论文总字数：22799字

摘 要

随着工业的不断发展，我国现阶段对于电能的需求越来越大，因此电力部门进行抄表工作的工作量也大大增加，远程自动抄表系统应运而生，其对于减轻抄表工作量、提高抄表精确性有很大的意义。随着电子技术、无线网络技术和嵌入式技术的快速发展，基于GPRS无线通信技术的远程自动抄表技术越来越成熟。本文对基于GPRS网络技术的无线抄表系统的采集器部分进行了研究，该采集器实现了对电表数据的自动采集并且可以将电表数据自动上传到远端管理平台。

论文设计了一个以MSP430F149单片机为控制核心，基于GPRS网络技术的电能采集器系统。采集器使用RS485串行通信接口与多功能电表进行通信，来采集电表数据，然后将采集到的数据存储到EEPROM存储模块中，最后读取EEPROM中的数据并将采集到的电表数据通过GPRS网络发送到远端管理平台，从而实现了对多功能电能表的远程抄表。

该电能采集器系统实现了对电表数据的自动采集并且能够将电表数据上传至管理平台服务器，采集和传输的数据，实时、准确，上传链路稳定，系统成本较低，有着十分广阔的市场应用前景。

关键词：电能采集器 GPRS MSP430F149 EEPROM RS485

Design and Implementation of Remote Electricity Metering Collector

Abstract

With the development of industry, the demand for electric energy is growing at the present stage in our country, for that the workload of electric meter reading has greatly increased for power sector. Remote automatic meter reading system emerged as required, has a great significance for reducing the workload and improving the accuracy of meter reading. With the development of electronic technology, wireless network technology and embedded technology, the remote automatically meter reading system is more and more mature. This paper is designing a collector of remote meter reading system, it realizes the function of collecting electric meter data and upload the data to remote management platform automatically.

This paper is designing a meter data collector based on GPRS network technology and MSP430F149 MCU. It collects the electric meter data through RS485 wire, then save the collecting data to EEPROM module, and then read the data from EEPROM module and send them to remote management platform through GPRS network, all of this realize the remote electric meter reading.

The electrical collector realizes the function of collecting the meter data and upload the data to remote management platform automatically, the data it collected and uploaded is real-time and accurate, the communication link it uploads data is stable and the cost of the system is low. For conclusion, the system has a broad application prospect.

Keywords: Electric Meter Reading;GPRS;MSP430F149;EEPROM;RS485

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究的背景 1

1.3 课题的研究现状及意义 2

1.3.1 课题的研究现状 2

1.3.2 课题的研究意义 2

1.4 本文所做的工作 3

1.5 本文的结构 3

第二章 电能采集器总体设计 4

2.1 电能采集系统组成 4

2.2 采集器整体功能要求 4

2.3 多功能电能表的通信协议 5

2.4 采集器总体方案确定 6

第三章 电能采集器硬件设计 8

3.1 MSP430F149单片机介绍 8

3.2 GPRS模块介绍 9

3.3 AT24C02模块介绍 10

3.4 采集器原理图设计 11

3.4.1 单片机工作电路及JTAG调试接口电路设计 11

3.4.2 电源模块电路设计 13

3.4.3 EEPROM模块工作电路设计 14

3.4.4 RS485接口电路设计 14

3.4.5 GPRS模块工作电路设计 15

3.5 系统PCB设计 16

第四章 电能采集器软件设计 18

4.1 采集器软件总体设计流程图 18

4.1.1 采集器软件功能需求分析 18

4.1.2 采集器软件总体设计流程图 19

4.1.3 开发软件介绍 20

4.2 串口发送和接收程序设计 20

4.3 EEPROM读写程序设计 22

4.4 定时器软件设计 24

第五章 采集器软硬件测试 26

5.1 采集器软件测试 26

5.1.1 串口发送和接收测试 26

5.1.2 EEPROM读写测试 26

5.2 采集器硬件测试 27

5.3 采集器整体测试 28

第六章 总结与展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 引言

随着经济和科技的飞速发展，人民的生活方式和工作方式正在发生巨大的变化，各类家用电器和电子产品正在迅速地普及，电能的使用也越来越多，如今电能已经成为人类社会最重要的一个能源。用电量的不断增加使得电力部门进行入户抄表的工作量大幅增加，抄表工作所耗费的人力物力不断增加，相应的成本也大幅增加，而且由于传统的人工抄表方式的各种局限性无法保证抄表数据的准确性和实时性，人工抄表的种种弊端日渐明显，对供电企业也带来了很大的损失。随着的无线通信技术和电子技术的发展，为了适应现代抄表的各种需求，远程自动抄表系统应运而生。远程自动抄表系统很好地解决了传统人工抄表方式存在的诸多问题，能够节省大量的人力和物力，而且能够准确、实时、快速的上传电表数据，能进行远程控制，如今人工抄表的方式已经逐渐被自动抄表所取代^[1]。

