远程自动抄表系统设计毕业设计论文.docx

远程自动抄表系统设计毕业设计论文.docx

《远程自动抄表系统设计毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《远程自动抄表系统设计毕业设计论文.docx（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

远程自动抄表系统设计毕业设计论文

远程自动抄表系统设计

摘要

我国现代化建设事业的高速发展推动了企业数量的快速增长，对能源特别是电能的需求也越来越大，同时使得电力部门的电能表抄表的工作量和工作强度大大地增加。

为了从根本上克服传统人工抄表模式的弊端，各国都纷纷研究远程自动抄表技术并且取得了巨大的成功。

自动抄表技术（AutomaticMeterReading）[IJ是利用单片机等控制单元将数据采集、传输和处理应用于自来水、电力、煤气（以下简称“三表”）供应与管理系统中的一项新技术。

我国对自动抄表技术的研究起步比较晚，但是发展很快。

随着对自来水、电力、煤气供应管理方式改革的不断深化和行业自动化推进速度的不断加快，对远程智能抄表技术的研究在不久的将来必会成为热点。

电子技术、纳米级的IC制造技术、无线网络技术和嵌入式操作系统等嵌入式技术快速发展，并且已经广泛地应用到仪器仪表、汽车电子、消费电子、网络设备、移动计算存储等领域。

伴随着这些新技术的发展，出现了一种新型的无线网络一一通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService，简称为GPRS）网络。

GPRS网络作为新的通讯方式，具有实时在线、高速传输、快速登陆、按流量收费、支持IP协议和X.25协议等优点。

利用GPRS进行远程自动抄表使得抄表变得更加快捷、高效。

在此背景下，本文提出并设计了基于GPRS网络技术的远程自动抄表系统。

本系统采用TI公司的数字模拟混合信号处理器MSP430Fl49和SIMCOM公司生产的SIM300C型号的GPRS模块作为硬件平台。

利用RS485串行通讯接口采集多功能电能表各电表参数，然后通过GPRS网络把采集到的各种数据传输到远程管理计算机并存储，以此实现电能表的远程抄表。

文中，首先介绍了当前国内外自动抄表技术发展的现状，并分析了几种广泛使用的自动抄表系统的原理及系统组成，介绍了不同的数据传输通

讯方式的优缺点，GPRS网络原理和结构：

然后详细介绍了基于GPRS网络技术的远程自动抄表系统的硬件方案和设计电路：

最后详细介绍了抄表终端的软件实现和服务器管理软件的设计。

关键词：

通用无线分组业务（GPRS），远程抄表，TCP/IP协议，管理软件

ABSTRACT

High-speeddevelopmentofourcountry’projectofmodernizationdrivesthenumberofenterprisetofastincrement,sodemandofpowerespeciallyelectricitybecomesmoreandmoreimportant.Atthesametime,itincreasesworkloadandworkingstrengthofelectricitymeteringofelectricpowerdepartment.Inordertoconquershortcomingsoftraditionalmanualmeterreadingmode,alotofcountriesareresearchingremoteautomaticmeterreadingsystemandobtaingreatsuccess.Automaticmeterreadingisanewtechnology

whichappliesdataacquisition,transmissionandprocessingtowater,power,andgas’supplyandmanagement.Researchofautomaticmeterreadingtechnologyinourcountryisratherlate,butdevelopmentisveryfast.Withmanagementrevolutioninthewater,power,gasmanagementandceaselesslyadvancingindustryautomation,theautomaticmeterreadingresearchisbecomingatrend.

Electronictechnology,nanometerlevelICmanufacturetechnology,wirelessnetworktechnologyandembeddedoperatingsystemdevelopfastand

widelyappliedtometers,automobileelectronic,consumptionelectronic,neteqpment,mobilecompetestoragefields.Withthosenewtechnologiesdevelopment,anewtypeofwirelessnetwork（GeneralPacketRadioService）appears.Asanewcommunicationmode,GPRSnetworkhasreal-timeon-line,fasttransmission,quicklogon,paidaccordingtofluxofnetdata,supportedIPprotocolandX.25protocolmerits.Automaticmeterreadingwillbecomemorefastandhighefficiency.

Inisbackground,weadvancedanddes1edaremoteautomaticmeteringsystem,whichbaseonGPRSnettechnology.ThesystemintroducesTI'sMSP430Fl49andSIMCOM'sGPRSmodule-S1M300Cashardwareplat岛rm.ByRS485serialcommunicationpo，itcollectsparametersofmulti-functionenergymeter,andtransmitsthemto出eremotemanagementcomputerbytheGPRSnetwork,andpPeservesthesepar缸netersinthedatabase.Thispaperintroducesstatusinquoofdevelopmentathomeandabroad,andanalyzessomeautomaticmeterreadingsystem’sprincipleandconstitution,andintroducesadvantagesanddisadvantagesofdifferentdatatransmissionmode,principleandstructureofGPRSatfirst;andthenintroduceshardwareschemeanddesignedcircuitofremoteautomaticmeterreadingsystem,whichbasedonGPRSnetworktechnologyindetail;atlastintroducesso负warerealizationofmeteringterminalanddesignofservermanagementsoftware.

