远程抄表课程设计Word格式.docx
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由于电话线公用，通讯时经常发生冲突，既影响了数据的传输也对电调部门的正常工作造成了干扰，并且此种方式对通讯部门程控交换机正常。
为保证传输质量，若采用专线方式，投资成本太高；
采用中国移动GPRS无线数字网的通讯方式，很好地解决了远程抄表的瓶颈问题。
使用GPRS无线组网方案，数据实现分组发送和接收，用户就可以总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。
针对部分偏远地区电表管殚水平较低，提fl{了一种基于嵌人式网络监控系统的远程抄表技术方案，阐述r基于嵌入式处理器$3C2440A的远程网络监控系统的设计方法，并给出了该系统的结构图．从而建立对电表的测赞、控制于一体的嵌入式系统。
系统充分利朋r$3C2440A和“nux操作系统的强大管理功能，从而性能稳定可靠，实时性好。
本文建立了基于嵌入式系统和以太网技术的嵌入式工作平台，通过以太网将主机和目标机的连接，实现南主机通过网络将多个用户电表的数据集中抄读的智能抄表系统。
它是用现代化的通讯手段去抄读这此仪表的数据，而不用到现场。
智能抄表系统一般是集中抄表系统与数据远程通讯的组合。
在该平台上实现应用程序的运行，并给出了具体的测试。
1.2远程系统简介
远程抄表系统，又称为自动抄表系统，是一种利用传感技术、通信技术和计算机技术，对。
三表”（即电表，水表，燃气表）的计量数据进行自动读取并传送到远程信息中心进行数据统计、分析和计算的计算机应用系统。
旱在上世纪六十年代，美国电话电报公司（AT＆D便开始了自动抄表系统的实验开发，但是这种基于电话系统的解决方法由于成本高，未能大规模在实际中应用。
随着技术的进步，成本的降低，大规模的使用远程抄表成为可能，特别在那些无法进行人工抄表的场合。
我国从上世纪九十年代开始研发用于远程抄表的智能电子表，现在市场上已经出现了各种技术类型的远程抄表系统。
这些抄表系统一般由以下三个典型的部分构成：
1）表计信息采集模块，负责将表具计量信息数字化并储存和传输。
2）网络通信模块，负责收集采集模块采集到的数据并传送给远程的信息处理中心。
3）信息处理中心，负责对抄表数据进行统计，分析和计算，以及提供用户查询等功能。
实用案例ApplicationCase网络通信模块的主要载体是集中器，其硬件平台大部分还是单片机，软件平台大多采用单流程的循环控制系统或者带有简单的操作系统，他们的优点是开发成本低，能够满足一些基本的功能要求，但主要存在以下不足；
1）硬件平台依赖性强，不具通用性，不利于软件的开发，升级和移植；
2）单流程的循环控制系统，其响应命令的平均时间较长，使用不方便；
3）硬件平台简单导致了它只能使用简单的嵌入式操作系统，这使得软件的开发难度加大，缺乏广泛的应用接口支持，难以适应长期的发展需要。
1.2.1系统整体结构
采用ARM9内核的$3C2440处理器和嵌入式Linux操作系统设计的高性能集中器可以很好地解决上述问题。
整个抄表系统分为三个部分：
信息中心服务器（一般为供能公司，如燃气公司等），集中器，网络表。
计算机系统应用图1远程抄表系统整体结构图该系统的表具都是智能表，集成了通信和数字化计量模块，能够响应集中器的控制命令，我们称之为远传表。
他们和集中器的通信方式有两种，一种是基于RS485总线。
这种情况下，如果不加485中继器，普通485总线只能挂32块表具。
一种基于CCl100模块的短距离自组网络无线通信模式，这种情况下，中继器可以连接的表具数目受现场条件对无线信号的影响程度不同而不同。
无论是哪种通信方式，对集中器来说，他们都是串口通信。
采用远传表的好处是不需要专门配置采集模块，使得整个系统集成度更高。
集中器通过网络接口接入小区以太网，可以响应来自移动工作站以及远程信息中心的控制命令，并且可以主动向远程信息中心报告表具异常信息。
移动工作站用于管理小区范围的用户抄表，并向远程信息中心提供抄表数据。
远程信息中心也可以直接和集中器通信，实时抄收、监控表具的运行情况。
可以看出，集中器是整个远程抄表系统的通信中枢，对系统的稳定性起到关键的作用。
1.2.2集中器的硬件平台
根据集中器的现实需求和扩展需求，我们采用基于ARM9内核$3C2440处理器的mini2440开发板搭建硬件开发平台。
$3C2440是一款专门针对功耗和成本敏感的应用系统而设计，它基于ARM920T内核，标准0．13斗rnCMOS工艺，核心电压1．3v，外围设备电压最高3．3v，带外扩SDRAM控制器，3路串口控制器，2个USB主机控制器，1个USB设备控制器，触摸屏接口等丰富的接口控制器。
本系统中的手持配置工具和GPRS模块和集中器都是通过串口进行通信的，需要注意的是，$3C2440不具备完整RS232串口控制，它的UART0和UARTl只有TxD，RxD，RTS和CTS四个功能引脚，UART2只有TxD和RxD两个功能引脚。
但是一般的GPRS模块都需要载波检测引脚DCD来判断GPRS是否在线，以及DTR来控制GPRS模块的状态，如启动和关闭GPRS模块。
本例中使用的GR47模块便需要DCD和DTR引脚才能正常操作解决办法是，从$3C2440中挑选两个空闲的I／O口来充当DCD和DTR，然后把这两个引脚和UART控制器的其他现有引脚一块接到MA×
3232串口扩展模块上，然后再把GPRS模块接在这个扩展模块上即可。
程序中可以写一个针对这两个引脚的驱动程序来操作GPRS模块。
