CN201417503Y - 基于gprs的嵌入式远程自动抄表系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，包括采集端与计量用表连接的数据采集器，所有数据采集器均通过无线通信模块接入数据集中器的信号输入端，其中数据集中器的信号输出端采用GPRS模块通过GPRS网络接入抄表管理中心。本实用新型解决了城市居民的水、电、煤气三表数据的采集、计量、结算等问题，克服了传统有线抄表方式的弊端，能实现对家用三表的一体化远程抄读、联网查询、缴费和智能控制功能，具有无需布线、工作量小、传输数据量大、准确性高通信费用低等特点，用网络信息化的管理替代了人工管理，提高了工作效率。

Description

基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统

技术领域

本实用新型涉及数字化社区的远程自动抄表系统，主要采用基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统。

背景技术

挨家挨户敲门查电表的方式，无论是对敲门的人来讲，还是对被敲门的人来讲，都是一件麻烦的事情。因此现在已有许多住宅用户都用上了预付费电卡，省去了查表的麻烦，但对电力部门来说，数据统计和实时监测仍然是一个有待解决的问题。

自动抄表系统目前主要采用有线通信技术和电力线载波通信技术。有线通信技术作为传统方法，系统的稳定性很好，但铺线工程量大，容易被人为损坏，而且如果居民楼建成后，再在墙壁表面拉线，居民难以接受。电力线载波抄表在国内始终没有得到大范围应用，其主要原因是国内电力线路本身所带的大量谐波干扰问题没有得到很好解决，在数据传送过程中，经常出现错码、丢码的情况，使数据出现较大误差。

随着我国移动通信技术的快速发展，GPRS网络系统逐步覆盖了全球各个角落。电力部门如果通过GPRS网络作为通信传输手段可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心，以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型目的旨在结合GPRS网络技术，提供一种基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，能够由GPRS系统提供广域的无线IP，在GPRS网络平台上构建远程抄表系统，实现电表、水表等数据的无线数据传输，具有充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。

本实用新型采取的技术方案是，一种基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，包括采集端与计量用表连接的数据采集器，所有数据采集器均通过无线通信模块接入数据集中器的信号输入端，其中数据集中器的信号输出端采用GPRS模块通过GPRS网络接入抄表管理中心。

所述数据采集器以三星的S3C2410A作为主控制器，还包括与主控制器连接的脉冲采集模块、LCD显示模块、Flash存储模块、USB接口模块、无线数据传输模块和键盘控制模块。

上述主控制器通过串行接口TX(P3.0引脚)和RX(P3.1引脚)外接无线数据传输模块DTD465A，通过I²c外接时钟芯片DS1307，其中所述数据存储模块选用64KB的EPROM存储器AT24C256。

数据集中器包括S3C2410A微处理器和分别与之连接的SDRAM模块、键盘控制模块、LCD显示模块、Flash存储模块、无线数据传输模块和USB接口模块。

所述数据采集器上连接的计量用表包括水表、电表和煤气表。抄表管理中心采用与数据集中器连接的上位机。

本实用新型的工作原理向下描述如下：基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统包括采集端与计量用表连接的数据采集器、数据集中器、GPRS模块和抄表管理中心。每户安装一个数据采集器。一个数据集中器可以与相邻区域内的所有数据采集器进行通信。数据采集器负责对家用三表的电脉冲信号进行实时采集、转化和存储。数据集中器是整个系统的核心，它一方面通过GPRS模块接入网络与抄表管理中心进行数据通信，另一方面通过无线数据传输模块与数据采集器通信。数据集中器不断循环地对数据采集器发送命令实现数据的集中，在收到抄表管理中心的上传命令后，数据集中器通过GPRS网络上传数据。抄表管理中心对收到的数据进行处理和分析。一旦出现异常情况，抄表管理中心在发出声光报警信号的同时，发送异常命令到数据集中器。数据集中器通过无线数据传输模块将异常命令下传给数据采集器，由数据采集器控制内嵌在表中的继电器做出相应动作(如停水、断电、关气和报警等)。此外，抄表管理中心与自来水公司、电力公司、天然气公司的营业系统和银行的收费系统联网，完成各种费用的计算、票据打印、统计报表等功能。

