基于GPRS的远程电压监测系统开发与研究

摘要

随着我国国民经济不断地发展和高科技设备的普及，电能以经济、环保的优势成为我们生活中广泛使用的能源。我国是工业大国，工业已逐步实现自动化，大量电力系统装置投入生产，这些装置对电能质量的要求也不断提高。但在现代电力系统中，用电设备的结构性变化和负载的非线性化，使电能的质量不断恶化。为确保电力系统能安全、有效、稳定地工作，对电网电压各项参数的检测势在必行。本文设计的电压监测系统是一款多功能仪表，能够对电网电压进行远程实时监测，具有测量准确，反映真实等优点。
　　在硬件设计方面，系统以配置全、功能强、采用RISC结构的低功耗CMOS的mega系列ATmega128单片机为核心，系统集测量、显示、统计、参数设置、通讯于一体。为了简化系统硬件设计，降低成本，A/D采样模块采用CS5460A集成电路芯片，使用分压电阻或电压互感器测量电压，在一个计算周期内完成电压数据测量。采集到的电压数据与对应的时间数据按要求存储到外部数据存储器AT45DB161中。采用覆盖面广、高效、低成本的GPRS无线网络实现终端设备与远程上位机之间的数据传输，构建了一个无线的、实时的电压数据远程监测系统。监测终端的GPRS通讯模块选择FLYSCALE公司生产的FLY280模块，它符合所有开发GSM/GPRS无线应用和GPS定位的要求。终端系统与上位机服务器进行远程通讯，终端可以及时地将电网电压数据传送给上位机监测系统，实时反映电压运行状况，确保电网电压安全稳定运行。
　　在软件编写方面，采用简单且易于理解的C语言实现终端系统的一系列功能。对系统的软件采用模块化设计，化整为零，通过判断各函数运行的标志位来执行相应的函数，可以合理安排软件各部分的执行时间，MCU无需太多等待时间，而且能够及时处理子程序。模块化的设计不仅将多任务调度简化，程序结构层次清晰，而且提高了程序运行效率。
　　在完成系统软硬件设计的基础上，对系统进行软硬件调试，并对运行结果进行分析。实验结果表明，本文设计的电压监测终端系统能够满足电压测量的精度要求，且实时性好，运行安全稳定，可以达到预期目的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 课题的研究现状

1．3 课题的主要研究内容与工作安排

第二章 GPRS通讯技术的介绍与应用

2．1 GPRS通讯技术产生的背景

2．2 GPRS通讯技术的特点

2．3 GPRS通信技术的工作流程

2．4 GPRS通信协议的研究

2．5 本章小结

第三章 电压监测系统总体设计

3．1 电压监测系统的功能要求

3．2 电压监测系统的整体方案设计

3．3 电压监测系统的通信方案选择

3．3．1 TCP／IP协议介绍

3．3．2 通讯协议实现方案选择

3．4 本章小结

第四章 电压质量监测系统的硬件设计

4．1 系统硬件结构概述

4．2 微处理器主要功能介绍

4．3 单片机系统外围电路的设计

4．3．1 电源设计

4．3．2 数据采集电路

4．3．3 外部数据存储电路

4．3．4 时钟电路

4．3．5 掉电检测电路

4．3．6 键盘电路

4．3．7 数码管显示电路

4．3．8 串口通讯电路

4．4 GPRS无线通信模块

4．4．1 GPRS通讯功能的实现

4．4．2 GPRS通讯模块介绍

4．4．3 GPRS模块电路设计

4．5 本章小结

第五章 电压质量监测系统的软件设计

5．1 软件编程语言的选择

5．2 集成开发环境的介绍

5．3 主程序的设计思想与方法

5．4 中断模块

5．4．1 中断的概念及过程

5．4．2 定时置中断模块

5．4．3 异步串行中断模块

5．4．4 I2C中断模块

5．4．5 SPI中断模块

5．5 系统模块程序的设计

5．5．1 数据采集模块子程序

5．5．2 外部数据存储模块子程序

5．5．3 时钟模块子程序

5．5．4 键盘模块子程序

5．5．5 数码管显示模块子程序

5．5．6 串行通信模块程序设计

5．6 GPRS模块程序设计

5．6．1 登录GPRS网络模块程序

5．6．2 短信功能的实现

5．6．3 升级代码处理

5．7 系统软件远程升级的实现

5．7．1 单片机的IAP技术原理

5．7．2 软件升级的实现

5．8 本章小结

第六章 系统调试与实验结果与分析

6．1 硬件平台

6．2 系统调试

6．2．1 硬件调试

6．2．2 软件调试

6．3 系统与上位机通信实验结果分析

6．3．1 上位机服务器系统的简介

6．3．2 系统运行结果与分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文