基于GSM的水电表采集器

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1、基于 GSM 远程通讯网关采集器设计【摘要摘要】为了使家居生活变得更加方便轻松，为了满足现代工业现场或学校等大型场所对控为了使家居生活变得更加方便轻松，为了满足现代工业现场或学校等大型场所对控 制设备的集成化、小型化的要求，制设备的集成化、小型化的要求，本文本文设计一款以设计一款以 STM32F103VESTM32F103VE 为主控芯片基于为主控芯片基于 GSMGSM 远程通远程通 讯的无线网关。该无线网关将智能水电表采集回来的数据进行处理和协议转换，再通过讯的无线网关。该无线网关将智能水电表采集回来的数据进行处理和协议转换，再通过 GSMGSM 模块的模块的 GPRSGPRS 无线传输技术

2、将数据发送到远端监控中心。无线网关、数据采集终端主要实现无线传输技术将数据发送到远端监控中心。无线网关、数据采集终端主要实现 485485 总线数据的收发和总线数据的收发和 GPRSGPRS 无线传输；远端监控中心主要通过无线传输；远端监控中心主要通过 PCPC 机连接到机连接到 InternetInternet 网络，网络， 进行数据的接收、监控分析和保存。该方案解决了人们对大型场所控制设备实时数据的监控、进行数据的接收、监控分析和保存。该方案解决了人们对大型场所控制设备实时数据的监控、 采集以及异常报警等问题。经过实验测试，该网关具备轻巧、控制精准、数据吞吐量大、速采集以及异常报警等问题。

3、经过实验测试，该网关具备轻巧、控制精准、数据吞吐量大、速 度快等特点。非常适合工厂、学校等场所使用。度快等特点。非常适合工厂、学校等场所使用。 （摘要内容不用加粗）（摘要内容不用加粗） 【关键词关键词】STM32F103VESTM32F103VE；GSMGSM；GPRSGPRS 无线传输；无线传输；485485 总线总线1.绪论1.1 引言GPRS 是在 GSM 基础上发展而来的数据传输网络， 与无线集群方式相比，GPRS 的数据传输充分利用了公共移动通信网络和互联网，不需要为监测设备而专门改造已有的运行环境，省去了建设无线专网的成本。其按流量计费的方式也更为经济，更适合频繁突发的小流量数据传

4、输。同时，GPRS 网络具有覆盖范围广、数据传输快、实时性好、通信质量高、持续在线和费用低等优点，并可直接与Internet 互通，能很好地满足工业控制的需要。目前，基于 GPRS 网络的数据传输在许多领域得到了较好的应用，特别是在工作环境恶劣、 地理位置偏僻、无人值守场所等领域。本文实现的系统以 GPRS 网络为基本数据通道，在每个需要数据采集的分散业务单元安装远程测控终端。同时在控制中心通过配有 GPRS 无线通讯模块管理的计算机，进行各种设备的远程数据采集，采集的数据自动进人控制中心实现远程控制，方便快捷。正文内容，首行缩进正文内容，首行缩进 2 字符，五号、宋体字符，五号、宋体/Tim

5、es New Roman、行距固定值、行距固定值 20 磅磅以下类似修改以下类似修改1.2 选题背景及意义 随着计算机技术、通信技术和网络技术的发展，以及人们对物质生活水平的不断提高，人们的工 作、生活与通讯、信息的关系日益密切，智能控制设备越来越多，如智能水表、智能电表等。这些设 备在大型工厂、学校安装数量多、位置复杂，给人们的后期管理带来诸多麻烦。人们越来越注重方便、 快捷的集成化管理。如何将这些设备结合成为一个有机的整体，解决分散控制带来的麻烦，对他们进 行统一的管理和控制，是人们一直追求的，也是智能时代未来的发展方向。 近年来越来越多的设备需要进行远程数据传输，而现有的有线传输不能满足

