通信原理课程设计1.docx

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通信原理课程设计1

前言…………………………………………………Ⅰ

第一章绪论…………………………………………1

第二章系统设计………………………………………2

第三章硬件介绍…………………………………………4

第四章软件设计…………………………………………6

第五章总结与展望…………………………………………8

参考文献…………………………………………………9

致谢…………………………………………………………………10

前言

随着国家电力系统“一户一表，供电到户”政策的贯彻实施，用电网络日益庞大，给供电企业用电网络管理造成很大困难，因而自动抄表技术（AMR）在城乡两网改造中得到广泛的应用。

在自动抄表技术应用到的所有通信模式中，各种方案都存在着不同程度的缺陷，为解决这类矛盾，提出了复合通信方案。

所谓复合通信方案，是在自动抄表的不同通信阶段采用不同的通信方式，组成实现电能自动抄表用复合通信网络。

本文中介绍的抄表系统，是以GPRS为通信媒介。

GPRS采集终端可接集中器与低压电力线载波技术相结合，完成对低压居民用电量的抄收；可接台变总表，完成对电力大用户用电量抄收；还可接变电站关口表，实时抄收各种数据，以便对用户进行数据分析和管理。

GPRS（GeneralPackedRadioService，通用分组无线业务）是一种采用分组交换的高效率数据传输方式，它克服了GSM中电路变换速率低、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，提高了传输速率。

GSM网络的数据传输速率低于96Kb／s，GPRS网络理论上最大可以提供1712Kb／s的传输速率。

由于GPRS网络具有永远在线、快速登录、按流量计费、切换自如、高速传送、安全可靠等优点，所以由它来做技术支撑，可以用更加简单、低成本、安全可靠的方式构建远程监控网络，节省人力、物力，提高水文遥测监控的自动化水平。

摘要

介绍了一种以GPRS为通信方式的无线自动抄表系统。

在现有计量仪表基础上，增加GPRS模块，借助覆盖范围极其广泛的GPRS网络，编制相应的应用软件，实现远程无线自动抄表。

系统具有3层结构：

前端采集子系统由GPRS采集终端构成，通信子系统由GPRS网络构成，中心处理子系统为主站软件系统。

利用该远程无线自动抄表系统可以进行灵活、方便、可靠的远距离数据传输。

系统具有成本低、使用方便、运行稳定的特点，且可扩展仪表生产企业现有仪表的功能，增加网络支持。

关键词：

GPRS网络；GPRS模块；远程无线抄表

Abstract

RemotewirelessautomaticreadingsystemiscompletedbyGPRSmodule，GPRSnetworkandcorrespondingsoftwarebasedontheexistingmeters．Itischaracteristicoflowcost，convenientoperation，andstablerun，Itcanalsoenlargenetworkfunctionofexistingmetersofthemanufacturerbyofferingnetworksupport.

Keywords：

GPRSnetwork；GPRSmodule；remotewirelessread—meter

第一章绪论

GPRS（Genera1PacketRadioService）即通用分组无线技术，是GSMPhase2+阶段规定实现的内容之一，能够提供比现有的GSM网9．6kbit/S更高的数据传输速率，最高可达170kbit/S。

使用GSM/GPRS无线公网传输数据，不需要申请频点；数据传输过程稳定、安全、效率高，按流量计费，费用低；采用标准的TCP/IP协议组网，通用性强；对于提高电力系统自动化水平，节约人力物力有着显著的效果。

本文借助GPRS网络以及Internet网络，在几乎不改变原安装仪表的前提下，增加一块GPRS模块，通过编制相应的应用软件，实现远程自动无线抄表。

第二章系统设计

系统主要由GPRS采集终端、GPRS网络、Internet互联网、具有固定IP的GPRS服务器及主站前置PC机等组成。

组网方式如图l所示。

系统的GPRS数据采集终端放在用电现场。

GPRS终端中放置已经开通GPRS服务的SIM卡和GPRS通讯模块．与GPRS网络建立双向连接。

本文提出的基于GPRS的远程电表集抄系统,是以现行的电力抄表系统为基础,在计算机管理中心和用户端分别装配GPRS网络模块,利用GSM全球移动通信系统实现监测数据的可靠传输。