图2集中器的硬件接I=I模块组成连接表具和集中器的485网络芯片采用半双工的SP485芯片，成本低，数据传输速率高达SMbps，完全可以满足表具计量数据规模的通信量。
如果表具采用无线方式，则使用CCl100无线收发模块，这是一款为自动抄表系统设计的具有极低功率的UHF无线收发器，可以工作在315／433／868／91SMHz的ISM／SRD波段，根据中国的ISM频率划分，我们这里选择433MHz这个中心频率。
手持配置工具完成表具条码扫描输入，配置集中器所管辖的表具信息。
它与集中器通过串口进行通信。
预留的按键，可以用于通知集中器手持设备的接入和取出以及系统复位等功能。
NorFlash主要用于开发阶段的调试，开发完成后可以不用NorFlash。
NandFlash主要用于操作系统和程序的存储，相当于PC机上的硬盘。
触摸屏是为将来把集中器设计为可视化操作而预留的。
1.3电路功能
1、将电表上显示的数值正确识别出来，并将该数值正确传送回去。
2、中控室直接抄读现场用户电表读数，可进行批量或个别选择抄读，自动保存抄读的历史数据。
3、对抄收到的电表数据进行统计、计费、双地址储存，并形成详细的用电档案。
4、可进行现场或远程用电校对。
5、快速进行用电户用电量查询。
6、分时段抄表，实现分时计费，能解决按电网负载的峰谷时段采用的峰谷电价的方式。
第二章GPRS简介及远程抄表系统
2.1GPRS简介
GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。
它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。
GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。
而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。
GPRS分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有一个分组头（其中的地址标志指明该分组发往何处）。
数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。
而是在每一个数据包到达时，根据数据报头中的信息（如目的地址），临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。
在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用。
图2.1GPRS分组交换
由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点，对信道带宽的需求变化较大，因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用信道资源。
例如一个进行WWW浏览的用户，大部分时间处于浏览状态，而真正用于数据传送的时间只占很小比例。
这种情况下若采用固定占用信道的方式，将会造成较大的资源浪费
在GPRS系统中采用的就是分组通信技术，用户在数据通信过程并不固定占用无线信道，因此对信道资源能够更合理地应用。
在GSM移动通信的发展路标中，GPRS是移动业务和分组业务相结合的第一步，也是采用GSM技术体制的第二代移动通信技术向第三代移动通信技术发展的重要里程碑。
2.2远程抄表系统
图2.2远程抄表系统模型
本系统为实现实时可靠地进行三表（电表、水表、燃气表）数据远程抄收而设计。
本装置以星型/纵线型/无线电通讯三重网络结构实现远程抄表任务，通过星形网使n个MDM（DD-862S机械式数字化电表）电表（例：
n=32）与一个数据采集器连接，数据采集器通过纵线网络与电台连接，一个纵线网可连接m个采集器（例m=128），因此，一个子网可将nm=32×
128个电表共享一个电台。
这是一种以星型-纵线型-无线型构成的三重网络结构。
这种网络结构的组成元素为电表、水表或气表（以下简称三表）、数据采集器、无线电收发电台。
2.2.1系统特点
1、远程抄表。
在中控室直接实行远程自动抄表功能，可组成以中控室为中心的地域性抄表网络。
2、通讯可靠。
由于采用的是天线定点通讯，按技术要求安装高度完毕后，即可进行24小时的通讯，且不受电网波动的影响。
3、快捷。
由于抄表速率高，约每秒一个电表，因此可进行分时段抄表和计费。
4、技术手段先进。
通过电子眼识别电表读数，并严格保持电子读数与表头读数一致。
5、周期性读数。
根据不同指令，中控室可对网络内的各电表进行每月一次，每日一次或每日数次的指定周期性抄读。
6、可与收费系统联为一体。
第三章系统设计原理及实现方案
3.1背景介绍
全国各供电企业基本建立了无线电电力负荷控制系统，虽然其主要建设目的是控制负荷，但也逐渐用于大用户的电能表抄表。
1989年全国第一套跨省网的电量计费系统在华北电网投入运行，北京供电局的电话抄表系统在90年代开始投入运行。
2004年现场用电管理终端作为负控和抄表需求的融合产品产生，并陆续在浙江电网和广东电网大量推广使用。
2005年国家电网公司颁布《关于加强电力营销现代化的建设意见》的406号文后，中国迎来了远程抄表发展的黄金时期。
2005年N2007年各电力公司基本实现了发电侧、从供电侧及终端侧315kVA及以上大用户的电能自动抄表，全国估计有几十万个采集终端投入应用，成为目前世界发展最快的市场。
2007年部分省市电力公司又重新启动居民用户集中抄表系统工程，中国将至少具有十年的发展黄金时期。
