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基于ARM和GPRS的嵌入式远程IAP在配变监控终端上的实现[摘要] 鉴于智能终端的系统软件远程升级和维护困难的问题，提出了一种基于LPC2114和GPRS的远程系统软件升级的设计方案。
介绍了LPC2114的主要性能和特点，片上Flash 的构成及IAP编程原理，GPRS数据传输的通信协议，并系统地阐述了IAP技术在远程配变监控终端上的应用与实现。
实践证明该方案较好地解决了终端软件远程升级和维护困难的问题，缩短了终端软件系统的开发周期。
最后对远程IAP升级方案的可靠性进行了探讨。
关键词LPC2114 远程IAP GPRS 配变监控终端1 引言配变监控终端是安装在配电变压器一次侧，用于全方位监控用电状况的智能化设备，在目前全国电力缺乏的情况下，起到了削峰填谷，提高电网运行效率的作用，尤其适合于对用电大户的用电监控。
市场的需求和应用技术的成熟是相辅相成的，客户总希望尽快用到技术先进和功能完善的产品，而从新技术到成熟产品有一段过程，过程的周期很大程度上决定了产品的市场前景，通常是一边开拓市场一边完善技术。
要做出好的产品则必须与客户形成互动的关系，利用客户的反馈信息对产品不断完善，另外产品长时间使用后，终端程序设计上的缺陷也就逐渐显现，这就要求对终端系统程序进行升级。
如果对于几百个终端进行现场ISP升级，既费时费力，又延误了开拓市场的机遇，降低了客户对产品的信誉度。
在Internet飞速发展的今天，将终端接入到Internet解决上述问题是可靠的、现实的方案。
本设计方案应用于远程配电监控终端，采用高性能Philips ARM I,PC2114，结合IAP编程技术和GPRS技术实现终端系统程序的远程升级。
2 LPC2114芯片简介2．1 功能简介LPC2114基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI—S CPU，并带有128KB嵌入的高速Flash存储器和16KBRAM。
对于内嵌Flash存储器支持JTAG、ISP、IAP等多种编程方式。
摘要电能是现今社会最为广泛使用的一种能源，影响着国民经济增长和人民生活水平的提高。
随着我国经济的高速发展，电力行业也得到了迅猛发展。
在行业高速发展的同时，也对配网调度和供用电管理自动化提出了新的要求。
然而，在当前国内电能计量管理中，尤其对于数量巨大的一户一表客户的管理，自动化水平仍然较低。
传统的人工抄表方式工作效率低、误差大，更不能对电网故障进行紧急响应。
因此，提高供电质量和可靠性，实施高效准确的电能表数据抄收方式已是当务之急。
随着通信信息技术的发展，以及前人致力于电网管理自动化所做出的不懈努力，为改变上述情况提供了强大的技术支持。
所以我设计了一种利用GPRS技术进行无线通信的嵌入式系统来完成智能抄表系统。
本文首先介绍了远程抄表系统的相关发展背景，现有产品和技术的特点；在考虑性能和稳定性的前提下根据本设计的要求选择了Philips公司的LPC2138作为主控芯片、Siemens公司的MC55作为GPRS通信模块；接下来对基于GPRS通信方式的抄表系统的整体设计思路进行了讨论，分析了目前比较常见的几种远程抄表方式；然后在对现有不同方案比较之下，分析了本文所述系统的整体实施方案，并着重阐述了系统软件设计思路和实现；最后对本系统发展前景进行了展望。
关键词：远程抄表，GPRS，MC55，嵌入式系统ABSTRACTElectricity is wildly used by society,and it influences all fields of the social economy and the life of people.Electric power industry has been developing rapidly with the fast development of economy.But the current level of the automatic management in electric network is low,especially in numerous users system.The traditional manpower reading mode,which can not response to emergence immediately,is inefficient and has many errors.So it is urgent to improve the quality and security of power supply,and to realize the high effect and exact reading system.The new request is realization of automatic attempering and management in the electric network.In order to resolve the problems,it is necessary to resort to the embedded system based on GPRS communication technology.The frame of this thesis is arranged as follows:Firstly it introduces