基于GPRS的數(shù)據(jù)集中器設(shè)計(jì)

論文題目：基于 業(yè)：微電子與固體電子學(xué) 碩 士 生： （簽 名） 指導(dǎo)教師： （簽 名） 摘 要 目前遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)成為電力部門管理、分析和處理各種電量數(shù)據(jù)的一種重要選擇措施。隨著人民生活水平的提高和國(guó)民經(jīng)濟(jì)、房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，居民住宅的質(zhì)量和檔次越來(lái)越高，住戶對(duì)住宅環(huán)境、物業(yè)管理水平和數(shù)字信息化水平的要求也日益提高。對(duì)供水、供電、供氣部門和用戶來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的人工抄表方式已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會(huì)需求。這種落后的方式，消耗大量的人力、物力，給居民和供應(yīng)部門帶來(lái)極大的不便，因此國(guó)內(nèi)很多城鎮(zhèn)逐步出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)來(lái)取代傳統(tǒng)的人工抄表。 自動(dòng)抄表系統(tǒng)集電子、計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制及計(jì)量技術(shù)于一體，具有抄表速度快、計(jì)算精度高、抄收方便等突出的優(yōu)點(diǎn)?；诰C合考慮，本文提出了一種無(wú)線抄表系統(tǒng)即基于文研究的是基于智能抄表系統(tǒng)由電表、集中器和后臺(tái)管理三個(gè)部分構(gòu)成，其中集中器工作流程為：接受主站的控制指令，然后將電表數(shù)據(jù)保存并上傳至主站后臺(tái)管理系統(tǒng)。課題研究的目標(biāo)：利用嵌入式技術(shù)，針對(duì)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)控制要求，深入研究集中器的軟硬件設(shè)計(jì)思想，為實(shí)際系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供較為全面的理論和技術(shù)支持。 回顧根據(jù)集中器的功能要求，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了基于硬件上包括儲(chǔ)單元、電力線載波通訊、口通訊和電源管理單元六個(gè)功能部分。利用流行的嵌入式技術(shù)，采用載外圍擴(kuò)展部件，構(gòu)建硬件系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)模件的調(diào)試。使系統(tǒng)基本達(dá)到集中器的硬件平臺(tái)的要求。在軟件上，通過(guò)進(jìn)行軟件程序的編寫，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)基本功能模塊：集中器與電表的通信和控制模塊、后臺(tái)與集中器的通信以及控制模塊的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。充分考慮實(shí)際使用中的各種異常處理方法，保證集中器準(zhǔn)確可靠地運(yùn)行。通過(guò)本課題的研究，基本滿足了集中器的功能要求和指標(biāo)性能要求，并在系統(tǒng)選型、軟件實(shí)現(xiàn)等環(huán)節(jié)，進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，為實(shí)際裝置的設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。 關(guān)鍵詞 ： 集中器 通訊協(xié)議 主站 研究類型：應(yīng)用研究 : : ( ( t a of of is a of of s of of of is by On of of a of to so to to be to in a is a on a is is of in by to of in of of of to of a of of to of is of In is to on of In a on of of of of on in to of a ： 錄 I 目 錄 1 緒論.題的背景及研究的意義.究?jī)?nèi)容. 研究的主要內(nèi)容. 集中器的研究方案及準(zhǔn)備采取的技術(shù)路線. 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題. 研究目標(biāo). . . . . . 動(dòng)態(tài)分配方式下的上行. 下行數(shù)據(jù)傳送過(guò)程. . 吞吐量. 延時(shí). .章小結(jié). 集中器.中器通信規(guī)約分析. . 數(shù)據(jù)編碼.功能碼分類. . 兩種串行傳輸模式.錄 4 集中器硬件電路設(shè)計(jì). .實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/. 開(kāi)發(fā)環(huán)境.集中器硬件電路. 集中器.集中器性能指標(biāo). 集中器軟件設(shè)計(jì).統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述. C/. 集中器中.集中器與主站之間通信協(xié)議解析.集中器與電表之間的通信. 集中器的測(cè)試與實(shí)現(xiàn).中器硬件測(cè)試. . .統(tǒng)的軟件測(cè)試與實(shí)現(xiàn).連接測(cè)試.通信數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試.集中器采集與傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn).中器在校園中的應(yīng)用.章小結(jié). 總結(jié)與展望.文總結(jié).作展望. 謝.考文獻(xiàn).緒論 1 1 緒論 題的背景及研究的意義 科技的發(fā)展動(dòng)力及重要目標(biāo)之一就是給人們的生活帶來(lái)便利。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，家具設(shè)施、工業(yè)控制的智能化、自動(dòng)化水平越來(lái)越高，將各種信息數(shù)據(jù)用無(wú)線進(jìn)行傳輸及采集已經(jīng)成為人們追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式、繁瑣的布線規(guī)則嚴(yán)重制約了其工作效率和應(yīng)用范圍。