摘 要: 一種基于GSM網絡、通過短消息業務(SMS)實現的電力數據的無線傳輸系統。對系統的硬件及軟件進行了說明。
關鍵詞: GSM 遠程抄表 SMS
目前我國國內電表的讀取方式主要有三種:(1)傳統的人工抄表方式。需到用戶處讀取數據,返回局后將數據匯總、統計等工作。(2)預付電費方式。抄表人無須到用戶處,用戶通過銀行繳費,供電方按購買額供電,完成抄表收費工作。(3)遠程抄表方式。監控中心通過遠程通信系統(例如電力線載波、公共電話網等)自動獲取電表數據。目前國內大量使用的還是人工抄表方式,部分地區開始使用遠程抄表的方式。傳統的人工抄表不能保證數據的準確性和實時性,浪費大量的人力和時間,并給用戶帶來不便[1]。當前,GSM移動通信得到了迅速的普及,一些基于GSM的無線應用產品,如車載和遙控等系統開始不斷出現。在電力抄表系統中,由于對實時性和數據的傳輸量及傳輸速度要求不是很高,因此可以利用GSM短消息業務(Short Message Service,SMS)進行數據傳輸。SMS具有隨時隨地獲取信息的功能,且通信費用低,應用系統相對簡單,易于推廣使用。利用現有的SMS網絡平臺,可以用較少的投入構造一個適合特定業務需求的、專用的短信息服務系統[2]。本文即利用中興通訊公司的GSM無線調制解調器ZXGM18,通過短消息業務實現了一種電力遠程抄表系統。
1 系統結構設計
該系統主要包括中心控制室、遠端子站和子站設置器三個組成部分。中心控制室主要完成啟動抄表、電力數據的顯示、存儲和分析以及接收遠端子站的跳閘信息等工作。而遠端子站則在收到啟動抄表命令后進行讀表工作,并將電力數據組織成自定義格式后通過短消息發送到中心控制室。同時,子站還對電表箱的狀態進行監控,一旦檢測到有非法開啟狀態則會在跳閘斷電的同時發送跳閘信息到中心控制室。子站設置器用于遠端子站的設置工作,包括設置中心控制室的SIM卡號碼和子站電表數目。另外如果需要,還可以設置子站SIM卡的短消息服務中心地址。系統總體結構圖如圖1所示。
系統中采用的短消息業務是GSM系統提供給用戶的一種數字業務,具有雙向通信能力。SMS利用了短消息服務中心(SMSC)的存儲和轉發機制,當接收端關機或不在服務區時,SMSC會暫存短消息;當接收端開機并處在服務區后(一般在24小時內),SMSC立即把該短消息發給接收端。每條短消息可以傳送160個7位編碼數據或140個8位編碼數據,或70個UNICODE碼。如果超過這個長度則需分多條短消息發送。本系統中發送的短消息數據區都加入了自定義的命令碼和狀態碼,具有較強的安全性[3][4]。
2 硬件設計
系統的硬件設計也相應地分為中心控制室、遠端子站和設置器三個部分。其中,中心控制室的硬件設計相對比較簡單。三個部分的硬件設計框圖如圖2所示。
2.1 中心控制室
由于ZXGM18集成了完整的GSM功能,為用戶提供了較完備的系統連接接口,包括外部電源、串行接口以及可能需要的外部SIM和音頻接口,因此中控室硬件部分主要完成ZXGM18模塊外圍的電源電路以及與主機的串行通信電路的設計。需要注意二個問題:①為保證模塊正常工作,電源電路設計時應有2A的峰值電流輸出能力;②與模塊進行串行通信時,信號電平要進行轉換,不能超過3.3V,否則會對模塊造成永久損壞。
2.2 遠端子站
子站與外部主要有三個數據通道,分別實現與ZXGM18模塊、設置器和電表的數據交換。其中經過相應的電平轉換,子站與ZXGM18模塊利用模塊提供的UART接口通信與設置器采用RS-232串行通信,以及與多塊電表則利用RS-485總線進行通信。另外還包括非法開箱檢測輸入信號和跳閘輸出信號。子站的MCU采用了AT89C52,省略了外部程序存儲器的設計。子站硬件框圖中的多路復用器用于實現數據通道的切換。
2.3 設置器
設置器主要包括鍵盤、LCD顯示和串行通信電路等部分,可以設置子站的中控室SIM號碼和各個電表的表號,如果需要還可以設置子站的短消息服務中心號碼。
3 軟件設計
系統軟件主要包括中控室主控程序、遠端子站下位機程序以及設置器設置程序三個部分。設置器設置程序比較簡單,主要實現輸入號碼的顯示和發送。中控室主控程序主要完成子站及其電表的注冊、注銷等管理工作和啟動讀表操作以及電表數據的存儲、顯示和分析工作,同時還監聽子站的跳閘信息并進行報警。其中,與ZXGM18模塊的通信工作比較特殊,需要使用專門的AT命令集。針對不同的GSM無線MODEM模塊,具體的AT命令的參數會有所不同,支持的消息模式也會不同,如ZXGM18只支持Text模式、西門子C35I只支持PDU(Protocol Description Unit)模式等。Text模式是基于ASCII字符的,頭信息和消息內容分別由不同的命令參數定義。而PDU模式是基于二進制字符串的,數據和代碼都已經過了編碼。系統中主要用到的AT命令(采用具有自動開機功能的模塊)如表1所示。
遠端子站下位機程序軟件流程圖如圖3所示。上電后首先檢測ZXGM18模塊是否能正常找到網絡,找到后則與設置器進行握手操作,握手成功后就等待設置器的各個設置命令,否則進入等待讀表命令狀態。圖中的“跳閘”標志位在定時中斷程序中設置。該程序周期性檢測有無非法開箱動作,檢測為真則置位“跳閘”標志位。
4 結束語
基于GSM網絡短消息業務的電力遠程抄表系統具有良好的移動性,不需要建立專用無線通信網絡,同時可靠性也得到保證。本系統已經在某市供電分局進入試用階段,到目前為止系統運行良好。相信這種方式會有比較廣闊的應用前景。
參考文獻
1 徐德軍,蔡鍵龍,龔建榮.用單片機實現遠程自動抄表.電子工程師,2001;(5)
2 張玲.利用SMS實現面向移動用戶的信息服務.微型機與應用,2001;(9)
3 張正紅,胡小軍,劉東.基于GSM短消息接口的MC3一體化遙測系統.單片機與嵌入式系統應用,2002;(11)
4 譚寶成,王鵬.基于SMS通信的直放站監控系統設計.單片機與嵌入式系統應用,2002;(10)