6、人们的需求。无线传 输以方便快捷和廉价的特点弥补了有线传输的不足。通用分组无线技术 GPRS（General Packet Radio Service）是现有 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务。GPRS 允许用户在端到端和端到中心分组 转移模式下发送和接收数据，从而提供一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的频繁的数据传输。 目前在控制领域实现 485-RS232 的技术已相当成熟，产品也比较多，许多智能设备都有 485 通讯 接口，在通讯领域随着 GSM 网络覆盖范围的广阔化、无缝化，以及手机的日益普及为基于 GSM 网络的 智能系统提供了巨大的应用空间，GPR

7、S 无线收发设备也日益成熟。但直接将 485 与 GPRS 融合到一起， 开发出一种嵌入式无线网关尚无定性产品，所以开发出混合网络的无线网关势在必行。本文采用移远 公司的 Quectel_M35 为 GSM 模块设计远程无线通讯网关。通关单片机串口对 GSM 模块发送 AT 指令实现 数据无线传输。采用 GPRS 无线传输数据时不用使用传统的工业路由器，节省生产成本。2.系统设计2.1 产品需求分析 本设计中的网关采用 GPRS 方式通过 Internet 与服务器之间进行数据传输，与数据采集器之间采 用单总线方式通讯，支持点对点传输、一点对多点（32 台设备）传输，采用单总线型传输距离为 1

8、000m，自由拓扑 500m。根据 GSM 远程通讯网关的定位和运用上的需求，本产品特点如下： 数据传输距离远，能够接收到手机信号的地方均能实现数据传输； 无线通讯方式，弥补有线通讯方式上的不足，减少布线； 能够一对多，即一台网关可以与多台数据采集器通信； 产品体积小，方便安装； 数据传输性能稳定，功耗低。 2.2 远程通讯网关的总体设计 网关采用两路网关采用两路 RS485RS485 总线接口与终端数据采集器通讯总线接口与终端数据采集器通讯？（为啥需要两路，简要说明）？（为啥需要两路，简要说明） ，对于采集回 来的数据经过主控 STM32F103VE 单片机的打包处理、协议转换后，主控通过串

9、口发送 AT 指令控制 GSM 模块采用 GPRS 无线传输技术将这些数据上传到 Internet 网络指定的 IP 地址和端口，远端的监控中心 通过 PC 机连接到 Internet 网络进行获取数据，然后对这些数据分类处理、监控分析、异常报警等处 理。最终以表格统计、走势图、柱状图等多种形式展示在人们面前。图号图号 图名图名 有图的地方都得标明，同时文中要有引用，比如有图的地方都得标明，同时文中要有引用，比如 如图如图 1 所示等所示等 最终本网关实现以下功能： 采集电表数据。遵循（中华人民共和国电力行业标准 DL/T6452007）的协议；主要采集的 数据有：电压、电流、频率、有功功率、

10、无功功率、视在功率、功率因数、正反向有功总电 能、四个限无功总电能、7 个运行状态字。 采集水表数据。参照（CJ/T188-2004 中华人民共和国城镇建设行业标准）的协议；主要采集的数据有：当前的累计流量、运行状态字。 与服务器对时。跟服务器同步时间，避免时间不一致的情况。 上传数据到服务器。定时上传数据给服务器。 从服务器配置信息。可以从服务器下发配置信息，可以配置：水表 ID、电表 ID、数据上报的 间隔时间。3.硬件设计本设计中的硬件总体分为五个部分：主控部分、GSM/GPRS 部分、RS485 部分、以太网部分、电源 部分。这些不同模块之间的关系如图：图 3-1 系统硬件结构图3.1

11、 主控部分 STM32 系列控制器是 ST（意法）公司推出的高性能、低成本、低功耗 ARM 控制器，它是基于 ARM 公司设计的 Cortex-M3 内核而设计，分为 STM32F101 基本型、STM32F103 增强型系列和 STM32F107 互 联网型三种系列。由于采用高性能、低功耗和高效实时性上午 Cortex-M3 内核，且采用 Thumb-2 指令 集，使得 STM32 具有更高的指令效率和更强的性能，此外通过使用紧耦合的嵌套向量中断控制器 （NVIC）使中断响应速度大大提高。本设计中的主控芯片选用 STM32F103VE 型号，该款单片机是意法 半导体公司 STM32 系列控制

