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本方案主要是面向配電自動(dòng)化領(lǐng)域各種遠(yuǎn)程抄表應(yīng)用，系統(tǒng)CPU模塊采用英創(chuàng)公司成熟穩(wěn)定的嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊ETR186或ETR232i，遠(yuǎn)程通訊信道采用GPRS或CDMA。英創(chuàng)嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、成本低廉、接口豐富、底層驅(qū)動(dòng)完整，加之又免費(fèi)提供商業(yè)級(jí)的PPP TCP/IP協(xié)議庫，特別適合于遠(yuǎn)程無線集抄的應(yīng)用。本方案是在英創(chuàng)成熟的GPRS/CDMA方案的基礎(chǔ)上，推出的完整遠(yuǎn)程抄表整機(jī)方案，特別適合客戶快速完成整機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
硬件組成方案
按照本方案的設(shè)計(jì)模式，系統(tǒng)硬件一般可劃分為機(jī)殼、電源、電表單元以及集抄電路單元，其中的機(jī)殼、電源和電表單元，對(duì)電力系統(tǒng)客戶來講多半已有現(xiàn)成的部件可用，因此本方案重點(diǎn)介紹集抄電路單元的組成，該部分又可分成三個(gè)電路模塊：
(1) 嵌入式CPU模塊。也就是嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊，我們選用了英創(chuàng)成本較為低廉（百片采購單價(jià)僅300多元），而功能又比較完整的ETR186。ETR186是一款微型化的嵌入式PC模塊，帶有3個(gè)異步串口，正好滿足集抄單元的要求：COM2與GPRS/CDMA模塊相連，用于與遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心的無線通訊，COM3作為RS485與相應(yīng)的計(jì)量表相連；COM1則作為調(diào)試維護(hù)串口。英創(chuàng)公司為ETR186配備了完整的PPP TCP/IP運(yùn)行庫和對(duì)無線模塊的電源管理函數(shù)，應(yīng)用程序通過調(diào)用這些函數(shù)可方便地實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽瑸榱朔奖憧蛻舻膽?yīng)用程序設(shè)計(jì)，英創(chuàng)公司還提供了典型的使用TCP/IP庫實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆独绦蛟创a。采用英創(chuàng)的PPP TCP/IP庫函數(shù)進(jìn)行TCP/IP通訊的顯著優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用程序可以同時(shí)操作多個(gè)數(shù)據(jù)連接以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)情況，另一方面可降低無線模塊的成本。ETR186模塊的外形尺寸僅僅64mm×46mm，很容易嵌入各種用戶機(jī)箱。ETR186可滿足基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。
(2) GPRS/CDMA通訊模塊。對(duì)于使用GPRS方式的客戶，我們推薦使用Siemens MC39i模塊。
(3) GPRS集抄單元功能底板。這是一塊針對(duì)客戶機(jī)箱具體尺寸而設(shè)計(jì)適配底板，ETR186嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊和MC39i GPRS通訊模塊均安裝在該功能底板上，同時(shí)該底板引出了各種外接接口，如RS485接口、GPIO等等，RS485接口還可提供光電隔離等常規(guī)保護(hù)。功能底板可由客戶自行設(shè)計(jì)，也可以委托英創(chuàng)公司代為設(shè)計(jì)。
圖1是英創(chuàng)為不同客戶設(shè)計(jì)的功能底板以及所構(gòu)成的集抄電路單元：
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DB-1功能底板 |
系統(tǒng)組成：ETR186 + MC39i + DB-1 |
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DB-2功能底板 |
系統(tǒng)組成：ETR186 + MC39i + DB-2 |
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DB-3功能底板 |
系統(tǒng)組成：ETR186 + MC39i + DB-3 |
圖1 幾種典型集抄電路單元硬件方案
其中DB-1所構(gòu)成的系統(tǒng)是一種直接嵌入現(xiàn)有多功能數(shù)字表的方案，與電表的邏輯關(guān)系如圖2所示。由于直接與電表的RS485相連，所以不需要光電隔離。
圖2 集抄電路單元嵌入到現(xiàn)有的電表中
圖1中的DB-2、DB-3是兩種與機(jī)箱、電源獨(dú)立構(gòu)成的集抄電路單元，其RS485通常都帶有光電隔離，可支持單表或多表的采集。對(duì)需要大量本地?cái)?shù)據(jù)保存要求的應(yīng)用，可選用ETR232i+DOC2000電子盤。
圖3 獨(dú)立集抄電路單元通過RS485與電表相連
軟件設(shè)計(jì)方案
在本方案中英創(chuàng)提供的GPRS集抄單元應(yīng)用程序的框架主要以事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制為特色，核心是通過對(duì)一個(gè)簡單的任務(wù)命令隊(duì)列進(jìn)行操作，來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)不同的應(yīng)用程序功能，其中包括GPRS上網(wǎng)鏈路自動(dòng)管理、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理、645規(guī)約鏈路層數(shù)據(jù)處理，從而實(shí)現(xiàn)了作為GPRS電表集抄單元一方面能夠穩(wěn)定可靠地發(fā)送指令和數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)中心及電能表，同時(shí)也能夠穩(wěn)定可靠地接收到遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)中心及電能表的指令和數(shù)據(jù)。
對(duì)于選用了該方案的客戶，還需要根據(jù)電能表的類型對(duì)電能表數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行645規(guī)約類型相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，在英創(chuàng)提供的程序代碼中實(shí)現(xiàn)只是645規(guī)約鏈路層數(shù)據(jù)收發(fā)，客戶可以直接在此框架的基礎(chǔ)上做這部分工作，從而大大節(jié)省應(yīng)用程序的開發(fā)時(shí)間，同時(shí)又保證應(yīng)用程序的高穩(wěn)定性。
本方案的典型流程框圖：
圖4 應(yīng)用程序主流程
此框架結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是各個(gè)功能模塊都是按照無阻塞模式運(yùn)行，整個(gè)程序在運(yùn)行個(gè)過程中，特別典型的是一些交互的式通訊處理中，處理程序一旦需要等待對(duì)端的響應(yīng)時(shí)，該功能模塊記則下當(dāng)前的狀態(tài)，并及時(shí)返回系統(tǒng)，讓系統(tǒng)控制可以進(jìn)行其他的處理，等下次再進(jìn)入該功能模塊時(shí)，程序可根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)相應(yīng)的處理，這就是所謂的狀態(tài)機(jī)機(jī)制。在本方案中對(duì)于GPRS鏈路層的自動(dòng)管理、與遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心TCP網(wǎng)絡(luò)連接的自動(dòng)建立以及645鏈路層數(shù)據(jù)的收發(fā)都是采用有限狀態(tài)機(jī)的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。這樣系統(tǒng)程序就不會(huì)阻塞在某個(gè)處理之中，從而提高整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)的能力，降低總的系統(tǒng)開銷。
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