摘 要： 論述了基于SIEMENS TC45" title="TC45">TC45無線模塊設計的一個無線電力抄表系統(tǒng)的技術方案。TC45模塊是可以利用J2ME編程技術進行程序開發(fā)的終端模塊，在抄表系統(tǒng)中與電表端相連構成抄表及智能控制終端部分，而系統(tǒng)的服務器端則利用vc++6.0進行開發(fā)，兩者之間通過GPRS" title="GPRS">GPRS網(wǎng)絡實現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的無線遠程電力抄表智能控制系統(tǒng)。
關鍵詞： 電力抄表 GPRS J2ME TC45
傳統(tǒng)的上門抄表計費方式由于費時費力，已經(jīng)逐漸被自動抄表計費方式替代。在北歐一些發(fā)達國家，移動運營商已經(jīng)將M2M（Machine to Machine）無線通信服務技術應用在自動抄表系統(tǒng)中。由于無線通信技術的發(fā)展，完全可以利用GPRS移動網(wǎng)絡系統(tǒng)中提供的無線IP，在GPRS服務網(wǎng)絡平臺上構建遠程無線抄表" title="無線抄表">無線抄表系統(tǒng)。其優(yōu)點在于實時性強、能及時采集數(shù)據(jù)、可以遠程控制，由于是利用GPRS公網(wǎng)的平臺，因而只需用戶安裝終端模塊，無需專門布線即可實現(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、費用低。
1 系統(tǒng)概述
這里提出一種基于SIEMENS公司TC45無線模塊的無線抄表系統(tǒng)（如圖1所示）。該系統(tǒng)通過TC45模塊建立了GPRS無線通信鏈路，進行基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)IP地址設定、電表數(shù)據(jù)無線抄讀和定時存儲、遠程I/O端口控制、報警通知、充電管理、停電數(shù)據(jù)保護、自動重啟、三相供電、實時時鐘等功能。系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)傳輸均嚴格遵循多功能電表通信規(guī)約，即645標準，具有良好的可移植性和可擴展性。
系統(tǒng)由多功能電表、TC45模塊擴展板和服務器端組成。TC45模塊的串口經(jīng)光電隔離接口RS485與電表連接，實現(xiàn)抄讀數(shù)據(jù)通信和對電表的智能控制。模塊接收服務器端通過GPRS網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)和信息, 經(jīng)過校驗分析, 將相關的查詢指令通過串口傳輸給電表, 電表接收到查詢命令后, 返回相關信息, 經(jīng)過分析校驗及相應的處理后, 回送到服務器端。模塊的通用I/O接口通過外圍擴展電路實現(xiàn)繼電器拉閘和報警等智能化處理。一旦有斷電、超溫等報警事件發(fā)生, TC45端將作出相應的事件記錄, 然后向服務器發(fā)出相應的報警信息。
2 系統(tǒng)硬件介紹
系統(tǒng)硬件組成框圖如圖2所示。三相供電電源提供的直流電壓經(jīng)DC/DC變換后提供給充電電路，對鋰電池進行充電。而鋰電池則向TC45模塊提供工作電源，同時也使TC45模塊在斷電時有充足的電能進行斷電保護和數(shù)據(jù)保存。TC45模塊是西門子" title="西門子">西門子公司設計的一款基于GSM/GPRS引擎的無線通信模塊，可工作于900MHz和1800MHz兩種頻率。帶有九個通用接口、兩個串口以及語音模塊。該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，通過J2ME平臺，用戶可以直接對TC45模塊進行軟件開發(fā)，大大降低了網(wǎng)絡編程的復雜度，同時支持OTAP（空中下載配置）現(xiàn)場升級功能，可以實現(xiàn)遠程下載程序進行系統(tǒng)升級維護。此外它具有內(nèi)嵌FLASH、RAM和通用接口，可以免去外接MCU、FLASH、RAM等器件，降低了系統(tǒng)的復雜度，提高了可靠性。
IGT（Ignition）電路對電池電壓及供電電壓進行判斷，當電池電壓達到模塊工作要求時，該電路向TC45模塊發(fā)出啟動信號，啟動模塊進行正常工作。LDO（Low Dropout Regulators）電路提供外圍電路的工作電壓。當供電電壓低于設定值時，電源監(jiān)視電路便向TC45模塊發(fā)出斷電報警信號。當輸入開關信號發(fā)生變化時，遙信電路向TC45模塊發(fā)出事件報警信號。當外界溫度超出設定范圍時，溫度開關電路關斷DC/DC電源并向TC45模塊發(fā)出超溫報警信號。485轉換接口電路用于將TC45模塊RS232串口信號與485通信信號進行轉換，分別與TC45模塊和多功能電能表相連，進行抄表設置等數(shù)據(jù)通信。遙控電路用于繼電器、信號燈等開關信號的開合控制。RTC電池用于向TC45模塊的實時時鐘電路提供電源。
3 系統(tǒng)軟件
