统来说这样的小区又有很多，为了能标识集抄数据中的确切来源．必须对集中器编址。因此，GPRS模块传出的数据中还应加有该集中器的地址信息。集中器一方面要接收局域范围内各个户用计量仪表的数据。另一方面又要将这些数据进行处理后通过Internet传输到监控中心。为此集中器以W77E58为核心， 配有电力线载波接口电路和GPRS无线模块电路。

5.1三相载波的耦合电路

对于集中器的载波模块需要接收的信号并不知道来自三相中的哪一相,图1给出了一种三相耦合电路的方法，接收时A，B，C三相通过变压器分时耦合，而发送时发送的信息全都耦合到三相上去。

5.2 GPRS接口电路

GPRS接13电路由模块GM47和W77E58构成。GM47是爱立信公司生产的GPRS模块．它通过自带的UART端13与MCU或Pc机联系。在本系统中，GM47的RD(串行数据输出)和TD(串行数据输入)分别与MCU W77E58的RXD TXD相连，CTS(发送清零)、RTS(发送请求)、DTR (数据终端准备好)、DCD (数据有效检测)作为控制111与W77E58的P1．4～P1．7相连。另外，GM47还需与SIM 卡、天线和电源等的连接。

结束语

对于物业管理部门来说，抄表一直是一件非常头疼的事情，需要投入大量的人力、物力和财力。因为户用计量仪表种类、数量众多，地理位置分散，给工作人员带来极大的不方便。采用GPRS网络远程数据通信方法解决了此问题，同时也解决了远程监测系统通信问题，比起其它有线通信方式有着不可比拟的优越性 由于采用的是无线模式．数据传输的安全性得到r很大的提高。当然，万事有利必有弊。该方法的实施也还在一些缺陷，如GPRS通信方式比起CSD(电路拨号)通信方式的可靠性和实时性还有待提高。但是，随着GPRS网络的逐渐完整和应用技术的不断成熟．GPRS在其它工业领域的应用必将越来越广阔.

参考文献

[1]肖闽进．基于GPRS的配电监控系统设计与实现[J]．常州工学院学报，2004，(6)．

[2]刘小波．基于GPRS的分布式配电网络远程监控系统[J]．高压电器，2005，(5)．

[3]施伯乐，丁宝康．数据库技术[M]．科学出版社，2004．

[4]中华人民共和国城市建设标准 CJ/T 188-2004户用计量仪表数据传输技术条件

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