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[導(dǎo)讀]本文提出并研究設(shè)計(jì)了基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的電能量遙測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過 GSM 模塊連接整個(gè) GSM 網(wǎng)絡(luò),再通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳遞。整個(gè)系統(tǒng)具有高可靠性,高穩(wěn)定性的特點(diǎn)?! ‰娔芰窟b測系統(tǒng)是電力網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)及計(jì)算機(jī)

本文提出并研究設(shè)計(jì)了基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的電能量遙測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過 GSM 模塊連接整個(gè) GSM 網(wǎng)絡(luò),再通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳遞。整個(gè)系統(tǒng)具有高可靠性,高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。

  電能量遙測系統(tǒng)是電力網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物,是整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程中的重要一環(huán)。其主要應(yīng)用于一定范圍內(nèi)的多功能電表進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和電能采集,同時(shí)實(shí)現(xiàn)在主站對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。目前實(shí)現(xiàn)電量遙測系統(tǒng)的版本很多,基于的媒介亦有很多,比如基于局域網(wǎng)、公共電話網(wǎng)、專用的通訊網(wǎng)、光纖或是無線。我們提出的電能量遙測系統(tǒng)是基于目前應(yīng)用廣泛的 GSM 網(wǎng)絡(luò),采用短消息及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式傳輸數(shù)據(jù)。
 

  1 GSM 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、短信通訊的簡介

  1.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)概述

  GSM ( Global System for Mobile Communications )意為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。移動(dòng)數(shù)據(jù)通信是在數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種通信方式。以往的數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸,因此只適合于固定終端或計(jì)算機(jī)之間的通信,而移動(dòng)數(shù)據(jù)通信是通過無線電波來傳送數(shù)據(jù)的,因而有可能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)通信。作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)媒介,實(shí)現(xiàn)了跨省市區(qū)全國性的數(shù)據(jù)雙向?qū)崟r(shí)通信。狹義地說,移動(dòng)數(shù)據(jù)通信就是計(jì)算機(jī)間或計(jì)算機(jī)與人之間的無線通信。它通過與有線數(shù)據(jù)網(wǎng)互連把有線數(shù)據(jù)網(wǎng)路的應(yīng)用擴(kuò)展到移動(dòng)和便攜用戶。

  1.2 短信業(yè)務(wù)概述及特點(diǎn)

  GSM 短信息數(shù)字通信平臺(tái)利用 GSM 短消息進(jìn)行遠(yuǎn)程無線通信,其最大的特點(diǎn)是利用了我國覆蓋面最廣、功能最強(qiáng)、用戶最多的 GSM 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)。 GSM 短信息作為通信方式,具有通訊成本低,不受通信線路及地區(qū)限制等特點(diǎn),并可進(jìn)行中、英文兩種短信息的通信,使用方便、靈活,通訊快捷。此外 GSM 通信還具有保密性高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性,并提供雙方完備的通信協(xié)議,使用戶在此通信平臺(tái)上的開發(fā)簡單易行。

  2 系統(tǒng)總體規(guī)劃

  2.1 系統(tǒng)綜述

  如圖 1 所示,本系統(tǒng)由位于電力局的主站(包括前置控制機(jī)、多個(gè)工作站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器)和位于大用戶的終端兩部分組成。

  

 

  圖 1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  主站系統(tǒng)在 PC 機(jī)上,基于 Windows2000 操作系統(tǒng),在 Delphi5.0 平臺(tái)下開發(fā)。終端系統(tǒng)通過 RS485 串口通信同大用戶的電能表進(jìn)行通信,上抄電量、功率等數(shù)據(jù);通過紅外通信口同 PDA 進(jìn)行通信,上傳電量、功率等數(shù)據(jù)給 PDA ;另一方面,通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)以短消息通信方式,同位于電力局的主站通信。位于電力局的主站系統(tǒng)一方面通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)以短消息通信方式,同位于大用戶的終端系統(tǒng)通信,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)置終端系統(tǒng)各種參數(shù)和上抄電量、需量等數(shù)據(jù);另一方面,用已有的 MIS 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫( ORACLE 、 SYBASE 等)作后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。這樣不但用電計(jì)劃部門可方便地利用該數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各種平衡分析、線損分析和各種電量分析統(tǒng)計(jì),還可共享給電力局的其它部門。