综上所述，本实用新型所述基于GPRS的嵌入式远程抄表系统具有如下技术效果：

1、实时性强：

由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

2、可对居民家中的计量表设备进行远程控制：

通过GPRS双向系统还可实现对计量表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。

3、建设成本少低：

由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低。

4、集抄范围广：

GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

5、系统的传输容量大：

数据中心要和每一个计量表数据采集点保持实时连接。由于数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

6、数据传送速率高：

每个计量表的数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2Kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。

7、通信费用低：采用包月计费方式，运营成本低。

总之，本实用新型解决了城市居民的水、电、煤气三表数据的采集、计量、结算等问题，克服了传统有线抄表方式的弊端，能实现对家用三表的一体化远程抄读、联网查询、缴费和智能控制功能，具有无需布线、工作量小、传输数据量大、准确性高通信费用低等特点，用网络信息化的管理替代了人工管理，提高了效率。

附图说明：

图1为实施例1所述嵌入式远程自动抄表系统的总体结构图；

图2为图1中数据采集器的结构图；

图3为图1中数据集中器的结构图；

图4为实施例1中FLASH存储模块与S3C2410A的连接示意图；

图5为实施例1中SDRAM模块的结构框图；

图6为实施例1中液晶屏LTS350Q1与主控制器S3C2410A的接口连接图；

图7为实施例1中键盘控制模块与主控制器S3C2410A连接图；

图8为图1中抄表管理中心的功能模块框图；

图9为数据采集器的工作流程图；

图10为数据集中器的工作流程图。

具体实施方式

实施例1：

基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，总体结构如图1所示，包括与水表、电表、煤气表3种计量用表连接的数据采集器、数据集中器、通信通道、抄表管理中心。

每户安装一个数据采集器，每300m安装一个数据集中器。一个数据集中器可以与300m内的所有数据采集器进行通信。数据采集器负责对家用三表的电脉冲信号进行实时采集、转化和存储。数据集中器是整个系统的核心，它一方面通过GPRS模块GR47接入网络与抄表管理中心进行数据通信，另一方面通过无线数据传输模块与数据采集器通信。数据集中器不断循环地对数据采集器发送命令实现数据的集中，在收到抄表管理中心的上传命令后，数据集中器通过GPRS网络上传数据。抄表管理中心对收到的数据进行处理和分析。一旦出现异常情况，抄表管理中心在发出声光报警信号的同时，发送异常命令到数据集中器。数据集中器通过无线数据传输模块将异常命令下传给数据采集器，由数据采集器控制内嵌在表中的继电器做出相应动作(如停水、断电、关气和报警等)。此外，抄表管理中心与自来水公司、电力公司、天然气公司的营业系统和银行的收费系统联网，完成各种费用的计算、票据打印、统计报表等功能。

如图3所示，数据集中器包括S3C2410A微处理器和分别与之连接的SDRAM模块、键盘控制模块、LCD显示模块、Flash存储模块、无线数据传输模块和USB接口模块。

其中数据采集器结构如图2所示，以三星公司的S3C2410A作为主控制器，包括与主控制器连接的脉冲采集模块、无线数据传输模块、FLASH存储模块、LCD显示模块、USB接口模块和键盘控制模块。主控制器通过串行接口TX(P3.0引脚)和RX(P3.1引脚)外接无线数据传输模块DTD465A，通过I²c外接时钟芯片DS1307，其中所述存储模块选用64KB的EPROM存储器AT24C256。从水表、电表、煤气表等输出的采样脉冲，经过输入电路实现信号电平转化，再经整形转换成方波后，再送给单片机的I/O口，实现各表的脉冲数统计。数据存储模块选用64KB的EPROM存储器AT24C256，用来存储各表的数据信息和采集器的地址，等待数据集中器的抄写。每个用户采集器的地址不同，保证采集信息的正确无误。系统配备可充电后备电源，停电时自动启用后备电源为系统供电，防止丢失数据。

