毕业论文 基于GSM无线传输的远程抄表终端设计

1、毕业论文毕业论文毕业论文 题目： 基于 GSM 无线传输的远程抄表终端设计 专业:电气工程及其自动化 毕业论文i摘摘 要要远程抄表系统在变电所、旧社区管理设施改造和新住宅建设的配套服务等场合的应用已变得越发广泛，而信息技术和网络技术的飞速发展，为实施远程无线抄表和供用电部门管理的规范化、自动化提供了新的实现平台。本课题主要研究了远程无线抄表系统终端的硬件设计和实现，系统依靠 GSM 网络平台，以单片机为主控单元来实现电表数据的采集和远程无线传输，软硬件均采用模块化结构，整体上可分为电源模块，单片机模块，电表数据采集模块，GSM 模块等。系统成本较低，运行高效可靠，可基本实现系统要求，有较大的市

2、场发展潜力。关键字关键字：远程抄表系统 GSM 无线传输毕业论文iiAbstract Remote read meter system is now adopted more and more widely in the fields of transformer substation, old community establishment rebuilding, new dwelling house constructions match service and so on. The fast development of information and network technolog

3、y has afforded a new platform for executing the remote read meter, the standardization and automatization of the management of electricity supply department. This topic has mainly studied hardware design and realization of the wireless remote read meter system terminal. This design which is based on

4、 GSM network platform can realize the collection of ammeter data and remote wireless transmission mainly with the Micro chip controller. Both of the software and the hardware consist of power, MCU, data collection of ammeter and GSM module. This low-cost terminator, which runs efficiently, can appro

5、ximately meet the needs of the system. The remote read meter system has huge market potential.Key words: remote read meter system GSM wireless transmission毕业论文0目 录第一章 远程抄表概述 .11.1 远程抄表的开发背景.11.2 远程抄表的开发目的.11.3 远程抄表的开发意义.2第二章 远程抄表系统设计思路 .32.1 总系统概述.32.2 系统设计技术要求.42.3 设计方案.6第三章 远程抄表终端实现 .83.1 总体架构.83.

6、1.1 硬件流程图和简述.83.1.2 系统技术指标.93.2 硬件各模块的实现.93.2.1 单片机主控模块.93.2.2 16C550 串口扩展模块.123.2.3 GSM 模块.153.2.4 电源模块.173.3 软件的实现.183.3.1 单片机主模块.193.3.2 串口扩展模块：.213.3.3 GSM 模块.23第四章 结论与展望 .26致 谢 .28参考文献 .29毕业论文1原理图.30毕业论文0第一章第一章 远程抄表远程抄表概述概述1.11.1 远程抄表的开发背景远程抄表的开发背景随着我国电力系统的改造深化，电力事业的迅速发展，电力作为一种重要的商品，在用电核算、用电收费以

7、及相应的电能电量的计算计费方面的控制和管理都有待进一步改造和完善。在电度表改造或研制方面，出现了磁卡式电表、电卡式电表、卡电表、全电子电表、带有通信接口的电度表等多种类型的表计。而在抄表方式上，在随着现代通信技术的不断发展，自动抄表方法正逐步替代传统手工抄表方法。到目前为止，电表自动集中抄送系统基本可分为有线和无线两种，有线方式又包括了电力线载波方式、电话线拨号方式、RS485 串行总线通信方式、光纤通信方式等各种方式。有线方式由于实现技术简单易行，特别是电力线载波方式，由于电力线的布线广泛，无须再作投资，在电表自动集中抄送系统发展初期被供电部门广泛，但电力线传输存在误码率高，数据不可靠的问题

8、，而光纤通信虽然能解决这个问题，但前期布线投入较多。无线方式是大多基于 GSM 数字蜂窝移动通信网，GSM 是基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、用户最多、应用最广的一种系统，为远程无线传输提供了个很好的平台而且可以使整个系统的造价较低，操作更加方便、快捷、准确率更高。其中 GSM 短信方式，借助 GSM 网信令传递间隙进行传送，不会占用话务信道，具有不需另外铺设网络、“即买即通” 、建设周期短、不需专门申请频点使用权、不受地域限制、通信可靠、费用低廉等优点。1.21.2 远程抄表的开发目的远程抄表的开发目的由于抄表收费工人工作条件差、效率低、劳动强度大、不稳定因素，不可控现象等等，都说明

9、了采用传统的人上抄表方式已不能适应现代社会和企业发展的需要。随着抄表作业信息化要求越来越高，传统的手工抄表已无法满足日益增长的现代化作业需要，面对庞大的信息量,需要有个智能的系统来管理这些繁杂的数据，方便了用户，提高工作效率，减少工作量，节省宝贵的时间。远程抄表方便而简捷，只需要控制中心定时采集能自动完成复杂的手工作业。毕业论文11.31.3 远程抄表的开发意义远程抄表的开发意义顺利、准确的抄表计量工作，关系着公用事业行业、能源供给企业的经营、管理、效益等的生命线。就目前的状况而言，抄表难、收费难是公用事业部门面临的普遍和共性的历史问题，而种种社会现象和实际，对企业的经营者、管理者在我国新的市