  2.2 功能規(guī)劃

  整個(gè)系統(tǒng)中,主站根據(jù)功能可分成兩:一是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),其中包括終端及表計(jì)參數(shù)記錄的設(shè)置及編輯,對(duì)采集得到的電量、定義量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì);另一個(gè)是與終端的通訊。而終端同樣也可分成兩部分:一個(gè)是 485 通訊,即終端與表計(jì)的熊市,根據(jù)主站下傳的參數(shù)或命令進(jìn)行抄表的動(dòng)作;另一個(gè)則是通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)與主站的通訊,將從表計(jì)抄得的電量上送到主站。其中,主站對(duì)終端及其表計(jì)參數(shù)的設(shè)定過程是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)撥號(hào),通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的,保證了參數(shù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)貹和可靠性。主站下送抄表命令,和終端上送電量則均是通過短消息業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的。如圖 2 所示。

  

 

  圖 2  系統(tǒng)功能流程3 主站與終端通訊方式及協(xié)議

 

  GSM 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一種全球性的協(xié)議,對(duì)我們的系統(tǒng)而言是屏蔽,不可見的。為了使主站與終端的通訊更完善、更可知、更穩(wěn)定以及用戶對(duì)其的控制性更好, GSM 網(wǎng)絡(luò)外面嵌套上自定義的協(xié)議。同時(shí)為了對(duì)雙方的數(shù)據(jù)更加方便的判斷分析,在需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)外加上了自定義的幀頭幀尾。如圖 3 所示,在主站和終端處加上自定發(fā)送、接收的協(xié)議。

  點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議

  對(duì)數(shù)據(jù)幀的封裝 對(duì)數(shù)據(jù)幀的封裝

  G100A短信協(xié)議 G100A短信協(xié)議

  

 

  圖 3  主站與終端通訊協(xié)議

  3.1  對(duì)數(shù)據(jù)幀的封裝

  對(duì)數(shù)據(jù)帖的封裝如圖 4 所示。

  68H

  幀頭

  字節(jié)數(shù)(2字節(jié))

  識(shí)別碼(6字節(jié))

  68H

  消息類型(1字節(jié))

  事件類型(1字節(jié))

  數(shù)據(jù)區(qū)

  校驗(yàn)字(1字節(jié))

  結(jié)束碼:0DH

  

 

  圖 4  數(shù)據(jù)幀的封裝

  1 )對(duì)收以的數(shù)據(jù)均以 68H 開頭, 68H 結(jié)束來標(biāo)識(shí)幀頭,整個(gè)數(shù)據(jù)以 0D 結(jié)尾。主站或終端在接收到數(shù)據(jù)后,首先對(duì)幀頭做判斷,如果符合以 68H 開頭,同時(shí)以 ODH 結(jié)尾,則繼續(xù)做下一步判斷,否則就將該非法數(shù)據(jù)拋棄。

  2 )幀頭內(nèi)包括字節(jié)數(shù),字節(jié)數(shù)是指從消息類型到校驗(yàn)字字節(jié)前的字節(jié)數(shù)。指明傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù),是因?yàn)楣潭ǖ南㈩愋陀泄潭ǖ淖止?jié)數(shù)。主要目的是為了讓接收方檢查數(shù)據(jù)的合法性。

  3 )識(shí)別碼是由發(fā)送方提供的,接收方在收到后,將之原封不動(dòng)的傳回。識(shí)別碼的作用在短消息通訊中得到充分的體現(xiàn),由于短消息的實(shí)時(shí)性不高,所以可能產(chǎn)生主站先發(fā)的短消息命令終端后收到的可能。終端對(duì)任何時(shí)候收到的抄表命令都會(huì)進(jìn)行響應(yīng),發(fā)起抄表計(jì)動(dòng)作,然后將電量上送給主站,而主站對(duì)收到的終端短消息都要進(jìn)行識(shí)別碼的判斷,如果該數(shù)據(jù)的識(shí)別碼與剛發(fā)送命令的識(shí)別碼的判斷一致,那么主站對(duì)該數(shù)據(jù)做處理入庫,否則作為無效數(shù)據(jù)拋棄。