用电现场监测与控制系统是一个既有抄表功能,又有强大管理功能的系统。

系统主要由主站管理系统,智能数据采集终端,GPRS公用无线网络三大部分组成。

系统具有对用户用电方式进行检测、异常报警、远程抄表、线损分析、负荷管理、无功管理、分析历史数据、制作报表等功能。

智能数据采集终端包括数据采集器、通信控制器、GPRSModem。

GPRS公用无线网络部分包括MSC基站控制器、SGSN业务支持节点、GGSN网关支持节点。

主站管理系统包括网关、信息服务器等。

整个系统结构如图1所示。

图2-1系统结构图

首先,采集终端检测部分把仪表的数据和运行状态检测出来,通过近距离的有线或无线方式发送给GPRS模块,通过GPRS模块把数据发送到GPRS网中。

由于GPRS网与互联网都是基于IP协议的,且是互相连接的,所以只要主站监控管理中心可以通过任意方式上网,终端数据就可以通过GPRS网络透明地传送到主站监控管理中心。

监控管理中心的查询命令或控制命令也可以通过互联网和GPRS网发送到GPRS模块中,再由GPRS模块传送给各个终端模块,对它们进行操作。

如上述由于通过GPRS,终端检测控制部分可以直接访问互联网,所以在主站管理监控中心并不需要购置GPRS模块。

中心只需通过宽带、ISDN或ADSL上网即可（如图1中方式1）,这比基于GSM短消息的解决方案大大节省了成本（SMS方案中,监控中心至少要配置1-8个GSM模块连接到主机的串行口上）。

由于本项目是在实验室完成,为避免从学校局域网申请固定公网出口的麻烦,采用了方式2—GPRS通过模块接入互联网,这样也可以充分利用移动的内部网络。

第三章硬件介绍

3.1硬件组成

智能数据采集终端在硬件上由嵌入式微处理器、传感器、GPRS调制解调器、指示灯、外部RAM、时钟、振荡器、看门狗复位等部分组成。

嵌人式微处理器使用TI（德州仪器）的16位高性能处理器MSP430F149。

GPRS模块是系统的无线网络接口,本终端采用的模块和主站管理系统的相同。

3.2采集数据在网络上传输的实现

智能终端的软件设计主要完成数据采集、GPRS拨号、GPRS网络传输协议几大功能。

在提供GPRS业务的地区,移动用户向网络运营商提出申请后都可以开通GPRS功能。

微处理器上使用GPRS拨号到获得本机IP地址一般经过以下几个步骤：

（1）PDP场景设置主要是设置数据包的格式和默认的网关。

实际使用如下AT命令实现：

AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET”该命令表示,数据包使用协议,网关设置为中国移动通信网CMNET（ChinaMobileNET）。

（2）拨号同使用电话线上网需要拨中国电信的专用号码一样,使用GPRS上网需要拨中国移动的专用接人码,该号码为*99#。

在实际操作时,用如下的AT命令实现,ATD*99#。

（3）LCP配置在用户拨号后,作为应答,ISP（InternetServiceProvider）服务器向客户机发送LCP配置包,客户机必须根据PPP协议的要求以及系统的需求进行应答,在双方都认可LCP配置后,配置完成。

（4）PAP认证LCP配置完成后,进行PAP认证。

在GPRS中,客户机应主动ISP向服务器发送PAP请求包。

在客户机收到ISP发送过来的PAP确认包后,PAP认证通过。

PAP确认包的内容是“TTPComPPP-PasswordVerifiedOK”的ASCII码。

（5）IPCP配置客户机向ISP发送配置IP地址的IPCP请求包,ISP给用户分配IP地址,并以IPCP包的形式发送给客户机。

经过上面五个过程,采集终端获得了IP地址。

在系统中,系统管理终端采用固定的IP地址。

采集终端在拨号后,主动将含有采集终端IP地址信息的数据包发送给系统管理终端。

在地址包交换成功后,将需要发送的数据进行封装,即可进行GPRS数据通信。

GPRS登陆成功后,为了最终实现数据的GPRS网络传输,本终端完整编写了UDP/IP协议包,考虑到系统的功能性和稳定性,以及整个系统的成本,开发周期等因素,同时微处理器上编写TCP/IP协议比较繁琐,这里采用了相对简单的UDP/IP协议。

