GPRS集抄单元整机方案 单元, 整机, 方案, GPRS

emtronix20105

本方案主要是面向配电自动化领域各种远程抄表应用，系统CPU模块采用英创公司成熟稳定的嵌入式网络模块ETR186或ETR232i，远程通讯信道采用GPRS或CDMA。英创嵌入式网络模块的特点是性能稳定、成本低廉、接口丰富、底层驱动完整，加之又免费提供商业级的PPP TCP/IP协议库，特别适合于远程无线集抄的应用。本方案是在英创成熟的GPRS/CDMA方案的基础上，推出的完整远程抄表整机方案，特别适合客户快速完成整机产品的设计。

硬件组成方案

        按照本方案的设计模式，系统硬件一般可划分为机壳、电源、电表单元以及集抄电路单元，其中的机壳、电源和电表单元，对电力系统客户来讲多半已有现成的部件可用，因此本方案重点介绍集抄电路单元的组成，该部分又可分成三个电路模块：

        (1) 嵌入式CPU模块。也就是嵌入式网络模块，我们选用了英创成本较为低廉（百片采购单价仅300多元），而功能又比较完整的ETR186。ETR186是一款微型化的嵌入式PC模块，带有3个异步串口，正好满足集抄单元的要求：COM2与GPRS/CDMA模块相连，用于与远端数据中心的无线通讯，COM3作为RS485与相应的计量表相连；COM1则作为调试维护串口。英创公司为ETR186配备了完整的PPP TCP/IP运行库和对无线模块的电源管理函数，应用程序通过调用这些函数可方便地实现无线上网进行数据传输的功能，为了方便客户的应用程序设计，英创公司还提供了典型的使用TCP/IP库实现无线上网数据传输的范例程序源码。采用英创的PPP TCP/IP库函数进行TCP/IP通讯的显著优点是应用程序可以同时操作多个数据连接以应对复杂的网络情况，另一方面可降低无线模块的成本。ETR186模块的外形尺寸仅仅64mm×46mm，很容易嵌入各种用户机箱。ETR186可满足基本的数据存储需求。

        (2) GPRS/CDMA通讯模块。对于使用GPRS方式的客户，我们推荐使用Siemens MC39i模块。

        (3) GPRS集抄单元功能底板。这是一块针对客户机箱具体尺寸而设计适配底板，ETR186嵌入式网络模块和MC39i GPRS通讯模块均安装在该功能底板上，同时该底板引出了各种外接接口，如RS485接口、GPIO等等，RS485接口还可提供光电隔离等常规保护。功能底板可由客户自行设计，也可以委托英创公司代为设计。

        图1是英创为不同客户设计的功能底板以及所构成的集抄电路单元：

DB-1功能底板	系统组成：ETR186 + MC39i + DB-1
DB-2功能底板	系统组成：ETR186 + MC39i + DB-2
DB-3功能底板	系统组成：ETR186 + MC39i + DB-3

图1 几种典型集抄电路单元硬件方案

        其中DB-1所构成的系统是一种直接嵌入现有多功能数字表的方案，与电表的逻辑关系如图2所示。由于直接与电表的RS485相连，所以不需要光电隔离。


图2 集抄电路单元嵌入到现有的电表中

        图1中的DB-2、DB-3是两种与机箱、电源独立构成的集抄电路单元，其RS485通常都带有光电隔离，可支持单表或多表的采集。对需要大量本地数据保存要求的应用，可选用ETR232i+DOC2000电子盘。


图3 独立集抄电路单元通过RS485与电表相连

软件设计方案

        在本方案中英创提供的GPRS集抄单元应用程序的框架主要以事件驱动机制为特色，核心是通过对一个简单的任务命令队列进行操作，来实现相应不同的应用程序功能，其中包括GPRS上网链路自动管理、GPRS网络数据处理、645规约链路层数据处理，从而实现了作为GPRS电表集抄单元一方面能够稳定可靠地发送指令和数据到远端的数据中心及电能表，同时也能够稳定可靠地接收到远端的数据中心及电能表的指令和数据。

        对于选用了该方案的客户，还需要根据电能表的类型对电能表数据数据进行645规约类型相应的协议转换，在英创提供的程序代码中实现只是645规约链路层数据收发，客户可以直接在此框架的基础上做这部分工作，从而大大节省应用程序的开发时间，同时又保证应用程序的高稳定性。

        本方案的典型流程框图：


图4 应用程序主流程

        此框架结构的主要特点是各个功能模块都是按照无阻塞模式运行，整个程序在运行个过程中，特别典型的是一些交互的式通讯处理中，处理程序一旦需要等待对端的响应时，该功能模块记则下当前的状态，并及时返回系统，让系统控制可以进行其他的处理，等下次再进入该功能模块时，程序可根据当前状态继续相应的处理，这就是所谓的状态机机制。在本方案中对于GPRS链路层的自动管理、与远端数据中心TCP网络连接的自动建立以及645链路层数据的收发都是采用有限状态机的机制来实现。这样系统程序就不会阻塞在某个处理之中，从而提高整个系统实时响应的能力，降低总的系统开销。