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    傳統(tǒng)的抄表收費方式存在許多弊端，如入戶麻煩、管理費用過高、存在安全隱患等，已不適應現代物業(yè)管理的需要。由于無線通信技術的發(fā)展，完全可以構建遠程無線抄表系統(tǒng)。GPRS網絡的工業(yè)化應用解決了電力系統(tǒng)對智能抄表控制系統(tǒng)的通信需求，相比于傳統(tǒng)的專用網絡，其覆蓋性和成本更加適合于工業(yè)應用。利用GPRS構建無線抄表系統(tǒng)，實時性強、能及時采集數據、可以遠程控制，并且由于是利用GPRS公網的平臺，因而只需用戶安裝終端模塊，無需專門布線即可實現投資小、收益大、抄表范圍廣，并且系統(tǒng)傳輸容量大、速率高、費用低。

1．系統(tǒng)概述

    無線抄表系統(tǒng)有兩種抄表模式，一種是主動抄表，即下層模塊定時采集電表數據，發(fā)送到服務器。另一種是被動抄表，即服務器接收到抄表命令時，通過無線方式向下層模塊發(fā)送抄表指令。下層模塊接收到指令后通過485總線采集電表的數據，將數據打包后通過無線通訊芯片發(fā)送出去。服務器收到數據后，將數據解包，發(fā)送給抄表中心。本系統(tǒng)被動抄表方式。

    本系統(tǒng)是一種利用nRF401實現數據收發(fā)，并通過武漢蘭瑞公司LR100控制處理模塊進行數據傳輸和處理無線抄表系統(tǒng)。系統(tǒng)由多功能電表、nRF401、武漢蘭瑞公司LR100和服務器端組成。該系統(tǒng)通過nRF401建立了GPRS無線通信鏈路，進行基于TCP/IP的數據傳輸，實現IP地址設定、電表數據無線抄讀和定時存儲、遠程I/O端口控制、報警通知、停電數據保護、自動重啟、三相供電等功能。無線收發(fā)芯片nRF401接收服務器端發(fā)來的指令，經過LR100校驗分析，將相關的查詢指令通過RS485總線傳送給電表，電表接收到查詢指令后，返回相關信息，經LR100分析校驗及相應的處理后，經nRF401發(fā)送回送到服務器端。系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

2．系統(tǒng)的硬件介紹

    2．1  nRF401

    nRF401是近兩年比較流行的、應用比較廣泛的一種無線收發(fā)芯片，由北歐的NORDIC公司設計推出。該芯片采用藍牙核心技術設計，是一個為433MHzISM頻段設計的真正單片UHF無線收發(fā)芯片，它采用FSK調制解調技術，最高工作速率可以達到20K，發(fā)射功率可以調整， 最大發(fā)射功率是+10dBm。天線接口設計為差分天線，便于使用低成本的PCB天線。該芯片具有待機模式，可以更省電和高效。nRF401的工作電壓范圍為2．7V～5．25V，發(fā)射電流約為8mA～18mA(—10dB輸出)，接收電流約為10mA，待機電流為8μA。

    2．2  LR100 模塊

    LR100模塊實現對數據的有限透明傳輸和電表的智能控制，模塊接收服務器端通過數據傳輸模塊到達的數據，經過分析，查詢指令經RS485接口傳輸給電表，控制指令通過控制I/O對電表智能控制。電表接收到查詢命令后，反饋回相關信息，信息到達數據處理模塊后，模塊按事先配置的參數進行處理，需要回送到服務器的數據經數據傳輸模塊傳輸，并根據電表反饋進行智能控制和報警處理。

    串口1：提供參數配置，通過對PC機上的配置軟件進行通信對系統(tǒng)的參數進行配置。主要是對抄表服務器端的IP地址、端口號、通訊協(xié)議（TCP/UDP）等進行設置，以提供LR100系統(tǒng)軟件初始化時的參數。

