摘 要: 一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)、通過短消息業(yè)務(wù)(SMS)實現(xiàn)的電力數(shù)據(jù)的無線傳輸系統(tǒng)。對系統(tǒng)的硬件及軟件進(jìn)行了說明。
關(guān)鍵詞: GSM 遠(yuǎn)程抄表 SMS
目前我國國內(nèi)電表的讀取方式主要有三種:(1)傳統(tǒng)的人工抄表方式。需到用戶處讀取數(shù)據(jù),返回局后將數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計等工作。(2)預(yù)付電費(fèi)方式。抄表人無須到用戶處,用戶通過銀行繳費(fèi),供電方按購買額供電,完成抄表收費(fèi)工作。(3)遠(yuǎn)程抄表方式。監(jiān)控中心通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)(例如電力線載波、公共電話網(wǎng)等)自動獲取電表數(shù)據(jù)。目前國內(nèi)大量使用的還是人工抄表方式,部分地區(qū)開始使用遠(yuǎn)程抄表的方式。傳統(tǒng)的人工抄表不能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性,浪費(fèi)大量的人力和時間,并給用戶帶來不便[1]。當(dāng)前,GSM移動通信得到了迅速的普及,一些基于GSM的無線應(yīng)用產(chǎn)品,如車載和遙控等系統(tǒng)開始不斷出現(xiàn)。在電力抄表系統(tǒng)中,由于對實時性和數(shù)據(jù)的傳輸量及傳輸速度要求不是很高,因此可以利用GSM短消息業(yè)務(wù)(Short Message Service,SMS)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。SMS具有隨時隨地獲取信息的功能,且通信費(fèi)用低,應(yīng)用系統(tǒng)相對簡單,易于推廣使用。利用現(xiàn)有的SMS網(wǎng)絡(luò)平臺,可以用較少的投入構(gòu)造一個適合特定業(yè)務(wù)需求的、專用的短信息服務(wù)系統(tǒng)[2]。本文即利用中興通訊公司的GSM無線調(diào)制解調(diào)器ZXGM18,通過短消息業(yè)務(wù)實現(xiàn)了一種電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
該系統(tǒng)主要包括中心控制室、遠(yuǎn)端子站和子站設(shè)置器三個組成部分。中心控制室主要完成啟動抄表、電力數(shù)據(jù)的顯示、存儲和分析以及接收遠(yuǎn)端子站的跳閘信息等工作。而遠(yuǎn)端子站則在收到啟動抄表命令后進(jìn)行讀表工作,并將電力數(shù)據(jù)組織成自定義格式后通過短消息發(fā)送到中心控制室。同時,子站還對電表箱的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,一旦檢測到有非法開啟狀態(tài)則會在跳閘斷電的同時發(fā)送跳閘信息到中心控制室。子站設(shè)置器用于遠(yuǎn)端子站的設(shè)置工作,包括設(shè)置中心控制室的SIM卡號碼和子站電表數(shù)目。另外如果需要,還可以設(shè)置子站SIM卡的短消息服務(wù)中心地址。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
系統(tǒng)中采用的短消息業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)提供給用戶的一種數(shù)字業(yè)務(wù),具有雙向通信能力。SMS利用了短消息服務(wù)中心(SMSC)的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,當(dāng)接收端關(guān)機(jī)或不在服務(wù)區(qū)時,SMSC會暫存短消息;當(dāng)接收端開機(jī)并處在服務(wù)區(qū)后(一般在24小時內(nèi)),SMSC立即把該短消息發(fā)給接收端。每條短消息可以傳送160個7位編碼數(shù)據(jù)或140個8位編碼數(shù)據(jù),或70個UNICODE碼。如果超過這個長度則需分多條短消息發(fā)送。本系統(tǒng)中發(fā)送的短消息數(shù)據(jù)區(qū)都加入了自定義的命令碼和狀態(tài)碼,具有較強(qiáng)的安全性[3][4]。
2 硬件設(shè)計
系統(tǒng)的硬件設(shè)計也相應(yīng)地分為中心控制室、遠(yuǎn)端子站和設(shè)置器三個部分。其中,中心控制室的硬件設(shè)計相對比較簡單。三個部分的硬件設(shè)計框圖如圖2所示。