10、场经济条件下经营企业所提出的改革思路新课题。开发远程抄表不仅能节约大量人力资源，更重要的是可提高抄表准确性，供电管理部门能得到及时准确的数据信息，如电能需量、分时电量和负荷曲线等，同时电力用户不再需要与抄表者预约时间。在旧社区管理设施的改造、新住宅建设的配套服务等等，都显示出自动远程抄表系统巨大的市场发展潜力。远程智能抄表项目的实施，采用高新技术，也迎合了经济和技术的发展方向。毕业论文2第二章第二章 远程抄表系统设计思路远程抄表系统设计思路2.12.1 总系统概述总系统概述远程抄表系统即电力数据远程采集与无线传输系统，它由远程终端和服务控制中心两部分组成。供供变变电电设设备备数数据据采采集集传

11、传输输远远程程终终端端移移动动基基站站短短消消息息中中心心 或或移移动动通通信信中中心心专专线线服服务务控控制制中中心心 图 2.1 远程抄表系统图服务控制中心完成数据采集命令的发送、数据采集时间的设定、采集数据的存储、分析、告警和报表的生成等工作。远程终端与供变电设备放置在一起，能够在无人干预的情况下，实现将各个远端站点的各相电流、电压、电功、电功率、功率因素、无功功率等数据以点播的方式通过移动基站以短消息形式随时采集到服务控制中心；也可以通过设置按所设置出时间及时将数据采集到服务控制中心。远程抄表系统是把变电所安装在各条线路上的电能计量表及主变表读数，在同一时间或人工随机选定的时间抄录下来

12、，并及时准确的传送到电力销售中心的主控计算机。电力销售中心的工作人员能够对收到的数据进行分析，以便及时发现电网供电量异常，分析原因及时调整，最大限度的减少电量损失。毕业论文32.22.2 系统设计技术要求系统设计技术要求 实现远程抄表系统的关键技术于：系统通讯协议的制订；数据的可靠采集和传递；数据的有效管理等。下面具体论述这三个关键技术。一系统通讯协议的制订： 通信协议所要解决的首要问题，是在智能设备终端和监控系统（计算机）之间实现准确的通信，并且能够提供可靠的通信，应该能够提供高效的通信。从各部分的特性上划分，通信协议包含了硬件和软件两方面的内容。硬件包括通信接口的机械、电气特性定义、传输介

13、质、联接和拓扑方式等；软件包括数据内容、格式的定义、通信机制、命令和应答的格式和意义、校验方式等。在有些情况下，通信协议也常用来专指上面的软件部分，而把硬件部分称为通信接口或物理接口。 通常制订一个通信协议需要考虑以下几方面的因素： （1）对监控量的数量和类别的要求：不同的智能设备所需监控的量的多少是不一样的。有些设备只需对少量的量进行监控；而有些设备所监控的量非常多，且监控类型也不尽相同。因此，制订通信协议时必须考虑设备所包含监控量的特性，定义出能够满足各种监控量的需要的数据格式；同时应考虑数据量大小，确定合理高效的数据组织形式和通信机制。 （2）对效率（实时性）的要求：通信速率取决于接口特

14、性及硬件水平，通信速率越高，协议效率越高，同时对硬件的要求也越高。盲目地追求过高的通信速率会导致数据传输可靠性下降。 （3）对可靠性的要求：不同的设备运行于不同的环境中，其通信受干扰的程度也就不同。对可靠性要求较高的监控，必须针对使用环境选择适当的接口和传输介质 、通信速率、数字信号码型、通信机制、传输方式、编码方式、校验方式等； 接口采用差分信号的 RS-485/422 的抗干扰能力强，传输距离远；传输介质采用屏蔽线缆抗电场干扰能力强于非屏蔽线缆。 （4）对协议可扩充性、兼容性的要求：通信协议应具有较好的可扩充性和向下兼容性，以保持产品应用的延续性。协议制订之初，就应考虑到今后产品升级、应用

15、扩充可能带来的新的需求，在编码、数据格式和组织形式等方面进行一定的预留，以保证协议的可扩充性；对协议的核心部分-通信机制、数据和命令格式的设计，要具有超前意识，一旦确定，将来在协议升级时就不应轻易改动，以保证协议的延续性和兼容性；对旧版毕业论文4协议的升级也应尽量保留原有数据和命令的定义，而后在其上增加新的内容，以保证向下兼容。 （5）对适用性的要求：通信协议的制订还应考虑到使用环境的多样性，同时提供多种通信接口，允许多种传输介质，允许多种网络拓扑结构，甚至针对不同的应用平台开发出不同的应用层协议。这是对通信协议的较高的要求。二 测量数据的可靠传递 数据的可靠传递依赖于良好的通信协议和数据传输

