基于GPRS的遠程抄表系統硬件接口電路的設計

戴小紅

(福建水利電力職業技術學院，福建 永安 366000)

我國傳統的電力能源管理方式已經無法適應當前電力事業飛速發展的要求，如何及時有效地對用戶用電量及其他數據的收集、統計和分析是電力系統迫切需要解決的問題，而解決這個問題的根本途徑是采用先進的遠程抄表技術. 遠程抄表是一種可以對各種儀表進行自動采集和記錄數據，并通過一定的通信方式自動將記錄的數據信息傳送給計算機中心，然后由計算機系統對數據進行分析、處理的技術[1]8-11.

1 基于GPRS的電能表遠程抄表系統的結構

基于GPRS的電能表遠程抄表系統的結構如圖1所示. 系統由電能表、采集器、帶GPRS模塊的集中器和主站4個部分組成. 采集器與電能表之間、采集器與集中器之間的底層通信采用RS-485總線通信方式，集中器與主站之間的上層通信采用通過GPRS接入Internet的通信方式.

數據傳輸的具體過程是：采集器實時采集用戶電能表的用電數據，通過RS-485總線將數據傳送到集中器，集中器通過GPRS模塊登陸GPRS網絡，進而與因特網建立連接，最終將數據發送到主站，從而完成數據傳送.

圖1 基于GPRS的遠程抄表系統結構圖

2 基于GPRS遠程抄表系統硬件接口電路的設計

數據采集及數據傳輸終端的實現是硬件系統設計的關鍵，它的核心是集中器，它上要通過GPRS網絡與主站建立連接，下要通過RS-485 總線與采集器連接，該硬件系統的核心是中心處理器，它通過RS-485接口與采集器進行數據傳遞，通過RS232接口控制GPRS模塊，通過Internet網實現與主站中心服務器的連接，從而實現遠程自動抄表系統的數據傳輸.

2.1 采集器的通信接口電路

系統中采集器的主要作用是根據集中器轉發的命令對用戶的電表數據進行定時的采集和存儲，并按要求將數據傳輸給集中器，所以采集器下行要與電能表、上行要與集中器進行數據通信，采集器的上、下行通信信道均采用RS-485總線,這里采用MAX1487芯片來實現采集器的主控制器(AT89S52)與RS-485總線的連接. 采集器的通信接口電路如圖2所示. 采集器的主控制器AT89S52分別與兩片MAX1487芯片連接，這兩片MAX1487分別接在兩條不同的RS-485總線上，一條與電能表相連，另一條則與集中器連接. 其中,與智能表相連接的MAX1487的RO、DI腳,連接在主控制器AT89S52的Pl.0和Pl.1腳上, Pl.2接MAX1487的兩個控制端；與集中器相連接的MAX1487的RO、DI腳,連接在主控制器AT89S52的P3.0和P3.1腳上, Pl.3接MAX1487的兩個控制端.

圖2 采集器的通信接口電路

2.2 集中器主控制器通信接口電路的設計

本文的遠程抄表系統選用了MSP430F149單片機作為集中器的中心處理器. MSP430F149是一款具有精簡指令集的16位總線的帶FLASH(閃存)的超低功耗的混合型單片機，其突出優點是低電源電壓、高效的尋址方式和超低功耗. GPRS模塊則選擇了無鉛環保型通信模塊MC39i.

集中器的結構框圖如圖3所示，主控制器MSP430F149的通信接口電路由兩部分組成：一是MSP430F149與采集器之間的通信接口電路，由于它們之間采用RS-485總線通信，因此這里主控制器也選用了MAX1487芯片實現與RS-485總線的連接；另一個是MSP430F149與GPRS模塊MC39i之間的通信接口電路，它們之間通過MAX3232芯片連接從而實現數據傳輸.

圖3 集中器的結構框圖

2.2.1 主控制器與采集器的通信接口電路

2.2.2 主控制器與GPRS模塊MC39i的通信接口電路

由于主控制器輸出的是TTL信號，而GPRS模塊預留的是RS-232標準接口，因此要實現兩者間的通信必須進行電平轉換. 本系統采用了Maxim 公司生產的具有電平轉換功能的MAX3232 總線接口芯片，該芯片可以實現TTL電平和RS-232電平的相互轉換. MAX3232將MSP430F149的數據發送端UTXD0發送的TTL電平信號接收(10號引腳)，并轉換成RS-232電平信號從T2OUT(7號引腳)輸出到MC39i 的數據接收端RXD0；而將MC39i 的數據發送端TXD0發出的RS-232電平信號接收并轉換成TTL電平信號從R2OUT(9號引腳)輸送到MSP430F149的數據接收端URXD0上，從而實現了主控制器和GPRS模塊的數據通信. 主控制器與GPRS模塊MC39i的通信接口電路如圖5所示.

集中器通過GPRS模塊登陸GPRS網絡，進而與因特網建立連接，最終將數據發送到主站，從而完成數據傳送.

圖4 主控制器與采集器的通信接口電路

圖5 主控制器與MC39i的通信接口電路

3 結語

在飛速發展的無線通信技術的推動下，GPRS技術已經十分完善、規范和實用，其應用領域也越來越廣泛. 與此同時,隨著國家對能源利用效率更加重視和電力管理部門對抄表自動化改革的不斷深化,基于GPRS技術的遠程自動抄表系統必將有一個廣闊的應用前景.

[1] 楊宏業,張 躍. 自動抄表系統中通信方案的現狀與展望[J]. 電測與儀表，2001(08).

[2] 魏小龍. MSP430系列單片機接口技術及系統設計實例[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2002.