自动化装置与设备 《电气自动化)2010年第32卷第3期 Automation Equipments＆Devices 远程抄表系统中嵌入式G P RS无线通信模块的设 计与实现 上海电力学院(上海200090)许飞耿新民贾振堂 摘要：集中器作为远程抄表系统电能表和数据中心的一个桥梁，是整个抄表系统数据采集与传输的核心，而其无线通信模块无疑又是 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AT89C51RC单片 机和无线收发芯片MC55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 f中图分类号]TN92；TP873[文献标识码]B[文章编号】1000—3886(2010)03—0083—03 The Design and Implementation of Embedded GPRS Wireless COmmUni— cation Module in Remote Meter Reading System (Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090，China)Xu Fei GengXinmin JiaZhentang Abstract：Centralized device is a bridge between electric energy meter and data center．It is also a core of data collection and transmission in the entire meter reading system，while wireless communication module is undoubtedly the emphases of the core and plays a control and hinge role in the whole system．Its capability directly influences the communication efficiency of the system．This article introduces the design and implementation of embedded wireless communication module based on AT89C5 1 RC singlechip and wireless transceiver MC55， moreover，its hardware design chart and software flow figures are both provided． Keywords：meter reading embedded wireless communication 0 引言 近年来，随着国家电网改造工程的不断推进，传统的人工抄表 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，并接收和执行数据中心发出的指令。 1 GPRS无线通信模块硬件电路的设计与实现 1．1设计思路 GPRS网络是在现有的GSM网络中增加GGSN和SGSN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 GSM基站通信，GPRS分组从基站发送到GPRS服务支持节点 SGSN，SGSN再与网关支持节点GGSN进行通信。GGSN对分组数 据进行相应的处理后再发送到目的网络，如PDN或Internet…。来 自Internet标识有移动台地址的IP数据报包由GGSN接收后，再 转发给SGSN，继而传送到远方的数据中心。 GPRS无线通信模块要实现利用GPRS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GPRS网络，登陆上 Internet与连接其上的PC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GPRS的附着和分组数据协议PDP上下文的 激活。通过GPRS的附着登记用户信息，激活过程主要是激活IP 协议，保证数据能以IP数据报的形式进行传送。 基于GPRS的嵌入式无线通信模块主要由微控制器、GPRS无 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。 1．2 系统的微控制器与GPRS无线收发器 经调研及性价比的比较我们选用的GPRS无线收发器是西门 子的MC55，这款无线收发模块是支持900／1800／1900MHZ三个 频段的三频模块，是带有GSM／GPRS全套语音和数据功能的先进 无线模块。其内嵌TCP／IP协议栈，支持TCP，UDP，H1TrP，丌P， SMTP，POP3等协议，省去了系统的TCP／IP协议处理时间。采用 3．3V～4．8V电压供电，以AT命令方式实现数据传输，每次传输 都会有结果状态返回，不需要用户切换状态。MC55提供两个全双 工串口，可以实现两个TCP通道的同时传输，GPRS与短信或语音 状态自动切换。 GPRS无线通信模块的微控制器选用Atmel公司的 AT89C51RC，它含有32KB的Flash程序存储器，5l2字节的片内 RAM，32线的可编 程I／0口(P0、P1、 P2和P3)，34"可编 程定时器，硬件看 门狗定时器WDT。 两个可编程的 图1 GPRS无线通信模块硬件组成框图 Electricaf Automation 1 83 