在信息化和自動(dòng)化迅猛發(fā)展的今天，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，在各行各業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，尤其是工業(yè)測(cè)量、控制方面，各種需要集中傳感與控制的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了極大的需求。 以呈現(xiàn)出相互融合的趨勢(shì)。動(dòng)通信在目前的話音業(yè)務(wù)繼續(xù)保持發(fā)展的同時(shí)，對(duì)且也將成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)特征。：o 對(duì)點(diǎn)）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，o 對(duì)多點(diǎn)）廣播數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、o 對(duì)多點(diǎn)群呼）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、些業(yè)務(wù)已具有了一定的調(diào)度功能，再加上I+中定義的話音廣播及話音組呼業(yè)務(wù)，子商務(wù)、信息查詢、遠(yuǎn)程監(jiān)控等1。 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊技術(shù)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，常用的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸方式多依靠電臺(tái)、數(shù)傳機(jī)等無(wú)線通訊方式實(shí)現(xiàn)，這些方式不僅容易受到外界干擾，在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速度較慢、易丟失、準(zhǔn)確性不高等問(wèn)題，而且若系統(tǒng)所處位置地勢(shì)較為起伏，也會(huì)較大程度的影響通訊效果。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散廣、外界干擾大、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求高的情況下，上述的遠(yuǎn)程傳輸方式不是最佳選擇。是目前通信體系中最成熟、最完善、覆蓋面積最廣的不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適合用于簡(jiǎn)短的、突發(fā)性的、頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適合于偶爾的數(shù)據(jù)量傳輸。具有實(shí)時(shí)在線、按量計(jì)費(fèi)、高速傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。 基于種是個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用一種是設(shè)計(jì)專門的集中器，通過(guò)力載波等通信方式采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，由集中器通過(guò)一種方法雖然在數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈靼部萍即髮W(xué)碩士學(xué)位論文 2 實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性上略高于第二種方法，但是系統(tǒng)造價(jià)高，維護(hù)工作也較繁重?？紤]到系統(tǒng)的成本、實(shí)現(xiàn)方式、實(shí)時(shí)性等因素，本文提供一種使用方案成本低，通用性強(qiáng)，具有一定的應(yīng)用前景2。 前全世界已有近百個(gè)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)通了商用系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)。較為著名的有英國(guó)的國(guó)的國(guó)香港的國(guó)臺(tái)灣的班牙、葡萄牙、芬蘭、捷克、丹麥、比利時(shí)、意大利、俄羅斯、澳大利亞、新加坡、菲律賓等國(guó)家和地區(qū)的運(yùn)營(yíng)商。可以說(shuō)，待投入商業(yè)運(yùn)行。 國(guó)內(nèi)動(dòng)作比國(guó)外要平緩，但是也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。2002年南京的002年5月初，北京移動(dòng)也在該地區(qū)開(kāi)通了國(guó)移動(dòng)2001年7月9日也已開(kāi)始了醞釀已久的全國(guó)16個(gè)?。ㄊ校┑?5個(gè)城市投入試商用。 尷尬也好、爭(zhēng)議也好、炒作也好、實(shí)戰(zhàn)也好，總之我國(guó)益于然受金融危機(jī)影響使得隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國(guó)際金融危機(jī)的逐漸消退，我國(guó)入2010年我國(guó)于新進(jìn)入企業(yè)不斷增多，上游原材料價(jià)格持續(xù)上漲，導(dǎo)致行業(yè)利潤(rùn)降低，因此我國(guó)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。面對(duì)這一現(xiàn)狀，重培養(yǎng)創(chuàng)新能力，不斷提高自身生產(chǎn)技術(shù)，加強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，于此同時(shí)業(yè)內(nèi)企業(yè)還應(yīng)全面把握該行業(yè)的市場(chǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，不斷學(xué)習(xí)該行業(yè)最新生產(chǎn)技術(shù)，了解該行業(yè)國(guó)家政策法規(guī)走向，掌握同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的發(fā)展動(dòng)態(tài)，只有如此才能使企業(yè)充分了解該行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)及自身在行業(yè)中所處地位，并制定正確的發(fā)展策略以使企業(yè)在殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)3。 前以成為邁向第三代移動(dòng)通信部署的基石，并開(kāi)啟了無(wú)線數(shù)據(jù)市場(chǎng)的大門。事實(shí)上，傳統(tǒng)的話音服務(wù)和其帶來(lái)的利潤(rùn)增長(zhǎng)現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了停滯不前。