the definition of administration of electric power management and relative background of development,and the characteristics of current technology and products. In considering the performance and stability under the premise of the design requirements，we choose the Philips company's LPC2138 as the master chip and the Siemens company's MC55 as GPRS communication module.Secondly introduces the whole design of the electric power management system based on GPRS and embedded technology.thirdly analyzes the functions of the system,and introduces the software realization of every part such as client computer,service computer,and reading terminal.Finally summarizes the system based on GPRS in the thesis,and describes the trend of the system.KEY WORDS: Remote meter reading,GPRS,MC55,Embedded system目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章概述 (1)1.1论文研究的背景 (1)1.2国内外远程抄表系统的发展概况 (1)1.2.1国外自动抄表技术的发展 (2)1.2.2国内自动抄表技术的发展 (2)1.3本论文研究内容及章节安排 (3)第2章基于GPRS的远程抄表系统总体设计 (4)2.1设计方案论述与选择 (4)2.1.1方案论述 (4)2.1.2方案选择 (5)2.2 GPRS通讯技术介绍 (6)2.2.1 GPRS的网络结构 (6)2.2.2 GPRS技术优势 (7)2.3无线抄表系统的总体设计方案 (8)2.3.1系统框图及工作原理 (8)2.3.2 GPRS通讯的传输层协议选择 (9)2.3.3 GPRS通讯模式选择 (12)2.3.4系统设计要求 (15)2.4本章小结 (15)第3章系统的硬件设计 (17)3.1终端系统结构 (17)3.2 ARM控制单元及相关外围电路 (18)3.2.1 ARM控制单元 (18)3.2.2电源监控及复位电路 (19)3.2.3 JTAG接口电路 (19)3.2.4时钟电路 (20)3.3人机接口电路 (21)3.4电源电路设计 (21)3.5 RS-485电路 (22)3.6 GPRS通信模块 (24)3.6.1 GPRS模块选型 (24)3.6.2 GPRS模块主要性能简介 (25)3.6.3 SIM卡接口电路 (25)3.7本章小结 (26)第4章系统的软件设计 (27)4.1终端软件的设计思路 (27)4.2上电初始化模块 (30)4.3 RS-485通信模块 (31)4.4 GPRS通信模块 (32)4.4.1 AT命令简介 (32)4.4.2 AT指令控制流程 (32)4.4.3 GPRS通信流程 (34)4.5本章小结 (34)第5章总结与展望 (35)5.1本文总结 (35)5.2研究展望 (35)5.3本章小结 (36)参考文献 (37)致谢 (39)第1章概述1.1论文研究的背景电力作为当前最主要的工业能源，在现代工业企业和家庭居民生活中具有举足轻重的作用。
浅谈GPRS技术在抄表系统中的开发与应用摘要：本文介绍了移动数据无线通信网络----GPRS网络技术在现今抄表行业中的开发与应用，并结合HDG521型电能表远程监控及抄表系统，介绍了GPRS 网络技术进行抄表的工作原理，介绍了整套系统的组成结构、功能原理以及组网方式，并对比了目前比较先进的几种抄表模式。
关键词：GPRSGSM电能表远程监控终端近几年来，随着实施油田电网的不断建设，服务的客户数量增长了十几倍，这给用电监察和抄表工作带来很大的压力，且随着市场经济的深入实施，个体、民营经济成分迅速增多，违章用电、窃电现象呈现逐年递增趋势为解决计量点电能表的抄收问题，缩短抄表周期，降低抄表成本，提高抄表的可靠性和准确性，增加用户对用电量的认可程度、迅速发现表计故障、节省抄表人力、物力及费用、控制线损等都是需要解决的问题。
一、GPRS概述GPRS系统基站形式覆盖服务地域，以分组交换的方式进行无线数据传输。
GPRS在数据业务的承载帮支持上具有非常明显的优势：更有效的利用无线网络信道资源。
因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的数据量传输。
现在，全国绝大部分城市已开通GPRS业务，GPRS移动数据无线通信网络已进入稳定成熟期，因此研究开发基于GPRS远传接口的远程自动抄收系统并使之趋于完善，已经成为众多生产厂商以及开发研究单位关注的重点。
