GSM网络电表集抄系统的硬件结构设计廖华健

廖华健

摘要：由于当今社会生产生活对于供电服务水平的要求逐渐提升，GSM网络电表集抄系统的推广应用正逐渐成为供电服务中抄表环节的迫切需求。本文将在对GSM网络电表集抄系统的基本设计原理与现有功能进行分析说明的基础上，进一步对GSM网络电表集抄系统中各个部分的硬件结构设计方案进行探讨。

关键词：GSM网络；电表集抄系统；硬件结构；整体设计

随着我国电力事业的迅速发展，在供电服务中对于更加规范化、科学化、现代化的管理方式需求十分迫切。而随着GSM网络技术的迅速发展，将其应用于抄表环节成为可能。与此同时，由于目前我国电力管理中存在一些漏洞，导致现实中偷电现象比较常见。由于传统的电表系统难以实践对于窃电现象的有效监控，所以笔者提出一种基于GSM网络技术的远程电表集抄系统的硬件结构设计方案。

1.系统硬件结构的设计原理

GSM网络电表集抄系统主要分为两部分，一是抄表仪，二是上位管理机。在抄表仪中，CPU、电源监控芯片、点阵式液晶模块、GSM网络模块、电源模块是其中最为关键的结构部分。在笔者所设计的GSM网络电表集抄系统硬件结构中，主要是使用RS-485芯片将系统与智能电表进行连接，实现GSM网络电表集抄系统与整个智能电网的数据连接。此外，为实现抄表环节能够进行远程操控，在GSM网络电表集抄系统设计中将使用AVR芯片的RS-232接口与Wavecom公司所生产的Q2403A手机模块进行数据链接。而对于电力供应中门封告警事件数据的采集则主要是使用Atmega128的I/O口进行。

其中由于该套系统的核心处理器采用了两片12c总线外扩处理器，这就在保证系统基本性能的基础上，实现了将系统结构简单化，并且有效降低了系统整体设计制造成本。在应用该技术原理设计的GSM网络电表集抄系统中，GSM网络模块、电源控制芯片都有其各自的功能，并且能够在日常运营中实现独立运行。

2.GSM网络电表集抄系统的设计功能

在进行该套GSM网络电表集抄系统的设计时，主要是对于以下功能进行设计考虑。

2.1无线通讯功能

在设计中为了使得该套GSM网络电表集抄系统能够在实现无线通讯功能的基础上，不对国家管理的频谱进行占用，并且不对其他无线设备的使用造成干扰，所以将其运行方位控制在ISM范围内;此外在对其无线信号发射功率进行控制时，应在其满足实际使用要求的前提下将系统发射功率控制在最小范围内，一般将其控制在200m--300m的范围之内便能满足实际应用需求。

2.2特定数据收集与汉字显示功能

在抄表人员的日常工作中往往会出现需要对于某项特定数据进行快速收集的情况，传统电表数据收集系统难以对于操作人员提供有效帮助。所以在进行该套GSM网络电表集抄系统的设计时，还将特定数据收集功能纳入其中。为此，GSM网络电表集抄系统系统自身应该具备一定的数据存储能力，使得其在进行日常电表数据的记录时，也能够对于某些特定数据进行准确记录。此外，为方面抄表人员日常工作的进行，GSM网络电表集抄系统系统还将具有汉字显示功能。汉字显示功能能够将用户的用电状况在系统终端进行汉字显示，并对于数据收集状态进行汉字提示，以有效提升抄表效率。

2.3拥有与PC设备进行通讯的串行接口

该套GSM网络电表集抄系统的应用模式主要是抄表人员在进行抄表作业之前，使用PC设备将其所管辖区域的电表数据进行下载，在抄表人员到达实际工作区域之后，则由PC设备自行发出无线信号与GSM网络电表集抄系统进行数据链接。抄表人员只需站在原地使用终端显示器对于抄表状况进行监视。在抄表工作完成之后，则由GSM网络电表集抄系统将基本数据直接发送到PC设备中进行信息存储，然后再由后台系统对其作出相应处理[1]。

