基于GSM的遠程抄表終端設計

史國旗，田盼盼，耿富臣，張維維，李 敏

（大連民族學院 信息與通信工程學院，遼寧 大連 116600）

目前很多地區的抄表工作是十分煩瑣的，需要安排很多抄收人員逐家逐戶進行抄表，然后將數據報送到相關部門，進行數據的錄入，并計算每家每戶的實際用水電量與應繳納實際花費。遠程抄表系統是指利用單片機系統和無線網絡等技術自動讀取和處理用戶儀表數據，將用戶的水電氣表等儀表的使用信息傳輸到管理企業進行綜合處理的系統。它是在有線抄表系統的基礎上發展起來的，但由于采用的是無線通信等技術，可以解決有線抄表系統距離受限、組網困難、建設成本和維護成本高、功耗較大等問題[1]。

1 系統硬件電路設計

整個遠程抄表系統包括光電直讀式表頭、Meter-Bus總線接口電路、GSM模塊、微控制器和自來水公司計算機監控終端5大部分，其結構圖如圖1所示。為了降低功耗，本設計中所有的模塊不一直處于工作狀態，各個模塊在微控制器的指揮下定時工作，即抄表系統的所有模塊的工作方式為“長時間休眠，短時間工作”。其中，休眠周期（小時、天、周、月）由管理員用計算機終控端通過GSM模塊發布。微控制器接收GSM模塊收到的指令后，修改抄表周期，同時根據設定的抄表周期通過Meter-Bus接口電路控制光電直讀表頭讀取當前的水電量值，然后再利用GSM無線網絡發給計算機終端，實現定時自動抄表。

圖1 遠程抄表系統結構圖Fig.1 Block diagram of remote meter reading system

本設計的遠程抄表終端是由GSM無線通信終端和電能抄表測量端組成。整體設計框圖如圖2所示。系統選用STC89C52作為系統主控制芯片，單片機將接收到的表數據通過LCD顯示器顯示并通過TC35i模塊發送到GSM網絡。讀表控制中心接收到遠程抄表終端的數據，完成記錄與計價功能。

圖2 遠程抄表終端整體框圖Fig.2 Block diagram of remote meter reading terminal

1.1 主控制器選擇

主控制器選用STC89C52單片機。STC89C52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes ISP（In-System Programmable）的可反復擦寫1000次的FLASH只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP FLASH存儲單元，可為許多嵌入式控制應用系統高性價比的解決方案[3]。工作時單片機只需定時測量單相脈沖電能表輸入的脈沖，再根據脈沖數與用電量之間的比例關系得到用戶的用電量，定時通過TC35i無線通信終端監控發送用戶的用電量到系統中心計算機[4]。

1.2 無線通信模塊選擇

無線通信終端采用SIEMENS TC35i作為通信模塊，TC35i可在GSM網中完成語音、數據、短消息以及傳真的傳送，具有標準的工業接口和完整的SIM卡閱讀器，使用簡單[2]。配以MAX3232實現TTL電平到RS232電平的轉換，TC35i與 GSM 2/2+ 兼容、雙頻（GSM900/GSM1800）、RS232 數據口、符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，易于升級為GPRS模塊，模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短信息。將該模塊和一片微處理控制單元（MCU）組成具有SMS接收和發送功能的GSM集中抄表終端，即可實現遠程抄表。

1.3 電源電路設計

使用LM2941T芯片向TC35i模塊提供4.2 V電壓，具體電路圖如圖3所示。

圖3 TC35i模塊電源電路Fig.3 Power supply circuit of TC35i module

1.4 LCD顯示電路設計

液晶顯示（LCD）模塊采用帶中文字庫的LCD12864，其內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊，內置 8192個16×16點漢字和128個 16×8點 ASCII字符集[5]，也可完成圖形顯示。其連接電路如圖4所示。

2 系統軟件流程設計

該系統軟件流程如圖5所示。首先單片機初始化，設置外部中斷0，測試遠程抄表無線通信模塊，模塊可正常進行通信后進入系統總循環：檢查電表是否異常，若異常向讀表控制中心發送警告短消息，若電表正常工作，每隔5分鐘讀取電表數據，并更新最新數據到電表數據緩沖區中；若接到讀表控制中心抄表短信，則將電表數據緩存區中的數據以短消息的形式發送到抄表控制中心。

圖4 液晶顯示電路Fig.4 LCD circuit

圖5 程序流程圖Fig.5 Program flow chart

3 結束語

設計了基于TC35i模塊的遠程抄表終端的硬件電路與軟流程，該系統具有體積好、移植性好、性能穩定、能夠實時、準確的完成遠程抄表功能，解決人工抄表效率低，錯誤率高的問題，具有重要的實用價值。

[1]李廣弟，等.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[2]蔡美琴，等.MCS-51系列單片機應用系統設計系統配置與借口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1990.

[3]蘇偉斌.8051系列單片機應用手冊[M].北京：北京科學出版社，1997.

[4]賴麒文.8051單片機C語言開發環境實務與設計[M].科學出版社，2002.

[5]陳龍三.8051單片機C語言控制與應用[M].北京：清華大學出版社，2002.

[6]周長紅，劉敬彪.智能抄表系統的設計與實現[J].現代電子技術，2004，16（5）:35－38.ZHOU Chang-hong，LIU Jing-biao.Design and realization of copying meters in intelligence system[J].Modern Electronics Technique，2004，16（5）:35－38.

[7]顏彪，許宗澤.一種新的抗轉發干擾直接序列擴頻系統的性能分析[J].數據采集與處理，2002，17（4）:415－418.YAN Biao，XU Zong-ze.Performance analysis of a new retransmitted interference resistantDS spread spectrum system[J].Journal of Data Acquisition&Processing，2002，17（4）:415－418.

[8]孫際明，孔澤明，張小水.一種電能計量管理系統的設計[J].電力系統自動化，1997，4（12）:51－53.SUN Ji-ming，SUN Ze-ming，ZHANG Xiao-shui.Design of electric power calcuting and management system[J].Automation of Electric Power Systems，1997，4（12）:51－53.