基于GPRS的低压配电网监测终端设计

摘要

随着我国进入新型工业化时代,用电需求在不断加大,低压配电网的规模也随之逐年扩大,安全用电就显得尤为重要了。目前,配电线路上负载的多样性大且电气特性复杂,特别是一些大功率非线性电气设备的接入,极易引起线路老化,导致火灾等特大灾害。电网电压的不稳定也会严重干扰精密工控设备的正常运行,由此而造成的经济损失是不可估量的。在这样的状况下,供电部门急需要一套可靠的智能监测系统来管理低压配电网。将GPRS无线通信技术应用于监测数据的传输,可以避免大规模铺设通信线路,实现对配电网的实时监测,从而为企业和居民提供绿色、稳定的电力供应。
　　 本文提出了一种基于GPRS的低压配电网监测终端的设计方案,它由数据采集模块和GPRS无线通信模块组成。数据采集模块负责配电网电能参数的收集、显示、存储和发布。无线通信模块通过RS232串口与采集模块相连,它主要负责将数据发送到后台监测中心。GPRS无线监测方式与传统的有线监测方式相比,有着更多的优点和更好的应用前景。目前相关的监测产品也有,但仍存在一些问题,所以厂家要求我们提出改进措施,以进一步提高产品档次。基于这一点,我们经过全面分析,决定实现配电网监测的三个关键技术(即高精度电能参数采集、自动回复查询短信和GPRS网络无断线连接),从而设计出具有如下优势的智能终端:(1)通过实际电路测量比较后,选用了高精度的CS5463型电能计量芯片来完成数据采集,与同类芯片相比,能精确测量更多的电能参数且具有温度漂移补偿等功能:(2)当GPRS模块收到新短信时,不存入SIM卡,而直接从串口输出至处理单元,完成查询短信的快速读取和自动回复；(3)采用最新软件“心跳包”技术,实现GPRS模块一直在线,避免反复连接网络。
　　 在硬件方面,我们采用STC90C58AD型单片机作为主处理器,它具有4kB的SDRAM,能很好地完成短信收发和GPRS网络连接。监测终端上还包含了显示、存储、时钟日历和按键控制等辅助功能电路。在软件方面,我们重点实现短信的编解码,使用AT指令实现GPRS网络的无断线连接,编写各功能电路的驱动程序。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 国外现状

1.2.2 国内现状

1.3 本文章节安排

第2章 相关技术和协议简介

2.1 接口技术

2.1.1 UART串行接口技术

2.1.2 I2C接口技术

2.1.2 SPI接口技术

2.2 GPRS无线通信技术

2.3 本章小结

第3章 终端总体设计方案

3.1 终端硬件设计要解决的问题

3.2 终端硬件设计指导思想

3.3 终端软件设计要解决的问题

3.4 终端软件设计指导思想

3.5 软件开发工具

3.6 本章小结

第4章 硬件设计

4.1 电能参数采集模块设计

4.1.1 STC90C58AD处理器

4.1.2 复位电路

4.1.3 时钟电路

4.1.4 存储电路

4.1.5 时钟日历电路

4.1.6 LCD液晶显示电路

4.1.7 CS5463电能计量电路

4.1.8 按键管理电路

4.1.9 电源供电电路

4.2 GPRS无线通信模块设计

4.3 电能参数采集模块的PCB设计

4.4 本章小结

第5章 软件设计

5.1 数据传输方式

5.2 短信收发与GPRS网络连接

5.2.1 短信收发

5.2.2 GPRS网络无断线连接

5.3 短信的编解码

5.4 功能电路驱动

5.4.1 电能参数读取

5.4.2 串口数据收发

5.4.3 数据存储管理

5.4.4 人机交互界面

5.4.5 日历定时

5.4.6 软件复位

5.5 本章小结

第6章 调试

6.1 PCB制作、焊接与硬件调试

6.2 代码调试

6.3 综合调试

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 A 电路图纸

附录 B 相关AT指令

附录 C 部分核心源代码

攻读学位期间的研究成果