配电变压器参数的GPRS网络远程监测系统

据保存电路，以CPLD EPM7032构成系统接口器件协调工作的控制电路和指示灯的驱动电路。这样，构成了一个集自诊断、时钟功能、大容量存储、双串行口通信功能的系统。

本监测器正是以该系统为中心，配合电路远动采集模块和无线Modem完成采集和通信的功能。由于电力远动采集模块、无线Modem都提供了串行的通信接口，因此该系统必须具有2个串行口，而单片机只有1个串行口（Rx和Tx），因此采用通用异步收发器（UART）将并行口转换成串行口，供控制与驱动GSM模块使用。由于变压器参数记录需要具备时间信息，因此采用时钟芯片给系统提供时钟，89C52每秒从时钟芯片那里获得最新时间，这样系统就具有时间了。有了时间后，系统很方便对变压器常规记录进行时间标定。为了使监测器里面保存几天乃至一个月的历史记录，必须有大容量的RAM。本系统中采用了128KB RAM完成此功能，使历史记录在10min/次的采样频率下储存一个星期的记录。由于上述UART、时钟芯片和RAM都通过数据总线（P0口）进行数据传输，采用分时复用技术，因此需对它们的工作进行协调。采用CPLD逻辑译码产生它们的片选信号的方法解决这个问题，使它们共享数据总线和地址总线。

2.3 GPRS调制解调器的驱动和控制

本系统中采用GPRS网络进行历史数据、实时数据以及报警信息的远程传输，并采用短消息业务发送报警信息到调度人员的手机上作为补充。该功能由无线Modem来实现。对GPRS Modem进行驱动和控制采用AT命令集。AT命令集是Hayes公司建立的最普遍且广为支持的命令集，大部分厂家生产的Modem都能执行此Hayes命令集，包括普通Modem和无线Modem。AT命令集是由一个特定的“命令前缀”开始，由一个“命令结束标志”结束。命令前缀通常由AT两个字符组合，它是Attention的缩写，意思是“引起注意”，因此我们称该Modem命令为AT命令。命令结束标志是一个单字符，其值存储在寄存器S3中，通常为回车符<CR>。

图2 硬件结构图

    为了达到数据通信的目的，我们必须掌握如何建立和拆除通信链路，如何自动应答数据来电等。下面介绍常用的AT命令。

①ATDxxxx。该命令使Modem立即进入摘机状态，并拨出随后的号码（拨号串）以建立连接。拨号串由拨号修饰符和电话号码组成。拨号修饰符用于指示Modem何时拨号以及如何拨号的操作。例如拨号修饰符T、P分别表示Modem以音频方式和脉冲方式拨号。值得一提的是，拨号修饰符“,”起延迟处理下一字符的作用。该修改符在要拨外线的场合特别有用。警如，机关、企业要拨市话或者长途电话时，首先要拨“9”（或者“0”等），则采用如下AT指令：ATD9，8888888<CR>，（8888888为待拨电话号码）。

②ATS0=R。该命令控制应答方式：自动或手动、R=0，手工应答;R≠0，表示在响铃R次之后Modem自动摘机并试图连接。R值范围为1～255。手工应答下，每次电话铃响时，Modem返回RING结果码，但不应答呼叫（除非此时执行ATA指令）。

③+++。该指令让Modem从在线数据状态切换到在线命令状态。它其实是一个换码序列（转义序列），不是普通AT指令，因而前面不加AT，后面也不用跟回车符。在发出+++命令之前和之后，停顿由S12寄存器定制的时间（称为保证时间，缺省为1s），以保证Modem接收到该命令；否则，+++将被当作普通数据处理。该命令不挂断线路而是让Modem进入命令状态，即在线命令状态。

④ATHn。该命令执行挂机操作。在在线命令状态时，使用该命令迫使Modem挂机，拆除通信链路。n=0，挂机，并将Modem置于命令状态；n=1，摘机。

需要特别指出的是，GPRS Modem只是兼容了Hayes制式的AT指令集，但是在GPRS应用中，GPRS Modem对AT指令集做了扩充。以西门子的MC35模块为例，它的拨号指令是ATDT*99***1#；接入GPRS状态的指令是AT+CGDATA=PPP。

3 系统软件

3.1 模块化设计

监测器软件采用模块化的设计方法，用汇编语言编写。按功能可分为：初始化器件模块、进入GPRS网络模块、实时测量模块（与电力远动采集模块之间通信获取实时参数）、历史数据记录模块和GPRS远程通信模块。GPRS远程通信模块包括呼叫管理中心建立通信链路模块、发送常规记录子模块、发送1天最大最小值记录子模块、发送越限报警记录子模块、发送来停电报警记录子模块以及命令字分析子模块。命令字分析子模块负责实时分析GPRS Modem传送过来的命令字符，从而决定如何响应监测中心的请求，给予相应的应答信息。各模块之间通过相关联的参数进行沟通。

3.2 GPRS网络通信的实现

GPRS作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+(1997年)规范实现的内容之一，是一种基于GSM的移动分组数据业务。它面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。

GPRS拨号上网时，移动GGSN分配手机模块一个IP地址（静态或动态、公用或私有），目前中国移动提供的是动态的IP。为了提高数据传输的可靠性和稳定性，我们可以向移动公司申请APN服务。移动公司可以为接入用户建立VPN（X虚拟专用网），而且移动公司为每个APN客户提供一个绑定网内IP的SIM卡。以广州为例：申请APN服务时，可以申请接入GZTEST01测试网，并由此获得广州移动提供的网内IP，它是10.101.X.X网段的一个固定IP。这样，系统的所有数据都是在GZTEST01测试网传输。该系统的管理中心也用一个GPRS Modem来接入GPRS网内。其实，GZTEST01测试网可以理解为一个大型的无线GPRS局域网，而且这个无线局域网给每个GPRS终端用户提供的是一个动态的IP地址，当GPRS数据采集终端想要实现点对点的数据传输时，就必须知道对方分配到的动态IP地址。为了解决这个问题，我们的管理中心使用了绑定网内IP的SIM卡拨号上网，所有数据采集模块拨号上网时首先要到管理中心进行注册。只要注册以后双方才能建立通信。由于整个数据传输都是在基于GPRS网络建立的VPN上传输的，系统的实时性和安全性都得到了保障。由于通信链路的建立是基于TCP/IP的，所以，我们采集终端的GPRS无线调制解调器的驱动处理器还必须带有TCP/IP协议栈。我们选用了UBICOM公司的SX52BD，这是UBICOM公司的一款8位高速单片机。此芯片支持在线编程（ISP）功能，可以方便地修改和下载CPU的程序。这款单片机以其优异的性能，可以广泛应用在需要网络支持的场合，尤其适合于需要网络远程控制或远程监控的应用中。本系统的网络协议（IP、ARP、UDP、TCP）就是通过此芯片TCP/IP协议栈实现的。

4 结论与展望

采用GPRS网络远程数据通信方法解决了远程监测系统通信问题，比起其它有线通信方式有着不可比拟的优越性。由于采用的是无线模式，数据传输的安全性得到了很大的提高。当然，万事有利必有弊。该方法的实施也还在一些缺陷，如GPRS通信方式比起CSD（电路拨号）通信方式的可靠性和实时性还有待提高。但是，随着GPRS网络的逐渐完整和应用技术的不断成熟，GPRS在其它工业领域的应用必将越来越广阔。

上一页  [1] [2]