基于SX1278与GPRS的远程无线抄表系统设计

黄自强　黄凌霄　郑特　赖启勇

摘要：为提高电力行业的办事效率，减轻人工上门抄表的工作量，本系统设计了一款基于SX1278和GPRS的远程无线抄表系统，该系统由采集端、网关端和管理端构成。通过硬件和软件的设计与调试，使系统设备在室外环境下拥有较高的稳定性，抄表数据拥有较高的准确性，从而达到智能远程抄表的目的。测试表明，该系统传输稳定性强，传输效率高，应用领域广泛，为智能化办公提供参考与借鉴。

关键词：SX1278；GPRS；双向通信；无线抄表

中图分类号：TN914.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）01-0172-02

近年来，随着通信技术的高速发展，传统的手工抄表方式已经不再适应现代化社会。自动抄表的出现不仅节约了劳动力成本，而且降低了误抄，漏抄等手工抄表所带来的问题。无线远程自动抄表技术工作效率高，数据精确，使电力系统的管理效率得到显著提高[1]。

本系统采用多种无线通信技术，由SX1278和GPRS作为系统总体框架，组建一个电表数据管理中心与用户电表间的智能抄表系统。SX1278是半双工传输的低中频收发器，常应用于电量，水量等数据采集系统。GPRS是GSM的延续，采用了分组交换技术，拥有传输速度快，传输稳定等特点。结合并运用这两种方式，可大大提高远程无线抄表系统的稳定性和准确性。

1 系统的整体设计

本系统分为三个部分，分别是采集端、网关端和管理端，如图1所示，采集端由RS-485总线采集电表数据并通过SX1278无线模块发送至网关端，网关端将收到的数据通过GPRS发至管理端，最后管理端对数据进行管理。本系统具有双向通信的功能，上行：电表数据上传至管理端，管理端接收数据并进行处理、解析和管理；下行：管理端发送抄表指令至电表，实现抄表功能。

1.1 modbus协议

Modbus协议是本系统电表数据的传输协议，它是通讯协议的一种，可以通过不同的媒介方式传输，如RS232、RS485、光纤、无线电等。Modbus通讯协议包括以下两个方面：一是波特率，检验方式，数据位，停止位须按需求进行设置；二是数据发送时须进行以下定义：起始符+设备地址+功能代码+数据+校验+结束符，如此才能保证接收方正确地接收到发送方传输的数据，该方式极大地提高了传输的可靠性，保证了传输的顺利进行[2]。

1.2 硬件端设计

1.2.1 采集端

采集端主要由电表（n）、采集器（1）、RS-485总线、SX1278无线模块、复位模块、TTL转RS485模块、时钟模块和电源模块构成。采集器选用STC12C5A60S2作为主控芯片，该芯片内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，2个串口，8路高速10位A/D转换（250K/S），具有高速/低功耗/超强抗干扰的性能，符合系统设计要求，性价比较高。采集端选取的RS-485总线允许连接多达128个收发器，可以采用一对多的工作方式采集电表数据，同时该总线的传输性高且抗干扰能力强。SX1278无线模块采用高效的循环交织纠检错编码，具有远距离的抗干扰能力，可以保证数据进行远距离传输时不易失真，同时还具有灵敏度高/无线唤醒等功能。

1.2.2 网关端

网关端主要由集中器、SX1278无线模块、复位模块、GPRS模块、时钟模块和电源模块构成，集中器采用STC12C5A60S2作为主控芯片，通过SX1278无线模块与采集端建立短距离无线通信。GPRS拥有分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源可以被有效的利用，同时允许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进行连接，十分适用于间断的数据传输，本系统利用该技术实现网关端与管理端的远程通信。

1.3 管理端设计

系统采用Eclipse开发平台，Java语言和SQL server数据库开发完成电力管理网站，管理人员以及普通用户通过登录该网站可以随时在线查询各电表不同时段的用电情况，网站设计分为以下三个模块：

用户管理模块设计：用户权限分为管理员和普通用户，管理员登录系统可实现对电表用户的增加、删除、修改以及查询等功能。普通用户登录系统只能查询电量或修改基本资料。每个账户只有输入正确的用户名和密码才能进入系统并进行下一步的操作和管理。

实时查询模块设计：普通用户可查询系统的基本信息，每月电量及年度电量信息、每月电费及年度电费等信息。用户点击实时查询按钮即可进入查询页面，同时系统会自动发送查询命令，待接收到电表数据后存入数据库并更新，同时可根据上次的电表值自动计算出所用电量。

数据库模块设计：本设计选用了SQL server数据库进行数据的存储，作为微软发布的一个典型关系型数据库，其功能强大，操作简单，安全可靠。本系统的数据库表包括用户注册表，用户信息表，历史电量表以及当月电量表等。

2 系统测试与结果分析

在室外环境下对系统设备的稳定性，抄表数据的准确性进行测试。测试内容包括：不断调整采集端与网关端的距离，使系统达到正常通信状态。不同地址的电表同时发送用电数据，采集端与网关端进行接收，整理后将数据汇总给管理端，管理端对用电数据进行解析和管理。对比电表端与管理端的數据，数据一致则表明用电数据上传成功，反之亦然。通过1个月的测试发现，抄表数据的成功率达99%，准确性达98%，测试误差为SX1278和GPRS模块受到周边干扰造成的。测试结果表明该系统具有环境适应性好，传输效率高，传输稳定性强的特点，完成了智能远程抄表的功能。

3 结语

本文将计算机技术，数字通信等热门技术结合，设计出一套智能无线远程抄表系统。通过系统测试，表明该系统功能强大，抄表效率高，能解决传统抄表的种种问题，为电力管理人员提供更便捷的方法与措施。同时，该系统拥有广泛的应用范围，能拓展到温湿度监控，空气质量检测等多种办公领域，表明其应用在现代化办公的发展中拥有较强优势。

参考文献

[1]魏仕虎，谢飞，郭荣祥.GPRS技术在井水灌溉无线遥控系统中的应用[J].中国新通信，2018，（01）：118-119.

[2]宋文好.基于Modbus协议的远程无线抄表系统的设计与实现[D].浙江工业大学，2012.

[3]路银川，陆程.基于GRPS的热量表无线抄表系统设计[J].煤炭技术，2012，31（12）：200-201.

[4]姜潇.基于GPRS的远程自动抄表系统的规划与研究[D].西安电子科技大学，2009.

[5]刘云，张晓云.SQL Server 2005 数据库应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011.