12、器中的高端产品。具有 72MHz 工作频率，512K 闪存和 64KRAM，保证了这款 设备的高速稳定运行。网关的调试、两路 RS485、GSM/GPRS 各占用一个 USART，而该款单片机具有多 达 5 个 USART，满足该款设备的需求。另外，STM32F103VE 提供了更多的外设，如 TF 卡所用到的 SDIO 接口，以及 NAND Flash 和网卡 DM9000 用到 FMSC 接口等。 表表 3-13-1 STM32F103VESTM32F103VE 器件功能和配置器件功能和配置闪存（K 字节）512 SRAM（K 字节）64 FSMC（静态储存器控制器）有通用4 个 （TIM

13、2、TIM3、TIM4、TIM5）高级控制2 个（TIM1、TIM8）定时器基本2 个（TIM6、TIM7）SPI3 个（SPI1、SPI2、SPI3）I2C2 个（I2C1、I2C2）USART5 个 （USART1、USART2、USART3、US ART4、USART5）USB1 个（USB2.0 全速）CAN1 个（2.0B 主动）通信接口SWDIO1 个USART3USART2FSMCUSART4USART1FSMCSDIO主控模块STM32F103VETF 卡NAND Flash串口下载调试GSM/GPRS以太网RS485-1RS485-2GPIO 端口51 个12 位 ADC 模

14、块 （通道数） 3（16）12 位 DAC 转换器（通道数） 2（2）CPU 频率72MHz 工作电压2.03.6V 工作温度环境温度：-40+85 结温度：-40+125封装形式LQFP100表名须在表格的上面表名须在表格的上面3.1.1 FSMC（可配置的静态储存器控制器） STM32F103VE 增强型系列集成了 FSMC 模块。它具有 4 个片选输出，支持 PC 卡/CF 卡、 SRAM、PSRAM、NOR 和 NAND。功能介绍： 三个 FSMC 中断源，经过逻辑或连接到 NVIC 单元； 写入 FIFO； 代码可以在除 NAND 闪存和 PC 卡外的片外储存器运行； 目标频率 fC

15、LK为 HCLK/2，即当系统时钟为 72MHz 时，外部访问是基于 36MHz 时钟；系统时钟 为 48MHz 时，外部访问是基于 24MHz 时钟。 主控部分除了基本的复位电路、8MHz 的晶振电路以外，我们用 TF 卡对单片机的存储空间进行扩 展，同时使用 NAND Flash 对闪存进行扩展。运用单片机的 4 路 ADC 来检测当前版本号，为后续设备版 本的更新做准备。运用三种不同颜色的 LED 灯来指示网络的运行状态。网关的 NAND Flash 和 DM9000 都用到 FSMC 的片选，因此我们采用地址译码器进行处理。图 3-2 地址译码器电路 3.1.2 主控外围电路 （1）复

16、位电路 本设计中的复位电路采用上电复位方式，无手动复位，电路图如下：图 3-3 上电复位电路复位电路是 ARM 最小系统必不可少的一部分，图中 R119 和 C112 构成上电复位电路，系统瞬间， 由于电容 C112 两端电压不能突变，则 NRST 由低电平逐渐上升为高电平，产生复位信号。 （2）振荡电路ARM 的振荡电路分为系统主时钟振荡电路和低频振荡电路。主时钟产生 8M 振荡信号，补偿电容 C114、C115 采用 20pF，低频时钟产生 32.768K 振荡信号供 RTC（系统实时时钟）使用，补偿电容采用 10pF。图 3-4 晶体振荡电路（3）串口电平转换/下载电路 RS-232 是美国电子工业协会 EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口 标准。RS-232 是用正负电压来表示逻辑状态，与 TTL 以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为 了能够同计算机接口或终端 TTL 元件连接，必须进行电平和逻辑关系的变换。本系统中采用 SP232 芯 片实现将 RS2