4 系統工作流程

　　本系統大體上可分為三級：帶通信接口的用戶電表、采集和管理周邊若干住戶電表的集中器 (或采集器)、電業主管部門的管理中心。三級之間通過某種方式相連，進行數據通信。各種形式的抄表系統之間，主要區別在于所采取的級間通信方式不同。筆者在討論各種通信方式和進行比較后，提出一種性價比較高的方案，即采用以串行接口、射頻模塊和GPRS為基礎的自動抄表系統。其中用戶電表與采集器之間通過串行接口通信，采集器與集中器之間通過射頻模塊通信，集中器與監控中心之間通過GPRS通信。
系統的流程為：采集器定時從電表采集數據，存儲到存儲器中；集中器每月底從采集器采集數據，處理后存儲起來；監控中心每月初從集中器采集用戶電表數據，經統計處理后存儲起來，供工作人員和用戶查詢。同時，本系統能實現實時監控，具體過程是監控中心通過GPRS網絡向集中器發送查詢或控制指令，集中器接收到指令后從采集器采集當前用戶電表數據，然后傳送給監控中心，或者通過采集器對電表進行控制，實現實時監控。

　　5 通信系統設計

　　本系統采用了兩種通信方式，既通過無線射頻模塊nRF903和GPRS模塊MC55進行通信。各個采集器之間通過nRF903模塊組成的無線局域網絡進行通信，nRF903是一個為433／868／915MHz ISM頻段設計的真正單片UHF多段無線收發芯片，它采用優化的GMSK調制解調技術，可在155．6KHz的有效帶寬下傳輸最高76．8kb／s的數據，發射功率可以調整最大發射功率是+10dBm，天線接口設計為差分天線，以便于使用低成本的PCB天線，所有的參數，包括工作頻率和發射功率都可以通過一個14位的配置寄存器用SPI串行線進行設置，nRF903的工作電壓范圍是2．7～3．3V，而LPC2138的工作電壓范圍是3．0～3．6V，因此兩者可共用一個電源；nRF903還具有待機模式，這樣可以更省電和高效。nRF903滿足歐州電信工業標準(ETSI)EN300 200-1V1．3．1和美國聯邦通信委員會標準FCCCFR47，part 15。在使用nRF903芯片時，先通過ARM微控制器LPC2138用SPI串行線對工作頻率和發射功率等參數進行設置。當芯片進入工作狀態后，可以根據需要通過LPC2138控制收發模式轉換，或進行其他狀態轉換。

　　MC55是Siemens公司生產的GPRS三頻無線通訊模塊，它是一種尺寸很小的GPRS模塊。MC55適用于歐洲和亞洲頻段場的頻段 (850／1800／1900MHz)，除了具有GSM模塊原有的功能外，還支持分組業務功能，內嵌TCP／IP協議棧，具有很高的可靠性和易用性，很適合在無線終端中作為通訊模塊。MC55與LPC2138協同工作，完成集中器與監控中心的通信任務。MC55的開關機、工作方式、工作狀態等均由 LPC2138控制，LPC2138通過AT指令來實現與MC55之間的通信和命令控制。

　　遠程抄表系統主要針對的是面廣、量大的各類電表數據，因此選用移動通信公司的GPRS無線通信網絡作為傳輸的媒介，既可以減少系統建設初期的投資費用，又減輕了網絡運行維護工作量。由于GPRS具有實時在線特性，可很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。數據傳送速率高，而且采用包月計費方式，運營成本低。同時，GPRS網絡實際數據傳輸速率在40kb／s左右，完全能滿足本系統對數據傳輸速率的需求。

　　6 系統軟件設計

　　本系統的軟件設計分采集器、集中器和監控中心三個層次，其中運行于采集器和集中器之間的程序采用C語言編寫，經過ARM編譯系統生成可執行程序，運行于 LPC2138中。監控中心軟件由Visual Basic 6．0開發，數據采用SQL Server數據庫存儲。軟件采用結構化設計，便于完善和維護。同時做到界面美觀，操作簡便。

　　現將采集器和集中器的部分程序流程加以分析。采集器部分數據收發的程序流程如圖4所示。采集器完成初始化之后，先查看是否有數據輸入，若沒有，則定時采集用戶用電信息，存儲起來，進入低功耗模式；若有數據輸入，則進入接收模式，接收數據。檢查這些數據是否向上層發送用戶信息，若是，就進入發送模式，向上層發送數據，完成后進入低功耗模式；若不是，則修改電表參數，然后進入低功耗模式。在以上流程中，采集器不主動發送用戶信息，只有當集中器向采集器發送采集命令時才進入發送模式。集中器部分數據收發的程序流程圖如圖5所示。程序流程與采集器部分相似，這里不再贅述。在程序設計過程中，我們應注意到， nRF903的通信速率最高為76．8kb／s；發送數據之前需將電路置于發射模式：接收模式轉換為發射模式的轉換時間至少需要1．5ms；發射模式轉換為接收模式的轉換時間至少需要1．5ms。在待機模式中，電路不接收和發射數據。在低功耗模式中，電路進入不了工作狀態，不接收和發射數據。待機模式和低功耗模式轉換為發射模式的轉換時間至少要4．1ms；待機模式和低功耗模式轉換為接收模式的轉換時間至少要5．0ms。

　　7 系統的其他設計

　　系統還有低功耗設計和安全設計等，低功耗設計的重點是對。nRF903的控制，如果 nRF903始終處于接收狀態，整個系統的功耗就會很大，所以應盡量使nRF903處于待機狀態。但待機狀態中的nRF903又無法收到數據。所以為了解決此矛盾，使nRF903間歇性地工作在接收狀態。為了保證系統的安全，采集器和集中器選用大容量存儲器，確保對用戶電表數據的保存，不怕掉電，可不斷重復讀寫，當網絡出現故障時，可以保證抄表數據不丟失。同時，所有數據的收發須增加兩種以上的校驗，使數據的傳輸準確可靠。另外，采集器和集中器的微控制器 LPC2138有看門狗電路，此電路對運行狀態進行實時監測，避免程序因外界干擾而陷入死循環，造成整個系統陷入停滯狀態。

　　8 結束語

　　本無線抄表系統的開發，實現了對用戶用電信息的無線采集，并通過對數據的統計處理，實現了網上預交費和對用電情況的實時監測，有效防止了欠費和竊電等情況的發生。監控中心通過Internet對用戶用電信息進行Web發布，方便了用戶的查詢，有效避免了糾紛的發生。同時，本系統成本較低，是一種高效、可靠的自動化抄表系統。