基于SIM300與Web Server的無線抄表系統設計

蔡志威，湯 彬，韓 鑫

（東華理工大學 機械與電子工程學院，江西 撫州 344000）

1 系統構成及原理

文章設計了一個無線抄表系統，該系統主要由電能采集部分，GPRS終端，Web服務器，控制客戶端組成。在單元戶與樓層之間，我們采用了通信距離較長和抗干擾能力較好的R S 485總線通信，然后通過一個RS484轉TTL 232模塊進行電平轉換，再連接到m c u串口進行通信，同時，m c u另一個串口通過A T指令控制s i m 300模塊的初始化，撥號上網，數據的發送等等。GPRS連接到服務器后，用戶可以在客戶端用I E登陸到遠程Web Server,輸入I P后服務器返回用戶一個認證頁面，通過用戶名和密碼登陸后可以查看所用的電量數據。由于GPRS下行數據傳輸最大85.6k b p s，上行數據傳輸最大42.8k b p s，如果用戶過多可以設計多個GPRS節點協同工作。具體設計框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

2 硬件電路設計

電能采集部分，采用了美國ADI公司生產的ADE 7755電能計量芯片，它是一種高準確度電能測量電路集成電路，主要用于單相電表系統，其技術指標超過了IEC 1036規定的準確度要求。它只在ADC和基準電路中使用了模擬電路，其他的信號處理都由數字電路完成，這使得在惡劣的環境下仍然可以保持極高的準確度和長時間的穩定性，通過引腳F1、F2以低頻形式輸出有功功率的平均值，可以直接驅動機電式計數器，或者與微控制器接口，從引腳C F以高頻形式輸出有功功率的瞬時值，用于電能計量表的校準。從F1和F2輸出的脈沖信號頻率為1600imP/kWh，即1600個輸出脈沖表示一度電。

主控電路部分，由于涉及到串口操作比較多，一次抄表數據量龐大，一般的51單片機難以實現。為了解決此問題，筆者采用了以意法半導體公司的stm 32f103c8t6作為主控制器，因為它具有低功耗，多達3個串口，并具有M D A功能，非常適合大吞吐率的數據傳輸。

GPRS網絡部分，主要采用了Simcom公司的具有四頻G S M/GPRS900/1800/1900M H z功能的sim 300模塊，它除了具有基本的短信功能,還內嵌了強大的TCP/IP協議棧，并且支持GSM 07.07增強型A T指令集，是作為GPRS數據傳輸的首選。AT指令是Hayes公司推出的一套Modem操作指令集，是Modem通信接口的工業標準，它的功能可以配置Modem與遠程系統通信，發起或應答一個呼叫等。因此，MCU可以利用AT指令集操作S i m 300模塊的全部功能。

硬件設計電路如圖2所示：

供電電源：由于GPRS發射時需要很大的電流，在設計上應當最大能提供到1.2A，在設計中我們用外部5V輸入的電壓經兩個二個1N 4007硅整流二極管進行降壓，使得在3.8-4.5之間；LED指示：SIM 300上電以后，一開始網絡指示燈Network LED的閃爍頻率為 64msON/800m sOFF，此時表示 SIM 300模塊正在搜索 GPRS網絡，過一段時間后，網絡指示燈的閃爍頻率變為 64msON/3000m sOFF，此時表示模塊已經連接到 GPRS網絡上；PWRKEY是模塊的啟動使能端，模塊的一種啟動方式是通過控制PWRKEY管腳，在該管腳上產生一個一段時間的低電平，按照手冊上PWRKEY然后為高阻態，實際電路測試中采用高阻態和高電平均可以啟動模塊。

圖2 GPRS硬件電路圖

2 系統軟件設計

在軟件功能上，實現了短信PUD格式的發送和接收，在TCP/IP層實現HTTP數據傳輸。在軟件構架上實現了多個模塊的整合，由MCU統一調度，實現整個系統功能。

采用Windows XP自帶的IIS組件來構架Web服務器，通過安裝相應的安裝包，設置調試即可使用,Web Server是一種新的WE D應用程序的分支，可使用標準的互聯網協議，通過HTTP與客戶端實現通訊。其步驟如下：①建立TCP連接：建立TCP連接后，監聽程序設計好的端口(如默認端口號:80)，若收到一個TCP包，即進入TCP回調函數。②向服務器發送請求：建立連接后，客戶端可以向服務器發送數據請求，將采集到的電能數據包發送給Web服務器。③Web服務器響應：服務器收到請求后，會發出響應數據包，響應報文中包含協議版本號、應答狀態、冗余校驗碼等信息。通過以上步驟，一個完整的通訊過程就完成了。

圖3 系統軟件流程圖

4 結語

基于GPRS的無線抄表系統可根據客戶的不同要求定制，具有廣闊的市場前景。運用該系統，保證了數據采集的準確性和可靠性，節省了人工成本。在Web服務器上，運用數據加密算法，從而保證數據安全，這也是無線抄表技術在未來的發展方向之一。