基于GPRS的电能计量无线采集系统设计

摘要：电能计量管理直接关系到电力企业的经济效益和用户电费的合理负担，电能计量的准确性、可靠性一直是电力部门和用电用户关注的焦点。为进一步提高电能计量的稳定性、安全性及数据传输的可靠性和完整性，本文在深入研究当前电能计量技术和GPRS通信技术的基础上，提出并实现了基于GPRS网络的、融合计算机技术和数据库技术的具有多种功能的电能计量数据采集系统。本文论述了GPRS网络结构和工作原理，在此基础上通过通信方案对比以及系统的需求和功能分析，选择了适合要求的GPRS通信方案，并确定了系统结构。

关键词：GPRS通信技术；电能计量；系统设计

随着电力系统的发展而引发的电能供需矛盾的加剧，这便对电能计量仪器仪表提出更多功能化的要求，希望它不仅能准确计量电能，而且也能应用于管理。因此功能单一电能计量设备已不适应现代电能管理的要求。我国电力系统长期以来的查收方式是人工采集，由查表人员入户查表计费，再由收费人员入户收费或将收费单送到用户通过银行进行结算。随着我国电力事业的发展，电力系统两网改造工作的逐渐推进，厂网分离、同网同价和分时计费等政策的出台，用电网络规模急剧膨胀，使得供电企业对用电网络的管理任务日益加剧。

1 GPRS无线通信技术概述

GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、频带、突发结构、跳频规则以及TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统（BSS）从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。GPRS特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

2系统总体设计

2.1系统数据采集方式

1）RS-485总线采集。RS--485的接口是TLA/EIA-485所描述的接口。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故数据传输可达千米以外。RS-485最大传输速率可达10Mbps，当波特率为1200bps时，最大传输距离理论上可达15千米。RS-485接口在一个通道上可进行半双工通信，所以只需两根线就能完成双向通信，很方便地构成一点对多点通信网络。总线上挂接的节点个数因选用的接口驱动芯片而异，最多可接128个节点。

2）低压电力线载波采集。电力线载波的电能采集方式是一种利用现有的電力网进行电能参数采集的方式，低压电力线通到了每家每户，利用低压电力线作为自动采集系统的底层数据通道，具有无需布线、安装使用比较方便，而且无需支付数据传输的费用等优点。在发送数据时，发送器先将数据调制到一个高频载波上，经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上。

3）红外采集。红外采集系统是由手持红外采集器、带红外通信功能的电能表和管理中心组成。手持红外采集器和电能表均具有红外通信电路。采集时，由工作人员携带手持红外采集器到现场采集，将用户用电量等信息集中记录并保存起来，再由工作人员携带到管理中心后传输给计算机进行处理。红外采集原理比较简单。此方式是以红外线作为通信载体，通过红外光在空中传播来进行数据传输的。红外通信由红外发射器和红外接收器来完成。在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送入电光变换电路，经红外发射管转变为红外光脉冲发射到空中；在接收端，红外接收器对接收到的红外光脉冲进行光电变换，变化后的电脉冲信号经译码后恢复出原始数据。

2.2基于GPRS的电能计量无线采集系统的构建

“一户一表，集中采集，银行联网”已成为电能计量计费信息化的长期发展目标，这就决定了采集系统的两个基本特点：系统数据采集点多，采集点具有分散性，数据量大；系统是一个覆盖面很广的通信网络。

1）终端的设计。目标是为实现数据自动采集传输和远程控制设计的系统，应遵循国际、国家有关标准。下面是对终端详细的设计需求：1.终端应能完成对远程数据的高精度采集，安全可靠地存储带时标的数据、能按指定的时间起点、指定的内容向监控中心传送信息。2.现场数据采集的接入采用RS-232/RS-485的传输方式，具有接人多功能电子传感器的功能，且便携式设备应可转存终端装置内的数据。3.内置实时时钟，能接受监控中心的对时命令或与便携式设备（PDA）对时。4.应具备同时与多个远方监控中心通信的功能，通过传输通道将信息送监控中心系统，但只能定义有一个端口能远方设置参数。5.采用GPRS网络与远方监控中心通信。

2）软件设计。监控中心的软件设计主要包括远程的网络接入，数据的收发与数据库安全性管理，对终端的维护以及相关的数据库，此外，针对不同的用户对象，还要有一些应用层次的设计。监控中心软件的最主要功能是实现接受发送UDP或TCP协议的IP包，以实现与GPRS终端的IP协议通信，实现通信后，中心软件预留接口，针对不同类型监控中心应用软件安装在监控中心的计算机上，用于用电管理人员对电能计量检测区域内的所有被检测用户进行全程监视。

综上，本文提出将数据通过GPRS无线通信网络传输给管理计算机。这样的系统结构、功能将电能测试计量与电能抄表有机地结合在一起，是信息化社会中电网自动化的一个重要尝试。