16、信道的构建，在上面已经较详细地阐述了通信协议的制订规则，那么数据信道的构建也需要合理的考虑 数据信道的构建包括两方面，数据传输通道信道和数据通道的链接形式。（1）数据传输通道信道：信道是数据传输的通道，它包括物理介质与传输方式。物理介质包括：双绞线、同轴电缆、光纤、大气等。而传输方式有：基带传输、频带传输等。基带传输件接口简单，传输距离近，信号抗干扰性能差；频带传输又叫载波传输，信号抗干扰性能强，传输距离远，但硬件接口复杂，造价较高。大部分数字通信接口采用的都是基带传输。低压载波方式及基于 LONWORKS 现场总线技术的远程抄表系统都属于频带传输方式。在数据传输信道的选择上，须根据小区的地理

17、环境、布局情况、间距跨度等情况，按照费用-效能均衡原则，来确定数据传输信道。（2）数据通道的链接形式：数据传输通道的链接形式按照拓扑方式划分，有星型、总线型、树型、环型等。对于小区抄表系统，由于每个住户的数据量不是很大，汇集到集中器，再到数据管理中心，数据量扩大，而且随着小区规模的扩大，数据量也将不断增大。为了能够在现有系统的框架上扩展住户量，采用系统总线、用户总线分开的二级总线结构，它基本上是一种自由拓扑形式。这种分级总线方式，也有利于基带传输数据的传输速率的控制，提高数据的传输可靠性。 对于以楼房为主、地势较为平坦的小区，自动抄表系统数据通道的链接形式，易采用二级总线双绞线链接方式，即在数

18、据管理中心与数据集中器之间采用一级总线链接；在数据集中器与采集器之间采用二级总线。这样，可以简化施工线路连接，降低设计施工成本。 对于地势较为复杂，牵线施工难于实现的小区或是小区内某些区域，可以采用无线方式进行数据传递。采用无线方式需要注意天线的布设位置、发射功率、接收灵敏度，以及无线频点的申请等方面的因素。从价格方面与有线方式连接对比，它的造价较高。三.数据的有效管理：为了满足数据的真实、可靠，避免在小区管理中出现抄表数据不准确、数据丢失、毕业论文5数据遗漏等问题，必须要求原始数据有高的计量精度、可靠度、安全性以及无挥发性。本系统为远程抄表的终端设计，是一个 10KV-380V 的电压监控器

19、。要实现两个功能：数据采集和数据传输。终端需要通过 485 总线（最多挂 30 个电表） ，遵循 DL/T645-1997多功能电能表通信规约 ，采集电表数据，然后通过西门子 TC35I（GSM 模块）把数据发送到控制中心，其中也要有自己的通讯协议。2.32.3 设计方案设计方案 在设计远程自动抄表系统时，应考虑数据传输的可靠性、工程实施的可行性、系统兼容性及可扩展性，同时还应使该系统具有投资少、见效快、应用范围广泛等特点。随着现代通信技术的不断发展，出现了电力线载波方式、电话线拨号方式、RS485 串行总线通信方式、GSM 通信方式等等方式，下面对各种方案的优缺点进行说明。一. 电力线载波方

20、案：低压电力线载波通信是指将欲传递的信息通过一定方法加载到 220V 交流电网上进行传输的方式。该方案的最大好处是只要有电网的地方都可以通信，不必另外架设通信线。不足之处是很容易受到干扰，误码率较高，传输速率较低。二. 电话线拨号方案：当主站电脑与集抄器相距较远时，可采用这种方案。主站电脑和集抄器各自通过调制解调器(MODEM)与电话网连接，理论上讲，只要通电话的地方，都可采用此方案。因此它的传输距离不受限制。这种通信方式的可靠性会受电话网传输质量的影响。同时，主站无法对抄表进行操作，无法做到数据的实时采集。三. RS485 串行总线通信方案：当主站电脑与抄表之间有一定距离，并且一个项目中有多

21、台抄表时，可采用这种通信方式。该方式要求集抄器具有上行 RS485 通信接口，主站电脑也通过一个 RS232/RS485转换器与串行总线相联。理论上，电脑与抄表间的最大距离可达到 1200 米，如增加中继器则还能延长传输距离。这种方案的另一个特点是可以连接多台抄表(最多 255 台)，因此适用于比较大型的项目。这种通信方式的传输可靠性较高，传输速率也较快。四. GSM 通信方案：当主站电脑与抄表相距很远，并且无法采用电话拨号时，可选用该无线方案。本课题采用此方案。构建抄表系统时，完全可以利用现成完善的覆盖全国的 GSM 数字蜂窝移动通信网，已能很好的满足电力数毕业论文6据远程采集与无线传输系统

22、这个大项目的要求。GSM 网络而不必重新建设新的基站。 图 2.2 GSM 传输实现框架如上图，基于移动运营商无线网络的抄表系统必须在管理中心和集中器中加装无线通信模块，利用其 RS-232 标准的接口和单片机连接在一起，构造出一个可利用标准Hayse AT 命令集驱动控制的、具有无线收发功能的集中器。如上图，用电管理中心与各个集中器都装有这种无线通信模块，它们之间的通信通过拨号接入 GSM 网，以短消息 SMS的模式进行上传数据，下达命令。毕业论文7第三章第三章 远程抄表终端实现远程抄表终端实现3.13.1 总体架构总体架构3.1.13.1.1 硬件流程图和简述硬件流程图和简述本系统主控单元

