隨著電子技術和通信的發展，自動抄表系統得以廣泛應用，各類相關產品也層出不窮，人們對新產品也提出了更高的要求。

目前的自動抄表系統一般分為兩層結構：上層（管理中心與集中站之間）數據采集采用星形網絡；底層（集中站和采集器或智能電能表之間）數據采集采用總線型結構，如485總線、儀表總線等。目前上層數據采集根據信道介質不同可分為光纖、電話線和無線等多種方式。

其中無線方式，對于范圍廣、布局分散的集中站進行數據通信是一種較好的方式。現在開發的一些自動抄表系統采用的是數據電臺或自行研制的無線通信系統。使用這種通信系統方式，安裝調試方便；主要缺點是須申請頻點使用權，另外自己須對通信網絡進行維護，這種專網通信系統的可靠性也沒有公網（如GSM網）的高。本節提出了一種基于短消息的自動抄表系統。該系統依托GSM網，采用短消息方式，通信質量可靠，成本低，同時還能對集中器進行遠程監控，是一種理想的自動抄表解決方案。

一、系統的構成和功能

整個系統結構如圖1 - 142所示。中心管理機利用GM360無線調制解調器，通過GSM無線通信網絡與各集中站以P87LPC767單片機為核心的下位機構成星形結構網絡，對各電力采集點實施電量采集和遠程監控。集中站以P87LPC767單片機為核心的下位機模塊通過GM360無線調制解調器利用短消息與管理中心進行通信。當中心發出采集指示后，P87LPC767單片機通過RS - 485總線按照三相電子式多功能電能表通信規范與所連接的電能表進行通信，采集電能表中存儲的電力數據；然后，再通過短消息將數據發回管理中心。另外下位機和智能電能表還可配備以89C2051為核心的數據采集系統，對集中站和智能電能表周圍的環境和電網情況進行數據采集，并將數據傳送上位機。對于沒有智能電能表的供電區域也可采用數據采集系統實施監測，但所采集的數據不能用作計量。當環境溫度、濕度等以及電網的電壓異常時，下位機即可通過短消息向管理中心或指定手機發回報警信息。管理中心經過權衡后，可決定是否切斷該區域供電或派人維護。如須斷電，則通過短消息向下位機發出指令，由下位機再傳遞給數據采集系統執行相應的操作控制供電回路。另外當用戶欠費時，也可實施停電處理。

1.管理機

監控中心的管理機是由多媒體計算機、打印機、UPS電源等構成的系統，通過GM360利用短消息與分散在不同位置的抄表機相互聯系。管理機采用VB編制的管理軟件實現信息的提取、發送及分析處理、顯示和聲光報警等功能，包括口令認證，口令設置，時間及日期設置與顯示，下位機編號與名稱設置，報警電話設置，退出系統，提取下位機數據以及控制電路通斷等功能。

2．下位機

下位機由P87LPC767、74HC245、MAX485、MAX202、24WC32、PCF8563和DC - DC電源模塊等構成，通過RS - 485接口接入智能電能表，通過RS - 232接口接人GM360調制解調器；另外也可以通過RS - 485接口接人數據采集板，用于采集智能電能表周圍環境，實施對智能電能表的相關監控。同時下位機具有電源監控模塊，可用于下位機的電源監控及蓄電池的充電控制。由于本系統的CPU P87LPC767采用I2C總線外擴存儲器和時鐘芯片，因此本系統具有結構簡單，成本低的特點。下位機硬件結構如圖1 - 143所示，下位機程序框圖見圖1 - 144。

（1） P87LPC767結構和性能

P87LPC767是PHILIPS半導體公司推出的51PLC系列OTP（-次編程）單片機的一種。它在基本結構、匯編指令等方面與80C51系列兼容；然而，它采用80C51加速處理器結構，時鐘頻率可高達20 MHz。20 MHz下其吞吐能力相當于40 MHz的傳統C51。雖然只有20個引腳，但I/O口的功能豐富，有兩個模擬比較器、Watchdog、IzC總線、4路8位A/D;使用片內上電復位時，無須外接元件；溫度范圍為- 40～85℃（工業級）；內部有4K OTP程序存儲器，串行的EPROM允許在線編程。

（2） RS - 485接口

RS - 485接口采用MAX485，用于與智能電能表和數據采集系統通信。通過數據采集系統，可完成對環境及電網的監控。RS - 485接口，距離可以超過1 km。每個下位機最多可帶128個智能電能表和數據采集系統。

（3）掉電報警

下位機具有掉電報警功能，電源控制電路主要實現開關電源與蓄電池供電的切換、蓄電池的充電以及交流電斷電與上電檢測等功能。可以在交流掉電時，將掉電日期、時間以及保存在24WC32 E2PROM中的下位機編號、名稱等數據報告給中心管理機或指定的手機。報警電話號碼也存儲在24WC32 E2PROM中。

