发布时间 : 星期一 文章基于GPRS的低压配电网远程监控系统设计 - 图文更新完毕开始阅读29a38170192e45361066f5d2
巨大的数据吞吐量能完全支持文本、图形、视频等多媒体业务。GPRS手机用户可以随时收发E-mail,发送高分辨率的彩色图像和文档资料。值得注意的一点是,170kbps是GPRS协议给出的理论值,网络的实际运行速率要稍微低一些,大概在14.3一44.1kbps左右。GPRS技术的显著特点是用户可以永远保持在线，移动终端只需要输入账号建立连接,就能实现GPRS无线通信。具体的操作过程是,用户在登陆WAP网站时,先初始化射频参数,只要任意一个超文本链接被点击,终端会通过无线信道收发分组数据。如果长时间不对网页进行操作,终端就会转入“准休眠”状态。此时,终端并不是立即断开所有连接,只是它所占用的信道被释放给其他用户传输数据，但仍然与GPRS网络保持逻辑连接,当用户再次点击链接时,终端会立即发送命令申请无线信道,而不必效仿普通拨号上网,断线以后需要重新拨号建立连接才能上网，GPRS资费低,而且可以通过TCP/IP协议浏览普通的网页,使用非常方便。
2.3 GPRS 技术在电力通信网中应用的可行性分析
2.3.1 GPRS 技术可以应用的领域
GPRS 技术可以应用的领域有：
(1) 实现移动上网。GPRS 移动终端可实现诸如收发 E-mail、图像发送、www浏览等功能。
(2) 无线接入。GPRS 可以给智能电话、掌上电脑等设备提供高达171kb/s 的无线接入速率，而目前最快的无线接入速度只有 19.2kb/s。这大大拓宽了无线接入带宽。
(3) GPRS 电子支付。随着 GPRS 网安全保障的不断提高，GPRS 电子商务、GPRS 电子银行都将会引入到移动通信网中来。
(4) 基于 WAP 的应用。通过 GPRS 可使基于WAP的业务应用的开发变得更加容易，其WAP业务应用可兼容各种GPRS终端。
(5) 以GPRS承载业务为基础的网络应用。VPN业务通过与企业内部 Intranet互通，使用户能无线接入内部局域网，实现移动办公等。
(6) 车辆调度。通过GPRS可以实现交通工具的定位、道路信息的获取，从而有效地调度车辆。
(7) 工业遥信、遥测、遥控：电信行业无人值守机房监控和远程维护(如移动基站、微波、光纤中继站等)；
(8) 城市配电网自动化系统数据传输；自来水管道、闸门、泵站与水厂监控；煤气管
道、闸门与加压站监控；供热系统实时监控和维护；气象数据采集与传输；水文监测；其他无人值守站点(如仓库、办公楼等)监控。
2.3.2 GPRS 在电力通信网的可行性分析
(1) 从技术角度分析，GPRS 是中国移动在其现有的 GSM 网络上开通的一种分组数据传输技术，它所依托的网络稳定可靠、覆盖面广、数据传输速度快,能够提供40～100kbit/s 带宽，能满足电力通信网对通信速度的要求。目前该技术现已正式投入商用，运营稳定。目前GPRS技术在电力通信行业应用的环境下有实时流数据和块数据两种典型数据。实时流数据：典型应用为发电厂和变电站的实时运行信息，包括电压、电流、功率、开关位置和运行参数等的监控，一般遇到的实际情况是600bit/s 和1200bit/s两种。虽然，理论上 GPRS 网络不适合流数据的传输(更适合快速包数据的传送),但目前的调度自动化系统数据采集和传送的周期是2~5s左右，其实可以看作是一个准实时的系统，因此，GPRS 作为一种通信手段是可以满足要求的。块(包)数据：典型的应用为电能计量和抄表等系统，其应用环境通常是配电网，分布的面很广，单独为其建立通信网成本很高，维护困难。由于此种数据类型应用一般为非实时传送，因此就更加适合 GPRS 网络的特性，在实际使用中也反映出GPRS 网络能非常好的支持这类应用。
(2) 从经济角度分析，GPRS 存在着比较“诱人”的资费计算方式，可以减少专用网络和通道建设的大量投资，而且不用电力企业自己维护，经济上是合算的。从上述分析来看，GPRS 技术在电力通信行业有广泛的应用前景。