下面分别介绍上述基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统中各个模块的单元电路：

如图4所示，FLASH存储模块与S3C2410A的连接示意图：FLASH存储模块采用三星电子公司生产的K9F1208作为系统的NAND FLASH存储器，K9F1208单片容量为64M×8bit(64M字节)，工作电压2.7～3.6V，8位数据宽度，带有硬件数据保护功能，支持上电自动引导功能，块擦除时间2ms。FLASH存储模块在系统中通常用于存放程序代码，如嵌入式操作系统、启动代码、用户应用程序、用户数据等，系统上电或复位后从此获取指令并开始执行，S3C2410A支持NAND FLASH和NOR FLASH两种启动模式，这里FIASH存储模块选用的是NAND FLASH存储器，因此应将S3C2410A的启动模式设为NAND FLASH启动。

如图5所示，由两片HY57V561620T并联构建成为32位SDRAM模块。SDRAM模块选用HY57V561620T，单片存储容量为4组x4Mx16位(32M字节)，工作电压为(3.3±0.3)V，16位数据宽度。根据系统需要可充分发挥32位CPU的数据处理能力，本系统选用两片HY57V561620T并联构建32位SDRAM存储器系统。

LCD显示模块包括LCD屏、LCD驱动器和相应的LCD控制器。通常LCD驱动器会以COF/COG的形式与LCD玻璃基板做在一起，而LCD控制器则有外部电路来实现。S3C2410A内部已经集成了LCD控制器，因此可以很方便地控制各种类型的LCD屏，例如：STN和TFT屏。这里采用三星3.5反射型TFT液晶屏LTS350Q1，320×240像素，256k色，White LED背光，自带四线式触摸屏，可以直接和S3C2410A的触摸屏驱动电路连接，触摸位置直接用CPU内置的ADC电路采样而得。LTS350Q1与S3C2410A的接口如图6所示。

S3C2410A带有2个通道的SPI接口，每个SPI接口由4个引脚：SPIMOSI，SPIMISO，SPICLK，nSS。SPI支持RC32332与外部设备全双工模式的，同步串行数据传输。S3C2410A通过SPIMOSI1发送数据给键盘控制模块ZLG7289，ZLG7289通过MISO发送数据给S3C2410A，两个方向的传输可以同时同步进行。键盘控制模块与主控制器S3C2410A连接见图7。

主控制器S3C2410A自带3个UART通道，通过外接MAX3232芯片实现标准的RS-232通信接口后，分别与GPRS通信模块GR47和无线数据传输模块DTD465A实现串口连接。

系统软件设计分为上位机软件设计和下位机软件设计两大部分。上位机是指抄表管理中心，下位机则包括数据集中器和数据采集器。其中上位机即抄表管理中心，是一套由计算机系统管理软件和应用软件、数据库等组成的收费管理和控制系统。抄表管理中心与数据集中器之间为一主多从的通信结构，抄表管理中心可与每个数据集中器通信。系统采用多点查询的通信方式，即抄表管理中心按数据集中器地址呼叫，数据集中器接收后，把按照通信规约存储的数据上传到抄表系统管理中心。抄表系统管理中心的软件采用模块化设计，分别由信息管理模块、抄表管理模块、联网缴费模块和异常处理模块4部分组成。其功能模块框图如图8所示。

(1)信息管理模块。档案管理模块包括小区资料(如编号、名称、地址等)，集中器资料，用户资料的录入、修改、删除以及它们之间所属关系的管理；系统配置模块完成对数据集中器、数据采集器、用户家用三表的设置(如集中器的读写时间、表的参数设置等)。

(2)抄表管理模块。统计分析模块对采集到的数据进行累计值、平均值、最大值、最小值等的分析、计算并存储，建立历史数据库，形成各种报表和统计图形，供系统使用；自动抄表模块实现远程无线自动抄表功能；系统管理模块实时检查系统的各种参数和状态并做出相关反应，确保系统安全、可靠地运行。

