朱鴻

（大連寶通工業(yè)控制有限公司，遼寧 沈陽 110000）

引言

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力調(diào)度和分配急需規(guī)范化、科學(xué)化、現(xiàn)代化管理。另外，中國移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的快速擴(kuò)大，功能的日臻完善以及資費(fèi)的不斷下調(diào)，使采用移動通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中抄表成為可能。

同時,由于對“電力是商品”這個問題的認(rèn)識上的不同，我國的竊電現(xiàn)象比較普遍和嚴(yán)重，給電力系統(tǒng)和國家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，如何反竊電和防止竊電又是當(dāng)前電力系統(tǒng)急待解決的一個課題。多年來，尋求簡單可靠的自動遠(yuǎn)程抄表方法，一直是一個熱門話題。

目前已推出的抄表系統(tǒng)覆蓋了很多應(yīng)用領(lǐng)域。其方法的應(yīng)用都有其局限性，因此，研發(fā)了一種基于GSM 無線通信網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)原理設(shè)計

GSM 網(wǎng)絡(luò)電表集抄系統(tǒng)由抄表儀和上位管理機(jī)組成。

整個抄表儀由CPU、電源監(jiān)控芯片、E2PROM 存儲器、點(diǎn)陣式液晶模塊、RS-485總線驅(qū)動芯片、GSM 模塊、八緩沖器、和電源模塊等構(gòu)成。通過RS-485 芯片接入智能電表，通過AVR 芯片的RS-232 接口接入Wavecom 公司Q2403A 手機(jī)模塊，另外通過Atmega128 的I/O 口采集門封告警事件。

由于本系統(tǒng)的CPU Atmega128 采用I2C總線外擴(kuò)兩片存儲器，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點(diǎn)。除了主程序CPU-Atmega128 以外，其余各個模塊都具有獨(dú)立功能，并且它們直接由主CPU 調(diào)度，互不干擾，這樣即能保證控制的協(xié)調(diào)性，又能提高控制的速度以下為抄表儀結(jié)構(gòu)，如圖1。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 電源設(shè)計

通過現(xiàn)場調(diào)研，為了保障系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，選用專用模塊式電源作為抄表儀供電電源，其型號為LAP15-220D5,是數(shù)字開關(guān)電源模塊，輸入電壓范圍為AC85～260V 輸入，輸出電壓為5V，給GSM 手機(jī)模塊提供電源。能夠適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用，保證輸出電源的穩(wěn)定性。

2.2 CPU-Atmega128 結(jié)構(gòu)和性能

Atmega128 是AVR 系列中功能最強(qiáng)的一種微處理器，本次設(shè)計就選用它作為集抄器的CPU。Atmega128 帶128K 字節(jié)Flash 的在線可編程8位微控制器。它是AVR 系列中功能最強(qiáng)的單片機(jī)。Atmega128 將32個工作寄存器和豐富的指令集連接在一起。所有的工作寄存器都與ALU 算術(shù)邏輯單元直接相連，允許在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的單條指令，同時訪問兩個獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)提高了代碼效率，使AVR 得到了比普通CISC 單片機(jī)高將近10倍的性能。

Atmega128 具有以下特點(diǎn)：128K 字節(jié)具備寫操作時可讀的在線系統(tǒng)可編程Flash；4K字節(jié)EEPROM；4K 字節(jié)SRAM；53個通用I/O口，4個具有比較模式和PWM 的定時器/計數(shù)器；2個USART，一個兩線（I2C）串行接口；一個8 通道10位具有可選增益差分輸入的A/D 轉(zhuǎn)換器；一個SPI 口；一個JTAG 測試接口。

2.3 485 接口設(shè)計

CPU 與電表是通過一片 SN75176 芯片，按RS485 通訊規(guī)程來接口的，波特率為1200 bps。RS485 定義了一種能把電平信號轉(zhuǎn)換為電平差信號的驅(qū)動器，也定義了把電平差信號轉(zhuǎn)換為電平信號的接收器。利用電平差信號進(jìn)行傳輸，可以增強(qiáng)抗共模干擾的能力。使用RS485 進(jìn)行串行通訊，傳輸速率高，距離長。

SN75176 芯片有一個發(fā)送器和一個接收器，可帶32個節(jié)點(diǎn)，半雙功通信，非常適合作為RS－485總線驅(qū)動芯片。CPU 串口1 接口為PD2、PD3，I/O 口PD2 連SN75176 芯片的RO 管腳，I/O口PD3 連SN75176 芯片的DI 管腳，I/O 口PF1 連 SN75176 芯片的 RE、DE 管腳，SN75176 芯片的A+、B-腳角直接連入電表。

2.4 獨(dú)特的電源監(jiān)控（看門狗）設(shè)計

在保證抄表儀穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，增加看門狗設(shè)計，從硬件上保證抄表儀不間斷運(yùn)行，防止程序死機(jī)、防止程序運(yùn)行跑飛和死鎖現(xiàn)象產(chǎn)生。

看門狗采用MAX706 電源管理芯片，復(fù)位信號（REST）用于啟動或者重新啟動CPU，當(dāng)電源電壓降至4.40V 以下時，即產(chǎn)生復(fù)位信號，令其進(jìn)入或者返回到預(yù)知的循環(huán)程序并順序執(zhí)行。一旦CPU處于未知狀態(tài)，比如程序“跑飛”或進(jìn)入死循環(huán)，就需要將系統(tǒng)復(fù)位。

2.5 數(shù)據(jù)存儲

隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展及各種非總線型單片機(jī)的不斷涌現(xiàn)，采用非總線型單片機(jī)并配合大容量串行E2PROM 構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，將是一種非常好的數(shù)據(jù)存儲方法。該方法一方面可提高系統(tǒng)的可靠性，另一方面又可降低系統(tǒng)成本。

AT24C512 是ATMEL 公司新近推出的具有 I2C 總線容量 達(dá) 512Kbit（64K×8）的E2PROM，該芯片的存儲容量為65Kbyte；10萬次數(shù)據(jù)擦寫次數(shù)；數(shù)據(jù)保存時間為40年；具有寫保護(hù)功能。

2.6 其它

使用高頻線作天線,為了提高無線信號質(zhì)量，選擇5DB 增益天線，底座自帶一塊磁鐵，采用SMA 接口連接，方便現(xiàn)場連接。磁鐵可以吸附在機(jī)箱或機(jī)殼上。

抄表儀時鐘由GSM 通訊模塊提供，通訊模塊的時鐘可不定時與監(jiān)控中心上位機(jī)對時，保證兩者時間統(tǒng)一，便于管理。同時節(jié)省時鐘芯片，減少硬件開銷，降低抄表儀成本。

3 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果分析與前景展望

GSM 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的應(yīng)用，杜絕人工抄表產(chǎn)生的誤抄、漏抄、抄表時間不統(tǒng)一等現(xiàn)象，提高工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率，減輕勞動強(qiáng)度，減員增效。

GSM 網(wǎng)絡(luò)已在我國得到了廣泛普及，它的抄表范圍與GSM 通訊網(wǎng)覆蓋范圍一致，通過利用網(wǎng)絡(luò)資源降低了該系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，且終端性能穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)，大大提高了功效，降低了生產(chǎn)成本。因此，GSM 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的研究具有重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。

[1]呂治安,李文聯(lián).一種手持無線抄表終端的設(shè)計.電子技術(shù)應(yīng)用,2003,第8期:51-53

[2]馬潮，詹衛(wèi)前，耿德根.ATmega8 原理及應(yīng)用手冊.北京:清華大學(xué)出版社，2003年

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