《电气自动化}2010年第32卷第3期 自动化装置与设备 Automation Equipments＆Devices 图2微控制器与GPRS无线收发器硬件连接原理图 UART串行通信口，工作电源为4．0～5．5V，最高工作频率为 33MHZt 。微控制器AT89C51RC与GPRS无线收发器MC55的硬 件连接原理图见图2。 MC55与AT89C51RC间的数据通信主要通过端口TXD0与 TXD、RXD0与RXD之间的数据传输来完成。其中GPRS无线收发 芯片MC55上的TXD0口用于接收从单片机AT89C51RC传来的 数据，而单片机上的TXD端口用于向GPRS无线收发芯片传送数 据。GPRS无线收发芯片上的RXD0口用于向单片机发送数据，单 片机的RXD口则用于接收从GPRS无线收发芯片传输来的数 据。GPRS无线收发芯片MC55上的引脚IGT主要用于点火复位， 其作用是做GPRS无线收发芯片的一个复位转换I3】。在GPRS无线 收发芯片MC55的基带处理器上有一个综合SIM接口，它直接接 线到主机接口(端到端连接器)，用于连接到外部的SIM卡座。这 里接的SIM卡有6个引脚CCVCC、CCCLK、CCIO、CCRST、CCIN以 及CCGND分别对应接在MC55的第1到第6个引脚上。GPRS无 线收发芯片的连接器和SIM卡座的引脚之间的距离不要超过2O cm，为了达到最佳的效果，在SIM支架下敷设一层铜隔离网，该层 敷铜与SIM卡的CCGND引脚相连。 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，引入非易失存储器，在电能量远抄 系统中可以存储户名、户号、电表编号、实时电量、历史电量及相关 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 性，选定存储器FM3130作为系统的存储设备，同时它还能提供实 时时钟功能。FM3130中的FRAM大小为64KB，提供了有效的无 限制写入次数，写操作无任何延时，可以像RAM一样被随机快速 读写，且掉电后数据不丢失，数据可保存十年 。 AT89C51RC单片机具有两个全双工UART串行口，一个与 GPRS无线收发器MC55通信，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 提供了RS一485或RS．232两种串行通信接口方式。因为 AT89C5IRC串行口电平是1TrL电平，所以需要将rrrL电平信号转 换为RS．485或RS．232总线电平信号。另外，RS一232串行接I=1可 与Pc机直接相连，这样就可在Pc机上通过串行El发布AT指令 对MC55模块进行单独调试。 GPRS无线通信模块中的单片机AT89C51RC工作电源为 4．0V一5．5V，GPRS无线收发器MC55的工作电源为3．3～4．8V。 电源模块将工频交流电经过处理后，为单片机AT89C51RC和 84 l ElectricaI Automation GPRS无线收发器MC55提供合适的电 源。同时为了提高工作的可靠性，也可同时 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GPRS无线收发芯 片MC55与单片机AT89C51RC之间的通 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AT指令实现GPRS 及数据传输。单片机AT89C51RC利用AT 指令完成与GPRS无线收发芯片MC55间 数据传输的步骤如下： AT'SICS=0。CONTYPE，GPRS0／-k选择连接的 类型为GPRS0★／ AT'SICS=0，DNS1，“-k．-k．★．★”／-k设置DNS服务器地址-k／ AT'SICS=0，PASSWD，T—D1／-k设置访问GPRS网络的密码★／ AT~SICS=0，APN，“INTERNET T—D1．DE”／★设置访问节点APN-A-／ AT SISS=1，SRVTYPE，SOCKET／-k设置接口服务类型★／ AT'SISS=1，CONID，0／-k设置连接规范0-k／ AT'SISS：1，ADDRESS，“SOCKTCP：／／★．★．-／~．-k：-k-k★-k”／★客户端 规范包含远方主站的IP地址和TCP端口号-k／ AT'SISO=1／★打开TCP连接-k／ OK／★反馈信息：打开成功-k／ AT'SISW=1，20／★写入数据，通道1发送2O字节数据★／ SISW：1，20／★反馈信息：可发送20字节数据★／ ★-k★-k-k★★-k★-k★★★-k"-k-k-k★-k★／-k输入要发送的20字 节数据★／ AT'SISR=1，l00／★读人数据，发送要接收的数据长度为100字节-k／ SISR：1，90／-k反馈信息：可发送的数据长度为9O字节★／ AT'SISC=1／-k关闭连接-k／ OK／-k反馈信息：关闭成功★／ 为了方便调试、维护和移植，GPRS无线通信模块软件设计遵 循模块化设计思想，采用c语言编程。GPRS无线通信模块软件设 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 AT89C5lRC串口设置为工作方式1，即8位数据位和1位停止位， 定时器选用定时器 1的工作方式2即 8位自动重装定时 器，波特率设为 9600 bps(晶振频 率为 11．0592 MHz)。然后初始化 软件缓冲区和各 种标志信息。GPRS 无线通信模块与 主站问通信是先用 AT指令初始化无 线收发器MC55芯 片并建立TCP连 接，TCP连接建立 N 开始 机模块 初始化软件数 据缓冲区和各 种标志信息 ． 配置并建立 TCF链路 与主站建 立连接 E 处理两串行 13数据传输 发送心跳信息 据传输结 断开连接 结束 图3系统程序流程图 N 一一 M一 ／ w