KEYWORDS:

GeneralPacketRadioService（GPRS）,RemoteMetering,TCP/IPprotocol,managementsoftware

第五章总结与展望............................................................................................28

5.1总结.............................................................28

5.2展望.............................................................28

参考文献.......................................................30

第一章绪论

1.1课题研究背景和目的

随着我国现代化进程的加速推进和高科技技术的飞速发展，使得人们的生活方式和工作方式发生了巨大的变革。

电脑、网络的普及推动了无纸化和电子化商务办公的发展，使得人们的工作效率大大提高，同时也大大地降低了工作强度。

人们正越来越多的享受到高科技带来的方便与快捷。

这些变革的推动力之就是大量的电子产品的广泛应用，故作为电子产品正常运行的必需条件一一电能，已经成为整个社会发展的最重要的资源。

电子产品已经应用到社会的方方面面，特别是各种测量仪器、仪表的广泛应用，大大降低了一线测量工作人员的工作强度。

因此，电能表查抄方式也应该顺应时代发展潮流，向高效、自动化方向发展。

早期的、甚至现在一些偏远地方的抄表方式都是抄表员挨家逐户进行手工查抄。

这种抄表方式在电表数量相对较少和用电户居住地相对集中的情况下查抄效果较好：

但在电表数量较多，用电户分散的情况下存在着许多不足，一方面抄表员的工作强度大，工作效率低下，耗费大量的人力物力：

另一方面，在查抄过程中不可避免的出现人为的误抄、漏抄、估抄等错误的发生。

此外，所妙得的用电户咆量数据需要人工逐条录入计算机管理系统，这样既增加了抄表员的工作量，又降低了现代化管理系统的使用效能。

．在是由于人工抄表方式存在以上的不足，人们在积极探索更加有效的抄表方式。

随着电子科技技术的快速发展，使得这种探索有了新的突破。

国内电能表从传统的机械式向数字化、小型化和自动化类型的多功能数字电能表发展。

这为智能化计量奠定了基础，智能化电能表现在主要以电子式复费率电能表和多功能表为代表，它们通常带有红外通讯口、RS485接口，有的还带有电力载波模块。

带有各种接口的智能化电能表的推出，使电能的集中采集、电能的自动化管理及用电负荷的综合管理得到了发展。

但从目前的应用来看，电能表的红外通讯口、RS485通讯口只适合于近距离（红外通讯口只有51Orn左右的通讯距离，RS485通讯口只有几百米的有效通讯距离

（2））内，而电力载波通讯是适合在同一配变下电源质量条件较好情况下使用的一种通讯方式。

因此，

无论是红外通讯、RS485通讯还是电力载波通讯，都只是局限于短距离、小范围内的本地数据通讯。

近年来，随着中国移动公司的GPRS网络覆盖面积的不断扩大和通讯费用的逐年降低，特别是各种优惠的“包月套餐”等服务的推出，使得手机GPRS上网和数据传输更加实惠。

人们越来越多的享受到高科技所带来的“无线你的无限”的乐趣！

由于无线通信技术的发展，完全可以利用GPRS移动网络中提供的无线IP，在GPRS服务网络平台上构建远程无线抄表系统问。

基于此，本文设计了一种基于GPRS技术的远程电能自动抄表系统。

其优点在于头’时性强、自吕＆时采集数据、可以远程控制，由于是利用GPRS公网的平台，因而只需用户安装终端模块，无需专门布线即可实现，投资小、收益大、抄表范围广，并且系统传输容量大、速度快、费用低。