整個系統(tǒng)的軟件部分由服務器端（SERVER）軟件和TC45模塊擴展板軟件兩個部分組成（如圖3所示）。SERVER端可以向TC45模塊發(fā)送各種控制命令，如實時數(shù)據(jù)抄讀請求、定時數(shù)據(jù)抄讀請求、遠程控制命令等。在TC45模塊端，有每個控制命令的相應處理部分，此外還含有異常事件記錄報警部分。
3．1 服務器端軟件
服務器端軟件使用Visual C++軟件開發(fā)。工作時，服務器端首先向TC45模塊以GSM短消息方式發(fā)送帶有服務器IP地址的短消息，然后等待TC45模塊端發(fā)起的與服務器的連接，這樣做的目的是確保終端部分在需要的時候及時連接到服務器。當服務器端與終端通信連接成功以后，便可以向終端模塊發(fā)送查詢實時數(shù)據(jù)、讀取定時抄讀文件以及遠程I/O控制等命令，并且對從模塊端傳來的反饋信息進行校驗，作相應的處理與顯示。此外，服務器也含有連接保持查詢功能，以確保與模塊端的通信連接暢通，一旦發(fā)生通信連接斷開的現(xiàn)象，可以及時報警，并發(fā)起第二次連接。
服務器端界面含有三個顯示欄（收到數(shù)據(jù)欄、數(shù)據(jù)含義欄和發(fā)送命令欄）和五個功能按鈕（建立連接按鈕、實時數(shù)據(jù)抄讀按鈕、定時數(shù)據(jù)抄讀按鈕、引腳控制按鈕和sim卡號碼按鈕）。
下面舉例進行介紹。當按下實時數(shù)據(jù)抄讀按鈕后,發(fā)送命令欄中顯示發(fā)送的命令字，然后在收到數(shù)據(jù)欄中將顯示從終端模塊那里發(fā)送的實時抄表數(shù)據(jù)，經(jīng)過校驗解碼后，便在數(shù)據(jù)含義欄中顯示這個數(shù)據(jù)的意義，即2.8千瓦/小時。服務器接收到數(shù)據(jù)的截圖如圖4所示。
3．2 終端軟件
TC45模塊端程序分為下面幾個功能部分。
初始化及通信連接部分：該部分在模塊端程序運行時首先執(zhí)行，對整個終端模塊進行初始化操作，包括對GPRS網(wǎng)絡進行配置、對模塊引腳進行電平初始化等。然后進入等待服務器端的IP短消息階段。在此階段中，一旦收到含有服務器端IP地址的短消息，該程序便立即從消息中提取出IP地址，然后向服務器端發(fā)起TCP/IP的連接，待連接成功后，程序進入待機狀態(tài)，隨時對服務器端發(fā)送來的命令進行響應。如果連接失敗，則會重新進入等待狀態(tài)，等待服務器發(fā)出的再次連接短消息。
數(shù)據(jù)分析、處理、收發(fā)部分：在連接建立成功之后，該部分負責與服務器端的數(shù)據(jù)通信以及與電表的數(shù)據(jù)通信及處理。當接收到服務器端的控制、查詢等命令時，先對命令數(shù)據(jù)進行校驗，校驗成功以后分析該指令，跳轉到相應的操作函數(shù)模塊部分。如果校驗數(shù)據(jù)出錯，則丟棄該數(shù)據(jù)。該部分也對電表端提供的信息進行分析處理，對電表數(shù)據(jù)進行校驗，提取有用的信息，轉換成發(fā)送給服務器的數(shù)據(jù)格式，發(fā)送給服務器端。
外圍電路控制部分：該部分對各種操作命令進行響應，執(zhí)行相應的功能。例如，遠程控制命令需要執(zhí)行時，就通過TC45的通用接口，控制相應LED數(shù)碼管和繼電器等外圍電路。該部分也對外圍電路的報警信號（斷電、超溫、開關等報警信號）作出響應和處理，并且在記錄相應數(shù)據(jù)后，向服務器端發(fā)送報警信號。
定時抄讀部分：該部分是針對電表抄表這個特殊的服務對象建立的一個部分。可以定時對電表進行抄讀，然后將數(shù)據(jù)以文件形式保存在FLASH中，以便服務器端在需要的時候讀取定時的抄讀數(shù)據(jù)，然后對采樣的數(shù)據(jù)進行分析，繪制圖表。
連接保持查詢部分：定時地接收服務器端的連接查詢命令，以確保鏈路的正常工作。一旦發(fā)生連接斷開，則讓程序重新進入等待服務器端的IP短消息狀態(tài)，以便再次進行連接。
文中給出的基于TC45模塊的GPRS無線抄表系統(tǒng)，實現(xiàn)了電表無線抄讀以及智能控制。此外，一個模塊可以同時連接多個電表，這樣使降低無線抄表系統(tǒng)成本，讓無線自動抄表系統(tǒng)成為電力抄表的主力成為可能。該系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)空間很大，在今后的設計中，可以完成功能更為復雜完善的抄表控制功能。
參考文獻
1 博嘉科.Visual C++ 6.0/Internet Programming Instance網(wǎng)絡編程實作教程[M].北京：北京希望電子出版社,2001
2 Kruglinski,D.J.著, 潘愛民 王國印譯.Visual C++ 技術內(nèi)幕[M].北京：清華大學出版社，2003
3 Jeff Prosise 著.MFC Windows 程序設計[M]. 北京：清華大學出版社，2002
4 李現(xiàn)勇編. Visual C++串口通信技術與工程實踐[M].北京：人民郵電出版社,2002
5 誒克爾 (Eckel. B) 著,侯 捷譯. Java編程思想(第二版) (美) [M]. 北京: 機械工業(yè)出版社,2002
6 威廉斯 (Williams. A) 著, 何 雄譯. Java 2 網(wǎng)絡協(xié)議內(nèi)幕(美) [M].北京:中國水利水電出版社, 2002