GSM技术在电力远程抄表系统的应用

    电力营销管理工作中抄、核、收工作是经营管理效益体现的一个重要环节，抄表数据的真实性、准确性与抄表工作质量的好坏成正比关系。目前我国国内电表的读取方式主要有三种:(1)传统的人工抄表方式。需到用户处读取数据,返回局后将数据汇总、统计等工作。(2)预付电费方式。抄表人无须到用户处,用户通过银行缴费,供电方按购买额供电,完成抄表收费工作。(3)远程抄表方式。监控中心通过远程通信系统(例如电力线载波、公共电话网等)自动获取电表数据。

    目前国内普遍采用的还是人工抄表方式,部分地区开始使用远程抄表的方  式。但是传统的人工抄表已经无法满足电力系统的管理和服务需求，不仅不能保证数据的准确性和实时性,而且浪费大量的人力和时间,并给用户带来不便，效率低、误差大、成本高。当前,GSM移动通信得到了迅速的普及（GSM是由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。GSM 是Global System of Mobile communication（移动通讯系统）的英文缩写，它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来，被超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前蜂窝移动通信设备市场80%以上。是当前应用为广泛的移动电话标准。GSM 较之它以前的标准的不同是它的信令和语音信道都是数字式的。）,一些基于GSM的无线应用产品,如车载和遥控等系统开始不断出现。

    在电力抄表系统中,由于对实时性和数据的传输量及传输速度要求不是很高,因此可以利用GSM短消息业务(Short Message Service,SMS)进行数据传输。SMS具有随时随地获取信息的功能,且通信费用低,应用系统相对简单,易于推广使用。利用现有的SMS网络平台,可以用较少的投入构造一个适合特定业务需求的、专用的短信息服务系统。本文即利用中兴通讯公司的GSM无线调制解调器ZXGM18（ZXGM18是中兴通讯公司推出的GSM无线调制解调器，主要为语言传输、短消息发送提供无线接口，并可软件升级提供数据业务。集成了完整的射频电路和GSM基带处理器，特别适合于开发一些GSM的无线应用产品，如监控、调度、车载和遥控等系统，也可以直接作为终端产品进行语音和短消息的传输，应用范围十分广泛。由于ZXGM18提供了完整的GSM的无线接口，用户只需要较少的研发投入，就可以集成自己的无线应用系统:用户可将ZXGM18作为一个模块，通过RS232串口与自己的无线应用系统相连，并使用标准的AT命令控制ZXGM18的工作，进入GSM网络。用户只需要做一些人机界面方面的开发，就可以完成整个系统的集成工作。ZXGM18也可简称为GSM模块。）,通过短消息业务实现了电力数据的无线传输系统，并对系统的硬件及软件进行说明。

    1 系统结构设计

　　该系统主要由中心控制室、远端子站和子站设置器三个组成。中心控制室主要完成启动抄表、电力数据的显示、存储和分析以及接收远端子站的跳闸信息等工作。而远端子站则在收到启动抄表命令后进行读表工作,并将电力数据组织成自定义格式后通过短消息发送到中心控制室。同时,子站还对电表箱的状态进行监控,一旦检测到有非法开启状态则会在跳闸断电的同时发送跳闸信息到中心控制室。子站设置器用于远端子站的设置工作,包括设置中心控制室的SIM卡号码和子站电表数目。另外如果需要,还可以设置子站SIM卡的短消息服务中心地址。系统总体结构图如图1所示。

 

 

　　系统中采用的短消息业务是GSM系统提供给用户的一种数字业务,具有双向通信能力。SMS利用了短消息服务中心(SMSC)的存储和转发机制,当接收端关机或不在服务区时,SMSC会暂存短消息;当接收端开机并处在服务区后(一般在24小时内),SMSC立即把该短消息发给接收端。每条短消息可以传送160个7位编码数据或140个8位编码数据,或70个UNICODE码。如果超过这个长度则需分多条短消息发送。本系统中发送的短消息数据区都加入了自定义的命令码和状态码,具有较强的安全性。

    2 硬件设计

　　系统的硬件设计也相应地分为中心控制室、远端子站和设置器三个部分。其中,中心控制室的硬件设计相对比较简单。三个部分的硬件设计框图如图2所示。

    2.1 中心控制室

　　由于ZXGM18集成了完整的GSM功能,为用户提供了较完备的系统连接接口,包括外部电源、串行接口以及可能需要的外部SIM和音频接口,因此中控室硬件部分主要完成ZXGM18模块外围的电源电路以及与主机的串行通信电路的设计。需要注意二个问题:①为保证模块正常工作,电源电路设计时应有2A的峰值电流输出能力;②与模块进行串行通信时,信号电平要进行转换,不能超过3.3V,否则会对模块造成损坏。

    2.2 远端子站

　　子站与外部主要有三个数据通道,分别实现与ZXGM18模块、设置器和电表的数据交换。由于双方使用的电平标准不一致，在经过相应的电平转换后,子站与ZXGM18模块利用模块提供的UART接口通信与设置器采用RS-232串行通信,与多块电表则利用RS-485总线进行通信。另外还包括非法开箱检测输入信号和跳闸输出信号。子站的微控制器（Micro Control Unit，MCU）采用了ATMEL公司的AT89C52,省略了外部程序存储器的设计。子站硬件框图中的多路复用器用于实现数据通道的切换。

    2.3 设置器

　　设置器主要包括键盘、LCD显示和串行通信电路等部分,可以设置子站的中控室SIM号码和各个电表的表号,如果需要还可以设置子站的短消息服务中心号码。

    3  软件设计

　　系统软件主要包括中控室主控程序、远端子站下位机程序以及设置器设置程序三个部分。设置器设置程序比较简单,主要实现输入号码的显示和发送。中控室主控程序主要完成子站及其电表的注册、注销等管理工作和启动读表操作以及电表数据的存储、显示和分析工作,同时还监听子站的跳闸信息并进行报警。其中,与ZXGM18模块的通信工作比较特殊,需要使用专门的AT命令集。针对不同的GSM无线MODEM模块,具体的AT命令的参数是有所不同,支持的消息模式也会不同,如ZXGM18只支持Text模式、西门子C35I只支持PDU(Protocol Description Unit)模式等。其中Text模式是基于ASCII字符的,头信息和消息内容分别由不同的命令参数定义。而PDU模式是基于二进制字符串的,数据和代码都已经过了编码。系统中主要用到的AT命令(采用具有自动开机功能的模块)如表1所示。

 

　　远端子站下位机程序软件流程图如图3所示。上电后首先检测ZXGM18模块是否能正常找到网络,找到后则与设置器进行握手操作,握手成功后就等待设置器的各个设置命令,否则进入等待读表命令状态。图中的“跳闸”标志位在定时中断程序中设置。该程序周期性检测有无非法开箱动作,检测为真则置位“跳闸”标志位。

 

 

 

    4  结束语

　　利用GSM网络短消息业务实现的电力远程抄表系统具有良好的移动性,不需要建立专用无线通信网络,同时可靠性也得到保证。本系统已经在某市供电分局进入试用阶段,到目前为止系统运行良好。使用过程中节省了人力、财力，大大提高电力营销的自动化程度，相信这种方式会有比较广阔的应用前景。