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    傳統(tǒng)的抄表收費(fèi)方式存在許多弊端，如入戶麻煩、管理費(fèi)用過高、存在安全隱患等，已不適應(yīng)現(xiàn)代物業(yè)管理的需要。由于無線通信技術(shù)的發(fā)展，完全可以構(gòu)建遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)。GPRS網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)化應(yīng)用解決了電力系統(tǒng)對(duì)智能抄表控制系統(tǒng)的通信需求，相比于傳統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋性和成本更加適合于工業(yè)應(yīng)用。利用GPRS構(gòu)建無線抄表系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、能及時(shí)采集數(shù)據(jù)、可以遠(yuǎn)程控制，并且由于是利用GPRS公網(wǎng)的平臺(tái)，因而只需用戶安裝終端模塊，無需專門布線即可實(shí)現(xiàn)投資小、收益大、抄表范圍廣，并且系統(tǒng)傳輸容量大、速率高、費(fèi)用低。

1．系統(tǒng)概述

    無線抄表系統(tǒng)有兩種抄表模式，一種是主動(dòng)抄表，即下層模塊定時(shí)采集電表數(shù)據(jù)，發(fā)送到服務(wù)器。另一種是被動(dòng)抄表，即服務(wù)器接收到抄表命令時(shí)，通過無線方式向下層模塊發(fā)送抄表指令。下層模塊接收到指令后通過485總線采集電表的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)打包后通過無線通訊芯片發(fā)送出去。服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)解包，發(fā)送給抄表中心。本系統(tǒng)被動(dòng)抄表方式。

    本系統(tǒng)是一種利用nRF401實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，并通過武漢蘭瑞公司LR100控制處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和處理無線抄表系統(tǒng)。系統(tǒng)由多功能電表、nRF401、武漢蘭瑞公司LR100和服務(wù)器端組成。該系統(tǒng)通過nRF401建立了GPRS無線通信鏈路，進(jìn)行基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)IP地址設(shè)定、電表數(shù)據(jù)無線抄讀和定時(shí)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程I/O端口控制、報(bào)警通知、停電數(shù)據(jù)保護(hù)、自動(dòng)重啟、三相供電等功能。無線收發(fā)芯片nRF401接收服務(wù)器端發(fā)來的指令，經(jīng)過LR100校驗(yàn)分析，將相關(guān)的查詢指令通過RS485總線傳送給電表，電表接收到查詢指令后，返回相關(guān)信息，經(jīng)LR100分析校驗(yàn)及相應(yīng)的處理后，經(jīng)nRF401發(fā)送回送到服務(wù)器端。系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

2．系統(tǒng)的硬件介紹

    2．1  nRF401

    nRF401是近兩年比較流行的、應(yīng)用比較廣泛的一種無線收發(fā)芯片，由北歐的NORDIC公司設(shè)計(jì)推出。該芯片采用藍(lán)牙核心技術(shù)設(shè)計(jì)，是一個(gè)為433MHzISM頻段設(shè)計(jì)的真正單片UHF無線收發(fā)芯片，它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，最高工作速率可以達(dá)到20K，發(fā)射功率可以調(diào)整， 最大發(fā)射功率是+10dBm。天線接口設(shè)計(jì)為差分天線，便于使用低成本的PCB天線。該芯片具有待機(jī)模式，可以更省電和高效。nRF401的工作電壓范圍為2．7V～5．25V，發(fā)射電流約為8mA～18mA(—10dB輸出)，接收電流約為10mA，待機(jī)電流為8μA。

    2．2  LR100 模塊

    LR100模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有限透明傳輸和電表的智能控制，模塊接收服務(wù)器端通過數(shù)據(jù)傳輸模塊到達(dá)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析，查詢指令經(jīng)RS485接口傳輸給電表，控制指令通過控制I/O對(duì)電表智能控制。電表接收到查詢命令后，反饋回相關(guān)信息，信息到達(dá)數(shù)據(jù)處理模塊后，模塊按事先配置的參數(shù)進(jìn)行處理，需要回送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸，并根據(jù)電表反饋進(jìn)行智能控制和報(bào)警處理。

    串口1：提供參數(shù)配置，通過對(duì)PC機(jī)上的配置軟件進(jìn)行通信對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行配置。主要是對(duì)抄表服務(wù)器端的IP地址、端口號(hào)、通訊協(xié)議（TCP/UDP）等進(jìn)行設(shè)置，以提供LR100系統(tǒng)軟件初始化時(shí)的參數(shù)。