近年来，随着我国住宅产业的高速发展，能源消费计量和管理的需要，以及广大居民生活水平的提高，对建筑智能化水平的要求越来越高，远程抄表系统得到了迅猛发展。
这既是提高能源管理水平的需要，也是电子技术、通信技术和计算机技术迅速发展的必然。
3.2同类方案对比
3.2.1电力线载波抄表
以电力线作为传输信道，将数据信号调制为高频信号叠加在电力线上进行通信。
此方式无需另外布线、易施工、成本低、与电网建设同步。
目前国内10kV以上电压等级的高压电力线载波技术已较成熟，但低压电力线载波还未能达到令人满意的水平，制约了电力线载波抄表在我国的应用。
原因在于电力载波信号存在着脉冲干扰，传输距离越远，信号衰减越大。
低压电器电磁兼容性的控制尚不十分严格，低压电力线上存在的电磁污染严重，干扰大，影响载波通信的质量；
另外，用户负载千变万化造成网络传输特性复杂多变，难以用准确的数学模型加以表征。
因此，抗干扰是低压电力线载波技术必须克服的问题。
3.2.2总线抄表
总线通信是目前国内自动抄表系统采用较多的一种通信方式，其数据传输速5吉林工程技术师范学院课程设计论文度较快，可靠，稳定，通信质量高。
目前使用的总线通信方式有RS-232，RS-485，LonWorks等。
但这种方式布线工作量大，通信信道易遭外界因素破坏，信道后续维护工作量大。
3.2.3GPRS抄表
GPRS抄表系统通过GPRS网连接至Intemet网与主站计算机进行通信。
用户的数据经过GPRS模块处理、协议封装后发送出去，由GPRS接收模块接收经Intemet网络传送至主站，实现用户耗能数据和主站的实时在线连接。
GPRS以GSM网络为基础，采用分组交换的高效率传输方式，克服了GSM电路变换速率低、资源利用率差等缺点，最大限度地利用了现有的GSM网络资源。
它的传输速率高，接入时间短，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本，特别适合突发性小流量数据传输。
3.3方案优点
GPRS无线电力远程抄表系统具备如下特点：
1、建设周期短，成本低：
GPRS无线网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。
中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。
2、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、处理所有数据采集点的数据。
可很好的满足系统对数据采集。
3、可对电表设备进行远程控制：
通过GPRS双向通讯还可实现对电表进行远程控制，进行参数调整、开关等控制作用。
4、集抄范围广：
GPRS覆盖范围广，在无线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。
5、系统的传输容量大：
数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。
由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突6吉林工程技术师范学院课程设计论文发性数据的需要。
6、数据传送速率高：
7、通信费用低：
采用包月计费方式，运营成本低。
8、系统易于扩展和维护。
由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，因此监测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名，各个电表数据采集点采用GPRS模块通过IP地址或域名来访问该主机，从而进行数据通信。
3.4系统组成
电表数据采集点位于居民小区的信息中心，居民用户的用电数据由复费率电表首先通过RS485接口通过双绞线连接到位于小区信息中心的电表集中器，电表集中器再通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连。
通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络，通过GPRS网络传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
电表集中器通过RS485接口直接连接到电表上，既可支持单个电表，也可以同时支持多个电表，实现对电表参数的采集，存储，预处理或并将采集到的电表数据实时传送到配电中心；
同时，电表集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块，对电表进行控制操作。
1、公网接入方案
服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号宽带上网，申请公网固定IP地址；
可以实现中小容量的电表数据采集应用。
2、专网接入方案
服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线,申请配置固定IP地址，与GPRS网络相连。
由于DDN专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求，可实现大容量数据采集应用。
监控中心服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。