二、电能表远程监控及抄收2.1系统概述HDG521型电能表远程监控及抄表系统，是胜利油田恒达电气有限责任公司专门为电力管理部门开发的一种自动化远程抄表系统。
该系统可实现点对点、点对多点的远程抄表，可广泛应用于各种仪表及计量设备的自动化抄录等领域。
该系统较好地解决了杆上表计、偏远地区表计和无人值守变电站内电能表的抄收问题，大大缩短了抄表周期，降低了抄表成本，提高了抄表的可靠性和准确性，真正实现自动化抄表，提高用电管理的科学水平。
2.2工作原理HDG521型电能表远程监控及抄表系统是通过GPRS调制解调器，利用GPRS通信网络作为通讯通道，通过安装在各个计量监测点的电能表远程监控终端读取电能表的实时数据，同时可以实现配电的监测与控制。
GPRS技术在嵌入式系统中的应用【摘要】进入21世纪这个信息时代，信息的获取、处理是现代信息社会的信息处理中的最注重的问题。
本文就这一问题论述了GPRS技术在嵌入式系统中的应用，并对其中存在的问题和解决策略进行了阐述。
【关键词】GPRS技术；嵌入式系统；信息0.前言在目前的社会当中，运用各种工具来实现信息的实时交流，成为大多数人信息交流的主要方式，比如手机、笔记本电脑、PDA等。
也正是由于目前社会的种种这方面的需求，使得移动通讯和互联网快速的发展起来，并且随着电脑的大面积普及。
人们对信息获取的要求也是逐渐地在增加，反而对其处理的要求正在逐渐走低。
现有的网络环境不可避免的将要被取代，而GPRS应运而生。
1. GPRS技术介绍及原理General Packet Radio Service的简称就是我们介绍的GPRS，中文意思就是通用分组无线服务，他是利用Packet-Switched的思想，从而研发出来的一种无线的传输模式。
而Packet-Switched的作用原理就是将人们的数据分成多块，并将其“打包”，在需要的时候就能够像运输包裹一样将数据传输到目标处。
采用这种方式的好处，就是频宽只是在将这些“包裹”运输出去的时候才会被占用，而且将这些数据“打包”之后，就能够在传输的过程中统计“包裹”的数量，从而就能够根据数量来计费。
这种计费方式，对于用户而言是十分直观且合理的。
相比较与传统的Internet来说，Internet大多数时间都是将宽屏闲置的。
在错误保护方面，GPRS在编码方式上一共有四种，这四种不同的编码方式同时也能够提供四种不同的错误保护方式。
GPRS是通过路由来进行工作的，其数据传输过程有三种方式：发送、接收和漫游三种。
GPRS是以目前的GSM网络为基准来建立起自己的网络构架的。
2.GPRS技术的组成GPRS网络的组建是依靠现有成熟产品GSM网络设施来完成。
通常来说，GPRS网络和GSM网络相比，往往是多了几个网关支持节点，例如GGSN等。
基于GPRS网络的嵌入式远程抄表系统的研究与设计结合GPRS技术、嵌入式技术和神经网络技术,提出了一种采用S3C2410A处理芯片和嵌入式Linux操作系统为核心的远程自动抄表系统的解决方案。
首先介绍了远程自动抄表系统的发展现状,对目前抄表市场上存在各种抄表方案进行了分析,确定了以GPRS技术和RS485总线为基础的远程抄表系统方案。
介绍了GPRS技术以其网络结构,研究了GPRS网络采用的安全策略。
然后根据系统需求确定了整体设计方案并制定了通讯规约。
下行通讯采用国家标准的DL/T645-1997通讯规约,上行通讯采用自定义的应用层通讯规约。
在系统的硬件设计中,选择S3C2410A作为系统的处理器,设计了外围接口电路。
在系统的软件设计中,以嵌入式Linux为核心构建了系统的软件平台。
采用客户端-服务器模型设计了系统的应用软件,抄表终端采用多线程技术提高了程序执行的效率,抄表中心管理程序采用C#和SQL server工具完成了功能和界面设计。
在远程抄表系统中移植了嵌入式数据库SQLite,通过SQL语言管理应用程序数据,使得对数据的操作更有效率安全性更高。
另外,使用BP神经网络技术分析电量数据预测未来电量,仿真结果表明,预测负荷曲线与实际负荷曲线拟合度较好,能够达到预期要求,应用前景十分广阔。
在以前的查电表方式中，挨家挨户敲门查电表，无论是对敲门的人来讲，还是对被敲门的人来讲，都是一件非常麻烦的事情。
现在已有许多的住宅用户都用上了预付费电卡，这一措施可以省去查表的麻烦，但是对电力部门来说，数据统计和实时监测仍然是一个有待解决的问题。
一、方案介绍通过中国移动的GPRS网络系统，电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心，以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。
GPRS网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。
中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。
在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统，实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
GPRS电力远程抄表系统由位于电力局的配电中心和位于居民小区的电表数据采集点组成，利用中国移动现有的GPRS/GSM网络，电表数据通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输。