2.4 本章小结
本章首先介绍了接口电路的作用,并依次详细地讲解了UART、SPI串行接口技术和TCP、UDP协议,当中的时序部分对软件设计非常重要。最后简单说明了GPRS技术的应用领域和可行性分析,以及其优越的发展前景。
3 系统总体设计方案
监测系统由微处理器，外围感知硬件设备及其驱动软件组成,总的概括,可以理解为由硬件和软件两部分组成。基于GPRS的低配电网监测系统就是针对当前用电需求而设计的监测系统，实际需要监测的配电网参数很多，本文主要对电流和电压两个参数进行采集。它由四部分组成:电能参数采集模块，GPRS无线通信模块，通信网络和数字终端(如手机和电脑)。本文的工作重点是低压配电网监测终端的软硬件设计,故障判断的信息发送和GPRS网络的无断线连接。
电 能 参 数 采 集 模 块 GPRS 无 线 通 信 模 块 网 络 GPRS 通 信 Internet 网 络 监 测 点 监 测 中 心 图3.1 基于GPRS的低压配电网远程监控系统框图
Figure 3-1 Block diagram of remote monitoring and control system of Low voltage power
distribution network based on GPRS
3.1 终端硬件设计要解决的问题及要求
监测终端位于整个系统的最底层,是保证系统稳定运行和正确决策的基础，该终端主要完成低压配电网的监测,我们首先对配电线路进行电压电流采样,然后送入ADC0809完成转换,最终把采集数据交与单片机处理，配电网监测一般要求数据实时传送,也就意味着需要实时更新的数据量较大,应选用存储量较大的芯片以满足以下要求。 (l)抗干扰性强。 (2)电气连接性简单。 (3)人机界面美观。 (4)电源工作稳定。
3.2 终端软件设计要解决的问题及要求
软件虽然不以实物的形式出现,但它以硬件为载体,运行于硬件之上,控制着整个系统正常有序地运行,因此软件设计在嵌入式系统开发显得尤为重要。因为本终端采用了三种
常用的串行接口电路,所以我们必须编写UART收发程序。在数据采集方面,我们需要完成对芯片的寄存器初始化，当采样过程结束时,要求通过程序能读出电能参数。此外,本文还统一分配EEPROM存储空间,合理规划数据的存放，由于终端需要处理多个中断处理程序,因此我们应该先设置好中断优先级,以快速响应紧急的外部中断，以保证配电网监测数据的准确度。软件设计要求如下：
(l)可读性好:代码结构清晰，美观,易于其他用户理解。 (2)不陷入死循环:代码执行稳定,不出现程序跑飞等异常现象。 (3)占用内存少:尽量减少全局变量的使用,充分利用内存空间。 (4)便于移植:目标代码容易移植到各类单片机系统中。
3.3 软件开发工具
本文采用简单实用的KEILC51uVision3.0作为集成开发环境。它是一款以80C51内核为基础的嵌入式软件开发工具,内含多种标准的工业级插件,能在同一界面完成工程的新建,源程序的编辑、编译、链接,目标文件生成和软硬件仿真。值得一提的是,它的C编译效率极高,生成的目标代码可移植性好,利于大型软件项目的开发KEILC51集成开发环境如图3-2所示,它的功能分为以下几点:
(1)uVision3.0IDE:在同一个窗口界面下可以完成源文件创建、项目工程管理和程序调试等操作。
(2)C交叉Compiler:遵循C国际标准规范,新增一些用于80C51的关键字。 (3)宏Assembler:识别80C51及其派生的各种汇编功能指令。 (4)库Manager:提取生成目标模块所需的库文件,管理自定义生成库。
(5)模块Linker:使用由C51和A51产生的可重定位目标模块和LIB51库中的相关模块生成绝对地址模块。
(6)OH51目标文件Builder:主要实现绝对地址模块向特定二进制格式的HEX文件的转换,它可以直接被烧写到嵌入式系统的Flash中。
(7)RTx51实时0S:内含一个专门用于80C51微处理器的实时、多任务内核。