基于嵌入式系统的远程通信电能信息采集系统

摘要

面对当今气候变化、环境恶劣和能源短缺的局面，世界各国都在积极谋求电力等绿色能源的开发。国家越来越注重节能减耗技术的使用，对企业节能减耗的要求也不断提高。另外，企业中逐渐增多的用电设备也不断增大用电负荷。因此，加大对电力资源的管理对企业经济效益的提高具有非常重要的作用。电能信息采集系统作为电能管理的重要组成部分，能够实时采集电表数据，通过公众移动通信网发送给数据中心，供系统对数据进行分析处理。电能信息采集系统能快速、准确采集电表数据，为绿色节能提供决策支持，便于信息化管理，有助于企业实现节能减耗、提高经济效益。
　　本文根据需求，设计了一种基于嵌入式系统的远程通信电能信息采集系统。本系统分为三部分，包括:嵌入式电能信息采集终端、远程通信网和主站数据中心。电能信息采集终端主要工作包括:主MCU获取电能数据采集模块采集的电能数据，并通过公众移动通信网将数据发送给主站数据中心，当出现通信故障时，将数据存储在本地发送数据暂存模块，以备再次发送。电能数据采集模块包括两片从MCU和RS-485总线电路，负责响应主MCU指令，根据MODBUS协议采集多种不同类型的电表数据，两片从MCU并行工作，提高系统效率。主MCU控制通信模块与数据中心建立连接，并采用透明传输的模式将数据组成一定的帧格式发送给数据中心，数据帧格式中包括信息采集终端的基本工作参数以及时间戳信息，有利于保证数据的准确性和可靠性。另外，上位机软件通过串行通信接口电路对主MCU进行参数设定。同时，主MCU的DBGU状态显示电路也通过串行通信接口电路实时显示系统运行状态。采用开关型稳压电源为系统供电，并采用状态指示灯指示电源供电状态，保证系统正常工作。此外，本文还对系统的各个模块进行功能和性能测试。
　　本系统可以采集多块不同类型电表的电能数据，并且实时将数据远程发送给数据中心，具有成本低、可靠性好、适用性强的特点。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 电能信息采集系统国内外发展现状

1．3 本论文研究内容及章节安排

2 电能信息采集系统功能需求及方案设计

2．1 系统功能需求

2．1．1 电能信息采集系统主站数据中心功能需求

2．1．2 电能信息采集终端功能需求

2．2 系统总体设计方案

2．2．1 远程通信方案设计

2．2．2 系统信息采集终端单元方案设计

3 电能信息采集系统硬件设计

3．1 硬件电路组成及功能描述

3．2 嵌入式系统MCU功能电路

3．2．1 主MCU电路

3．2．2 主MCU外围辅助电路

3．3 电能数据采集电路

3．4 远程通信模块

3．5 MicroSD卡接口

3．6 串行通信接口模块

3．7 供电电源模块

3．7．1 电源模块总体设计

3．7．2 开关型降压稳压器

3．8 印刷电路板设计

4 系统软件设计

4．1 电能信息采集终端总体软件

4．2 电能数据采集程序

4．2．1 从MCU的总体软件

4．2．2 主／从MCU的通信程序

4．2．3 MODBUS通信

4．3 GPRS远程通信程序

4．3．1 AT指令控制

4．3．2 波特率自动调整

4．3．3 SIM卡管理

4．3．4 实时时钟

4．4 电能信息数据帧格式

4．4．1 基础数据帧格式定义

4．4．2 上传数据帧格式

4．5 本地发送数据暂存功能

4．6 上位机软件

4．6．1 终端参数设定软件

4．6．2 多块电表模拟软件

4．6．3 主站数据中心监控软件

5 系统性能和功能测试

5．1 嵌入式系统电源

5．2 GPRS远程通信

5．3 本地发送数据暂存功能

5．4 读取电表数据

结论

参考文献

附录

致谢