基于GSM的电能计量无线抄表系统

电力18讯：    
山东省昌乐县供电公司  李江涛  

摘要：该文基于GSM网络传输的远程抄表方案，详细介绍了终端（小区）系统的软硬件设计，以及通过W77E58型单片机来控制TC35模块来进行无线通信的方法。由于应用了GSM网络作为上层通信媒介，故系统具有良好的经济性和可扩展性。

关键词：GSM网络；SMS；TC35；抄表

中图分类号：TM764 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2008)06-0032-02

自动抄表是指采用通信和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据。基于GSM 网络的自动抄表系统借助公共GSM网络的SMS机制或数据业务传输数据。由于SMS使用GSM网络中的信令信道来传输数据分组，该信令信道在大多数情况下处于空闲状态，可有效利用。GSM高速数据业务更能可靠地支持点对点的数据传输，在GSM网络工作正常的前提下，实时性和准确性均可满足要求。与常规无线通信相比，无须架设天线，不占用频点，干扰小，误码率低，且不存在通信盲区，是一种值得推广的监控手段。系统同时具有安装调试方便的特点，不仅适合于居民小区抄表，而且适合配电网系统中分散和边远的测控对象。在电力系统远程监控的实际产品中，使用GSM无线调制解调器作为主站和用户端的通信设备可以实现真正意义上的“远程”抄表。

1 系统模型

基于GSM的电能计量装置的无线抄表系统的模型如图1所示。


图1 无线抄表系统模型
系统模型可以分为如下3层：小区电表采集层、小区集中器层与电力管理中心层。

采集层主要是带有RS-485接口的多功能电能表和底层RS-485总线部分。小区集中器层主要由台湾华邦的W77E58型单片机和西门子的TC35型无线手机通信模块构成。电力管理中心层则是由PC机与TC35模块及一些配套软件组成。

电力管理中心的管理机利用GSM短消息模块，通过GSM无线通信网络与各居民小区集中站的集中器构成星型网络。管理中心对各小区电力采集点实施电量采集、远程监控数据传递等命令操作。小区终端接收电力管理中心呼叫命令并对其进行分析解释。若是操作命令，用户端在验证操作权限无误后，执行相应的操作，并将执行后的结果按预定协议上传至电力管理中心。

2 系统硬件设计

2.1 小区集中器设计

小区集中器结构框图如图2所示。它由一款MCS-51增强型单片机、TC35模块、RS-485总线采集电路以及一些外围人机接口电路组成。


图2 小区集中器结构框图
2.2 电力管理中心设计

电力管理中心的硬件主要由PC机和TC35模块组成，TC35模块支持标准的RS-232接口，它与PC机连接时，通过RS-232芯片把TC35的CMOS电平转化为PC机RS-232电平后连接到PC机串口上，就可以和PC机正常通信了。

3 系统软件设计

3.1 小区集中器软件设计

小区集中器件设计总的思想是：正常情况下单片机自动地完成对抄表指令的检测（包括来自自身定时器，键盘以及电力管理中心通过短信发送的抄表指令），一旦检测到抄表指令就会执行抄表，在正常情况下通过GSM模块定期地向电力管理中心发送电量数据消息，一般情况使用短信收发，当然为了保证可靠，可以每条发送短信都需要用户给予相应的一条固定回应，即我们常说的发送报告。小区终端软件流程图如图3所示。


图3 小区抄表流程图
3.2 短信息处理方式

由于文本方式比较简单，这里我们只针对PDU方式进行说明。因为控制TC35模块要用到AT指令，所以对TC35控制时可以用串口把指令以字符串的形式发送出去。

3.2.1 参数设置

AT+CSCA? #确认短消息服务中心号码存在并是正确的

AT+CMGF=0 #设置为PDU格式

AT+CSMS=1 #符合phase II标准

AT+CNMI=0，0，0，0 #设置新收的短消息显示方式。第一个参数表示新收的短消息在数据模式与命令模式下的显示方式，第二个到第四个参数表示新收的SMSDELIVER、CBM、SMS-STATUS-REPORT是否显示到终端上。

3.2.2 发送短消息

AT+CMGS= #< LENGTH>是需要发送的PDU的PT部分字节个数，回车后发送的PDU内容用ASCII表示发送成功后会给出短消息参考号码等字符。

3.2.3 接收短消息

读短消息有路由方式和查询方式两种方式。路由方式是将网络上发来的短消息自接通过串口读入；查询方式是先不处理网络上发来的短消息，将其存到SIM卡上，然后<