配电中心计算机主机可进行业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行告警，同时对用户使用情况实时监7吉林工程技术师范学院课程设计论文控，保证电力局的合法收益。
电表集中器采集的数据经GPRS网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心IP地址。
各电表使用GPRS透明数据传输终端，通过移动的GPRS网络与配电中心相连。
电表使用GPRS普通数据卡或APN专用数据卡，同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记,并与采集点信息进行关联，以便识别和维护处理。
采集中心运行数据采集中心系统软件，实时采集电表数据。
第四章系统方案论证
4.1方案介绍
随着科技的发展，现代电子技术、通信技术和计算机技术的发展也是突飞猛进，并且它们的结合又演化出许多新的通信方式和通信系统，以满足工业自动化、家庭自动化越来越高的数据传输、监控等要求。
此类系统通常包括信号采集、处理、传输等基本单元，
结构方案如图4.1所示。
图4.1系统结构方案
4.1.1信号采集
数据采集器主要完成对仪表数据的检测和初步处理及传输，而检测手段很大程度上取决于检测对象的特性。
其中，指示表因其结构简单、使用方便，在科学实验和生产中得以广泛使用，因此抄表系统对信号的检测是面临的首要问题。
对于数字式智能仪表可以直接读其存储单元的数据，而传统的仪表通常采用光电传感器来计数，但随着数字图像处理技术的不断发展，也可将其运用在指针式仪表的读数识别中
4.1.2通信介质
目前实际应用的远程抄表系统大多采用两级数据汇集结构，即仪表到采集器、采集器到集中器为第一级，集中器到中央处理站为第二级。
其中，第一级为数据传输量不大、传输距离较近的底层数据采集阶段，故常采用无线射频、低压电力线载波、RS485总线等方式；
第二阶段则可采用光缆，电缆，租用电9吉林工程技术师范学院课程设计论文信专线DDN（DigitalDataNetwork，数字数据网），专用无线数据传输系统，CDPD（CellularDigitalPacketData，蜂窝数字分组数据）、GSM（GlobalSystemforMobileCommunieafione，全球移动通信系统）／GPRS（GenemlPacketRadioService，通用无线分组业务）、CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，码分多址）、3G等公用网信息平台。
对于通信介质的选择主要取决于信息量、实时性等相关技术指标
4.1.3通信接口
远程抄表系统的中央处理站采用数据汇集器与服务器相连，此时汇集器只是作为一个外围设备，故可采用串行口、USB、以太网接口进行通信。
而客户可通过Web实现对服务器上数据的访问。
在此，数据汇集器的引入增强了系统的兼容性与可扩展性，当第二阶段传输模式等发生变化时不会对服务器软件硬件产生变更问题。
4.2技术论证
4.2.1光电传感器
光电传感器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电传感器将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
据此原理，通过采集对应的脉冲数达到检测的目的。
4..2.2数字圈像处理
数字图像处理技术在指针式仪表读数识别中的应用，就是把被测量转换为指针在表盘上的角位移，以此获取被测量的大小。
具体过程就是：
首先，利用摄像头获取仪表图像，通过图像采集卡将图像数字化后送入计算机内存；
接着，对图像依次进行平滑滤波、二值化、腐蚀、细化等处理；
然后，通过Hough变换算法识别出仪表指针的位置；
最后，利用指针位置和仪表读数的对应关系得到读数。
4.2.3nRF905和SMS的无线数据传输
nRF905是一个为433／868／915MHzISM频段设计的真正单片UHF无线收发芯片，它采用GFSK调制解调技术。
nRF905最高工作速率可以达到100k，发10吉林工程技术师范学院课程设计论文射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm。
天线接口设计为差分天线，便于使用低成本的PCB天线，但实际常采用高增益外置天线和加大发射功率来适应不同通信距离的需求。
此外，naF905工作电压范围可以从1.9V～3.6V，并具有待机模式，更省电、更高效。
满足欧洲电信工业标准。
图4.2基于naF905射频模块原理图
GSM是—个能够提供多种业务的移动ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork，综合业务数字网络），而GSM的交互式SMS（ShortMessageService，短消息服务）功能可以实现数据传输。
SMS是移动网络上一种基本无线业务，是信息在移动网络上储存和转寄的过程。
此外，目前市场上流行的大部分手机模块提供了GSM-SMS-AT指令系统，可方便实现硬件和软件接口，通过数据口以串行方式接收指令并向外输出数据，从而实现远程数据传输
4.2.4差错控制
快速性和可靠性是数字通信系统设计的重点，但它们又往往是一对矛盾。
nRF905芯片内置了CRC编解码器。
当然，实际应用中也可编程引入改进了的CRC校验算法，实现差错控制。
4.2.5USB总线
USB是一种通用串行总线，具有同步带宽、灵活、稳定、易于与PC或微控
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