23、是 W78E516B 单片机，利用标准的串口和 GSM 模块连接在一起，构造出一个可利用标准 Hayse AT 命令集驱动控制的、具有无线收发功能的集中器。下面是本系统的硬件框架： 图 3.1 硬件整体构架该系统有独立的电源模块，通过 LM2576 开关稳压集成电路和 7805 芯片构建了系统电压。单片机由于要地址线和数据线复用所以 MCU 通过 373 进行地址琐存并由DS1230Y100 扩展了存储器， MCU 与 550 有一中断控制 INPRT 相接，550 异步通讯单元扩毕业论文8展了串口，其串口由 232/485 电平转换后连接电表。具体数据流程为，电表数据通过 485总线（最多挂

24、 30 个电表） ，遵循 DL/T645-1997多功能电能表通信规约 ，经 MAX232A 进行电平转换，把数据传于 550 后再传送至单片机，MCU 串口与 TC35I 相连，再通过西门子TC35I（GSM 模块）把数据发送到控制中心。另外还加了一个芯片 X25045，一方面起到看门狗作用和电源电压监控作用，另一方面 终端把一些系统数据保存在其内部的 EEPROM，如短信控制中心号码，电表地址信息等，可以起到掉电保存的作用。3.1.23.1.2 系统技术指标系统技术指标远程终端输入电压：220V；终端输入电流：1.3A（最大电流）；工作温度：-20 - +70；传输数据误码率：105；数据

25、采集时间：5 分/次。 3.23.2 硬件各模块的实现硬件各模块的实现3.2.13.2.1 单片机主控模块单片机主控模块本系统选用 W78E516B 芯片，其功能叙述如下：它是具有带ISP 功能的Flash EPROM 的低功耗8 位微控制器；ISP 功能的Flash EPROM 可用于固件升级。它的指令集同标准8052 指令集完全兼容。W78E516B 包含64K 字节的主ROM、4K 字节的辅助ROM。（位于4K 字节辅助ROM中的装载（loader）程序，可以让用户更新位于64K 主ROM中的程序内容。）512 字节片内RAM，它被分成了2 个区，一个256 字节的暂存RAM 区，和一个

26、256字节的辅助RAM区。这些RAM通过不同的方式寻址；4 个8 位双向、可位寻址的I/O 口；一个附加的4 位I/O口P4；3个16 位定时/计数器及一个串行口，一个内部74373 锁存器和74244缓冲器。处理器支持111 条不同的操作码，并可访问64k 的程序地址空间和64k 的数据存储空间。这些外围设备都由有6 个中断源和2 级中断能力的中断系统支持。两个附加的外部中断2 INT / 3 INT ，与标准的80C52中的外部中断0和1的功能相似。这些中断的功能/状态由XICON（外部中断控制）寄存器中的位设置/表示。XICON寄存器是可位寻址的，但不是标准的80C52中的标准寄存器。其

27、地址为0C0H。可用毕业论文9“SETB（/CLR）bit” 指令来置位/清零XICON寄存器中的各个位。W78E516B 有2 种节电模式，空闲模式和掉电模式，2 种模式均可由软件来控制选择。空闲模式下，处理器时钟被关闭，但外设仍继续工作。在掉电模式下晶体振荡器停止工作，以将功耗降至最低。外部时钟可以在任何时间及状态下被关闭，而不影响处理器运行。该芯片是8051升级版，对于工程较大的该系统选用W78E516B是性价比很合理的。表 3.1 W78E516B 管脚功能描述下图是 W78E516B 芯片的典型接法，内含一个内置的晶体振荡器，为使振荡器工作，必须在 XTAL1 和 XTAL2 管脚之

28、间连接一个石英晶体。另外，必须分别在这两个管脚和地之间连一个负载电容；当频率高于 24MHz 时，需要在 XTAL1 和 XTAL2 管脚间接一电阻，以防止 DC 偏压。另外单片机的 INT0 端是接 16C550 端的 INPRT，为了实现中断控制。在毕业论文10原理图中采用了 DS1230Y100（28）进行外部程序存储器的扩展。把单片机的 AD15 给了片选，所以构成低八位和高七位，扩展成为 32K 存储器。图3.2 单片机及外部扩展在 RST 端接一极电容接电源和一电阻接地，电容在刚上电时导通，而 RST 高电平复位，故能保证单片机在刚上电时复位；时间增加后电阻起作用则电平拉低，单片机

29、正常运行。原理图中 P1 的八个端口均接一电阻再加电源是为了上拉电平增强其驱动能力。地址和数据线复用故需要采用 74373 进行地址锁存。在主控单元中还加入了 X25045 作看门狗，是美国 Xicor 公司的产品，它将三种功能：电压监控、看门狗定时器和 E2PROM 组合在单个芯片之内。因其体积小、占用 I/O 口少等优点已被广泛应用于工业控制、仪器仪表等领域，是一种理想的单片机外围芯片。其引脚及描述如下： ：芯片选择输入；Vss：地；SCK：串行时钟输入； Vcc：电源电压； ：写保护输入； RESET：复位输出。 SI：串行输入；SO：串行输出； 它采用 CMOS 工艺的 512 字节串