居民小区的所有电表首先连接到电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过RS485总线传到电表集中器，电表集中器通过RS232接口与GPRS DTU(Data TraNSfer unit，全称数据传输单元，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备)透明数据传输终端连接，电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
对于DTU来说，只要建立了与数据中心的双向通信，完成用户串口数据与GPRS网络数据包的转换就相对简单了。
一旦接收到用户的串口数据，DTU就立即把串口数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心。
反之，当DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，从中取出数据内容，立即通过串口发送给用户设备。
基于嵌入式系统的远程抄表集中器的设计与实现随着人民生活水平的提高，电表、水表、煤气表、热能表等大量表计出现在人们的日常生活中，由此带来了抄表工作量的大幅增长。
传统的人工抄表由于存在诸多的弊端己经越来越不能适应现代化管理的需要。
自动抄表系统因其效率高、差错率小等优点应运而生，它不仅可以代替繁琐的手工劳动，更为以后能提供更多优质的服务奠定了基础。
本课题是针对电力行业的远程抄表需求，完成了一款用于远程抄表的产品。
分析了ARM嵌入式平台的特点，结合Linux下的串口通信方式，应用嵌入式数据库技术，给出了相关的集中器数据流程设计。
并且运用面向对象的思想进行建模，同时给出了集中器重点模块的实现方法，最终完成了一款基于Linux和ARM9的嵌入式远程抄表集中器。
本系统目前已投入运行，从实际应用效果来看，系统运行稳定可靠，达到了预期效果。
基于嵌入式系统和GPRS的远程抄表终端在我国电力工业快速发展的同时,电力体制改革也逐步深入,电力系统商业化运营对电力公司的运行和调度水平提出了更高的要求,不仅需要准确、及时抄录用户的用电量和线路的参数,计算线损,做好线路的优化,还需要了解每天的用电曲线,做好负荷预测,为电厂或者电站进行有效的反馈,使其能更有效地制定发电计划,这样就需要具备实时性高、准确性好的远程自动抄表技术。
随着硬件技术尤其是芯片技术的发展,过去那种以单片机为核心、功能单一的抄表终端已经远远不能满足需求,本文采用先进的32位ARM7芯片作为采集终端处理器,处理数据速度快,准确性高,终端的功能也得到较大的扩展。
文中从硬件方面介绍了采集终端的电路连接,从软件方面介绍了通信规约的编写。
近年来,随着现代通讯技术的发展,GPRS移动通讯技术逐渐成熟起来,GPRS 在原有的GSM网络中引入分组交换能力,提供即时的Internet连接,大大提高了传输速率。
将基于GPRS技术的无线通信系统用于自动抄表系统中,借助覆盖范围极其广泛的GPRS网络,可以实现不同地理位置数据的高速传输,同时保证数据的实时性。
针对原有的采集终端软件升级烦琐、管理不便等诸多问题,本文将μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统移植到采集终端系统中。
模块化的软件设计与高可裁剪性以及系统可配置性是μC/OS-Ⅱ操作系统的优势,文中给出了移植条件及移植的实现过程,同时对修改的部分代码进行了说明。
本文的远程自动抄表系统采用了嵌入式终端采集和GPRS的无线传输相结合的方案,从实际的运行情况来看,GPRS、ARM7与μC/OS-Ⅱ操作系统三者结合的远程自动抄表系统运行稳定可靠,达到了预期的效果和设计要求,有利于提高配电网运行管理的安全性和经济性,同时对加强用电管理和提高电网供电质量起到了积极的作用。
GPRS技术在无线远程抄表中的应用研究
自动抄表技术(Automatic Meter Reading)是将数据自动采集、传输和处理应用于自来水、电力、天燃气(以下简称水、电、气)供应与管理系统中的一项新技术。
它从根本上克服了传统的人工抄表模式的弊端,给水、电、气管理的现代化带来了新的希望。
我国对自动抄表技术的研究起步较晚,但是发展速度很快。
随着水、电、气市场管理改革的不断深入、对自动抄表技术的研究必将成为热点与方向。
嵌入式系统产业近年来持续迅猛发展,正广泛应用于移动计算设备、网络设备、工控设备、信息家电、汽车电子、娱乐设施、仪器仪表等领域。
GPRS 网络作为通讯手段,具有技术新、效果好、可平滑技术升级等特点,而且其价格比SMS(短消息)等要低得多,同时GPRS网络支持TCP/IP协议,也使无线数据的传输变得更加轻松,更容易扩展功能。
在此背景下,本远程抄表系统将嵌入式系统与嵌入式Linux技术相结合,基于特定的硬件平台,将嵌入式uClinux操作系统成功移植到了基于ARM7TDMI
核的ARM微处理器S3C44BOX上,建立起了系统的软硬件平台。
文中,首先介绍了国内外广泛使用的几种典型的自动抄表系统的原理及其系统组成,分析了各种自动抄表系统的优、缺点以及适用范围;然后介绍了远程抄表系统的组成,对上层、下层通讯方式进行了详细的阐述,介绍了不同通讯方式的优缺点;接着详细介绍了GPRS无线远程抄表控制器的硬件设计,包括各模块电路的实现;最后详细介绍了抄表采集控制器中uClinux系统的建立和软件设计,重点包括uClinux系统的移植和驱动程序的设计。
