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326 远程抄表系统中嵌入式GPRS无线通信模块的设计与实现_图文

自 动 化 装 置 与 设 备 
Au o t ma in E u p t   q i me t o n s& De ie   vc s

《 气自 化 21年 2 电 动 )0 第3卷第3   0 期

远 程抄表 系统 中嵌 入式 GP S无线通信 模块 的设   R   计 与 实现 
上海电力学院( 海 209 ) 许 上 00 0 飞 耿新 民 贾振 堂 



要 : 中器作 为远 程 抄 表 系 统 电 能表 和 数 据 中 心 的一 个 桥 梁 , 整个 抄 表 系 统 数 据 采集 与传 输 的 核 心 , 其 无 线 通信 模 块 无 疑 又是  集 是 而

这核心 中的重点 , 对整个系统起着控制和枢纽作用 , 其性能好坏直接影响到系统 的通信效率。文章介绍 了基于 A 8 C 1 C单 片  T 95 R 机和无线收发芯片 M 5 C 5的嵌入式无线通信模块 的设计与实现 , 并给 出了硬件设计框 图和软件设计流程图。   关键词: 抄表 嵌入式 无线通信 
[ 章 编 号 】0 03 8 (0 0 0 —0 30  文 1 0 —8 6 2 1) 30 8 —3 f 中图 分类 号 ]N 2 T 8 3 [ 献标 识 码 ] T 9 ;P 7 文 B

Th   sg   n  m pe e De in a d I lme t t n o  n a i   fEm b d e   o e d d GPRS W i ls   m m U i   r e s CO e n—   c t n Mo ue i  mo e M e e   a ig Sy t m  a i   d l n Re t   t rRe dn   se o
( hn hi n e i   l tcP w r S ag a 2 09 ,C ia X  e G nXn i  J Z etn  S ag a U i rt o Ee r  o e   v sy f c i , hn hi 0 0 0 hn ) uF i eg i n i hnag     m a
Absr c :Ce taie   e ie i    rdg   t e   lc rc e e g   ee  nd d t  e t r I sas     o e o   t ol ci n a d ta miso  n t e ta t nr lz d d v c  sa b i ebewe n e e ti  n ry m t ra   a ac n e . ti  lo a c r  fdaa c l to   n  rns s in i  h   e

e t emee  e dn   y tm, h l  i l s  o ni   trr a i gs s r e w i w r e sc mmu i ain mo ue i u d u td yt e e h s so   e c r  n   ly     o t l n   ig   e e n c t   d l    n o b e l h   mp a e  ft   o ea d pa sa c n r   d h n e o s h oa
rl n t e wh l y t m. Isc pa lt  ie ty ifue c st   o oe i h   oe s se t  a bii d r cl n y l n e hec mmunc t   f ce c   ft  yse iai ef in y o hes tm. Th sa t l n rd e  h   e in on i i  ri e ito uc st e d sg   c a d i lme ain fe n   mpe ntt  o   mbe d d o d e  wiee s o r ls c mmu c to  mo u e a e  o  AT8 niain d l b s d n 9C51  sn lc i a d  RC ige hp n  wiee s r n c i e MC55    r ls ta s e v r , mo e v r ish r wae d sg   h r  n   o t r  o fg e  r  t   r vde   r o e, t  a d r   e i n c a a d s fwa e f w  urs ae boh p o i d. t l i Ke ywo ds mee  e dng e r : trr a i   mbe d d wiee s c mmunc to   d e   r ls  o ia in

0 引言   
近年来, 随着 国 家 电 网改 造 工 程 的 不 断 推进 , 统 的人 工 抄 表  传 不 仅 费时 费 力 而且 不 利 于 用 电 波 峰波 谷 的统 计 ,越 来 越 不 能 满 足  实 现信 息 化 、 自动 化 的 先进 电力 企 业 管 理 的需 要 。一 种 基 于 嵌入   式 系统 的无 线通 信 模 块 的 设 计 与 实现 ,可 广泛 应 用 于 电能 量 远程  抄 表 系 统 中 ,它 可 以 将 电表 中采 集 来 的 数 据通 过 无 线 网 络 的 方式  发送 到 数 据 中心 , 接 收 和执 行 数 据 中 心发 出的 指 令 。 并  

