摘 要： 設計了一種基于GSM模塊的無線智能抄表系統，該系統包括上位機、下位機和電表終端三部分。上位機軟件通過MAX202對GSM模塊進行控制，以短信指令的形式與下位機完成通信。下位機接收上位機發送的短信指令，并將其送入單片機進行處理，通過VP3082將接口轉化為RS485接口，與電表終端進行通信，實現數據的讀取，再將讀取的信息通過GSM模塊返回給上位機，最終將數據顯示在PC上，從而實現無線智能抄表。該系統解決了傳統抄表價格昂貴且效率低等問題。
關鍵詞： GSM；智能抄表；單片機；上位機；下位機
隨著電力市場的發展，尤其是小區﹑學校以及企事業等單位的不斷增加，人工抄表顯得十分繁瑣，而基于無線傳感器網絡的抄表系統又由于其昂貴的費用而得不到廣泛的應用[1]。為解決抄表的問題，本文設計的基于GSM的無線智能抄表系統，充分利用了GSM網絡覆蓋面廣﹑抗干擾能力強等特點，不但解決了人工抄表的效率低和實時性差的問題，而且大大降低了抄表過程中的通信費用。
1 基于GSM的抄表系統的結構
基于GSM的抄表系統由上位機﹑下位機和智能表三部分組成[2]，如圖1所示。上位機通過MAX202控制G100短信模塊與各下位機進行通信，下位機中的單片機STC12C2052AD通過RS-485與智能表模塊進行通信，采集電表中存儲的數據，然后再通過G100短信模塊以短消息的形式將數據發回給上位機管理系統，最后在上位機管理軟件上顯示抄表數據[3]。
2 上位機管理系統
上位機管理系統包括上位機和G100短信模塊。上位機通過采用VC++編程的上位機管理軟件發出控制指令，再利用G100短信通信模塊將指令以短消息的形式發送給指定的下位機，同時，G100短信模塊還可以接收下位機通信模塊回饋的抄表信息，將抄表數據顯示在上位機上。上位機發出的控制指令包括抄表﹑購電﹑巡檢﹑報警設置﹑讀電表狀態﹑數據清零﹑送電和斷電，讓系統管理員可以有效控制每個電表的工作狀態[4]。上位機管理軟件監控界面如圖2所示。
3 下位機系統結構
3.1 下位機總體硬件結構
下位機的硬件由STC12C2052AD﹑G100﹑74HC4053D﹑VP3082和EL817等構成[5]。當管理中心發送一條控制指令給下位機的時候，下位機通信模塊的信號燈會出現閃爍，并將接收到的指令送入MCU，MCU再處理讀入的指令數據，根據相應的指令通過RS-485接口讀取智能表的數據，并將數據返回給上位機管理系統[6]。這樣，系統管理員無需出門，就可以在上位機管理中心得到所想要的數據，且整個過程耗時不足10 s，具有高效性和實時性。G100模塊和下位機之間通過EL817隔離，可以有效避免電路中的干擾。硬件電路原理如圖3所示。
3.2 單片機結構和性能
下位機系統選用的單片機是宏晶科技生產的STC12C2052AD，相比8051單片機，其速度要快12倍。使用低頻晶振，工作頻率35 MHz相當于8051單片機420 MHz的工作頻率，可以大幅度降低EMI，具有加密型強、無法解密、抗干擾性強和超低功耗等優點。單片機采用全雙工異步串行口和先進的RISC精簡指令集結構，且兼容普通8051指令集。此外，它具有5 KB片內Flash程序存儲器，擦寫次數在10萬次以上。
3.3 GSM模塊功能介紹
下位機和上位機通信用的GSM模塊為北京捷麥公司生產的G100短信模塊，相比其他通信模塊，G100模塊具有以下優點：
?。?）不必關心AT指令集，所有與AT有關的操作均有模塊內部完成；
?。?）具有格式和透明傳輸兩種數據傳輸方式；
?。?）完全獨立開發，在使用或客戶二次開發的過程中能提供良好的技術支持；
（4）支持總線式的被動傳輸數據方式；
?。?）具有省電和正常兩種工作方式；
?。?）具有4 B密碼，可使模塊免受廣告和通知等數據干擾。
G100模塊自帶RS232﹑RS485和TTL3種接口，可以方便地與PC機和單片機進行連機通信，可以快速﹑安全﹑可靠地實現系統方案中的短消息服務。工作電壓范圍為7~14 V，與上位機的連接方式如圖4所示。
基于GSM的無線智能抄表系統通過短消息進行通信，通信費用低廉，且維護方便。目前，GSM網絡已經覆蓋全國，且傳輸距離遠，數據傳輸可靠性高，這大大增強了基于GSM的抄表系統的性能。由于GSM網絡在全國范圍內實現了聯網和漫游，用戶無需另外組網，在提高網絡覆蓋范圍的同時，也節省了建網費用和維護費用。相比其他抄表系統，基于GSM的無線智能抄表系統成本低、可靠性強，具有一定的經濟效益。
參考文獻
[1] 劉春，張學雷，張波等.無線遠程抄表系統設計與實現[J].電腦知識與技術，2010，6（30）：8493-8494.
[2] 張振寶.GSM短信技術在抄表系統中的應用[J].山東建筑工程學院學報，2004，19（2）：28-30.
[3] 敖星，米林，吳旋.一種基于無線自組織網絡的智能抄表系統[J].重慶理工大學學報：自然科學版，2010，24（11）：85-88.
[4] 黃兢業.遠程自動抄表系統中的新通信方式[J].電氣時代，2003.
[5] 樊晉予，余發山，崔立志.基于GSM模塊的無線遠程抄表系統現場控制模塊研究[J].河南理工大學學報，2006，25（2）：134-139.
[6] 曾省蘋，張建.自動抄表技術在電能計量領域中的應用[J].中國高新技術企業，2010，（25）：116-117.