1.1.1当前自动妙表发展现状

1、国外自动抄表发展现状

当前许多国家和地区都己广泛使用远程自动抄表系统替代了传统的人工抄表方式。

远程自动抄表系统主要应用于电表、水表、煤气表、热力表等测量、采集仪表中，它的快速成长主要得益于计算机技术、电子制造技术和先进无线通讯技术的高速发展。

在这些先进技术的推动下，各种测量仪表向小型化、智能化和低功耗的方向发展。

在各种测量仪表向智能化发展的趋势下，势必要变革这些仪表测量数据的抄读和传输方式。

与此同时，先进无线通讯技术的发展使得远距离传输测量数据变得更加容易和方便。

2007年，全世界范围内大约安装了16亿块电能表，年需求量是1.22亿块。

在所安装的表中，电磁式电能表占79%，固态式电能表占21%。

中国、美国、加拿大、印度、日本、俄罗斯六国占2007年总装表数的54%141。

在2006年，中国和印度所安装的电能表中，固态式电能表所占的安装份额快速增长。

在某些区域电能表的需求模式也像美国近几年非连续、大规模的应用自动抄表系统的发展模式一样，I巨进入一个全新的发展阶段。

电能表市场需求非连续增长是由电磁式电能表向固态式电能表的转换和升级到高级电能表所造成的。

2、国内自动抄表发展现状

目前我国国内抄表方式大致有如下三种：

一是传统的人工抄表方式，采用抄表人员挨家逐户手工抄表，返回电力管理局后把抄得的电表数据逐条手工输入管理计算机中的方法。

这种抄表方式误差大、统计工作量大，人为造成错误的几率大，给用户和电力管理部门带来极大的不便：

二是预付费妙表方式，妙表人员无须到户查表。

用户通过到电力管理部门购买磁卡、IC卡等记忆卡，然后预缴一定金额的用量的方式。

待预缴金额不足时，测量表装置发出余额不足的警告，通知用户尽快缴费。

这虽然减少了人为因素，但是购买用量时需要到银行或管理部门，费时费力，且水、电、气表分别交费，也有许多不便之处：

三是通过专用通讯线路（如公用电话线、电力载波线、区域无线电台等〉自动获得远程用户测量仪表数据的方式。

虽然我国自动抄表系统已经取得了巨大的发展，但是人工抄表方式在广大的农村甚至一些城镇仍然广泛存在，可喜的是大多数的中型城市已经实现了磁卡、IC卡等预付费抄表方式。

远程无线自动抄表也已经在部分发达地区进行试点推广，远程无线抄表方式必将成为自动抄表的发展趋势。

3、GPRS远程抄表方式

GPRS---GeneralPacketRadioS町vice，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接［5］。

通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上，用户上网可以免受断线的痛苦。

香港作为第一个进行GPRS实地测试的地区，已经取得了良好的收效。

使用了GPRS后，数据实现分组发送和接收，用户就可以总是在线并且按流量计费，迅速降低了服务成本。

GPRS的服务成本仅是CSD（电路交换数据，即通常说的拨号数据，欧亚WAP业务所采用的承载方式）服务成本的十分之一。

中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。

在移动通信公司的GPRS业务平台上构建远程妙表系统，实现测量仪表数据的无线数据传输。

该抄表方式具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。

GPRS远程抄表方式具有如下优点：

（1）实时性强

由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个／所有数据采集点的数据。

可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

（2）可对电表设备进行远程控制

通过GPRS双向系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。

（3）建设成本低

由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低．

（4）集抄范围广

GPRS网络覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。

而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

1.2课题设计方案

该方案是通过GPRS网络远程检测各个现场测量仪表的运行情况，实时反映被测对象的运行状况，可以广泛应用于远程流量、压力、温度、热量、电能等测量采集场合。

本文设计的是基于GPRS技术的远程自动电能抄袭系统，所以就以该方案在远程电能抄表中的应用做一介绍。

该系统充分利用了GPRS的接入时间短、数据传输速率高、支持TCP/IP协议和X.25协议，可与Internet进行互联、按流量收费等的优点，把电能表测量的有功电能、相电压、相电流及瞬时有功和无功功率等电能参数发送到Internet上具有固定P地址的远程管理机上。

管理软件把这些数据分类实时显示，方便电力管理部门实时查看用户的用电情况，并且把这些电表数据存入数据库中。

用电户可以打印查看自己的详细用电情况，同时管理部门可以根据这些电表参数对用电情况进行统计，为科学合理地调度、管理电能提供了可靠的依据。

基于GPRS的远程抄表系统主要是由电表数据抄写模块、控制模块、GPRS无线通信模块和远程管理计算机四部分构成。

系统结构示意图如图1-1所示。

电能表

图1-1系统，结构示意图

Figure1-1s位ucturesketchmapofsystem

（1）电表数据抄写模块

该模块主要实现对电表数据的采集功能。

数据采集方式有两种：

一种是由控制单元定时采集：

另一种是由管理人员远程控制的实时采集。

为了节约成本、减少抄表模块数量，使一定区域内只使用一个抄表模块，本系统选用RS485组网模式［6）进行数据来集。

实验证明这是一种可行的、有效的方法。

（2）控制模块

控制模块的核心为单片机。

该模块主要实现对电表数据采集、处理的控制，对GPRS模块初始化，通过AT指令使GPRS模块与远程管理机建立TCP/IP连接，经过添加用户信息、参数标识、校验码后，把数据包发送到远程管理计算机上等功能。

