[发明专利]一种GPRS电量采集系统

说明书

技术领域

    本发明涉及一种电量采集系统，特别是涉及一种GPRS电量采集系统。

背景技术

传统的电量采集设备安装需要大量的人力、物力进行现场施工，使用大量的电缆将个通讯设备与主机相连，个别地方由于现场条件不具备还不能实现与主机通讯 。不论在恶劣的野外环境还是在市内，变电所分布广、数量多，采用人工抄表的方式不仅工作强度大，耗费人力资源多，也增加了很多危险因素以及人为的数据不准确因素。

现在也有一些较好的抄表，例如使用RS-232,RS-485规约进行的数据转发技术；手持式抄表仪等方式。对于市内环境还可以采用多使用人工的方式进行，但对于农村及工厂或煤矿等野外环境存在一定的困难。

研究一项可以针对以上问题进行有效改善的系统，增加数据采集的容易度、准确性，减少人力资源浪费是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GPRS电量采集系统，该系统采用先进的无线GPRS通讯技术，可充分利用现有移动通讯网络，进行无线通讯，对现场条件要求低，只需将设备安装到采集点即可，这即缩短项目建设周期，又降低了项目投资成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种GPRS电量采集系统，包括系统的主要模块包括CPU单元、电量采集单元、数据存储单元、8个数字量输入2个数字量输出、电源模块、一个RS-485通讯接口和一个GPRS无线接口。数据的传送可以采用GPRS模块无线传输或者RS-485模块总线方式两种模式。

CPU采用AT91SAM7S256，其内部集成了丰富的外围接口，可以满足与各单元之间的接口要求，外扩数据存储单元（Data Flash）模块用来存储长期数据，外扩FRAM存储掉电数据。CPU模块双向与8个数字量输入2个数字量输出（8DI/2DO）模块，电量采集单元相连；通过一个串行口与485通讯接口模块相连，通过另一个串行口与GPRS模块相连。电源模块采用交流220V转5V为系统供电，再经DC/DC变换产生的3.3V为CPU模块等供电；产生的4V为GPRS模块供电；产生的12V为DI/DO模块供电；电量采集芯片由5V供电。电源监测模块用于5V电源掉电时，仍保持3.3V电源一定时间，令CPU保存数据到FRAM中，掉电保存时间≥10ms。DI/DO模块提供8路无源干结点开关量输入，2路继电器隔离输出。

电量采集单元中电压电流以星形负载的方式接入，电压输入100V，采用电压互感器进行变压。电流输入5A，采集A、B、C三相和零线的电流，经电流互感器进行电流变换。电压电流经变换后转成差分输入到专用电能芯片ATT7022B。ATT7022B内部集成了7路ADC，能够测量各项以及和相的有功功率和无功功率、视在功率、有功能量及无功能量；还能够测量各相电压、电流有效值，功率因数和相角、频率等。ATT7022B提供SPI接口与CPU相连。由于ATT7022B为+5V逻辑，CPU为+3.3V逻辑，所以需要进行电平转换。ATT7022B提供4路脉冲CF1-CF4输出，可用于校表。

GPRS模块采用SIM300C，该模块内嵌TCP/IP协议栈。简化了系统软件的设计。SIM300C带有标准异步串行口，可采用AT命令集进行控制。在实际应用中，当需要通过串口与模块进行通讯时，可以只用三个引脚，即RXD、TXD、GND，其他引脚悬空；但当需要通过模块上网时，应该尽量使用全部的串口信号引脚。本设计中由于AT91SAM7S256内部串口1支持调制解调器功能，具有与I/O复用的全部串口信号，因此，将二者一一对应相连。由于GPRS模块为2.8V逻辑电平，与CPU连接时需要进行电平转换。同时，采用SIM300C自带RTC作为系统实时时钟。

采集系统软件由定时器模块、通讯管理模块、系统运行管理模块、GPRS通讯模块、基于RS-485接口MODBUS协议的通讯、数据采集、数据分析统计计算，数据存储管理模块。

将原有单片机程序移植到NUCLEUS操作系统，在保持原有各功能完整的前提下，使软件运行得更加流畅；在系统内需要实现系统的初始化、数据的定时采集，定时计算，定时存储；通讯部分系统需要实现定时将数据通过GPRS或MODBUS协议发送到服务器、并接受服务器的主动召唤信息；系统管理部分则要求能接受系统参数的设定，对Flash进行的存储管理，系统灾难的恢复，掉电处理的功能。