基于GPRS通信的网络电能表设计

随着技术的发展，抄表方式也从现场人工抄表到远程自动抄表转变，目前用于抄表的技术有多种，如RS485总线、红外和电力线载波等，这些抄表技术相对比较成熟，但应用却各有其局限性，如RS 485总线抄表需要布线而增加投资，且传输距离不能超过1200m，红外抄表需要人工现场抄表，电力载波抄表由于电磁干扰等的影响传输距离受限。GPRS通信技术成熟，网络覆盖广，可以永久在线，按流量计费，费用低廉，且不受距离和空间的限制，使得在抄表行业的应用非常适合。

1 GPRS网络电能表
GPRS网络电能表就是GPRS通信技术和电表技术的结合体，他将三相多功能电能表和GPRS通信模块相结合，形成具有无线网络通信能力的电能计量装置。GPRS网络电能表由基表和GPRS无线通信模块两部分组成。
1．1 基表
基表可实现普通三相多功能电能表的基本功能，在未接入GPRS通信模块的情况下，不影响其作为普通多功能电能表的使用。它对交流模拟量进行实时采样、处理和存储，实现电能计量、需量测量、复费率、负荷曲线计算和存储、数据冻结、事件记录、复费率等，可实现用户预购电控制、负荷控制、远程控制等功能。具备RS 485通信接口、红外通信接口、GPRS通信模块接口，以实现数据的抄读和设置；基表还具有本地液晶显示，可支持本地巡显和键显功能。
1. 2 GPRS通信模块
GPRS通信模块是GPRS网络电能表的数据上传的关键节点，作为网络电能表的一个独立模块，在不影响基表计量的情况下，满足用户抄表系统的技术要求和传输规约，实现数据的可靠传输。GPRS通信模块与基表的下行通信满足DT／L645多功能电能表通信协议，与主站的上行通信满足《电力用户用电信息采集系统通信协议》(Q／GDW 376．1-2009)标准。
在此着重描述GPRS通信模块的软硬件设计。

2 GPRS通信模块硬件结构
2.1 系统框图
GPRS无线通信模块的系统框图如图1所示。系统包括：ARM微处理器(LPC2138)、GPRS模块、FLASH和铁电存储器、红外收发、RS 232串行调试接口、RS 485通信接口、JTAG仿真接口、LED指示及电源转换等。

2．2 模块功能
2．2．1 微处理器
采用基于ARM7TDMI-S内核的32位微处理器LPC2138，其内嵌了512 KB的高速FLASH存储器和32 KB的RAM，具有丰富的外设资源，如：2个32位定时器(带捕获、比较通道)；2个10位8路ADC；1个10位DAC；PWM通道；47路GPIO；9个边沿或电平触发的外部中断；具有独立电源和时钟的RTC；多个串行接口(UART，I2C，SPI，SSP)；内含向量中断控制器，可配置中断优先级和向量地址；片内Boot装载程序，可以实现在系统／在应用编程(ISP／IAP)，通过片内PLL可实现60 MHz的CPU操作频率，具有空闲和掉电2种低功耗模式，并且可通过外部中断唤醒。
2．2．2 GPRS模块
采用深圳有方科技出品的M580z模块，其内部集成了TCP／IP协议栈，具有两个通信链路，一路标准TTL串行通信端口，精简的AT指令集，通过AT命令可实现模块的参数设置和数据发送。M580与CPU通过一个TTL电平的串行口连接。
2．2．3 存储器
由于与主站的上行通信应满足《电力用户用电信息采集系统通信协议》，需要存储规约要求的一类数据(实时数据)、二类数据(曲线数据、统计数据)和三类数据(事件)，特别是曲线数据要求存储的数据量大，因此采用大容量的FLASH存储器来存储二类和三类数据。由于铁电存储器可无限制的擦写，所以用来存储需要经常更新的实时数据和设置参数。存储器与MPU的接口为SPI接口。
2．2．4 串行接口和JTAG仿真端口
利用RS 232串行口、红外通信口可实现模块参数的本地设置和维护。其中，RS 232串口可实现对GPRS模块状态的监测，通过RS 485串行口可抄读满足《电力用户用电信息采集系统通信协议》的数据；JTAG仿真端口可对ARM处理器进行仿真和程序烧写。
2．2．5 LED指示
LED指示灯用来指示模块的电源状态、模块登陆状态、网络通信状态及保电状态等。