而以括手機(jī)上網(wǎng)、過(guò)部署營(yíng)商可以開(kāi)辟新興市場(chǎng)以及增加收入來(lái)源。分組交換使它能夠有效地使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)容量。便吸引新的客戶，從而提高客戶的忠誠(chéng)度并降低處理成本。由于以其可以一舉在全國(guó)范圍內(nèi)推出。這樣，1緒論 3 運(yùn)營(yíng)商將會(huì)擁有一個(gè)新的機(jī)會(huì)，使其在新型服務(wù)合作伙伴關(guān)心的基礎(chǔ)上與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商或信息提供商合作。新的市場(chǎng)帶來(lái)的另一個(gè)新商機(jī)就是無(wú)疑為終端設(shè)備制造商提供了一個(gè)新的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)。 目前將用工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控空間延伸到了公用通信網(wǎng)絡(luò)和保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性的同時(shí)又降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本以及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。通、醫(yī)療、勘探、供熱暖等領(lǐng)域的工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中4。 究?jī)?nèi)容 究的主要內(nèi)容 遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)由電表、集中器和主站管理系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。集中器通常安裝在用戶配電變壓器出線側(cè)，負(fù)責(zé)管理多個(gè)電表，并與之進(jìn)行通信，獲得電表讀數(shù)和傳送控制電表電源的指令，同時(shí)與主站中心通信，向主站中心傳送用戶電表讀數(shù)，接收主站控制中心對(duì)用戶電表下達(dá)的指令，起承上啟下的作用。針對(duì)已有的具體目標(biāo)，這次系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容就是：集中器的設(shè)計(jì)，然后將采集到信息傳送到集中器，再由各集中器上傳數(shù)據(jù)到主站管理系統(tǒng)。 中器的研究方案及準(zhǔn)備采取的技術(shù)路線 集中器除了接收電表傳來(lái)的信息外，還要將接收的信息通過(guò)某種方式傳送給主站管理系統(tǒng)，以便分析計(jì)算和決策使用。由于電網(wǎng)分布的廣泛性，用戶配電變壓器安裝位置往往遠(yuǎn)離電力管理和調(diào)度中心，也就是說(shuō)：集中器遠(yuǎn)離電力管理中心。因此，集中器與電力管理中心的通信方式也必須加以研究，以解決集中器與管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離通信問(wèn)題，盡可能減小運(yùn)營(yíng)成本。 基于中器的下行通信方式采用低壓電力線載波實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。其實(shí)現(xiàn)方法是在集中器與主站的上行通信段、數(shù)據(jù)采集終端、中繼器中集成在各無(wú)線設(shè)備中集成近距離這些設(shè)備以集中器為網(wǎng)絡(luò)中心，西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 中器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 集中器系統(tǒng)主要是由采集器（數(shù)據(jù)采集模塊和采集終端）、集中器、主站（數(shù)據(jù)處理中心）以及將這些設(shè)備連接起來(lái)的高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通信方式組成的系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是指由主站通過(guò)傳輸媒介過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主站和集中器之間的數(shù)據(jù)通訊，具有遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控等功能。一個(gè)系統(tǒng)，其總體設(shè)計(jì)往往包含有多方面，并且各方面的連接有不同的組合方案。在總體設(shè)計(jì)上，以軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)為主線，軟硬件結(jié)合仿真調(diào)試為輔線，主要分為硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)。 解決的關(guān)鍵問(wèn)題 本課題擬解決以下問(wèn)題：集中器的設(shè)計(jì)(軟件硬件的設(shè)計(jì))、集中器和主站之間的通信以及數(shù)據(jù)的傳輸，集中器與電表之間數(shù)據(jù)采集和傳輸。 究目標(biāo) 本課題研究的目標(biāo)：利用對(duì)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)控制要求，深入研究集中器控制裝置的軟硬件設(shè)計(jì)思想，為實(shí)際系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供較為全面的理論和技術(shù)支持，最終完成集中器與主站之間的數(shù)據(jù)傳輸，集中器與電表之間數(shù)據(jù)的采集。 2 2 即通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，是歐洲電信協(xié)會(huì)源利用率高、始終在線、傳輸速率高、資費(fèi)合理等特點(diǎn)。目前世界上有大約10億普通電話用戶，3億無(wú)線通信用戶和1億互聯(lián)網(wǎng)用戶。世界電信業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)是無(wú)線語(yǔ)音業(yè)務(wù)的發(fā)展速度超過(guò)普通電話業(yè)務(wù)，兩者也在不斷融合。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)有線、無(wú)線和互聯(lián)網(wǎng)三者合一的數(shù)字化全球網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋將超越一切地理障礙，使信息無(wú)處不在。