    串口2：提供對(duì)SIMCOM SIM100 GPRS模塊的通信，通過標(biāo)準(zhǔn)的AT指令和擴(kuò)展指令與模塊進(jìn)行通信，模塊的硬件接口通過與LR100擴(kuò)展電路板連接。這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)SIMCOM SIM100 GPRS模塊的數(shù)據(jù)（基于短信或GPRS）傳輸和接收。

    串口3：提供選擇進(jìn)行RS232/485通信，主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)電表的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)終端的數(shù)據(jù)響應(yīng)。
GPIO接口： LR100提供的GPIO來實(shí)現(xiàn)對(duì)電表的智能控制，通過中間電路控制實(shí)現(xiàn)電表的報(bào)警和斷電等智能處理。由于GPIO的端口充裕和簡潔的程序控制實(shí)現(xiàn)使后續(xù)擴(kuò)展更方便。

3．系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

    3．1  數(shù)據(jù)的傳輸軟件模塊

    下層模塊收到服務(wù)器發(fā)來的抄表命令，首先檢查IP地址。如果IP地址不符，說明命令是發(fā)給其它模塊的，則丟棄命令，繼續(xù)等待。如果IP地址符合，則將上層模塊發(fā)來的命令轉(zhuǎn)發(fā)給，等待數(shù)據(jù)返回。如果超時(shí)則重新發(fā)送，超時(shí)三次則認(rèn)為儀表故障，向上層返回異常信號(hào)。數(shù)據(jù)正常接收完畢后，模塊按照與儀表的協(xié)議檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，則重新向儀表發(fā)送命令，如果正確則向上層發(fā)送數(shù)據(jù)，之后重新進(jìn)入等待狀態(tài)。其軟件流程圖分別如圖2所示。

    3．2  數(shù)據(jù)分析模塊
   
    數(shù)據(jù)分析模塊是有限透明處理的中心邏輯，負(fù)責(zé)對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。判斷內(nèi)容包括：服務(wù)器下達(dá)指令的分類－分為對(duì)電表的通用指令和智能操作的操作指令；電表上傳服務(wù)器數(shù)據(jù)的分析—包括對(duì)數(shù)據(jù)情況的判別（是否需要進(jìn)行智能控制）和數(shù)據(jù)的上行到服務(wù)器的處理；對(duì)短信指令的分類處理—分辨出配置指令和操作指令并進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的處理。

    3．3  數(shù)據(jù)智能控制模塊

    通過LR100的GPIO接口對(duì)電表進(jìn)行控制，包括報(bào)警、斷電等控制處理以及其他擴(kuò)展處理。

    3．4  參數(shù)配置處理

    通過COM1和PC機(jī)連接，使用PC機(jī)上的配置軟件對(duì)所需參數(shù)進(jìn)行配置，包括：服務(wù)器端的IP地址、端口號(hào)、傳輸協(xié)議、打包數(shù)據(jù)長度、時(shí)延等。通過接收到的短信配置命令對(duì)參數(shù)進(jìn)行配置，該模式適合于遠(yuǎn)距離作業(yè)時(shí)候的配置和處理。

    上層模塊收到抄表中心的命令后，通過射頻無線通訊方式向下層模塊發(fā)送命令，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。如果下層模塊沒有數(shù)據(jù)返回，超時(shí)后上層模塊會(huì)重新發(fā)送命令。如果超過三次仍未有數(shù)據(jù)返回，則認(rèn)為是下層模塊工作異常，向抄表中心返回異常信號(hào)。

    3．4  服務(wù)器軟件模塊

    服務(wù)器收到抄表的命令后，通過射頻無線通訊方式向下層模塊發(fā)送命令，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。如果下層模塊沒有數(shù)據(jù)返回，超時(shí)后服務(wù)器會(huì)重新發(fā)送命令。如果超過三次仍未有數(shù)據(jù)返回，則認(rèn)為是下層模塊工作異常，則返回異常信號(hào)。

4．結(jié)束語

    小區(qū)自動(dòng)抄表系統(tǒng)是未來發(fā)展的必然趨勢，而對(duì)于已經(jīng)建成的住宅小區(qū)的家庭內(nèi)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的改造，無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)具有使用方便、靈活、無需重新布線的優(yōu)點(diǎn)，此外，一個(gè)模塊可以同時(shí)連接多個(gè)電表，這樣可以降低無線抄表系統(tǒng)成一，系統(tǒng)略加改造，還可以實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部的三表統(tǒng)一抄送，后續(xù)開發(fā)空間很大。

參考文獻(xiàn)：

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【4】張常年,郭書軍,左岐.計(jì)算機(jī)通信與工業(yè)控制【M】.化學(xué)工業(yè)出版社,2002

【5】孫鳴,吳玨  基于T45模塊的無線抄表系統(tǒng)【J】,電子技術(shù)應(yīng)用,2005.6:29-31