基于SIM300与Web Server的无线抄表系统设计

2013-03-09蔡志威

时代农机 2013年3期

蔡志威，汤彬，韩鑫

（东华理工大学机械与电子工程学院，江西抚州 344000）

1 系统构成及原理

文章设计了一个无线抄表系统，该系统主要由电能采集部分，GPRS终端，Web服务器，控制客户端组成。在单元户与楼层之间，我们采用了通信距离较长和抗干扰能力较好的R S 485总线通信，然后通过一个RS484转TTL 232模块进行电平转换，再连接到m c u串口进行通信，同时，m c u另一个串口通过A T指令控制s i m 300模块的初始化，拨号上网，数据的发送等等。GPRS连接到服务器后，用户可以在客户端用I E登陆到远程Web Server,输入I P后服务器返回用户一个认证页面，通过用户名和密码登陆后可以查看所用的电量数据。由于GPRS下行数据传输最大85.6k b p s，上行数据传输最大42.8k b p s，如果用户过多可以设计多个GPRS节点协同工作。具体设计框图如图1所示。

图1 系统框图

2 硬件电路设计

电能采集部分，采用了美国ADI公司生产的ADE 7755电能计量芯片，它是一种高准确度电能测量电路集成电路，主要用于单相电表系统，其技术指标超过了IEC 1036规定的准确度要求。它只在ADC和基准电路中使用了模拟电路，其他的信号处理都由数字电路完成，这使得在恶劣的环境下仍然可以保持极高的准确度和长时间的稳定性，通过引脚F1、F2以低频形式输出有功功率的平均值，可以直接驱动机电式计数器，或者与微控制器接口，从引脚C F以高频形式输出有功功率的瞬时值，用于电能计量表的校准。从F1和F2输出的脉冲信号频率为1600imP/kWh，即1600个输出脉冲表示一度电。

主控电路部分，由于涉及到串口操作比较多，一次抄表数据量庞大，一般的51单片机难以实现。为了解决此问题，笔者采用了以意法半导体公司的stm 32f103c8t6作为主控制器，因为它具有低功耗，多达3个串口，并具有M D A功能，非常适合大吞吐率的数据传输。

GPRS网络部分，主要采用了Simcom公司的具有四频G S M/GPRS900/1800/1900M H z功能的sim 300模块，它除了具有基本的短信功能,还内嵌了强大的TCP/IP协议栈，并且支持GSM 07.07增强型A T指令集，是作为GPRS数据传输的首选。AT指令是Hayes公司推出的一套Modem操作指令集，是Modem通信接口的工业标准，它的功能可以配置Modem与远程系统通信，发起或应答一个呼叫等。因此，MCU可以利用AT指令集操作S i m 300模块的全部功能。

硬件设计电路如图2所示：

供电电源：由于GPRS发射时需要很大的电流，在设计上应当最大能提供到1.2A，在设计中我们用外部5V输入的电压经两个二个1N 4007硅整流二极管进行降压，使得在3.8-4.5之间；LED指示：SIM 300上电以后，一开始网络指示灯Network LED的闪烁频率为 64msON/800m sOFF，此时表示 SIM 300模块正在搜索 GPRS网络，过一段时间后，网络指示灯的闪烁频率变为 64msON/3000m sOFF，此时表示模块已经连接到 GPRS网络上；PWRKEY是模块的启动使能端，模块的一种启动方式是通过控制PWRKEY管脚，在该管脚上产生一个一段时间的低电平，按照手册上PWRKEY然后为高阻态，实际电路测试中采用高阻态和高电平均可以启动模块。

图2 GPRS硬件电路图

2 系统软件设计

在软件功能上，实现了短信PUD格式的发送和接收，在TCP/IP层实现HTTP数据传输。在软件构架上实现了多个模块的整合，由MCU统一调度，实现整个系统功能。

采用Windows XP自带的IIS组件来构架Web服务器，通过安装相应的安装包，设置调试即可使用,Web Server是一种新的WE D应用程序的分支，可使用标准的互联网协议，通过HTTP与客户端实现通讯。其步骤如下：①建立TCP连接：建立TCP连接后，监听程序设计好的端口(如默认端口号:80)，若收到一个TCP包，即进入TCP回调函数。②向服务器发送请求：建立连接后，客户端可以向服务器发送数据请求，将采集到的电能数据包发送给Web服务器。③Web服务器响应：服务器收到请求后，会发出响应数据包，响应报文中包含协议版本号、应答状态、冗余校验码等信息。通过以上步骤，一个完整的通讯过程就完成了。