30、行 E2PROM，可以直接与微控制器的 I/O 口串行相接。它的每个字节可擦写 10 万次以上，内部数据可保存 100 年以上，具有低功耗、长寿命、可编程锁定等功能。使用 3 线总线串行外设接口 SPI，就可对芯片进行读写操作。利用编程器与计算机相连，来实现对 E2PROM 进行读写。如果在看门狗定时器预置的超时时间内没有总线的活动，那么 X25045 将提供复位信号输出。X25045 内部有一个“写使能”锁存器，在执行写操作之前该锁存器必须被置位，在写周期完成之后，该锁存器自动复位。毕业论文11它还有一个状态寄存器，用来提供 X25045 状态信息以及设置块保护和看门狗的超时功能。X2504

31、5 模块的接法如下图：图 3.3 本系统 X25045 接法X25045 是高电平复位，复位端与单片机的 RESET 相接，并接电阻加 VCC 拉高电平，也是为了让复位更有保障。它内有一个位指令寄存器，该寄存器可以通过 SI 来访问。数据在 SCK 的上升沿由时钟同步输入，在整个工作期内，必须是低电平且必须是高电平。特别提出的是，看门狗定时器对单片机提供了独立的保护系统，当系统出现故障时，只要其计时达到其编程的超时极限，或者当电源电压降到最低转换点以下时，RESET 引脚就会立即输出高电平复位信号。该芯片在系统上电或掉电时，RESET 引脚也会立即输出高电平复位信号，从而避免了因系统故障、电源

32、开断、瞬时电压不稳等的影响。 “看门狗”电路的功能就是对 CPU 进行实时检测，当 CPU 落入死循环之后，能及时发现并使整个系统复位。在软件编程中，设置约 1 秒访问一次看门狗芯片，当程序跑飞或大于 14 秒(设置的超时时间)没有访问看门狗芯片，X5045 将输出复位脉冲，直至程序正常运行。3.2.23.2.2 16C55016C550 串口扩展模块串口扩展模块本系统选用 16C550 异步通信单元实现与电表的通讯。TL16C550B 是 TL16C450 异步通信单元（ACE）的功能升级产品，它对外围器件或调制解器接收的数据实行串行至并行的转换，对 CPU 接收的数据实行并行至串行的转换。

33、在 ACE 工作任何时候 CPU 均可读和报告 ACE 的状态。这些状态信息包括：正在进行的传输工作状态，工作类型以及遇到的任何错误条件。TL16C550B 包括可编程的片内波特率产生器，它能用 1 至（216-1）的除数对基准时钟分频并产生驱动内部发送器逻辑的 16X 时钟。它还包括一些措施以便将这种 16X 时钟用于驱动接收器逻辑。在 ACE 中也包括完善的调制解调器控制能力和处理中断系统。它毕业论文12可被置于一种方式（FIFO）中，接收和发送方式时，内部 FIFOs 可存储 16 个字节，为了使系统开销最小并且系统效率最高，所有逻辑均在片内。它有标准的异步通信位（起始，停止及奇偶校验）

34、加至串行数据流或从串行数据流删除；有完整的状态报告能力；有线中断产生和检测；有独立的接收器时钟输入；有独立控制的发送，接收，线状态以及数据设置中断；有完全优先级中断控制。其中断控制功能如下表：表 3.2 16C550 中断控制表ACE 具有片内中断产生和确定优先级的能力（表中已说明） ，能灵活与常用微处理器相接口。当中断产生时，IIR 指示中断挂起并在其三个最低有效位（位 0，1 和 2）指示中断类型。该寄存器的内容归纳于上表中。下图是基本的 16C550B 的配置：MR 主机复位高电平有效，与单片机 RESET 复位脚相连，中断 INTRPT 也是高电平有效即通知 CPU，原理图中接了一电阻

35、接地加反相器再接与W78E516B 的 INTO 作用是确保拉低电平后经反相后为高电平，由于本系统的 TTL 电路中高低电平并非绝对的 0 或 1 而是介于一定范围的，低：-0.50.4V，高：2.45V；所以此处的电阻接地拉低电平是必要的，保障了系统的可靠性。关于原理图中的 550 地址片选，因为在 16C550 说明中 CS0，CS1，2 为 110 时选择 ACE，而本系统把2 与单片机 AD13相连，所以片选为 1101 1111 1111 1111，即 0XDFFF。XIN 和 XOUT 使内部晶振工作原理与单片机相仿所以直接 XTAL1 和 XTAL2 即可。/RD1/WR1 读写

36、口均由单片机读写口引入。此处的 550 的接收发送 SIN 和 SOUT 都送入 232 的 TI1 和 RO1，由它中转。 毕业论文13图 3.4 16550 硬件电路实现 由于电表数据采集后由 485 总线传至 232 进行电平转换，由 232 转化成 TTL 电平，再传至 16C550 中。RS232 来实现电平转换。电平标准如下：逻辑“0”的电平范围为 5V-15V，逻辑“1”的电平范围为 5V-15V。这里选用的 MAX232A 是 MAXIM 公司的 RS232 电平转换芯片。当 PC 机的 TXDPC 输出到 R1IN 时候，首先由 MAX232A 转换成 TTL 电平由 R1O