  4 )消息是用來定義每次發(fā)送的短消息類型。對(duì)主站,根據(jù)消息類型的不同做不同都處理,入不同的數(shù)據(jù)庫。對(duì)終端,根據(jù)消息類型的不同,做不同的抄表動(dòng)作。

  5 )伯類型是用于發(fā)送異常事件短信用到的字節(jié),用以標(biāo)識(shí)不同的事情類型。事件類型的功效與消息相似。

  6 )校驗(yàn)字指從消息到校驗(yàn)字字節(jié)前的數(shù)據(jù)異或得到的結(jié)果。接收方接收到數(shù)據(jù)之后,需要對(duì)從消息類型到校驗(yàn)字字節(jié)前的字節(jié)數(shù)同樣進(jìn)行異或,把行到的結(jié)果與接收到的校驗(yàn)字做判斷,判斷收到的數(shù)據(jù)的正確與否。

  在實(shí)際測試及應(yīng)用中,不管是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊過程中傳送的數(shù)據(jù)或是短消息方式傳送的數(shù)據(jù),以此為根據(jù)進(jìn)行判斷和處理,能正確將不同的數(shù)據(jù)存入響應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,同時(shí)由于有校驗(yàn)字作保障,可以避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。同時(shí)根據(jù)識(shí)別碼可以很好的避免短消息延時(shí),或先請(qǐng)求的后到過的情況。3.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)握手協(xié)議

 

  主站下傳參數(shù)時(shí)需要用到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸,同時(shí)主站對(duì)終端的標(biāo)時(shí)、主站發(fā)起換 CT 事件、換表計(jì)事件均需要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。所以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊在整修系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用,保證它的可靠行,穩(wěn)定行是必要的。

  在系統(tǒng)最初的設(shè)計(jì)中,等待網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)了之后,就開始點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù),介是在實(shí)際的測試中,發(fā)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊所叫延時(shí)明顯,從終端接聽到網(wǎng)絡(luò)給予確認(rèn)信息,通過試驗(yàn),平均需要 17 秒的時(shí)間,這對(duì)于實(shí)時(shí)性要赯較高的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊功能存在著弊端。同時(shí)在測試中發(fā)現(xiàn),由于地域或設(shè)備的差異,主站和終端接收到網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)的時(shí)間不一致。這就造成數(shù)據(jù)傳輸與接收的錯(cuò)誤。

  根據(jù)在測試中遇到的問題,對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議做了修改,具體的流程圖如圖 5 所示。

  

 

  圖 5  通信流程圖

  1 )主站根據(jù)需要開始撥號(hào),在得到網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)后,開始與終端握手。在握手成功后,主站開始傳輸數(shù)據(jù)。

  2 )終端收到主站的數(shù)據(jù)后,經(jīng)過判斷確認(rèn),發(fā)送回應(yīng)幀。主站根據(jù)終端回送的不同響應(yīng)為,給用戶不同的提示。

  3 )主站在收到終端的回應(yīng)后,再回送給終端一個(gè)響應(yīng),告訴終端已收到它的響應(yīng),此次通訊完畢,雙方可以掛斷。

  4 )在撥叫無響應(yīng)超時(shí),或是其他一系列超時(shí)后,均繼續(xù)撥叫,總共撥叫的次數(shù)不大于 3 次。

  在實(shí)際測試中及應(yīng)用中,在網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)后添加的握手協(xié)議。很好的避免了由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí),導(dǎo)致雙發(fā)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊接收數(shù)據(jù)的不完整,判斷錯(cuò)誤,而且撥號(hào)時(shí)間長等一系列問題。

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