摘　要： 論述了基于SIEMENS TC45" title="TC45">TC45無線模塊設(shè)計(jì)的一個(gè)無線電力抄表系統(tǒng)的技術(shù)方案。TC45模塊是可以利用J2ME編程技術(shù)進(jìn)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(gòu)成抄表及智能控制終端部分，而系統(tǒng)的服務(wù)器端則利用vc++6.0進(jìn)行開發(fā)，兩者之間通過GPRS" title="GPRS">GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的無線遠(yuǎn)程電力抄表智能控制系統(tǒng)。
　　關(guān)鍵詞： 電力抄表 GPRS  J2ME  TC45

　　傳統(tǒng)的上門抄表計(jì)費(fèi)方式由于費(fèi)時(shí)費(fèi)力，已經(jīng)逐漸被自動(dòng)抄表計(jì)費(fèi)方式替代。在北歐一些發(fā)達(dá)國家，移動(dòng)運(yùn)營商已經(jīng)將M2M（Machine to Machine）無線通信服務(wù)技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中。由于無線通信技術(shù)的發(fā)展，完全可以利用GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中提供的無線IP，在GPRS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上構(gòu)建遠(yuǎn)程無線抄表" title="無線抄表">無線抄表系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)時(shí)性強(qiáng)、能及時(shí)采集數(shù)據(jù)、可以遠(yuǎn)程控制，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
　　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(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、充電管理、停電數(shù)據(jù)保護(hù)、自動(dòng)重啟、三相供電、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等功能。系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)傳輸均嚴(yán)格遵循多功能電表通信規(guī)約，即645標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的可移植性和可擴(kuò)展性。

　　系統(tǒng)由多功能電表、TC45模塊擴(kuò)展板和服務(wù)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(shí)現(xiàn)抄讀數(shù)據(jù)通信和對(duì)電表的智能控制。模塊接收服務(wù)器端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)和信息, 經(jīng)過校驗(yàn)分析, 將相關(guān)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(guān)信息, 經(jīng)過分析校驗(yàn)及相應(yīng)的處理后, 回送到服務(wù)器端。模塊的通用I/O接口通過外圍擴(kuò)展電路實(shí)現(xiàn)繼電器拉閘和報(bào)警等智能化處理。一旦有斷電、超溫等報(bào)警事件發(fā)生, TC45端將作出相應(yīng)的事件記錄, 然后向服務(wù)器發(fā)出相應(yīng)的報(bào)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(duì)鋰電池進(jìn)行充電。而鋰電池則向TC45模塊提供工作電源，同時(shí)也使TC45模塊在斷電時(shí)有充足的電能進(jìn)行斷電保護(hù)和數(shù)據(jù)保存。TC45模塊是西門子" title="西門子">西門子公司設(shè)計(jì)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(gè)通用接口、兩個(gè)串口以及語音模塊。該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，通過J2ME平臺(tái)，用戶可以直接對(duì)TC45模塊進(jìn)行軟件開發(fā)，大大降低了網(wǎng)絡(luò)編程的復(fù)雜度，同時(shí)支持OTAP（空中下載配置）現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程下載程序進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)。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(fù)雜度，提高了可靠性。

　　IGT（Ignition）電路對(duì)電池電壓及供電電壓進(jìn)行判斷，當(dāng)電池電壓達(dá)到模塊工作要求時(shí)，該電路向TC45模塊發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)模塊進(jìn)行正常工作。LDO（Low Dropout Regulators）電路提供外圍電路的工作電壓。當(dāng)供電電壓低于設(shè)定值時(shí)，電源監(jiān)視電路便向TC45模塊發(fā)出斷電報(bào)警信號(hào)。當(dāng)輸入開關(guān)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，遙信電路向TC45模塊發(fā)出事件報(bào)警信號(hào)。當(dāng)外界溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，溫度開關(guān)電路關(guān)斷DC/DC電源并向TC45模塊發(fā)出超溫報(bào)警信號(hào)。485轉(zhuǎn)換接口電路用于將TC45模塊RS232串口信號(hào)與485通信信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，分別與TC45模塊和多功能電能表相連，進(jìn)行抄表設(shè)置等數(shù)據(jù)通信。遙控電路用于繼電器、信號(hào)燈等開關(guān)信號(hào)的開合控制。RTC電池用于向TC45模塊的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路提供電源。
3 系統(tǒng)軟件
　　整個(gè)系統(tǒng)的軟件部分由服務(wù)器端（SERVER）軟件和TC45模塊擴(kuò)展板軟件兩個(gè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)抄讀請(qǐng)求、定時(shí)數(shù)據(jù)抄讀請(qǐng)求、遠(yuǎn)程控制命令等。在TC45模塊端，有每個(gè)控制命令的相應(yīng)處理部分，此外還含有異常事件記錄報(bào)警部分。