（4）存儲電路和時鐘電路

存儲電路采用CATALYST公司生產的基于I2C總線的24WC32 E2PROM芯片。它具有1. 6~6.0 V的全電壓范圍和100萬次重寫及擦除周期，可存儲4 KB數據；時鐘電路采用基于IIC總線的PCF8563時鐘芯片，也是由CATALYST公司所生產；具有低工作電流，典型值為0. 25 μA，寬工作電壓范圍：1.0～5.5 V;同時，PCF8563還具有世紀標志。

3．數據采集系統硬件結構

數據采集系統以89C2051單片機為核心，與8路A/D轉換器TLC0838 -起構成數據采集系統，完成對非智能設備的監控。硬件結構框圖如圖1 - 145所示。每個數據采集系統有g路模擬量輸入，加上電量傳感器，可采集電網電壓、電流等數據。另外還有兩路開關量輸入、兩路開關量輸出接口，適合對一部智能電能表的監控；同時數據采集系統也可以實施溫度及電網的監控。每個數據采集系統均采用RS - 485接口與下位機相連。

為降低硬件成本，數據采集系統不設看門狗電路和單獨電源，數據采集系統復位信號和電源由下位機提供。另外由于數據采集系統所須處理的數據量較小，因此也不再單獨外擴存儲器。當數據采集系統程序跑飛時，下位機不能與數據采集系統正確交換數據，此時，由下位機對數據采集系統實施復位。數據采集系統程序框圖如圖1 - 146所示。

（1）模擬量采集

多路數據采集電路采用TLC0838完成A/D轉換。TLC0838為8路A/D轉換，前端接有運放LM324組成的緩沖電路。由于LM324運放輸入電壓為0～4 V，所以電路之前加有兩個分壓電阻，用來擴展測量范圍，具體輸入范圍由用戶現場來確定。多路數據采集電路可以根據電網電壓數據來監測電網電壓是否異常；同時，還可以通過溫度傳感器和其他傳感器對電力采集點環境因素進行監測。根據實際的電力采集點情況選取溫度的測量范圍為-10~-+50℃，選用AD590作為傳感器。

（2）開關量的輸入／輸出

開關量輸出電路可驅動繼電器完成對設備電源、供電回路的開關控制；開關量輸入電路可用于對設備電源、供電回路等的開關狀態的監測。

二、通信問題

1．通信方式

監控中心的管理機和監控機通過GM360接人GSM網，利用短信息業務傳遞信息。該方式優點是通信利用公網，免于維護，通信質量有保證，價格比較低廉，目前每條短信息費用為0. 15元；缺點是實時性稍差，每條短信息有效載荷僅為140字節，對業務量大的應用不太適合。另外，短信息利用GSM網絡的控制信道而不是語音信道進行數據的傳遞，用戶發出的短信息首先被發送到短信息中心的服務器中，然后短信中心的服務器對所收到的短信息進行排隊處理，按順序再發送給相應的接收用戶終端。如果接收用戶關機或超出服務區不能正常通信，則該條短信息進行一定的延時后重新發送，這樣有可能造成后發的短信息先到的情況。此外短信息中心服務器為每個用戶開設的緩存區一般有限，約15～25條。當接收緩存區存滿而接收用戶還不能正常通信時，將不再接收新的短信息，即發生短信息擁塞，造成短信息丟失。

另外，短信息在短信息中心服務器中保留的時間也有一定的期限，一般為一天左右。為了保證下位機與中心管理機的數據交換，一定要使接收機可靠地與網絡處于通信狀態。GM360模塊所接收的短信息被保存在SIM卡中，普通SIM卡一般能存儲25條短消息。因此，在使用過程中應及時刪除已處理過的短信息，以免造成短信息的丟失。在該系統中采用多點輪詢的通信方式，即中心管理機按下位機地址呼叫，下位機接收后，將所需采集的數據送至中心管理機。當遇到下位機掉電時，還可由下位機利用蓄電池供電向管理中心或指定的手機進行三次報警。

2．GM360調制解調器

（1）主要特點

●體積小，質量輕，幾何尺寸為：131.5 mm×52.3 mm×13.6 mm;

●自帶專用天線；

●支持標準RS - 232串行接口；

●內含SIM卡讀卡器；

●模擬語音輸入／輸出；

●數字語音輸入／輸出；

●透明模式與非透明模式最高傳輸速率為9 600 b/s;

●短信息服務（ SMS），支持PDU模式，符合GSM07. 05標準；

●AT命令集，符合GSM07. 07、GSM07. 05和V25標準；

●工作電壓：5. 6～10 V，標稱值為6 V;

●工作電流：待機70 mA，工作時平均450 mA;

●操作溫度：-20～+70℃；

●儲存溫度：- 40～+85℃。