2.1 中心控制室
由于ZXGM18集成了完整的GSM功能,為用戶提供了較完備的系統(tǒng)連接接口,包括外部電源、串行接口以及可能需要的外部SIM和音頻接口,因此中控室硬件部分主要完成ZXGM18模塊外圍的電源電路以及與主機(jī)的串行通信電路的設(shè)計。需要注意二個問題:①為保證模塊正常工作,電源電路設(shè)計時應(yīng)有2A的峰值電流輸出能力;②與模塊進(jìn)行串行通信時,信號電平要進(jìn)行轉(zhuǎn)換,不能超過3.3V,否則會對模塊造成永久損壞。
2.2 遠(yuǎn)端子站
子站與外部主要有三個數(shù)據(jù)通道,分別實現(xiàn)與ZXGM18模塊、設(shè)置器和電表的數(shù)據(jù)交換。其中經(jīng)過相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換,子站與ZXGM18模塊利用模塊提供的UART接口通信與設(shè)置器采用RS-232串行通信,以及與多塊電表則利用RS-485總線進(jìn)行通信。另外還包括非法開箱檢測輸入信號和跳閘輸出信號。子站的MCU采用了AT89C52,省略了外部程序存儲器的設(shè)計。子站硬件框圖中的多路復(fù)用器用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)通道的切換。
2.3 設(shè)置器
設(shè)置器主要包括鍵盤、LCD顯示和串行通信電路等部分,可以設(shè)置子站的中控室SIM號碼和各個電表的表號,如果需要還可以設(shè)置子站的短消息服務(wù)中心號碼。
3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要包括中控室主控程序、遠(yuǎn)端子站下位機(jī)程序以及設(shè)置器設(shè)置程序三個部分。設(shè)置器設(shè)置程序比較簡單,主要實現(xiàn)輸入號碼的顯示和發(fā)送。中控室主控程序主要完成子站及其電表的注冊、注銷等管理工作和啟動讀表操作以及電表數(shù)據(jù)的存儲、顯示和分析工作,同時還監(jiān)聽子站的跳閘信息并進(jìn)行報警。其中,與ZXGM18模塊的通信工作比較特殊,需要使用專門的AT命令集。針對不同的GSM無線MODEM模塊,具體的AT命令的參數(shù)會有所不同,支持的消息模式也會不同,如ZXGM18只支持Text模式、西門子C35I只支持PDU(Protocol Description Unit)模式等。Text模式是基于ASCII字符的,頭信息和消息內(nèi)容分別由不同的命令參數(shù)定義。而PDU模式是基于二進(jìn)制字符串的,數(shù)據(jù)和代碼都已經(jīng)過了編碼。系統(tǒng)中主要用到的AT命令(采用具有自動開機(jī)功能的模塊)如表1所示。
遠(yuǎn)端子站下位機(jī)程序軟件流程圖如圖3所示。上電后首先檢測ZXGM18模塊是否能正常找到網(wǎng)絡(luò),找到后則與設(shè)置器進(jìn)行握手操作,握手成功后就等待設(shè)置器的各個設(shè)置命令,否則進(jìn)入等待讀表命令狀態(tài)。圖中的“跳閘”標(biāo)志位在定時中斷程序中設(shè)置。該程序周期性檢測有無非法開箱動作,檢測為真則置位“跳閘”標(biāo)志位。
4 結(jié)束語
基于GSM網(wǎng)絡(luò)短消息業(yè)務(wù)的電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)具有良好的移動性,不需要建立專用無線通信網(wǎng)絡(luò),同時可靠性也得到保證。本系統(tǒng)已經(jīng)在某市供電分局進(jìn)入試用階段,到目前為止系統(tǒng)運(yùn)行良好。相信這種方式會有比較廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
1 徐德軍,蔡鍵龍,龔建榮.用單片機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表.電子工程師,2001;(5)
2 張玲.利用SMS實現(xiàn)面向移動用戶的信息服務(wù).微型機(jī)與應(yīng)用,2001;(9)
3 張正紅,胡小軍,劉東.基于GSM短消息接口的MC3一體化遙測系統(tǒng).單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2002;(11)
4 譚寶成,王鵬.基于SMS通信的直放站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2002;(10)