電能計(jì)量是現(xiàn)代電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),。傳統(tǒng)的電量結(jié)算是依靠人工定期到現(xiàn)場(chǎng)抄取數(shù)據(jù),，在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用性等方面都存在諸多不足之處,；將現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電能量測(cè)量技術(shù)結(jié)合在一起,，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確,、全面地反映電量的使用(即銷(xiāo)售)情況,。本方案首先采用短距離無(wú)線通信方式將用戶(hù)電表的電量信息集中起來(lái)，然后通過(guò)GPRS無(wú)線局域網(wǎng),，以一種短消息的方式將此信息送給總控中心,，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)無(wú)線抄表功能。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
基于GPRS的智能小區(qū)無(wú)線抄表系統(tǒng)主要由3部分組成：無(wú)線電表,、現(xiàn)場(chǎng)主控節(jié)點(diǎn)以及遠(yuǎn)程GPRS無(wú)線控制終端,。圖1是某小區(qū)的無(wú)線抄表系統(tǒng)組成框圖。其中無(wú)線電表是將傳統(tǒng)的電表所采集到的電量做相應(yīng)的處理,，并配置無(wú)線收發(fā)模塊以短距離無(wú)線的方式將此電量信息發(fā)進(jìn)出去?，F(xiàn)場(chǎng)主控節(jié)點(diǎn)除了配置無(wú)線數(shù)傳模塊外，還需要配置GPRS無(wú)線收發(fā)模塊,，首先將每個(gè)樓層以無(wú)線方式所采集到的電量數(shù)據(jù)集中起來(lái),，然后通過(guò)GPRS模塊將此信息發(fā)送出去。遠(yuǎn)程GPRS無(wú)線控制終端主要完成對(duì)GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā),，以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所采集到的電量數(shù)據(jù)作相應(yīng)的處理,。
2 現(xiàn)場(chǎng)主控節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
無(wú)線抄表系統(tǒng)中最主要的是現(xiàn)場(chǎng)主控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì),。該部分主要包括無(wú)線數(shù)據(jù)收／發(fā)以及GPRS數(shù)據(jù)收／發(fā)兩部分。其中無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)中所采用的模塊與無(wú)線電表中所使用的模塊相同?，F(xiàn)場(chǎng)主控節(jié)點(diǎn)設(shè)置在小區(qū)各樓層的中心位置,，負(fù)責(zé)定時(shí)將單個(gè)單元采集點(diǎn)測(cè)量的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的集中。主控節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)的信令控制和數(shù)據(jù)提取,，并通過(guò)GPRS模塊對(duì)遠(yuǎn)端主控中心的數(shù)據(jù)請(qǐng)求作出響應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)主控節(jié)點(diǎn)組成框圖如圖2所示。
主站以Armel公司的AT89C2051作為主控制器,，包括無(wú)線數(shù)傳模塊,、存儲(chǔ)模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊和時(shí)鐘模塊,。微控制器選用ATB9C2051,。該控制器內(nèi)部有1個(gè)全雙工異步串行通信模塊UART，可以發(fā)送／接收8位數(shù)據(jù),，帶有幀錯(cuò)誤檢測(cè)功能,。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選擇容量為64 KB的EEPROM存儲(chǔ)器AT24C256，通過(guò)微控制器的I／O口(P1．2引腳)外接存儲(chǔ)器的SDA腳,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀／寫(xiě),；P1．3引腳外接SCL腳，提供讀／寫(xiě)時(shí)序信號(hào),。微控制器通過(guò)串行接口TX(P3．0引腳)和RX(P3．1引腳)外接無(wú)線數(shù)傳模塊的發(fā)送和接收單元,，通過(guò)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片接GPRS模塊的RS232口。單片機(jī)的串行口同時(shí)連接兩個(gè)設(shè)備的串行口,，容易出現(xiàn)硬件沖突,。采用分時(shí)復(fù)用方式可保證同一時(shí)刻只連接一個(gè)設(shè)備的串口。
時(shí)鐘模塊采用基于I2C總線結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘芯片DS1307,。DSl307串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片是一種低功耗,，全部采用BCD碼的時(shí)鐘／日歷芯片，內(nèi)帶56字節(jié)的NVSRAM,。地址和數(shù)據(jù)是通過(guò)I2C總線進(jìn)行串行傳輸?shù)?。它能提供秒、分,、時(shí),、日、星期,、月和年信息,。它具有可編程方波輸出信號(hào)；時(shí)鐘可以以24小時(shí)模式工作或者用AM／PM來(lái)指示以12小時(shí)模式工作。DS1307有一個(gè)內(nèi)置電源敏感電路,，能檢測(cè)到主電源掉電并自動(dòng)切換至電池供電；可選工業(yè)溫度為一40～+85℃,。微控制器模擬I2C總線的讀／寫(xiě)控制時(shí)序完成對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息的讀／寫(xiě)操作,。
2.1 基于DTD462A的數(shù)據(jù)收／發(fā)模塊設(shè)計(jì)
DTD462A屬于微功率智能型無(wú)線數(shù)傳模塊，其內(nèi)部集成了8位CMOS低功耗高速M(fèi)CU AT90S2313,。DTD462A最大發(fā)射功率為10mW,，工作在433MHz的ISM頻段；采用基于FSK的調(diào)制方式和高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù),，具有較高的數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力,，可靠傳輸距離可達(dá)300m；提供透明的數(shù)據(jù)接口,，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶(hù)協(xié)議,；具有休眠功能以及可靠性高、體積小,、重量輕的特點(diǎn),。系統(tǒng)采用DTD462A-96，通信接口速率為9600bps,，通信信道是半雙工的,，最適合點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式。
DTD462無(wú)線數(shù)傳模塊提供標(biāo)準(zhǔn)RS232,、RS485和UART／TTL電平3種接口方式,，可直接與計(jì)算機(jī)、RS485設(shè)備,、單片機(jī)或其他UART器件連接使用,。DTD462提供1個(gè)9針的連接器(JPl)，其定義及與終端的連接方法如表1所列,。
圖3給出了DTD462A與AT89C2051的接口設(shè)計(jì)方法,。
DTD462A數(shù)傳模塊的第8腳SLP(SLEEEP)是休眠控制信號(hào)。為進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗,，軟件控制現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的DTD462A模塊平時(shí)工作在間歇休眠狀態(tài),。SLP(SLEEP)信號(hào)持續(xù)1ms低電平(4800 bps以上200μs即可)，DTD462A進(jìn)入休眠,。如果休眠信號(hào)到來(lái)時(shí),，DTD462A正在接收空中數(shù)據(jù)或正在將接收的串口數(shù)據(jù)發(fā)射到空中，則當(dāng)接收完該組數(shù)據(jù)后,，DTD462A才進(jìn)入體眠狀態(tài),。第9腳RST(RESET)是微功率數(shù)傳模塊的MCU外部復(fù)位信號(hào)。該信號(hào)用來(lái)復(fù)位MCU，也可喚醒已經(jīng)體眠的MCU,。該信號(hào)持續(xù)lOμs低電平,，DTD462A復(fù)位或被喚醒。在RESET信號(hào)的上升沿后20ms,，DTD462A即可開(kāi)始工作,。
平時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)主控節(jié)點(diǎn)的DTD462A模塊處于休眠狀態(tài),。當(dāng)需要對(duì)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí),，喚醒DTD462A；當(dāng)所有的采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送完后,，DTD462A重新進(jìn)入休眠狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)主控節(jié)點(diǎn)對(duì)DTD462A狀態(tài)的控制是通過(guò)AT89C2051 P1口的P1．6和P1．7腳實(shí)現(xiàn)的。