0 导言
在当今电动力严重的工业社会中，及时精确地获取用户的用电负荷信息，并据此做出及时的操控调度关于进步能耗运用率具有重要的现实意义。传统的电量结算是依托人工守时到现场抄取数据的，在实时性、精确性和运用性等方面都存在许多不足之处，运用依据单片机、ARM 7渠道的主动抄表终端已成趋势。但因为单片机的数据处理速率低、ARM7缺少存储处理单元，难以满意电力体系对负荷操控的精细化要求。
本文依据重庆电力部门的需求，在现有的电力负控处理体系的研讨与开展基础上，提出了一种依据ARM9和GPRS的电力负控处理体系的规划方案。该体系运用ARM9微处理器的高收集速率和较强的处理才能进步了体系的精确度；运用具有抢占内核机制的Linux2．6操作体系进步了体系的实时呼应速度；运用宽带GPRS网络完结了用电信息的无线传输和实时监测等功用。
1 负控处理体系的全体结构及其作业原理
负控处理体系本质便是运用先进的测控、通讯以及计算机技能，将电能表数据整合到一同的通讯体系。本文规划的体系由装置在用户端的电能表、用户小区的负控处理终端和电力部门的长途处理主站组成。其拓扑图如图1所示。
用户电能表与负控处理终端经过RS 485总线通讯，负控处理终端经过RS 485总线读取用户电能表数据，将数据交给相应的模块封装成IP包发送给GPRS网络，GPRS网络和Internet网络完结无缝衔接，主站经过Internet接纳到终端经过RS 485接口收集回来的电能表数据，然后显现、剖析、存储这些电能表数据，然后依据剖析成果向负控处理终端下发送长途操控指令(硬件复位、设置各种通讯参数、断线检测、超载报警等功用)。以此完结长途监控负控处理终端，并经过负控处理终端监控电能表。
2 负控处理终端的规划
2．1 硬件规划
负控处理终端的硬件首要由通讯电路、存储电路和人机交互电路组成。通讯电路包含RS 485接口电路、GPRS通讯电路、遥信操控电路、红外接口；存储电路包含SDRAM和NAND FLASH存储模块；人机交互电路包含LCD显现模块、按键处理、电源和复位电路。其全体的硬件结构如图2所示。
下面首要剖析一下基层通讯电路RS 485接口电路和上层通讯电路GPRS接口电路。
2．1．1 RS 485接口电路
负控处理终端的首要功用之一便是对电能表数据的收集和处理。考虑到负控处理终端与所衔接的多功用电表通讯时，因为两者相距比较远，周围环境会对传输信号产生比较大的搅扰，体系又要求负控处理终端所挂接电能表数量尽量多，最终选用了RS 485的底层通讯方式。
本负控处理终端的2路RS 485接口是由S3C2440A的RS 232串口2和串口3转化过来的，要把RS 232信号转成RS 485信号，有必要先经过RS 232收发器将信号发送出去，再经过RS 485收发器接纳信号，MAX202ECPE是RS 232收发器，选用MAX485驱动芯片用于RS485通讯的低功耗收发器，每个器材中都具有一个驱动器和一个接纳器，能够直接挂接128个电能表，完结最高2．5 Mb／s的传输速率。RS 485接口的共模电压大于+12 V或小于-7 V时，接纳器就无法正常作业了，可考虑选用带光电阻隔的光电耦合器，将强电电路与弱电电路在物理上阻隔，电路中的光耦PS4 21将高压履行电路与MCU操控电路阻隔。
2．1．2 GPRS通讯模块
GPRS网络是一种依据GSM体系的无线分组交流技能，供给广域无线IP衔接。用GPRS进行数据传输具有：“永久在线”、“按流量计费”、“方便登录”、“高速传输”、“自若切换”等长处。
在负控处理终端的数据传输中，优先选用了GPRS无线网络传输的方法。GPRS模块是负控处理终端接入GSM／GPRS网络的关键设备，经过GPRS模块来完结与Internet的交互。本终端的GPRS通讯模块选用的是中兴的ME3000，该模块具有体积小、通讯牢靠安稳、价格适中的长处，它的波特率300～115 200 b／s；支撑短消息事务；内嵌TCP／IP协议和规范的AT指令，经过AT指令来进行语音和数据通讯；供给规范的UART接口，只需用串口线就能与CPU衔接；输入电压3．3～4．25 V；SIM接口支撑机卡分离，处理一张SIM卡就能够完结通讯。
在GPRS通讯电路中规划晶振为芯片供给作业频率，它是构成芯片的最小体系必不可少的元器材，一般与它串联2个电容，是固定接法，一个是输入电容，一个是输出电容，依据Datasheet承认%&&&&&%的巨细为30pF。
2．2 软件规划
2．2．1 负控处理终端的软件规划