（3）GPRS无线通讯模块

该模块主要实现与远端管理机建立TCP/IP连接，以实现传输电表数据。

本系统选用SIMCOM公司的内嵌TCP/IP协议校的GSM/GPRS模块S1M300C。

该模块功能强大、操作简便、性价比高，非常适合应用于远程抄表中。

单片机通过AT指令对S1M300C进行操作。

（4）远程管理计算机

远程管理计算机包括连接到公网具有固定IP地址的计算机和数据管理软件组成。

数据管理软件实现对抄表系统上传的电能表数据进行显示、统计的功能，并存储到数据库，以备日后查询用户用电情况。

1.3论文主要内容

鉴于现有传统的远程抄表存在的上述不足，本文提出了以一种新的通讯方式一-GPRS（GeneralPacketRadioService，即通用无线分组业务）作为远程自动抄表方式。

运用这项较新型的无线数据业务，充分发挥τGPRS网络永远在线、数据传输速率高、实时数据传送及按流量收费的特点，有效地解决了长期困扰远程妙表发展的建设费用高、抄表距离短等一些问题，极大地降低了抄表的工作强度和成本，并且能够更好的帮助电力管理部门科学地统筹规划电能资源。

论文将按下面的内容安排：

第一章，绪论，主要介绍课题研究背景、国内外自动抄表技术的发展现状和课题设计方案。

第二章，GPRS网络原理及其系统构成，主要介绍了GPRS网络的组成原理、数据传输特点及与Internet的接口联接原理。

第三章，远程自动抄表系统硬件设计，详细介绍了系统硬件设计，包括各个功能块的设计。

第四章，远程自动抄表终端软件设计，详细介绍了自动抄表系统终端的软件设计，包括终端初始化、电能表数据采集、单片机控制GPRS模块上网传输电表数据等软件功能块。

第五章，论文总结与展望。

第二章GPRS网络原理及其系统构成

本章介绍了GPRS系统结构、系统特点，以及分组数据传输的原理。

2.1GPRS系统简介

2.1.1GPRS系统概述

GPRS（Gen町alPacketRadioService，通用分组无线业务的简称〉作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是由英国BTCellnet公司早在1993年提出的，是GSMPh臼e2+（1997年）规范实现的内容之一，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。

GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TOMA帧结构[7］。

这种新的分组数据信道与当前电路交换的语言业务信道极其相似，因此现有的基站子系统从一开始就可以提供全面的GPRS覆盖。

GPRS提供端到端的广域的无线IP连接，采用信道捆绑和增强数据速率改进而实现了高速接入，使无线资源得到充分利用，能够使得用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。

目前第一代GPRS技术可以实现在一个载频或8个信道中实现捆绑，将每个信道的传输速率提高到14.lKbps，因此GPRS通讯方式的最大速率是8×14.1=115.2Kbpsl81。

GPRS发展的第二步是通过增强数据速率改进（EDGE）将每个信道的速率提高到48Kbps，因此第二代的GPRS设计速率为384Kbps。

它更适合于大多数的数据业务，如移动办公室、Internet接入、数据和语音多媒体、即时聊天等。

2.1.2GPRS网络特点

（1）采用分组交换技术（9）

所谓分组交换技术就是GPRS信息在传输前被分成既是分离又是相关的“数据包”，并在接收端重新组合。

因此GPRS特别适合于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶然的大数据量传输。

（2）使用范围广

只要有GPRS信号的地方就可以使用，特别适合于野外、偏僻地方测量仪表的监控和数据来集．

（3）数据传输速率高

GPRS由于采用了经济高效的数据分组交换技术，数据传输占用GSM的8个时隙，数据封装在分割分组后上网发送，发送后不需要此容量时就立即释放，提供了即时连接和高速接入，数据传输己可以稳定地达到115Kbps，此速率是常用的56Kbpsmodem理想速率的2倍（10），这样的通讯速度完全可以和专用通讯线路方式相媲美。

（4）GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和E网、X.25网实现互联互通，支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。

GPRS也允许短消息业务（SMS）经GPRS无线信道传输。

（5）瞬间上网，永远在线

GPRS的用户一开机，就始终附着在GPRS网络上，每次使用时只需要一个激活的过程，一般只需要2-3秒的时间就能马上登录至Internet，通讯网络的建立过程十分迅速，由于GPRS使用了数据分组技术，用户上网就可以避免断线情况的出现，由此保证GPRS永远在线。

（6）数据吞吐量大

GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-I、CS-2、CS-3、CS-4四种编码方案，支持中、高速率数据传输，可提供9.0弘一172.2Kbi饨的数据传输速率。

GPRS所提供的数据传输速率取决于所采用的四种编码方案的哪一种，高的传输速率保证了需要实时传送和大的数据流量的顺利进行，GPRS上网传输数据吞吐量最高可达172.2Kbiνs。

（7）性价比高

同有线网络相比，节约线路、电话资源、速度较快：

同无线局域网相比，免去了无线电频率资源审批手续，无需架设