    串口2：提供對SIMCOM SIM100 GPRS模塊的通信，通過標準的AT指令和擴展指令與模塊進行通信，模塊的硬件接口通過與LR100擴展電路板連接。這樣實現了對SIMCOM SIM100 GPRS模塊的數據（基于短信或GPRS）傳輸和接收。

    串口3：提供選擇進行RS232/485通信，主要實現了對電表的數據通信，實現終端的數據響應。
GPIO接口： LR100提供的GPIO來實現對電表的智能控制，通過中間電路控制實現電表的報警和斷電等智能處理。由于GPIO的端口充裕和簡潔的程序控制實現使后續(xù)擴展更方便。

3．系統(tǒng)軟件的實現

    3．1  數據的傳輸軟件模塊

    下層模塊收到服務器發(fā)來的抄表命令，首先檢查IP地址。如果IP地址不符，說明命令是發(fā)給其它模塊的，則丟棄命令，繼續(xù)等待。如果IP地址符合，則將上層模塊發(fā)來的命令轉發(fā)給，等待數據返回。如果超時則重新發(fā)送，超時三次則認為儀表故障，向上層返回異常信號。數據正常接收完畢后，模塊按照與儀表的協(xié)議檢驗數據，如數據出現錯誤，則重新向儀表發(fā)送命令，如果正確則向上層發(fā)送數據，之后重新進入等待狀態(tài)。其軟件流程圖分別如圖2所示。

    3．2  數據分析模塊
   
    數據分析模塊是有限透明處理的中心邏輯，負責對收發(fā)數據進行判斷。判斷內容包括：服務器下達指令的分類－分為對電表的通用指令和智能操作的操作指令；電表上傳服務器數據的分析—包括對數據情況的判別（是否需要進行智能控制）和數據的上行到服務器的處理；對短信指令的分類處理—分辨出配置指令和操作指令并進行相對應的處理。

    3．3  數據智能控制模塊

    通過LR100的GPIO接口對電表進行控制，包括報警、斷電等控制處理以及其他擴展處理。

    3．4  參數配置處理

    通過COM1和PC機連接，使用PC機上的配置軟件對所需參數進行配置，包括：服務器端的IP地址、端口號、傳輸協(xié)議、打包數據長度、時延等。通過接收到的短信配置命令對參數進行配置，該模式適合于遠距離作業(yè)時候的配置和處理。

    上層模塊收到抄表中心的命令后，通過射頻無線通訊方式向下層模塊發(fā)送命令，同時開始計時。如果下層模塊沒有數據返回，超時后上層模塊會重新發(fā)送命令。如果超過三次仍未有數據返回，則認為是下層模塊工作異常，向抄表中心返回異常信號。

    3．4  服務器軟件模塊

    服務器收到抄表的命令后，通過射頻無線通訊方式向下層模塊發(fā)送命令，同時開始計時。如果下層模塊沒有數據返回，超時后服務器會重新發(fā)送命令。如果超過三次仍未有數據返回，則認為是下層模塊工作異常，則返回異常信號。

4．結束語

    小區(qū)自動抄表系統(tǒng)是未來發(fā)展的必然趨勢，而對于已經建成的住宅小區(qū)的家庭內自動抄表系統(tǒng)的改造，無線自動抄表系統(tǒng)具有使用方便、靈活、無需重新布線的優(yōu)點，此外，一個模塊可以同時連接多個電表，這樣可以降低無線抄表系統(tǒng)成一，系統(tǒng)略加改造，還可以實現家庭內部的三表統(tǒng)一抄送，后續(xù)開發(fā)空間很大。

參考文獻：

【1】Product Specification of 433MHz single chip RF transceiver nRF401 .Nordic,2003.

【2】LR100用戶手冊,武漢蘭瑞信息技術有限公司

【3】鐘章隊  GPRS通用分組無線技術 【M】. 北京:人民郵電出版社，2000

【4】張常年,郭書軍,左岐.計算機通信與工業(yè)控制【M】.化學工業(yè)出版社,2002

【5】孫鳴,吳玨  基于T45模塊的無線抄表系統(tǒng)【J】,電子技術應用,2005.6:29-31