1.2 课题研究的背景

随着GPRS无线通信技术以及微电子技术的快速发展，利用GPRS无线通信技术进行远程自动抄表的技术逐渐兴起，而且这几年发展得越来越迅速。现在的大型抄表系统一般由计算机系统、采集终端、GPRS网络以及多功能电表等部分组成^[2]。采集终端能够与电能表进行通信从电能表采集需要的电表参数数据然后利用GPRS无线公共网络将数据传送到计算机系统，计算机系统统一保存管理分析电表数据，从而实现对电表数据的一体化管理。本课题的研究目的就是为了适应自动抄表系统的需求，利用现有的GPRS技术，设计出一个建设成本低，数据传输准确并且能够自动获取和上传电表数据到管理平台的电能采集器系统。

电能采集器主要是完成电表数据的采集，所以它需要能够与多功能电表进行通信完成电表数据获取。另外采集器需要集成能够实现GPRS无线网络传输的通信模块，能够将采集到的电表数据通过GPRS网络传送到计算机管理系统。所以完成采集器终端，需要正确选择通信方式，同时还需要正确选择控制系统进行自动通信的控制器^[2]。

1.3 课题的研究现状及意义

1.3.1 课题的研究现状

远程抄表的技术在国外已经发展很多年了，我国电力远程抄表系统的起步比发达国家落后约十多年。近年来，由于经济和科技的发展，市场对于自动抄表的需求越来越大，因而国内远程自动抄表系统的发展也比较迅速，到现在抄表系统结构已经经历了很大的发展。发展伊始，抄表系统只能实现很简单的抄电度的功能，随着电能表功能的不断扩展，抄表系统的功能也不断增加，到如今抄表系统已经能够完成实时的线损统计、计费、实时生成报表以及远程控制等功能^[3]。远程抄表系统在上行通信传送电表数据的方式上从一开始的利用Modem拨号方式，到现在已经发展到利用有线通信、无线通信接入Internet以及电力载波等混合应用方式。在下行通信采集电表数据的方式上，从开始的工业RS485总线方式，发展到现在利用蓝牙无线通信、ZigBee无线接入等方式^[4]。近年来，随着GPRS网络覆盖面积的不断扩大以及通讯费用的不断降低，利用GPRS无线通信方式作为上行通信方式的远程无线抄表系统以其实时性强、可对电表远程控制、成本低、集抄范围广等特点逐渐成为远程无线抄表的主流发展趋势^[5]。

1.3.2 课题的研究意义

本设计是根据现有的GPRS远程无线抄表技术，制作一个电能采集器终端。采集器终端能够自动采集电表数据并且通过无线网络将电表数据发送到远程管理服务终端。相对电力载波等其他传输方式的抄表系统，GPRS无线通信方式的远程抄表系统有很多优点。电力载波远程抄表是利用电力线进行数据传输的，虽然节省了信道铺设的成本，但是其信道干扰较大，造成数据不准确等问题^[6]。利用GPRS作为通信信道，其网络覆盖范围广、数据传输链路稳定、实时性较强且成本很低。利用GPRS远程抄表的优点，可以加快智能抄表系统的发展和普及速度，加快了电力部门自动化建设^[7]。

1.4 本文所做的工作

本文根据电表的通信协议和实际工作情况，应用RS485总线通信方式和GPRS无线通信技术，设计一个自动抄表系统的电能采集器部分。采集器以MSP430F149单片机作为控制核心芯片，利用RS485总线电路与多功能电能表相连向电表发送指令同时获取电表的数据，然后单片机在EEPROM中存储电能表的数据。单片机隔一段时间从EEPROM中将电表数据读取出来并通过GPRS网络将电表数据发送至管理平台^[8]。

1.5 本文的结构

本文第一章是绪论，主要内容是对课题的研究背景、发展现状和意义以及本论文所做的主要工作的阐述。

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