3.GSM网络电表集抄系统各个部分的硬件结构设计

3.1电源模块的硬件结构设计

通过对于实际抄表工作的调查研究发现，在抄表仪中使用专用电源模块的设计能够最大程度保证抄表仪电源供应的稳定性与安全性。在该套GSM网络电表集抄系统中，对于电源模块的硬件设计主要是采用LAP15-220D5型抄表仪专用模块电源。该型号的专用模块电源的输入功率范围是AC85～260V，输出电压为5V，这个电压范围能够在对移动通讯设备进行稳定供电的基础上，最大限度延长电源的整体续航时间。

3.2CPU硬件结构设计与性能特点

在该套GSM网络电表集抄系统中，对于CPU的设计选用规格较高。该GSM网络电表集抄系统选择的是Atmega128微型处理器，就各项实验数据看来，该型处理器是AVR系列处理器中综合性能最为突出的。Atmega128微型处理器采用的是128K字节Flash的在线可编程8位微控制器，在整个AVR系列中，这也是运行性能最好的单片机。Atmega128微型处理器之所以能够拥有十分突出的数据处理能力，是因为其在实际运行汇中，将所有32个运算任务寄存器与多个指令集进行了紧密连接。在Atmega128微型处理器中，所有的工作寄存器都与ALU算术逻辑单元进行垂直连接，在简化运算环节的同时，允许在一个时钟周期内执行的单条指令，同时访问两个独立的寄存器。

这种结构提高了代码效率，使AVR得到了比普通CISC单片机高将近10倍的性能。

Atmega128微型处理器在实际应用中主要体现出以下性能特点。一是128k使得终端设备在进行抄表操作时，具备在线系统编程与数据快速存储，二是53个电表通用I/O口能够实现对于同一区域内多个电表数据进行快速分析记录[2]。

3.3接口设计

在该GSM网络电表集抄系统中，核心处理器（CPU）与各个电表之间的数据链接主要是通过SN75176数据处理芯片按RS485通讯规程的数据处理方式实现的。在使用该种硬件设备相互进行数据链接的时，需要将波特率严格控制为1200bps。与此同时，对于外部数据发射接收接口的硬件结构设计主要是采用了RS485数据接口。RS485数据接口的创新之处，是在于其重新定义了一种能把电平信号转换为电平差信号的驱动器，也定义了把电平差信号转换为电平信号的接收器。在该套GSM网络中使用电平信号传输的方式进行各个设备之间的数据处理，不仅能够有效延长数据传输接收距离，还能够减少外界因素对于无线信号造成的干扰，保证数据传输质量。

在该GSM网络电表集抄系统数据接口硬件设计所使用的SN75176数据处理芯片，同时拥有一个数据接收器和一个数据发送器，并且带有32个高效的数据处理节点，能够在实际使用中实现对于终端设备的双向通信。并且就其整体设计运行方式而言，与RS485外部数据接口的契合度也比较高，非常适合作为RS－485总线驱动芯片。

3.4电源监控设计

在该GSM网络电表集抄系统的硬件设计当中，为了能够在电源供应与硬件设计层面上保证抄表仪在较长时间内实现不间断运行，防止相关软件在实际应用中出现停止运行现象与系统锁死现象，增加了对于电源监控模块的设计，也GSM网络俗称的“看门狗”设计。在该GSM网络电表集抄系统电源监控模块的硬件设计当中，主要是选用MAX706这一款技术应用比较成熟的电源管理芯片，这一芯片在出现电源供应中断时，能够快速发出REST（电源复位信号），以实现对于GSM网络电表集抄系统系统的快速重启。

此外，该芯片的另一大应有优势，GSM网络在GSM网络电表集抄系统的应用过程中，当其检测到供应电源的电压下降至4.40V的使用标准以下时，能够迅速做出反应并发出电源复位信号，令GSM网络电表集抄系统进入或者返回到预知的循环程序并顺序执行该循环程序。而一旦GSM网络电表集抄系统中的核心处理器因为电源故障而处于未知状态时，例如出现应用程序的跑飞或者程序运算进入死循环当中时，能够及时复位。

4.结语

GSM网络电表集抄系统的应用，能够有效提升抄表效率，并且较少认为失误的产生。当前对于GSM网络电表集抄系统的硬件结构设计尚处于起步阶段，对其在实际应用中暴露出来的问题还应努力加以解决，但是我们可以看到其应用前景仍旧是十分广阔的。

参考文献

[1]吕治安.一种手持无线抄表终端的设计.电子技术应用[J].2016,第8期

[2]朱鸿.电表集抄系统基于GSM网络通讯的研究.科技创新导报[J].2010年14期