基于GSM及单片机的无线电力自动抄表系统的设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑基于GSM及单片机的无线电力自动抄表系统的设计-设计应用摘要：本文以单片机W78E58为对用户电能数据进行采集，配以MAX813L和DS12887实现掉电检测和数据保护，采用西门子TC35i及其外围电路构成无线监控通信终端，利用GSM无线通信网络实现将用户电能数据传送给系统中心计算机，实现了GSM无线网络远程电力自动抄表系统。

0引言

目前我国电能数据的采集基本上为手工抄表，这种方式需要抄表工人挨家挨户去读取电能表的数字，每月或每两月抄，如果用户家中无人就没法读取数据。通过微机或手工制作的电费单催缴用户电费，而且人工抄表的方式还非常不利于数据统计，还存在着错抄、漏抄、估抄等问题。现在科学技术的发展对抄表方式也提出了新的要求，要求提高可靠性、实时性及数据处理方便性，而无线自动抄表系统则是自动抄表系统中一种较优的方式。

1自动抄表系统总体设计

无线抄表系统是由监控中心计算机系统、无线远程抄表终端和GSM无线通信移动网三部分构成，系统总体结构如图1所示。监控系统中心计算机的主要功能是接收下位机发来的电度数，算出电费，然后发送短消息到用户手机，并生成和打印报表等。远程抄表终端定时读取电度表，并发送到监控中心计算机。

图1电能表无线自动抄表系统总体结构图

2GSM无线通信的硬件

无线通信终端采用SIEMENSTC35i作为通信模块，配以MAX3232实现TTL电平到RS232电平的转换，如图2所示。TC35i与GSM2/2+兼容、双频（GSM900/GSMl800）、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705,且易于升级为GPRS模块，模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。

该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。

TC35i有40个引脚，通过一个ZIF（零阻力插座）连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，分别为电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。其中15脚为点火线IGT,当TC35i通电后需给IGT一个大于100ms的低电平，模块才启动；31为Powerdown,32为SYNC.16-23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0.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-TRS232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300bps~115kbps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。

图2TC35i外围电路图

3电能抄表测量端的硬件

在本设计中，电能抄表测量端以Winbond公司的单片机W78E58为如图3所示，采用MAX813L和S12887分别实现掉电检测和数据保护的功能。工作时，单片机只需定时测量单相脉冲电能表输入的脉冲，再根据脉冲数与用电量之间的比例关系即可得到用户的用电量，定时通过TC35i无线通信终端监控发送用户的用电量到系统中心计算机。

图3电能抄表测量端硬件图

MAX813L除了具备手工复位功能外，还能够在上电、掉电以及降压情况下提供复位信号。当VCC降到低于4.65V门限电压时RST变为高电平，在VCC上升超过4.65V门限电压后能保持复位信号200ms;当VCC降到1V时仍能保证复位输出处于正确的状态。MAX813L同时还能对系统电源前端监测，当PF1输入低于1.25V时，PF0则输出低电平，以供单片机通过中断对现场数据进行保护处理。

DS12887美国DALLAS公司推出的8位并行接口实时时钟/日历芯片，内含14字节时钟和控制单元、114字节的用户非易失性RAM、十进制/二进制累加器、总线接口电路。内置一个锂电池，断电后能运行十年以上而不丢失数据；具有计秒、分、时、日、月、年、星期信息，并有闰年补偿功能；可编程用二进制码或BCD码来表示时间、日历和闹钟；具有定时中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断。

液晶显示模块采用带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式的FYD12864-0402B,内部含有国标、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；内置8192个16316点汉字，和128个1638点ASCII字符集，也可完成图形显示。系统还可以通过按钮实现查询当前用电量、本月用电量等功能。

4系统软件设计

4.1远程抄表终端程序设计

程序设计的任务是：（1）用户电量的采集与处理；（2）TC35I的启动、状态检测；（3）单片机与TC5i的串口通信；（4）液晶显示。系统软件主要由初始化模块、电量的采集模块程序、串口发送模块程序和显示模块四部分组成。主程序流程如图4所示。

图4主程序流程图

目前，发送短消息常用Text和PDU（ProtocolDataUnit,协议数据单元）模式。使用Text模式收发短信息代码简单，实现起来容易，但缺点是不能收发中文短信：而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编码字符。单片机与TC35i的软件接口其实就是单片机通过AT指令控制手机的控制技术，首先设置TC35i模块的工作模式；AT+CMGF=n,n=0为PDU模式，n=1为文本模式；通常设置为PDU模式，在这种模式下，能传送或接受透明数据（用户自定义数据）.AT+CMGL=n为读TC35i模块内的短消息，n为短消息信号。AT+CMGL=n为列出模块内的短消息，n=0时未读的短消息，n=1为已读的短消息，n=2为未发送的短消息，n=3为已发送的短消息，n=4为所有短消息。AT+CMGL=n为删除TC35i模块内的短消息，n为短消息编号。通过TC35i写入不同的AT指令，能完成多种功能，如网络登录、发送SMS消息、接受SMS消息等。在本系统中串口通信采用中断的方式来实现的，其短消息发送流程图如图5所示。

图5TC35i短消息发送流程图。

4.2系统中心计算机软件设计

本设计根据软件总体设计的要求和过程，整PC机软件分为数据通讯、数据管理模块二大部分。在本设计中PC机作为上位机，通过串口与TC35i通信，其通信软件主要是利用VB6.0的MSCOMM控件实现的。利用VB建立一个库文件，将PC机接收TC35i传送来的短消息，用于数据的显示、存储。数据管理部分负责数据的统计、查询以及数据库的备份和维护。系统软件整体结构框图如图6所示。

图6PC机软件结构框图

5结论

采用GSM远程无线自动抄表系统大大减少了人力，提高了效率，提高了可靠性，降低了费用，为合理用电提供高效、科学的管理手段，为电力部分的电能表管理网络化、抄表自动化提供一种可选择的有效方法，有很好的经济效益和社会效益。

参考文献:

[1].W78E58datasheet/datasheet/W78E58_705395.html.[2].MAX813Ldatasheet/datasheet/MAX813L_1019603.html.[3].DS12887datasheet/datasheet/DS12887_1076577.html.[4].MAX3232datasheet/datasheet/MAX3232_1107769.html.[5].TTLdatasheet/datasheet/TTL+_1174409.html