基于GPRS的远程抄表系统硬件接口电路的设计

戴小红

(福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000)

我国传统的电力能源管理方式已经无法适应当前电力事业飞速发展的要求，如何及时有效地对用户用电量及其他数据的收集、统计和分析是电力系统迫切需要解决的问题，而解决这个问题的根本途径是采用先进的远程抄表技术. 远程抄表是一种可以对各种仪表进行自动采集和记录数据，并通过一定的通信方式自动将记录的数据信息传送给计算机中心，然后由计算机系统对数据进行分析、处理的技术[1]8-11.

1 基于GPRS的电能表远程抄表系统的结构

基于GPRS的电能表远程抄表系统的结构如图1所示. 系统由电能表、采集器、带GPRS模块的集中器和主站4个部分组成. 采集器与电能表之间、采集器与集中器之间的底层通信采用RS-485总线通信方式，集中器与主站之间的上层通信采用通过GPRS接入Internet的通信方式.

数据传输的具体过程是：采集器实时采集用户电能表的用电数据，通过RS-485总线将数据传送到集中器，集中器通过GPRS模块登陆GPRS网络，进而与因特网建立连接，最终将数据发送到主站，从而完成数据传送.

图1 基于GPRS的远程抄表系统结构图

2 基于GPRS远程抄表系统硬件接口电路的设计

数据采集及数据传输终端的实现是硬件系统设计的关键，它的核心是集中器，它上要通过GPRS网络与主站建立连接，下要通过RS-485 总线与采集器连接，该硬件系统的核心是中心处理器，它通过RS-485接口与采集器进行数据传递，通过RS232接口控制GPRS模块，通过Internet网实现与主站中心服务器的连接，从而实现远程自动抄表系统的数据传输.

2.1 采集器的通信接口电路

系统中采集器的主要作用是根据集中器转发的命令对用户的电表数据进行定时的采集和存储，并按要求将数据传输给集中器，所以采集器下行要与电能表、上行要与集中器进行数据通信，采集器的上、下行通信信道均采用RS-485总线,这里采用MAX1487芯片来实现采集器的主控制器(AT89S52)与RS-485总线的连接. 采集器的通信接口电路如图2所示. 采集器的主控制器AT89S52分别与两片MAX1487芯片连接，这两片MAX1487分别接在两条不同的RS-485总线上，一条与电能表相连，另一条则与集中器连接. 其中,与智能表相连接的MAX1487的RO、DI脚,连接在主控制器AT89S52的Pl.0和Pl.1脚上, Pl.2接MAX1487的两个控制端；与集中器相连接的MAX1487的RO、DI脚,连接在主控制器AT89S52的P3.0和P3.1脚上, Pl.3接MAX1487的两个控制端.

图2 采集器的通信接口电路

2.2 集中器主控制器通信接口电路的设计

本文的远程抄表系统选用了MSP430F149单片机作为集中器的中心处理器. MSP430F149是一款具有精简指令集的16位总线的带FLASH(闪存)的超低功耗的混合型单片机，其突出优点是低电源电压、高效的寻址方式和超低功耗. GPRS模块则选择了无铅环保型通信模块MC39i.

集中器的结构框图如图3所示，主控制器MSP430F149的通信接口电路由两部分组成：一是MSP430F149与采集器之间的通信接口电路，由于它们之间采用RS-485总线通信，因此这里主控制器也选用了MAX1487芯片实现与RS-485总线的连接；另一个是MSP430F149与GPRS模块MC39i之间的通信接口电路，它们之间通过MAX3232芯片连接从而实现数据传输.

图3 集中器的结构框图

2.2.1 主控制器与采集器的通信接口电路

2.2.2 主控制器与GPRS模块MC39i的通信接口电路

由于主控制器输出的是TTL信号，而GPRS模块预留的是RS-232标准接口，因此要实现两者间的通信必须进行电平转换. 本系统采用了Maxim 公司生产的具有电平转换功能的MAX3232 总线接口芯片，该芯片可以实现TTL电平和RS-232电平的相互转换. MAX3232将MSP430F149的数据发送端UTXD0发送的TTL电平信号接收(10号引脚)，并转换成RS-232电平信号从T2OUT(7号引脚)输出到MC39i 的数据接收端RXD0；而将MC39i 的数据发送端TXD0发出的RS-232电平信号接收并转换成TTL电平信号从R2OUT(9号引脚)输送到MSP430F149的数据接收端URXD0上，从而实现了主控制器和GPRS模块的数据通信. 主控制器与GPRS模块MC39i的通信接口电路如图5所示.

集中器通过GPRS模块登陆GPRS网络，进而与因特网建立连接，最终将数据发送到主站，从而完成数据传送.

图4 主控制器与采集器的通信接口电路

图5 主控制器与MC39i的通信接口电路

3 结语

在飞速发展的无线通信技术的推动下，GPRS技术已经十分完善、规范和实用，其应用领域也越来越广泛. 与此同时,随着国家对能源利用效率更加重视和电力管理部门对抄表自动化改革的不断深化,基于GPRS技术的远程自动抄表系统必将有一个广阔的应用前景.

[1] 杨宏业,张 跃. 自动抄表系统中通信方案的现状与展望[J]. 电测与仪表，2001(08).

[2] 魏小龙. MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.