协议 , 证数 据 能 以 I 据 报 的形 式 进 行 传 送 。 保 P数   基于 G R P S的嵌 入 式无 线 通信 模 块 主要 由微 控 制 器 、G R 无  PS

线收发器 、 存储器 、 电源、 串行接 口等组成 , 其硬件组成框 图见 图 1  。

12 系统 的微控 制器与 G R .  P S无线收 发器 
经 调 研 及 性 价 比的 比较 我 们 选 用 的 G R P S无 线 收 发 器是 西 门   子 的 MC 5 5 ,这 款 无 线 收 发模 块 是 支 持 9 0 10 / 9 0 H 0 / 80 10 M Z三 个  频 段 的 三 频模 块 , 是带 有 G M/ P S全 套语 音 和 数 据 功 能 的先 进  S GR 无 线 模 块 。 其 内嵌 T P I 议 栈 , 持 T P U P H T , P, C /P协 支 C , D , 1P 丌   r S P PP MT , O 3等 协 议 , 去 了系统 的 T P I 议 处 理 时 间 。采用   省 C /P协

1 GP S无 线 通 信 模 块 硬 件 电路 的设 计 与 实现    R
1 1 设计 思路  .
GR P S网 络 是在 现有 的 G M 网 络 中增 加 G S 和 S S S GN G N来 实  现 的 ,使 得 用 户 能够 在 端 到 端 方式 下 发 送 和 接 收 数 据 。用 户 利 用  G M基 站通信 ,G R S P S分 组 从 基 站 发 送 到 G R P S服 务 支 持 节 点  SS SS G N,G N再 与 网 关 支 持节 点 G S G N进 行 通 信 。G S G N对 分 组 数  据 进行 相 应 的处 理后 再 发 送 到 目的 网络 , P N 或 It nt 如 D ne e…。来  r 自 It nt 识 有移 动 台地 址 的 I 据 报 包 由 G S n re 标 e P数 G N接 收 后 ,再 
转 发 给 S S 继 而 传送 到远 方 的 数 据 中心 。 G N,  

33 4 8 . V~ .V电压供电 ,以 A T命令方式实现数据传输 , 每次传输 
都 会有 结 果 状 态 返 回 , 需 要 用户 切 换 状 态 。 5 不 MC 5提供 两 个 全 双 

工串 口, 可以实现两个 T P通道 的同时传输 , P S与短信或语音  C GR
状 态 自动 切 换 。  

GR P S无 线 通 信 模 块 的 微 控 制 器 选 用 Am l公 司 的  te
A 8C 1 C 它含 有3K T9 5R , 2 B的 Fah程 序 存 储 器 , l 字 节 的 片 内  l s 52 R M,2 的 可 编  A 3线
程 I /0 口 ( 0、 1   P P、

G R 无 线 通信 模 块 要 实 现 利 用 G R PS P S网 络 实 现 与数 据 中 心  的上 位 机进 行 全 双 工 数 据 通 信 ,必 须 要 附 着 G R P S网络 ,登 陆 上  It nt 连 接其 上 的 P n re 与 e C机 建 立 数 据 链 路 并进 行数 据 传 输 。 欲 完  成 这一 过 程 必 须实 现 G R P S的 附着 和分 组 数 据 协 议 P P上 下 文 的  D

P 和 P )3 " 编  2 3 ,4 可

程 定 时 器 , 件 看  硬
门 狗定 时 器 WD 。 T  两 个 可 编 程 的  图 1 GP S无 线 通 信 模块 硬 件 组 成框 图    R
E e tia  u o lc r f t ma in 1 3 c A t  8  o  

激活。通过 G R P S的附着登记用户信息 ,激 活过程主要是激活 I  P

《 气自 化21年 2 电 动 }0 第3卷第3   0 期

自动 化 装 置 与 设 备  
Au o t   qup t ma i E i me t & De ie   on ns vc s

GR P S无 线 收 发 器 MC 5提 供 合 适 的 电  5 源。 同时 为 了提 高 工 作 的 可靠 性 , 可 同 时  也 装 设 锂 电池 , 以实 现 电源 不 问 断 供 电 。  

2 模块的系统软件设计及实现 
软件设计主要完成 G R P S无线收发芯 
片 MC 5与 单 片 机 A 8 C 1 C之 间 的 通  5 T 9 5R 信, 两者 间需 要定 义 统一 的通 信协议 , 规定  数 据 传输 的格 式 。通 过 A T指 令 实现 G R   PS

