基于GPRS的远程自动抄表系统设计过程分析

基于GPRS的远程自动抄表系统设计 摘要：本文介绍了一种基于GPRS自动抄表系统的硬件和软件实现方法。该设计采用了mC/OS-II操作系统和uip协议的移植来实现GPRS通信，用SQL数据库实现上位机的抄表管理软件,从而达到自动抄表的目的。关键词：GPRS；mC/OS-II；操作系统；uip协议；SQL引言水表、电表和气表的抄录是城市生活的一个大问题。传统上采用的人工上门抄表方法不仅效率低，而且经常出现漏抄、误抄等现象。随着信息技术和网络的不断发展，出现了自动抄表系统。现代智能化系统一般采用两种：电力载波集抄和总线通信方式。由于我国的电网在传输数据过程中，经常会受无线电信号、电磁信号、脉冲信号的干扰，导致传输数据错码、丢码的情况。总线通信方式集抄系统较为复杂，而且要另外铺设通讯电缆，特别对于旧城区改造项目，就存在更大问题。但是，如果采用三表GPRS无线集抄系统，以上问题就迎刃而解。本文就介绍基于GPRS的一种设计方案。自动抄表系统的一般结构抄表系统中，仪表数据与控制信号传输的路径称为通信通道，它分为上行通道和下行通道。上行通道是传输控制器与管理中心计算机之间的通信线路，可以采用电话、无线、专线等各种通信介质。下行通道是数据采集器与传输控制器之间的通信线路，主要有LonWork总线、CAN总线、RS-485总线等方式。自动抄表系统的构成如图1所示，主要包括计量表、数据采集器、传输控制器(集中器)、管理中心计算机等。

图1 一般自动抄表系统的结构

其中计量表、采集器、集中器称为自动抄表系统的下位机，管理中心计算机则称为上位机。上位机可以对下位机进行命令发送、参数设定等控制。硬件设计系统总体框图自动抄表系统的硬件主要分为采集器和集中器两部分。采集器主要是用单片机把计量表中的数据采集过来，并存放在内存里，通过RS-485总线传送给集中器；集中器是整个系统中最重要的，也是最复杂的环节，它的硬件设计框图如图2所示。

图2 集中器设计框图

集中器中的单片机选用了C8051F120，其时钟可达到100M，有8448B的RAM和128K的Flash，两个URAT中，一个用于GPRS通信，另一个用于与采集器的通信。在很多场合，该单片机几乎不用扩展外围芯片就能够满足系统要求。C8051F MCU具有与8051兼容的高速CIP-51内核，但与标准的8051结构相比，指令执行速度有很大提高，运行mC/OS-II操作系统是没有问题的。Flash的扩展选用SPI总线的AT45D041，它有512KB的FLASH，使用方便，且性价比也比较高； LCD采用中国台湾矽创电子公司的中文图形控制芯片ST7920，内含中英文字库，使用起来非常方便。GPRS模块GPRS模块采用了西门子公司的MC35i，此模块主要由GSM处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口等六部分组成。它通过ZIF连接器上的串口与单片机实现电路接口，通过串口读取或发送MC35i模块中的数据和AT指令。自动抄表系统的软件设计下位机的软件设计下位机软件设计的重点是GPRS通信的实现。由于GPRS是基于IP协议的，所以主控制器在与GPRS模块通讯的时候要发送符合IP协议的数据包。如果要自己编写TCP/IP协议，工作量会比较大，一个简便的方法是移植操作系统。有些操作系统中包含TCP/IP协议(如Linux)，但相对于单片机来说，显得力不从心。有些操作系统不包括此协议(如mC/OS-II)，就必须同时移植与其兼容的TCP/IP协议(如uiP协议)，本系统采用后一种方法。mC/OS-II介绍及移植mC/OS-II是为嵌入式应用编写的通用软件，具有源码公开、可移植、可裁剪、支持多任务和内核服务运行时间可确定等特点。所以，mC/OS-II支持从8位到32位的CPU，经过裁剪后代码最小小于2KB，所需的最小数据RAM空间为4KB。mC/OS-II的移植只需要修改与处理器相关的代码就可以了。具体内容如下：(1)os_cpu.h中需要设置1个常量来标识堆栈增长方向，即:#define OS_STK_GROWTH 0 //8051 堆栈从下向上增长；(2)os_cpu.h中需要声明3个用于开关中断和任务切换的宏，即:#defi对焊法兰ne OS_ENTER_CRITICAL()EA=0//关中断；#define OS_EXIT_CRITICAL()EA=1 //开中断；#define OS_TASK_SW()OSCtxSw()//任务间的切换；(3)os_cpu.h中需要声明10个数据类型；即:typedef unsigned char BOOLEAN 等；(4)os_cpu_a.as齿轮刀具m需要改写4个汇编语言的函数，集中了所有与处理器相关的汇编语言代码模块；(5)os_cpu_c.c需要用c语言编写6个简单函数， 即1个初始化任务堆栈和5个任务创建钩挂函数，其中5个任务创建钩挂函数可根据实际情况加入；(6)修改主头文件include.h，将上面的3个文件和其它自己的头文件切砖机加入。完成上述工作后，mC/OS-II就可以运行在单片机上了。uip的移植uIP的移植设计重点放在IP、ICMP和TCP协议的实现上，要将这三个模块合为一个有机的整体，而将UDP和ARP协议实现作为可选模块。uIP0.9的体系结构如图3所示。

图3 uIP协议接口

uIP0.9处于网络通信的中间层，其上层协议在这里被称之为应用程序，而下层硬件或固件被称之为网络设备驱动。uIP可以看作是一个代码库为系统提供确定的函数。图3展示了uIP系统底层和应用程序之间的关系。在基于8051的mC/OS-II中，移植uIP不需要对现有的TCP/IP源代码做任何修改，但是必须为网络设备如网卡芯片、串口等写一个驱动程序。同时，现有系统的集成部分也要进行相应的处理，例如当有数据到达或周期性的定时器计数满等情况下，主控制系统应该调用uIP函数。移植的具体步骤如下：(1)在目录uip-0.9/下创建一个自己的目录，例如uip0.9/C8051F/。(2)把uip_arch.c文件从目录uip-0.9/unix/中复制到目录uip-0.9/ C8051F中。(3)把uipopt.h文件目录从uip-0.9/unix中复制到目录uip-0.9/ C8051F中，并对其修改，以满足系统需要。(4)编写串口驱动程序和主控函数。(5)编译源代码。上位机软件管理中心计算机抄表软件以IIS作为Web Server，数据库端使用SQL Server 数据库，运行WIN98/2000/XP、NT的操作系统，易于使用。软件所能管理的用户数量没有限制。它具有以下的功能与特点：安全可靠，抄表速度快，具有完善的系统日志，以及广播对时、自动抄表和设备管理功能。并且用户界面清晰美观，操作简单，具有完善的在线帮助功能。结语远程无线自动抄表系统利用GPRS通信技术，实现了多表数据抄收的功能，解决了实时性、抄收成本及通信距离等问题。随着GPRS通信技术的不断成熟和自动抄表技术的不断完善，这种远程无线自动抄表技术也将会得到更好的发展和提高。参考文献:1.胡大可等.基于单片机80茶饮料51的嵌入式开发指南[M]，北京：电子工业出版社，20032.任哲等.嵌入式操作系统基础μC/OS-II和Linux[M]，北京：北京航空航天大学出版社，20063.沈文等.AVR单片机C语言开发应用实例---TCP/IP篇[M]，清华大学出版社，2005(end)哈尔滨治癫痫最好的专科医院
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