37、UT输出，经过 6N137 光电隔离后输入 DI 脚，从而转换为 RS485 电平由 Z、Y 输出。以下是 MAX232A 的典型电路连接：图 3.5 MAX232A 典型连接在电表通讯规约里采用 TTL 负逻辑，1：-0.50.4V； 0：2.45V（本系统） ，具体的电表通讯规约将在下章介绍。毕业论文143.2.33.2.3 GSMGSM 模块模块本系统选用蜂窝通信引擎 TC35I，是 Siemens 推出的新一代 GSM 无线通信模块。它设计小巧、功耗很低，可以为很多通信应用提供经济高效的解决方案。可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message

38、Service)和传真。适用于远程信息处理和通信等工业领域。TC35I 的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合 ITU-T RS232 接口标准。它有固定的参数：8 位数据位和 1 位停止位，无校验位，波特率在 300bps115kbps 之间可选，硬件握手信号用 RTS0/CTS0，软件流量控制用 XON/XOFF，CMOS 电平，支持标准的 AT 命令集。模块的工作电压为 3.3 5.5V，可以工作在 900MHz 和 1800MHz 两个频段，所在频段功耗分别为 2W（900M）和1W（1800M） 。常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK 等模式。软件流量控制用XON

39、/XOFF，CMOS 电平，支持标准的 AT 命令集。这里选用 GSM 模块 TC35i，给出其和 PC 机的通信电路, 在 PC 和应用系统之间以此 Modem 和 GSM 网络为纽带，实现远地数据的传输。图 3.6 本系统 GSM 模块的连接图TC35I 通过标准串口与单片机连接，它有 40 个引脚，通过一个 ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这 4 些引脚可以划分为 5 类，即电源、数据输入/输出、毕业论文15SIM 卡、音频接口和控制。通过独特的 40 引脚的 ZIF 连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过 ZIF

40、 连接器及 50 天线连接器，可分别连接 SIM 卡支架和天线。 TC35 模块主要由 GSM 基带处理器、GSM 射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF 连接器、天线接口六部分组成。作为 TC35 的核心，基带处理器主要处理 GSM 终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持 FR、HR 和 EFR 语音信道编码。基带处理器集成了一个与 ISO 7816-3 IC Card 标准兼容的 SIM 接口。为了适合外部的 SIM 接口，该接口连接到主接口(ZIF 连接器)。第 114 脚为电源部分：15 为电源电压输入端 Vba

41、tt+，610 为电源地GND，11、12 为充电引脚，13 为对外输出电压(共外电路使用)，14 为 ACCU-TEMP 接负温度系数的热敏电阻。2429 为 SIM 卡引脚，分别为 CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC 和 CCGND。3340 为语音接口，用来接电话手柄。15、30、31 和 32 脚为控制部分：15 为点火线 IGT(Ignition)， 当 TC35i 通电后必须给IGT 一个大于 100ms 低电平，模块才启动；30 为 RTC backup，31 为 Power down，32 为SYNC。1623 为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0

42、、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0 和 DCD0。TC35 的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合 ITU-T RS232 接口标准。它有固定的参数：8 位数据位和 1 位停止位，无校验位，波特率在 300bps115kbps 之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0。在 GSM11.11 为 SIM 卡预留 5 个引脚的基础上，TC35 在 ZIF 连接器上为SIM 卡接口预留了 6 个引脚，所添加的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡支架中是否插有 SIM卡。当插入 SIM 卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的 SIM

43、卡均无 CCIN 引脚，所以在设计电路时将引脚 CCIN 与 CCVCC 相连。 在设计中为 SIM 卡布线时，发现了一个值得引起注意问题：如果将 SIM 卡的第六脚CCGND 直接与印刷电路板的 GND 相连，不作任何信号的隔离保护，则通话时音量很小。考虑到设计中的电磁兼容和静电保护等因素，为了达到最佳的通话效果，采用在 SIM 支架下，即印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网，该层敷铜与 SIM 卡的 CCGND 引脚相连，CCGND 和电路板的 GND 之间通过两个并联的电容和电感耦合。此举为 SIM 卡构成了一个隔离地，屏蔽了其他信号线对 SIM 卡的干扰。启动电路由开漏极三极管和上电复位电

44、路组成。模块上电 10ms 后(电池电压须大于 3V)，为使之正常工作，必须在 15 脚()加时长毕业论文16至少为 100ms 的低电平信号，且该信号下降沿时间小于 1ms。启动后，15 脚的信号应保持高电平。3.2.43.2.4 电源模块电源模块 本系统想把电源内置在 PCB 板上，所以设计中也这种考虑了电源模块，对其稳定性和滤波都作了分析。先经 7805DC-DC（直流到直流）把 12V 电压转换为 5V 电压供给单片机等芯片，经 LM2576 稳压后 12V 转换成 4.2V 再传给 型滤波电路，用来供给 TC35I。图 3.7 本系统的电源模块图过高的电压除造成测量误差外，还可能会损