(3)联网缴费模块。费用计算模块负责用户各种费用的统计、分析和缴纳；浏览查询模块能按照不同要求查询出指定用户的详细情况，并能将查询结果生成各种报表打印输出；系统录入能对联网用户设置不同的权限，实现访问控制。

(4)异常处理模块。欠费管理模块能根据用户缴费情况，自动控制用户的水、电、天然气的接通和断开；系统异常模块能及时发现系统异常部位，并依据情况采取自动修复或者声光报警。

下位机包括数据集中器和数据采集器两部分。数据采集器对家用三表的脉冲信号进行实时采集和存储，并在接到上传命令后，将需要的数据上传到数据集中器中。另外，采集器还能对违章、欠费用户实施警告和控制。数据集中器一方面接收来自抄表系统管理中心的各种操作命令，并下传数据采集器；另一方面，将数据采集器的各种信息回传给抄表管理中心，同时存储所辖表计的数据和有关参数，并具有定时抄收采集终端数据、实时监视采集终端的工作状态等功能。数据采集器和数据集中器的控制方法流程分别如图9和图10所示。

实施例2：以下针对电表作为待测的计量表进行详细描述：居民小区的所有电表首先连接到数据集中器，本实施例中是电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过RS485传到电表集中器，电表集中器通过RS232口与GPRS透明数据传输终端连接，电表数据经过协议封装后发送到GPRS数据网络，通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心作为的抄表管理中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。因此，该技术具有很好的发展前景和应用空间。

由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，配电中心计算机主机配置固定的IP地址，各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。本实施例中所述系统的主要组成如下：

1、作为数据采集点的电表数据采集点：

电表数据采集点位于居民小区的信息中心，居民用户的用电数据由复费率电表首先通过RS485接口由双绞线连接到位于小区信息中心的电表集中器，电表集中器再通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理，协议封装后发送到GSM网络，通过GPRS网络传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。

电表集中器通过RS485接口直接连接到电表上，既可支持单个电表，也可以同时支持多个电表，实现对电表参数的采集、存储、预处理或并将采集到的电表数据实时传送到配电中心；同时，电表集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块，对电表进行控制操作。

2、作为抄表管理中心的配电中心。

配电中心服务器申请配置固定IP地址，采用移动通信公司提供的DDN专线，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。

配电中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到配电中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。

配电中心计算机主机可进行业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行告警，同时对用户使用情况实时监控，保证电力局的合法收益。

3、GPRS/GSM移动数据传输网络：

电表集中器采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到配电中心IP地址，实现了远程自动抄表。

Claims (6)

1、一种基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，其特征是，包括采集端与计量用表连接的数据采集器，所有数据采集器均通过无线通信模块接入数据集中器的信号输入端，其中数据集中器的信号输出端采用GPRS模块通过GPRS网络接入抄表管理中心。

2、根据权利要求1所述基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，其特征是，所述数据采集器以三星的S3C2410A作为主控制器，还包括与主控制器连接的脉冲采集模块、LCD显示模块、Flash存储模块、USB接口模块、无线数据传输模块和键盘控制模块。

3、根据权利要求1所述基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，其特征是，所述数据集中器包括S3C2410A主处理器和分别与之连接的SDRAM模块、键盘控制模块、LCD显示模块、Flash存储模块、无线数据传输模块和USB接口模块。

4、根据权利要求3所述基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，其特征是，所述数据集中器中Flash存储模块采用NAND FLASH存储芯片K9F1208。

5、根据权利要求3所述基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，其特征是，所述SDRAM模块由两片HY57V641620并联组成；LCD显示模块选用三星3.5反射型TFT液晶屏LTS350Q1。

6、根据权利要求1-5之一所述基于GPRS的嵌入式远程自动抄表系统，其特征是，所述数据采集器上连接的计量用表包括水表、电表和煤气表。

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