3．1 服務(wù)器端軟件
　　服務(wù)器端軟件使用Visual C++軟件開發(fā)。工作時(shí)，服務(wù)器端首先向TC45模塊以GSM短消息方式發(fā)送帶有服務(wù)器IP地址的短消息，然后等待TC45模塊端發(fā)起的與服務(wù)器的連接，這樣做的目的是確保終端部分在需要的時(shí)候及時(shí)連接到服務(wù)器。當(dāng)服務(wù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、讀取定時(shí)抄讀文件以及遠(yuǎn)程I/O控制等命令，并且對(duì)從模塊端傳來的反饋信息進(jìn)行校驗(yàn)，作相應(yīng)的處理與顯示。此外，服務(wù)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(shí)報(bào)警，并發(fā)起第二次連接。
　　服務(wù)器端界面含有三個(gè)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(gè)功能按鈕（建立連接按鈕、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)抄讀按鈕、定時(shí)數(shù)據(jù)抄讀按鈕、引腳控制按鈕和sim卡號(hào)碼按鈕）。
　　下面舉例進(jìn)行介紹。當(dāng)按下實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)抄表數(shù)據(jù)，經(jīng)過校驗(yàn)解碼后，便在數(shù)據(jù)含義欄中顯示這個(gè)數(shù)據(jù)的意義，即2.8千瓦/小時(shí)。服務(wù)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(gè)功能部分。      
　　初始化及通信連接部分：該部分在模塊端程序運(yùn)行時(shí)首先執(zhí)行，對(duì)整個(gè)終端模塊進(jìn)行初始化操作，包括對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置、對(duì)模塊引腳進(jìn)行電平初始化等。然后進(jìn)入等待服務(wù)器端的IP短消息階段。在此階段中，一旦收到含有服務(wù)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(wù)器端發(fā)起TCP/IP的連接，待連接成功后，程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，隨時(shí)對(duì)服務(wù)器端發(fā)送來的命令進(jìn)行響應(yīng)。如果連接失敗，則會(huì)重新進(jìn)入等待狀態(tài)，等待服務(wù)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(fù)責(zé)與服務(wù)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(dāng)接收到服務(wù)器端的控制、查詢等命令時(shí)，先對(duì)命令數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)成功以后分析該指令，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的操作函數(shù)模塊部分。如果校驗(yàn)數(shù)據(jù)出錯(cuò)，則丟棄該數(shù)據(jù)。該部分也對(duì)電表端提供的信息進(jìn)行分析處理，對(duì)電表數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，提取有用的信息，轉(zhuǎn)換成發(fā)送給服務(wù)器的數(shù)據(jù)格式，發(fā)送給服務(wù)器端。
　　外圍電路控制部分：該部分對(duì)各種操作命令進(jìn)行響應(yīng)，執(zhí)行相應(yīng)的功能。例如，遠(yuǎn)程控制命令需要執(zhí)行時(shí)，就通過TC45的通用接口，控制相應(yīng)LED數(shù)碼管和繼電器等外圍電路。該部分也對(duì)外圍電路的報(bào)警信號(hào)（斷電、超溫、開關(guān)等報(bào)警信號(hào)）作出響應(yīng)和處理，并且在記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)后，向服務(wù)器端發(fā)送報(bào)警信號(hào)。
　　定時(shí)抄讀部分：該部分是針對(duì)電表抄表這個(gè)特殊的服務(wù)對(duì)象建立的一個(gè)部分?？梢远〞r(shí)對(duì)電表進(jìn)行抄讀，然后將數(shù)據(jù)以文件形式保存在FLASH中，以便服務(wù)器端在需要的時(shí)候讀取定時(shí)的抄讀數(shù)據(jù)，然后對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制圖表。
　　連接保持查詢部分：定時(shí)地接收服務(wù)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(jìn)入等待服務(wù)器端的IP短消息狀態(tài)，以便再次進(jìn)行連接。
　　文中給出的基于TC45模塊的GPRS無線抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電表無線抄讀以及智能控制。此外，一個(gè)模塊可以同時(shí)連接多個(gè)電表，這樣使降低無線抄表系統(tǒng)成本，讓無線自動(dòng)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(shè)計(jì)中，可以完成功能更為復(fù)雜完善的抄表控制功能。
參考文獻(xiàn)
1  博嘉科.Visual C++ 6.0/Internet Programming Instance網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)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(shù)內(nèi)幕[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003
3  Jeff Prosise 著.MFC Windows 程序設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2002
4  李現(xiàn)勇編. Visual C++串口通信技術(shù)與工程實(shí)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(jī)械工業(yè)出版社,2002
6  威廉斯 (Williams. A) 著, 何 雄譯. Java 2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)幕(美) [M].北京:中國水利水電出版社, 2002