及数据传输 。单片机 A 8 C 1 C利用 A   T 9 5R T 指令完成与 G R P S无线收发芯片 MC 5间  5
数据 传输 的步骤 如下 :  
图 2 微控制器与 G R P S无 线收 发 器 硬 件 连 接原 理 图 
A 'C TS S=0 O T P ,GP S /- I 。C N Y E R 0 k选择 连 接 的 

U R 串 行 通 信 口 , 作 电 源 为 4 0~ . V, 高 工 作 频 率 为  AT 工 . 55 最 3 M Z 。 控 制 器 A 8 C 1 C与 G R 3Ht 微 T9 5R P S无 线 收 发 器 MC 5 硬  5的
件 连 接 原理 图见 图2  。

类型为 G R 0   P S ★/ A 'C TS S=0 D S , - - ★. /-设 置 D S服 务 器 地 址 -/ I , N 1“k.k. ★” k N k   A 'C TS S=0 P S WD T—D1 /-设 置 访 问 G R I ,A S , k P S网络 的 密 码 ★/  
AT S C  ̄ I S=0 AP , N, I ERNE T—D1 D ” “ NT T  E


MC 5与 A 8C 1 C 间 的 数 据 通 信 主 要 通 过 端 口 T D 5 T95 R X 0与 

/★设 置 访 问 节 点 A N-/ P A   -

T DR D X 、 X 0与 R D之间的数据传输来完成。 中 G R X 其 P S无线收发 
芯 片 MC 5上 的 T D 5 X 0口用 于接 收从 单 片 机 A 8 C 1 C传 来 的  T9 5R

A  IS=1S V Y E S C E /-设 置 接 口服 务类 型 ★/ TSS ,R T P ,O K T k  
A ' S =1C N D 0 /- 置 连接 规 范 0 -   TS S , O I , I k设 k/
AT'I S: 1 ADDRES , S SS , S “ OCKTC //★ P:






/  ̄




k:k- - /★客户 端  - k★ k”


数据 , 而单片机上的 T D端 口用于向 G R 无线收发芯片传送数  X PS 据 。G R 无线收发芯片上 的 R D PS X 0口用于向单片机发送数据 , 单 
片 机 的 R D 口则 用 于 接 收从 G R X P S无 线 收 发 芯 片 传 输 来 的 数 

规 范包 含 远 方 主 站 的 I 址 和 T P端 口号 -   P地 C k/
A 'IO=1 /★打开 T P连 接 -   TSS C k/

OK /★反馈信息 : 打开成功 -   k/
A SS =1 2 /★写 入 数 据 , T' W I ,0 通道 1 送 2 节数 据 ★/ 发 O字  

据 。G R 无线收发芯片 MC 5上的引脚 IT主要用于点火复位 , PS 5 G  
其 作 用 是做 G R P S无 线 收发 芯 片 的一 个 复位 转 换 I。 G R 无 线  3在 P S 】 收 发芯 片 MC 5的基 带 处 理 器上 有 一 个 综 合 SM 接 口 ,它直 接 接  5 I

SS 12 /★反馈信息 : IW: ,0 可发送 2 0字节数据 ★/  
★ - k- ★ - - ★ ★★ - -- k★ - ★ /- 入 要 发 送 的 2 k★- k★ k★ k k" k- k k k输 0字 

节 数 据 ★/   A 'IR=1 l0 / TSS ,0 ★读 人 数 据 , 要 接 收 的数 据 长 度 为 10字 节 -/ 发送 0 k  

线到主机接 口 ( 端到端连接器 ) 用于连接到外部的 SM卡座。这  , I
里 接 的 SM 卡有 6个 引 脚 C V C C C K、 CO、 C S 、 CN 以 I C C 、CL CI CRTCI   及 C G D分别 对 应 接 在 M 5 CN C 5的第 1 第 6个 引脚 上 。G R 到 P S无 
线 收 发 芯 片 的 连 接 器 和 SM 卡 座 的 引 脚 之 间 的距 离 不 要 超 过 2  I O
cm ,