45、坏芯片。所以该系统选用 7805 集成稳压器。该芯片是 1A 输出 DC-DC 系列器件，是一个三端稳压集成器件。它是由输出脚 Vo,输入脚 Vi 和接地脚 GND 组成,它的稳压值为+5V,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好,只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容,若采用电解电容,则电容量要比其它的数值要增加 10 倍。内部 7805 稳压杜绝了电源不干净造成的烧板现象。由于 7805 发热量较大，如果散热条件不好，是容易烧坏的。模块的电源输入端是直接连到内部的芯片电源引脚上，供给模块的电源应该使用标准的 5V 稳压电源。 本系统还采用

46、 LM2576，由它加周边电容电阻产生 4.2V 电压再经 型电路滤波然后把 4.2V 电压来供给 TC35I。该芯片内部包含 52kHz 振荡器、1.23V 基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。采用此开关稳压电源可大大减少散热片体积和 PCB 板的面积，甚至在毕业论文17大多数情况下不需要加装散热片，从而减少了对 MCU 工作环境的有害影响；另外采用此开关稳压电源作为 MCU 电源的另一个优势是：开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。不仅可以提高稳压电源的工作效率，减少能源损耗，减少对 MCU 的热损害，而且可

47、减少外部交流电压大幅波动对 MCU 的干扰，同时可降低经电源窜入的高频干扰，这对保障 MCU 的安全和可靠运行能起到事半功倍的作用。此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。LM2576 具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为 MCU 的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。3.33.3 软件的实现软件的实现 软件设计思想也是按模块结构，分单片机主模块；16C550 串口扩展模块；GSM 模块。主函数的流程框架如下图。一.首先初始化：（1）设置外部中断 0（16550） ，时间中断每隔一秒中断一次；（

48、2）延时一分钟，保证 TC35I 启动，并发送测试短消息；二RTM 每隔五分钟从电表取数据，把最新数据保存在电表数据缓存区中；三如果电表出现异常，则 RTM 主动发送警告短消息；四如果接收到控制中心抄表短信，则把电表数据缓存区中的数据上传。毕业论文18 否 是 否 是否是否是 初始化，设置中断，但 EA=0测试电表通讯模块，置相应标志或指示灯测试 GSM 通讯，置相应标志或指示灯进入总循环，检查 5 分钟是否到时则进行电表数据采集，检查是否进行电表数据采集检查电表标志为正常则时间计数清零，同时判断工作模式标志位为 0 则置 1，并置电表正常标志；电表数据采集是否成功电表数据类型加一，如果一轮数

49、据采集完成，则清工作模式标志表示空闲进行电表地址修改的工作清工作模式标志表示空闲清电表正常标志，表示故障毕业论文19 图 3.8 主流程图3.3.13.3.1 单片机主模块单片机主模块 单片机主模块的功能可分为以下几个部分：系统初始化，串口的收发，EEPROM 的读写等。系统的初始化中包括单片机外部中断的设置，定时器的设置，看门狗的设置；外部中断是被 16C550 占用，设置为下降沿触发；定时器设置为每 50MS 为一个中断周期，可作为系统延时的基数；看门狗复位时间初始化为 1.4 秒，具体程序见附录。单片机串口是与 GSM 模块相连，主要就是接收发送短信数据的。串口模块的软件分为串口初始化，

50、串口发送，串口接收。串口初始化主要就是串口波特率的设置。本系统单片机的波特率是 9600bps，具体设置是：以定时器 T1，作波特率发生器使用，其值由定时器 1 的计数溢出率来决定，其公式为： 波特率= (定时器 1 溢出率) =322mods)2(123228modNfsocs其中 smod 为 PCON 寄存器最高位的值，其值为 1 或 0。实际应用中，往往是给定通讯波特率，而后确定时间常数 N，由上式可得：12322256mod波特率socsfN波特率 9600bps，smod=0，选用晶振 11.0592MHz，代入计算可得 N=253 即 fdH。所以TL1=0 xfd;TH1=0

51、xfd;TMOD=0 x21;SCON=0 x50 ;PCON=0，即定义了波特率 9600bps。 串口发送是采用查询方式，具体函数如下：void serial_send_char(unsigned char *cp,unsigned char number)unsigned char tempnum;tempnum=number;while(tempnum0)tempnum-;毕业论文20SBUF=*cp+; while(TI=0) ; TI=0; 串口的接收是采用中断方式，在中断程序中把接收的数据放在缓存区中，等待后续程序的处理；具体中断函数如下：void service_transda

52、ta() interrupt 4 using 1EA=0; if(RI) RI=0; i2_end+; if(i2_end(ILEN2-1) i2_end=0; inbuf2i2_end =SBUF; EA=1; EEPROM 是指看门狗芯片 X25045 中集成的 512 个字节的 EEPROM，其特点是具有允许简单的三线总线工作的串行外设（SPI）接口和软件协议，在本终端中是利用普通 I/O 来模拟实现 SPI 时序来完成数据的读写的。3.3.23.3.2 串口扩展模块：串口扩展模块：与电表的通讯是由 16C550 扩展一个串口来实现的，其数据的发送也是采用查询的方式，发送前，被发数据已经