在负控处理终端的全体流程是终端上电后，初始化串口，发动拨号，树立TCP衔接成功后，主站向负控处理终端发送登陆帧，负控处理终端监听到登陆帧后(主站和负控处理终端树立通讯前，主站要知道负控处理终端中GPRS模块的SIM卡号)，宣布承认帧，主站与负控处理终端就能够开端通讯。负控处理终端接纳到数据时，先判别是不是主站发送过来的操控指令，假如是，将该指令通明传输给电能表，电能表经过解析判别其要是收集数据指令，就将相应的电能数据回来给负控处理终端，负控处理终端收到数据后经过TCP发送给主站；假如不是操控指令，阐明是电能表的回来数据，相同经过TCP协议发送给主站。在没有任何指令时，负控处理终端进入低功耗方式，距离必守时刻发送心跳包，以承认它与主站没有断开衔接。每隔15 min，负控处理终端会守时收集电能数据，并将其存储在NANDFLASH中，等候主站随时调用。此外，当负控处理终端处于反常状况，或许产生一些特别事情时，比方事端报警信息，负控处理终端经过遥信操控主动上报给主站，以做出恰当处理。
负控处理终端的运用软件首要包含数据收集及处理程序和网络通讯程序。数据收集及处理程序完结电能表数据收集，并进行处理。网络通讯程序完结将处理后的数据传送到主站。别的，网络通讯程序还要发送主站的操控指令。
该部分的软件编写选用自上而下的规划思路，以模块化规划为准则，选用C言语编程，经过树立数据收集与处理线程、GPRS网络通讯线程、按键操控线程，使其彼此和谐地运转。
结合上面给出的规划思路，下面要点介绍怎么运用多进程技能和管道技能来完结抄表和发送数据的功用。
在进行网络通讯之前，先设定网络端口最大答应接入的客户端数、父进程和子进程设定的2个状况变量。
进入主函数，创立管道和子进程，别离发动父进程和子进程，开端数据收集和网络传输，function_farther()函数和function_child()函数别离为父进程和子进程的主函数。
在main()函数中还有以下几个首要的子函数：
gprs_com_task()：GPRS通讯使命首要功用是接纳来自主站的信息，直接从Nand FLASH中读出数据上发给主站，主站接纳完毕后挂机完毕通讯。
gather_meter_realtime()：实时收集使命首要完结和电能表的通讯作业。依据自定义规约判别主站想要什么数据，然后将该数据TCP打包后发回到通讯使命，通讯使命就会以相应的方式(数据)上传给主站。
gather_meter_time()：守时收集使命指每天守时主动读取电能表，并将读到的数据寄存在NandFLASH中。这样当主站下发指令索要数据时，终端就不用再去读表，能够直接将存储的数据上发给主站。
alarm_task()：报警使命每隔必守时刻程序就去读三相电压，并将读到的实时值与寄存在Nancl FLASH中规则的电压上限值作比较，当实时电压值超越上限值或许低于下限值时，负控处理终端软件就对电网状况字置位。当毛病消除，电压康复正常时，终端软件再向电网状况字置位。
led_task()：指示灯使命用于判别程序和通讯模块是否处于正常作业状况。负控处理终端有2个运转指示灯，一个用于指示程序的正常运转，1 s闪耀1次；另一个用于指示通讯模块的作业状况，GPRS模块没有注册到网络时，该指示灯1 s闪耀1次，注册上网络后，3s闪耀1次。
2．2．2 主站处理软件的规划
本体系的主站处理软件是用面向目标的编程东西VB开发完结的。经过运用面向目标的数据模型来构建主站，将负控处理终端模型化为一系列逻辑没备组成，每个逻辑设备是该物理设备的一个功用子集，各种功用则用目标模型来规范化。主站设置2个逻辑设备：处理逻辑设备与数据逻辑设备。处理逻辑设备是主站中必需的，处理逻辑设备中寄存一些与大局相关的及负控处理终端参数设置数据目标；数据逻辑设备用来存储和处理负控处理终端部属的电能表数据。
主站的交互界面选用模块化没计，主窗体包含运用衔接、数据曲线、履行动作、电表信息、数据类目标四大模块，主站的功用框图如图3所示。
3 试验成果
下面从负控处理终端的视点阐明主站读取周期冻住总加组曲线的数据的通讯流程：树立衔接→读取周期冻住总加组曲线的数据→断开衔接通讯流程如下所示。
(1)树立物理层和树立链路层衔接；
(2)树立运用层衔接。运用衔接恳求由主站建议，负控处理终端呼应，运用衔接的树立进程称为“洽谈”进程，是为数据通讯约好一些装备参数；
(3)进行数据通讯。运用衔接树立后，就能够进行数据通讯了；
(4)数据通讯完毕，开释数据链路，免除物理衔接。
主站发动后首先要与负控处理终端进行衔接，处理人员有必要输入正确的用户名和口令，验证无误后，主站与终端衔接成功才可进入主窗体，该曲线捕获目标清单有总加组-时刻、时刻-总加组、总加有功功率、总加无功功率、总加有功电能量-总和总加无功电能量-总。图4是经过主站读取负控处理终端中的周期冻住总加组数据曲线；
4 结语
跟着无线电通讯技能的开展，依据ARM9和GPRS的电力体系的主动抄表技能已趋于老练，本文规划的负控处理体系具有实时性强、抄收速度快等长处，尽管出资这种负控处理体系会添加本钱，但运用后能完结开源节流而且一次出资长时间收益，跟着电子技能的开展，能够完结电表、水表、煤气表、热能表四表合一的无线主动化抄表体系。这种运用将为用户表计处理体系技能带来更大变革，也更有利于完结统一处理和宏观调控。因而具有宽广的运用远景，会带来较好的经济和社会效益，然后运用户和企业完结双赢局势。