SS : ,0 /- IR 19 k反馈信息 : 可发送的数据长度 为 9 O字节 ★/  
A 'IC=1 /- 闭 连 接 -   TSS k关 k/

O /- 馈 信 息 : 闭成 功 ★/ K k反 关  

为 了达 到 最 佳 的效 果 , SM 支架 下 敷 设 一层 铜 隔 离 网 , 层  在 I 该

为 了方 便 调 试 、 护 和 移 植 , P S无 线 通 信模 块 软 件 设计 遵  维 GR 循 模 块 化设 计 思 想 , 用 c语 言 编程 。 P S无 线通 信 模 块 软 件设  采 GR

敷铜 与 SM 卡 的 C G D引 脚 相 连 。 I CN  

1 3 系统 的存 储器 、 .  串行 接 口及 电源 
为 实 现 掉 电数 据 保 护 功 能 , 入 非易 失 存 储 器 , 电 能量 远 抄  引 在 系统 中可 以存 储 户 名 、 号 、 户 电表 编 号 、 时 电 量 、 史 电量 及 相 关  实 历 设 置参 数 。通 过对 比各 种非 易失 存 储 器 的读 写 速 度 及 编程 的方 便 

计主要分为系统初始化 、 建立连接 、 数据传输 、 断开连接 四部分 , 系 
统 程 序 流程 图如 图 3所 示 :  

程序首先对 系统软硬 件进行初始 化 ,单片机初 始化部分将 
A 8C l C串 口设 置 为工 作 方 式 1 即 8位 数 据位 和 1 T 9 5R , 位停 止 位 ,  
定 时 器 选用 定 时 器 
开 始 

性, 选定存储器 F 3 3 M 10作为系统的存储设备 , 同时它还能提供实 
时 时钟 功 能 。F 10中 的 F AM 大小 为 6 K ,提供 了有 效 的无  M33 R 4B

1 工 作 方 式 2即  的
8位 自动 重 装 定 时 

与 主 站 建  立连接 

限制写入次数 , 写操作无任何延时 , 以像 R M 一样被随机快速  可 A
读 写 , 掉 电后 数据 不 丢 失 , 据 可保 存 十 年  。 且 数   A 8C 1 C单 片 机具 有 两 个 全 双 工 U R T95 R A T串行 口 ,一 个 与 

器 , 波 特 率 设 为 
9 0  p ( 振 频  60bs 晶

机模块 

E 
处 理 两 串 行  1 据 传 输  3数

G R 无线收发器 MC 5通信 , PS 5 另一个用来与外部需要进行数据传 
输 的终 端 设备 相 连 。 为 了增 强 与 外 部终 端 设 备 连 接 的通 用 性 ,还 



为  1. 52 10 9 

初 始 化 软 件 数  据 缓 冲 区 和 各  种 标 志 信 息 

MH ) 然 后 初 始化  z。

发 送 心 跳 信 息 

提 供 了 R 一8 S4 5或 R .3 S2 2两 种 串 行 通 信 接 口方 式 。 因 为  A 8 C I C串行 口电平是 1 L电平 , 以需要将 rr T9 5R T r 所 rL电平信号转  换为 R .8 或 R .3 S4 5 S2 2总线 电平信号。另外 , S2 2串行 接I可  R 一3 = 1
与P c机 直 接 相 连 ,这 样 就 可 在 P c机 上通 过 串行 E发 布 A l T指 令  对 MC 5模块 进 行 单 独 调 试 。 5  

软 件 缓 冲 区 和 各 

种标志信息 。 P S G R  无 线 通 信 模 块 与  主站问通信是先用 
A T指 令 初 始 化 无 
. 

N  

据 传 输 结 
N  

断 开 连 接 

GR P S无 线通 信 模 块 中 的单 片 机 A 8 C 1 C工 作 电源 为  T 95 R
4 0 5 5 G R 无 线 收发 器 M 5 . V一 . V, P S C 5的工 作 电源 为 3 3~ . V   . 48 。

线 收发 器 M 5 C 5芯 

片 并 建 立 T P 连  C 接 ,C T P连 接建 立 

配 置 并 建 立  T 链 路  CF

结 束 

电源模 块将 工频 交流 电经过 处理 后 ,为单 片机 A 8 C 1 C和  T9 5R
8    l c r a  t ma i n 4 lE e t c I i Au o t   o

图 3 系统 程 序 流 程 图