53、放入指定缓存区中，而数据的接收也是采用中断方式，同样接收数据首先放在指定的定缓存区中。与电表通讯遵循的是国家电力行业标准（DL/T 6451997）多功能电能表通信规约，以下简要介绍一下该规约内容：毕业论文21规约中的字节格式：每字节含 8 位二进制码，传输时加上一个起始位（0） 、一个偶校验位和一个停止位(1)共 11 位。其传输序列如图 3.3.3-1。D0 是字节的最低有效位，D7 是字节的最高有效位。先传低位，后传高位。0D0D1D2D3D4D5D6D7P1 传送方向 起始位 8 位数据 偶校验位 停止位 图 3.9 字节传输序列 帧格式 帧是传送信息的基本单元。帧格式如图所示。说 明

54、代码帧起始符68HA0A1A2A3A4地址域A5帧起始符68H控制码C数据长度域L数据域DATA校验码CS结束符16H 图 3.10 帧格式数据域 DATA 包括数据标识和数据，密码等，其结构随控制码的功能而改变。传输时发送方按字节进行加 33H 处理，接收方按字节进行减 33H 处理。数据分类除测量值以外，本协议将计数值，最大需量发生时间，瞬时电压、电流、功率值等归为变量类，将日历、时间、用户设置值、费率装置的特征字、状态字、费率时段等归为参变量类。毕业论文22 数据标识结构及编码：费率装置中有各种不同类型、不同属性的数据。本规约采用四级树状结构的标识法来表示这些数据。用 2 个字节的 4

55、个字段分别标识数据的类型和属性，这 2 个字节为 DI1和 DI0，4 个字段分别为 DI1H、DI1L、DI0H、DI0L，其中 DI0L 为最低级标识字段，DI1H 为最高级标识段。主站请求帧: :功能是请求读后续数据; ;控制码 C=02H; ;数据长度 L=02H 其帧格式如下：68HA0。 。A568H02H02HDI0DI1CS16H从站正常应答帧:后续数据按正常数据帧格式发送;控制码 C=82H 无后续数据帧 C=A2H 有后续数据帧 数据长度 L=02H+m(数据长度) 传输次序：所有数据项均先传送低位字节，后传送高位字节。传输响应：每次通信都是由主站按信息帧地址域选择的从站发

56、出请求命令帧开始，被请求的从站根据命令帧中控制码的要求作出响应。 收到命令帧后的响应延时 Td:20msTd500ms. 字节之间停顿时间 Tb:Tb500ms.差错控制：字节校验为偶校验，帧校验为纵向信息校验和，按收方无论检测到偶校验出错或纵向信息校验和出错，均放该信息帧，予不响应。传输速率: 1200bps。3.3.3 GSM 模块模块本终端使用的 GSM 模块是爱立信 TC35I 模块，完全支持 GSM AT 指令集，下面对该指令集作简略说明：GSM AT 指令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和 HP 等厂家共同为 GSM 系统研制的，其中包含了对 SMS(Short Message S

57、ervice)的控制。常用短信的 GSM AT 指令 与 SMS 有关的 GSM AT 指令（from GSM07.05）如下表所示：AT 指令 功 能 AT+CMGC Send an SMS command（发出一条短消息命令） AT+CMGD Delete SMS message（删除 SIM 卡内存的短消息） AT+CMGF Select SMS message formate（选择短消息信息格式：0-PDU;1-文本）毕业论文23AT+CMGLList SMS message from preferred store（列出 SIM 卡中的短消息PDU/text: 0/“REC UNRE

58、AD”-未读，1/“REC READ”-已读，2/“STO UNSENT”-待发，3/“STO SENT”-已发，4/“ALL”-全部的） AT+CMGR Read SMS message（读短消息） AT+CMGS Send SMS message（发送短消息） AT+CMGW Write SMS message to memory（向 SIM 内存中写入待发的短消息） AT+CMSS Send SMS message from storage（从 SIM 内存中发送短消息） AT+CNMI New SMS message indications（显示新收到的短消息） AT+CPMS Pre

59、ferred SMS message storage（选择短消息内存） AT+CSCA SMS service center address（短消息中心地址） AT+CSCB Select cell broadcast messages（选择蜂窝广播消息） AT+CSMP Set SMS text mode parameters（设置短消息文本模式参数） AT+CSMS Select Message Service（选择短消息服务） 表 3.3 相关的 GSM AT 指令对短消息的控制共有三种模式：Block Mode基于 AT 命令的 PDU Mode基于 AT 命令的 Text ModeB

60、lock Mode 目前很少用了。Text Mode 比较简单是纯文本方式，可使用不同的字符集，主要用于欧美地区。从技术上说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持。PDU Mode 被所有手机支持，可以使用任何字符集，这也是手机默认的编码方式。发送短消息我们用 PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)模式。PDU 模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU 模式收发短信可以使用 3 种编码：7-bit、8-bit 和UCS2 编码。7-bit 编码用于发送普通的 ASCII 字符，8-bit 编码通常用于发送数据消息，UCS2 编码用于发送 Unicode 字符