UDP本身诸多不可靠性,本系统通过软件及制定应用层协议加以解决。

诸如发送超时及重发控制。

应用层协议以应答的方式详细地规定了传输帧的格式。

第四章软件设计

4．1软件开发工具及运行平台的选择

VisualC++开发工具是非常优秀的面向对象的程序设计语言，具有功能强大、程序开发简单、功能扩展方便等优点，已成为Windows系统平台上使用广泛的应用软件开发工具。

因此，本系统也采用该开发工具，Windows98及以后的操作系统均可作为其运行平台。

4．2软件流程

该设计采用VC++6．0开发环境，其中的MFC库应用程序框架使用消息映射方式，把Windows消息映射到C++成员函数。

此外，该设计主要采用多线程编程方法。

多任务和多线程的应用使程序代码更加有效、功能更加强大。

当监听到一个GPRS模块要求连接的申请后，现有线程接受申请，同时启动另一个辅助线程，用来监听是否有其他连接申请，这样只需设计好辅助线程的数据处理，便可以接收任意。

GPRS模块的连接申请，主线程还可以同时处理用户发出的命令要求。

上位机主站管理程序采用VC++6．0语言编写，界面友好，分用户档案，终端档案和表记档案3大部分。

用户档案中的每位用户都有其所使用的终端档案。

及每个终端所带的多功能电表的表记档案。

数据库采用标准的关系型数据库，既能保证数据的完整性，又能方便地进行数据的查询与修改。

图4—1软件流程图

第五章总结与展望

通过这学期对通信系统综合设计的设计，我深刻的理解了“学以致用”这句话。

正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行”。

学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期通信原理课程刚学完之际，紧接着来一次基于无线工业MODEM的扩展应用课程设计是很及时、很必要的。

这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。

理论联系实际是很重要的，空有理论知识而没有实际的动手操作是不会对理论知识有进一步的了解的。

通过本次的课程设计，我学到了很多东西，从自己动手设计原理图到论文的完成，都是一个个需要信心和耐心的过程。

在设计过程中，和老师的悉心指导是分不开的，对于学生的问题，老师都很耐心的给予细致的讲解。

对于电路的设计，要积极培养自己的动手能力。

在反复摸索中学会实际的效果。

同时小组成员之间的团结合作也是很重要的。

当然，丰富的理论知识在设计中是坚固的基础。

参考文献

【1】钟章队，蒋文怡，李红军，等．GPRS通用分组无线业务[M]．北京：

人民邮电出版社，2001．

【2】博嘉科技．VisualC++6．0网络编程实作教程[M]．北京：

北京希望电子出版社，2001．

【3】求是科技．VisualC++6．0数据库开发技术与工程实践[M]．北京：

人民邮电出版社，2004．

【4】DavidJKruglinski，ScotWingo．VisualC++6．0技术内幕[M]．北京：

北京希望电子出版社，2002

【5】周游，高新华．国内几种电能表自动抄录系统之比较[J]．广东电力，2002，15

（1）：

9—11．

【6】李平，郑应强，张振仁．基于IOKV电力系统自动抄表系统[J]．现代电子技术，2002，（11）：

74—76．

【7】李治，黄璐，赵伟．利用其他领域成果推动自动抄表进步[J]．城市·建筑智能系统，2002，（9）：

15-17．

【8】Xavier。

LagrangePhi1ippe，God1ewski．GSM网络与GPRS[M]．北京：

电子工业出版社，2002．

【9】DL／T645—1997，多功能电能表通信规约[S]．

致谢：

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，交换机在生活中可以说得是无处不在。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，

这次论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要用心去做的一件事情，是真正的自我学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有这次的研究，就不会有所突破。

这次设计，不仅让我重新复习了从前的知识，而且还弥补了以前的许多漏洞，学会了综合运用知识，学会了应用实践。

虽然本次课题是根据生产实践中虚拟的课题，但是已经用于实践。

让我学会了综合考虑问题，全面分析问题，总体规划布局等有关设计的方法，体会到了理论联系实际的重要性。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在XXX老师和XX老师的指导下，终于游逆而解。

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！