2005年大約就有10億無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)用戶，中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)在2003年就有6千萬(wàn)。 。 與外，s)，下一代s。 以使運(yùn)營(yíng)商在全國(guó)范圍內(nèi)推出此項(xiàng)業(yè)務(wù)。相信在數(shù)年內(nèi)，通過(guò)便攜式電腦，時(shí)也使一些對(duì)傳輸速率敏感的移動(dòng)多媒體應(yīng)用成為可能。 味著多個(gè)用戶可高效率地共享同一無(wú)線信道，從而提高資源的利用率。同時(shí)，用戶只需按數(shù)據(jù)通信量付費(fèi)，而無(wú)需對(duì)整個(gè)鏈路占用期間付費(fèi)。實(shí)際上，只需支付相對(duì)較少的連接費(fèi)用，可使用戶的使用費(fèi)用大大降低。應(yīng)用到下列系統(tǒng)集成中：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、自動(dòng)售貨系統(tǒng)、無(wú)線定位系統(tǒng)、門禁保安系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)等。 為承載網(wǎng)絡(luò)，對(duì)用戶分配獨(dú)立地址，將用戶作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)用戶，從而實(shí)現(xiàn)了從網(wǎng)絡(luò)到移動(dòng)用戶端到端的數(shù)據(jù)應(yīng)用。 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)承載，安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 6 以及其他輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理和應(yīng)用的單元，如絡(luò)時(shí)間協(xié)議（計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)（。只有通過(guò)對(duì)各功能單元特性的了解以及協(xié)議結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，才可能為進(jìn)一步的系統(tǒng)維護(hù)和優(yōu)化打好基礎(chǔ)。 統(tǒng)是我們通常所說(shuō)的基于時(shí)分交換的無(wú)線移動(dòng)系統(tǒng)中的第二代系統(tǒng)，它以提供話音業(yè)務(wù)為主；主要用于提供低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；目前處于試驗(yàn)和測(cè)試階段的第三代系統(tǒng)（如 主要用于提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為第三代系統(tǒng)可以充分利用 絡(luò)的核心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備以及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。另外，運(yùn)營(yíng)商可以充分利用在務(wù)種類和客戶群，盡快達(dá)到收益最大化的效果。由此可見(jiàn)，了解能夠?yàn)閭€(gè)人進(jìn)一步的技術(shù)進(jìn)步打好基礎(chǔ)。 (1)單來(lái)講，中他一些輔助單元雖然在在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中必不可少，因而也是 絡(luò)的一部分，如域名解析服務(wù)器（動(dòng)態(tài)地址分配服務(wù)器（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（務(wù)器、認(rèn)證與鑒權(quán)服務(wù)器(2)與供無(wú)線數(shù)據(jù)的處理功能，如邏輯鏈路與物理鏈路的映射、數(shù)據(jù)包的拆封、數(shù)據(jù)包的確認(rèn)、無(wú)線數(shù)據(jù)信道的分配等。者作為獨(dú)立于與2 (3) 通過(guò)行移動(dòng)數(shù)據(jù)的管理，如身份識(shí)別、加密、壓縮等；通過(guò)行用戶數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)及接入控制；通過(guò)供及以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路業(yè)務(wù)的協(xié)同工作和短信收發(fā)等。 (4) 供行移動(dòng)用戶與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳送。 用用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的數(shù)據(jù)單元傳送業(yè)務(wù)，于計(jì)費(fèi)信息的傳送工作，。 成協(xié)議處理和呼叫處理等功能。只有了解了網(wǎng)元之間的相互關(guān)系，才能對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，從而更好地了解在常用也是最基本的系統(tǒng)功能包括用戶附著和激活動(dòng)用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，首先需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)附著，即進(jìn)行位置和身份登記，然后通過(guò)統(tǒng)根據(jù)接入申請(qǐng)信息中的通過(guò) 務(wù)器進(jìn)行用戶地址分配及通過(guò) 終使合法用戶得到 址。作為數(shù)據(jù)用戶，用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送與接收時(shí)擁有獨(dú)立的一個(gè)真正意義上的到戶可以建立數(shù)據(jù)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。 在用戶附著過(guò)程中，主要涉及無(wú)線系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)單元（如關(guān)；在激活及數(shù)據(jù)單元與無(wú)線單元的配合，如個(gè)單元的相互配合和作用是完成系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。 (1)移動(dòng)用戶附著過(guò)程 移動(dòng)臺(tái)（過(guò)附著過(guò)程登錄到 絡(luò)從而能夠進(jìn)行位置區(qū)的更新，以及發(fā)起數(shù)據(jù)傳送和接收過(guò)程，其附著