1 GPRS简介

　　GPRS 是通用无线分组业务的缩写( General Packet Radio Service ) ,是介于移动通信第二代和第三代技术之间的一种过渡形式,通常称为2.5G,目前通过升级GSM网络实现.GPRS 采用分组交换技术, 按流量计费, 仅在实际传送和接受数据时才占用无线资源, 从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务, 特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输, 也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS 是一种新兴的无线上网通讯技术,它不但集中了其他几种无线通讯方式的优点,由于可与分组数据网直接互通,有效提高了数据传输速度和数据流量。此外,应用GPRS通讯还可以实现抄表系统的实时在线。

　　2 主要功能模块

　　GPRS通信模块：目前GPRS模块主要有Sony Ericsson的GR47/48模块，西门子公司的 MC35系列模块，WAVCOM公司的M1206B模块。其中Sony Ericsson的GR47模块含有完整的TCP/IP协议，可以直接使用相应AT指令进行开发工作。

　　GR47是Sony/Errison公司推出的一款内嵌TCP/IP协议栈的GSM /GPRS模块,内嵌CPU 可以开放给用户,省去外挂MCU,开发容易, 节省成本; GR47 具有丰富的存储资源, 44KB 的程序/64KB 的数据Flash空间, 25KB RAM,丰富的功能库,能满足大多数用户的应用要求,从而使利用GPRS进行数据传输变得非常容易。GR47对外有3个串口,其中串口1作AT指令通道或程序下载用,串口2主要用于调试程序,串口3为通用232 口,可以连接其他外部设备,另外还有I2C、SPI总线和8根I/O线。

　　GR47模块有两种工作方式,一种是内部控制器方式,即直接利用模块内嵌的CPU 和开放的系统资源,将应用程序下载到模块中使用,脚本在模块本身的内部控制器中运行,脚本运行的时候模块可以发送和接收数据并对其进行处理;另一种方式是外部控制器方式,即将模块嵌入到用户的系统中使用,外挂处理器对其进行操作控制,脚本在外部微控制器中运行。本次设计应用到第二种工作方式，将微控制器NEC78F0547和GR47模块结合起来,从微处理器通过UART1向GR47发送AT指令。数据通过GR47发送到远端的服务器上。

　　3 系统总体设计

　　3.1总体结构

　　系统总体结构如下图1所示，,整个系统由计量模块、MCU、存储模块、通信模块、显示模块、上位机软件六部分组成。计量模块主要包括珠海炬力公司的三相电能计量芯片ATT7022B以及外围取样电路,计算电流有效值、电压有效值、实时功率、平均功率等;MCU采用NEC公司的8位微控制器UPD78F0547,写入程序上电后自动执行,负责完成电量、参数保存,远程、本地通信等;存储单元EEP2ROM用来存储电表参数、当前/历史有功无功电量等数据;通信单元GPRS模块(GR47)完成与中心站的远程通信, RS485和红外口完成表的本地通信;液晶显示单元显示电量信息, 实时显示电能表运行状态，各种电量的计量值。电能表液晶在平时处于循环显示状态, 可通过编程选取其中所需的项目进行循环显示;上位机软件完成对远程电表的实时监控、电量读取、用电分析等功能。

　　图1 硬件系统结构图

　　3.2　电能计量

　　ATT7022B是一颗高精度三相电能专用计量芯片，集成了六路二阶Sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路;还提供一个SPI接口，方便与外部MCU之间进行计量参数以及校表参数的传递。

　　计量功能主要由该芯片完成，分时计量正、反向有功电能, 正、反向及四象限无功电能。分别计量总计及四个费率的正、反向有功最大需量以及最大需量出现时间, 并可根据编程所设置的清需量日把最大需量及最大需量出现时间结算为本月数据及上月数据;最大需量计量为滑差步进式, 积分时间为1-60m in 可设置, 滑差时间可在1-60m in 之间任意设置。电流和电压采样信号送到电能计量芯片,信号先经过芯片的ADC转换器将模拟信号转化为数字信号,然后将电流、电压数字信号送入乘法器计算生成电量,脉冲送到CPU计数通道。CPU 经过多种运算完成电量、需量、计费等多种计量工作,执行控制功能及信息传输功能。

　　3.3 微控制器(MCU)

　　UPD78F0547具有片上调试的功能;运行温度范围大，在-400C到+850C;71条双向输入输出口线,且每条均可单独做I/ O 的控制;内部只读存储器ROM为128KB，且采用CMOS 电路,功耗低。其最主要的特点是具有双时钟，掉电后仍然可以正常工作。UPD78F0547的以上特点,使得它特别适合于应用在本电能表中。

　　微控制器是整个系统的核心。微控制器定时从电能计量模块中取出数据，数据经过修正运算以后送入电量累加单元，同时根据修正后的数据计算出功率、电压、电流、功率因素等参数，并计算出统计量，如断相欠压累计时间、累计次数、电能表累计工作时间等，并将这些数据存入非易失存储器中，以供显示和查询。同时，微控制器检测电源电压报警信号，如发现电压低至门槛以下，立即进行现场保护，将运行数据存入EEPROM。

　　3.4系统通信：

　　3.4.1上位机网络连接

　　上位机接入GPRS网的方式很多,可以采用GPRS无线上网卡(PC I卡)、GPRS无线MODEM (RS232 接口或USB 口) 、ADSL 接入、DDN 专线等方式,不管采用哪种方式都必须固定服务器端的IP地址和侦听端口号,在接入网络后要一直保持在线。本次设计中使用RS232 接口接入。下位机(电表)工作后会主动与服务器建立一个TCP连接,告知服务器自己的表号、IP地址以及端口号,服务器收到后将其加到动态地址数据库中,服务器自动定时刷新数据库以确定哪些表还挂在网络上,再根据管理员设定的自动抄表时间对连接在网络上的电表进行数据读取、校时等操作。

　　3 软件设计

　　采用模块化设计思想，单片机软件设计主要包括主程序、初始化程序、ATT7022B复位程序、SPI通信程序、数据采集程序和数据发送程序。系统还包括3 个中断程序：ATT7022B异常判定中断程序、定时中断程序和串口通信中断程序。

　　4 结束语

　　以STC89C51单片微处理器为核心，利用专用计量芯片ATT7022B的电能计量能力实现对有功、无功、视在功率、双向有功和四象限无功电能，以及电压和电流有效值、相位、频率等电参数的准确测量。电表的线路设计简单、计量精度高。此电表目前已经投入批量生产，运行良好